Agenti riducenti

Fonte: Vy M. Dong e Daniel Kim, Dipartimento di Chimica, Università della California, Irvine, CA

Controllare la reattività e la selettività durante la sintesi di una molecola è un criterio molto importante per i chimici. Ciò ha portato allo sviluppo di molti reagenti che consentono ai chimici di scegliere i reagenti adatti a un determinato compito. Molto spesso, è necessario raggiungere un equilibrio tra reattività e selettività. Questo esperimento utilizzerà la spettroscopia IR per monitorare la reazione e comprendere la reattività dei composti carbonilici e la reattività dei reagenti che riducono l'idruro.

Prima di comprendere i reagenti donatori di idruro, è necessario comprendere la reattività dei composti carbonilici. I composti carbonilici hanno una leggera carica positiva sul carbonio-carbonile che gli conferisce un carattere elettrofilo. Pertanto, i composti carbonilici che hanno una carica positiva sono più reattivi a diversi nucleofili come un donatore di idruro. I cloruri acilici hanno un buon gruppo di partenza (Cl^-) che lo rende anche molto elettrofilo. Gli esteri e le ammidi sono più stabili a causa della forte struttura di risonanza del secondo eteroatomo sul carbonile.

La maggior parte delle riduzioni dei composti carbonilici sono fatte con reagenti che trasferiscono un idruro dal boro o dall'alluminio. Due reagenti comuni di questo tipo sono il boroidro di sodio e l'idruro di litio alluminio. Il boroidro di sodio è un reagente donatore meno reattivo, ma è efficace per ridurre aldeidi e chetoni agli alcoli. Tuttavia, l'idruro di litio alluminio è molto più reattivo e può ridurre i chetoni e le aldeidi agli alcoli, ma anche ridurre gli esteri, le ammidi e gli acidi carbossilici.

Per dimostrare il diverso grado di reattività, una reazione con due gruppi funzionali carbonilici sarà sottoposta a due serie di condizioni con reagenti riducenti che donano idruro.

1. Proprietà di misurazione dell'acetoacetato di etile

1. Prendi un IR del materiale di partenza (acetoacetato di etile).
2. Prendi una TLC usando il 40% di acetato di etile in 60% di esani.

2. Riduzione dell'acetoacetato di etile con boroidro di sodio

1. Aggiungere 1 mmol di acetoacetato di etile in un matraccio a fondo tondo.
2. Aggiungere 5 ml di etanolo e ruotare per mescolare completamente.
3. Abbassare il becher in un bagno di acqua ghiacciata.
4. Pesare 1 mmol di boroidro di sodio e aggiungere lentamente alla soluzione mescolata di acetoacetato di etile.
   1. Aggiungere piccole porzioni. La reazione è esotermica e bolle vigorosamente.
5. Subito dopo, monitorare la reazione da TLC ogni pochi minuti fino al completamento della reazione.
6. Una volta completato, aggiungere 10 ml di acqua alla miscela di reazione.
7. Trasferire in un imbuto separatore ed estrarre con acetato di etile (2x 30 ml).
8. Asciugare con acqua DI (1x 30 mL) e con salamoia (1x 30 mL).
9. Asciugare sopra solfato di sodio e filtrare in un matraccio a fondo tondo.
10. Evaporare il solvente su un evaporatore rotativo.
11. Prendi un TLC e IR del prodotto di riduzione.

3. Riduzione dell'acetoacetato di etile con idruro di litio e alluminio

1. Aggiungere 1 mmol di litio alluminio idruro in un matraccio rotondo asciutto e coprirlo con un setto.
2. Spurgare il matraccio con azoto gassoso utilizzando una linea di ingresso dell'azoto. Assicurati di avere una valvola di uscita.
3. Aggiungere 10 ml di THF secco.
4. Posizionare il pallone a fondo tondo in un bagno di ghiaccio.
5. Fare una soluzione di 1 mmol di acetoacetato di etile in 3 mL di THF secco e aggiungere lentamente goccia nel pallone di reazione.
6. La reazione bolle vigorosamente fino a quando non viene aggiunto tutto il reagente.
7. Subito dopo, monitorare la reazione da TLC ogni pochi minuti fino al completamento della reazione.
8. Una volta completato, aggiungere 1 M HCl dropwise. La reazione bolle vigorosamente fino a quando tutto il LiAlH₄ non viene consumato.
9. Una volta consumato (non più gorgogliante), il setto può essere rimosso e diluito con acetato di etile (40 ml) e 1 M HCl (20 ml).
10. Trasferire in un imbuto separatore.
11. Estratto con acetato di etile (3x 50 mL).
12. Asciugare con salamoia (1x 50 ml).
13. Asciugare sopra solfato di sodio e filtrare in un matraccio a fondo tondo.
14. Evaporare il solvente su un evaporatore rotativo.
15. Prendi un TLC e IR del prodotto di riduzione.

Figura 1. Risultati IR rappresentativi per il 3-idrossibutirrato di etile.

Le tendenze della reattività del carbonile e della capacità del donatore di idruro sono state esaminate e dimostrate. La reattività visiva dei due reagenti comunemente usati è evidente e può essere apprezzata.

La comprensione della reattività dei reagenti e dei gruppi funzionali è di grande importanza quando si sviluppano nuovi metodi per la riduzione o qualsiasi altro tipo di reazione. Il controllo della selettività e della reattività di qualsiasi reazione è un fattore importante da considerare quando si decide sui reagenti utilizzati per una fase chimica. Questo spinge i chimici a sviluppare nuovi reagenti e nuovi metodi.

La revisione delle tendenze periodiche è ancora importante in chimica organica. Ad esempio, quando si aggiunge il metallo di potassio all'acqua, c'è un'esplosione più violenta rispetto a quando il metallo di sodio viene aggiunto all'acqua. Per questo motivo, potremmo estendere questa analogia al confronto e al ragionamento sul perché LiAlH₄ è più reattivo di NaBH₄.

Sull'intero spettro di nucleofili ed elettrofili, la reattività è importante. Un nucleofilo debole non reagirà con un elettrofilo debole; ma un elettrofilo più reattivo potrebbe reagire con lo stesso nucleofilo debole. Tutto dipende dalla loro reattività e dalle condizioni.