Органический синтез: предложите многоступенчатую стратегию получения карбоновой кислоты из первичного спирта без использования сильных окислителей, объясните выбор реакций, условий и возможные побочные превращения

12 Окт в 14:19
5 +5
0
Ответы
1

Ниже — компактный обзор рабочих многоступенчатых подходов к превращению первичного спирта RCH2OH в карбоновую кислоту RCO2H без применения «жёстких» окислителей KMnO4,Cr(VI)−реагентыит.п.KMnO4, Cr(VI)-реагенты и т. п.KMnO4,Cr(VI)реагентыит.п.. Для каждого варианта — зачем выбран, типичные условия и основные побочные превращения / ограничения. Если есть конкретный субстрат функц.группы,ненасыщённость,чувствительностьфункц. группы, ненасыщённость, чувствительностьфункц.группы,ненасыщённость,чувствительность, напишite — уточню оптимальный путь и даю точные количества/температуру.

1) Рекомендуемый универсальный — через альдегид + Pinnick мягкаядвухступенчатаяокислительнаясхемамягкая двухступенчатая окислительная схемамягкаядвухступенчатаяокислительнаясхема

Стратегия: RCH2OH → RCHO → RCO2H.Шаг A спирт→альдегидспирт → альдегидспиртальдегид: мягкое окисление Десс–Мартином DMPDMPDMP или Swern-окисление.
DMP Dess–MartinperiodinaneDess–Martin periodinaneDessMartinperiodinane в CH2Cl2, 0 °C → rt даёт чисто альдегид при мягких условиях; хорош для кислоточувствительных и ненасыщенных систем.Swern DMSO/оксалилхлорид,−78°C,затемEt3NDMSO/оксалилхлорид, −78 °C, затем Et3NDMSO/оксалилхлорид,78°C,затемEt3N — тоже мягко, без тяжёлых металлов; требует низкой температуры и сухой среды.Почему: даёт альдегид без сильного переокисления и часто в высоком выходе.Шаг B альдегид→кислотаальдегид → кислотаальдегидкислота: Pinnick-окисление NaClO2NaClO2NaClO2.
Условия: NaClO2 1.2–1.5экв1.2–1.5 экв1.2–1.5экв, буфер NaH2PO4NaH2PO4NaH2PO4 pH ≈ 3–4, 2‑метил‑2‑бутен илиэтиленили этиленилиэтилен в качестве ловушки для гипохлорита/HOCl; температура 0–25 °C.Преимущество: высоко селективно превращает альдегиды в кислоты, совместимо с широким набором групп, проводится в водной смеси.Побочные/опасности и ограничения:
NaClO2 с кислотой может давать ClO2 газ,взрывоопасенгаз, взрывоопасенгаз,взрывоопасен — работать в небольших масштабах, контролировать pH, использовать ловушки для HOCl.При Pinnick возможна хлоринация чувствительных групп, если не нейтрализовать активные хлоранты поэтомунуженловец—2‑мethyl‑2‑buteneпоэтому нужен ловец — 2‑мethyl‑2‑buteneпоэтомунуженловец—2‑мethyl‑2‑butene.DMP дорогой для большого масштаба; Swern требует строго сухих условий и низких температур.Когда выбирать: если нужна высокая селективность, сохранение ненасыщенностей и других функциональных групп.

2) Аэробная каталитическая окислительная схема «зелёный»подход«зелёный» подход«зелёный»подход

Стратегия: прямое каталитическое окисление RCH2OH → RCO2H с использованием O2 воздухавоздухавоздуха как терминального окислителя и каталитического TEMPO/медицентра Cu/TEMPOит.п.Cu/TEMPO и т. п.Cu/TEMPOит.п..Типичные условия: катализатор нитроксил TEMPOилиболеереакционноспособныеAZADO/ABNO, 1–10molTEMPO или более реакционноспособные AZADO/ABNO, ~1–10 mol%TEMPOилиболеереакционноспособныеAZADO/ABNO, 1–10mol, переходный металл CuилиPdследовыеколичестваCu или Pd следовые количестваCuилиPdследовыеколичества, щадящая основа/буфер, O2 1атм1 атм1атм или воздух, температура от RT до 60 °C в смеси органик/вода.Преимущества: нет стехиометрического сильного окислителя, «зелёный» O2; подходит для масштабов при оптимизации.Побочные/ограничения:
Для превращения до кислоты часто требуется водная фаза/основание чтобыальдегидгидратировалсяиокислялсядальшечтобы альдегид гидратировался и окислялся дальшечтобыальдегидгидратировалсяиокислялсядальше, иначе остановка на альдегиде.Каталитические системы чувствительны к ингибиторам серосодержащиегруппы,аминысеросодержащие группы, аминысеросодержащиегруппы,амины и координирующим группам.Требуется оптимизация для конкретного субстрата; возможна частичная переокисление, сопутствующая деградация при высоких температурах/кислородных радикалах.

3) Карбоксилирование через органометаллическое промежуточное соединение неокислительныйпуть,дающийкарбоновуюкислоту—носдобавлениемCнеокислительный путь, дающий карбоновую кислоту — но с добавлением Cнеокислительныйпуть,дающийкарбоновуюкислотуносдобавлениемC

Стратегия: RCH2OH → RCH2X → RCH2MgBr илиRCH2Liили RCH2LiилиRCH2Li → +CO2 → RCH2CO2H послекислотнойобработкипосле кислотной обработкипослекислотнойобработки.Условия: перевод спирта в галогенид PBr3,SOCl2,AppelPBr3, SOCl2, AppelPBr3,SOCl2,Appel, затем формирование Grignard в сухом Et2O/THF, карбоксилирование сухим CO2 газгазгаз при −78 → 0 °C, затем кислый пазработок.Преимущество: не использует окислителей вообще; надежный способ получить карбоксилатную группу.Критичный момент: продукт будет на один углерод длиннее вставляетсяC=OотCO2вставляется C=O от CO2вставляетсяC=OотCO2, т. е. из этанола получается пропионовая кислота.Побочные/ограничения:
Непригодно для молекул с протонными/электрофильными/координирующими группами NO2,Hal,C=O,NH,OHит.п.NO2, Hal, C=O, NH, OH и т. п.NO2,Hal,C=O,NH,OHит.п. — Grignard реагирует.Возможны побочные реакции: Wurtz‑сцепление двухатомноесоединениеR–Rдвухатомное соединение R–RдвухатомноесоединениеRR, дегалогенирование, β‑элиминирование еслисубстратвторичный/стабильныйкарбокатионит.п.если субстрат вторичный/стабильный карбокатион и т. п.еслисубстратвторичный/стабильныйкарбокатионит.п..Когда выбирать: если допускается удлинение цепи на +1 C и молекула не содержит чувствительных групп — часто самый «чистый» метод без окислителей.

4) Альтернативы/варианты и примечания

Окисление альдегида до кислоты можно проводить и другими мягкими окислителями: Ag2O TollensTollensTollens даёт карбоксилат серебра, затем H+; H2O2 в присутствии катализатора например,селенилитетраацетатмединапример, селен или тетраацетат мединапример,селенилитетраацетатмеди — щадяще, но требует контроля; NaOCl/NaClO2 — классическая последовательность «BLEACH → Pinnick» эффективно,новключаетактивныехлор−содержащиеоксидантыэффективно, но включает активные хлор-содержащие оксидантыэффективно,новключаетактивныехлорсодержащиеоксиданты.Нежелательные побочные процессы общего характера:
Остановка на альдегиде недостаточнаяокислительнаяспособностьнедостаточная окислительная способностьнедостаточнаяокислительнаяспособность или побочная полимеризация/конденсация альдегида C–Cсвязь,Каницароприсиль.осн./отсутствиикатал.C–C связь, Каницаро при силь. осн./отсутствии катал.CCсвязь,Каницароприсиль.осн./отсутствиикатал.Окисление/разрушение других функциональных групп сульфиды→сульфокислоты,алкены—эпоксидирование/диоксидированиесульфиды → сульфокислоты, алкены — эпоксидирование/диоксидированиесульфидысульфокислоты,алкеныэпоксидирование/диоксидирование.Хлорирование/хлоратирование при применении хлорсодержащих окислителей; образование ClO2 при NaClO2 — риски безопасности.Для больших масштабов — проблемы с удалением сольватов/иодфосфитов DMP,Swernдаютпобочныепродукты,требующиеочисткиDMP, Swern дают побочные продукты, требующие очисткиDMP,Swernдаютпобочныепродукты,требующиеочистки.Практическое замечание: при отсутствии строгого ограничения по «окислителю» самым надёжным и часто применяемым в лаборатории вариантом является Swern/Dess–Martin → Pinnick. Если цель — «зеленый» синтез, предпочтительно оптимизировать каталитическую аэробную систему TEMPO/O2. Если окисление вообще нежелательно — применяют карбоксилирование через Grignard сучётомудлиненияцепис учётом удлинения цеписучётомудлиненияцепи.

Если хотите, могу:

Привести подробные рецептуры эквиваленты,температуры,время,работа‑upэквиваленты, температуры, время, работа‑upэквиваленты,температуры,время,работаup для одного выбранного варианта например,DMP→PinnickилиTEMPO/O2например, DMP→Pinnick или TEMPO/O2например,DMPPinnickилиTEMPO/O2 илиОписать решение для конкретного спирта укажитеструктуруикакиедругиегруппынамолекулеукажите структуру и какие другие группы на молекулеукажитеструктуруикакиедругиегруппынамолекуле.
12 Окт в 16:01
Не можешь разобраться в этой теме?
Обратись за помощью к экспертам
Гарантированные бесплатные доработки в течение 1 года
Быстрое выполнение от 2 часов
Проверка работы на плагиат
Поможем написать учебную работу
Прямой эфир