Восстановление по Клемменсену: Механизм и Применение
Clemmensen reduction
Восстановление Клемменсена: превращение кетонов и альдегидов в алканы с помощью амальгамы цинка и HCl. Эффективно для арил-алкилкетонов. Механизм реакции неясен.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Органическая химическая реакция
Organic chemical reaction
Редукция Клемменсена — это химическая реакция, заключающаяся в восстановлении кетонов или альдегидов до алканов с использованием амальгамы цинка и концентрированной соляной кислоты (HCl). Эта реакция названа в честь Эрика Кристиана Клемменсена, датско-американского химика. Условия редукции Клемменсена особенно эффективны для восстановления арил-алкилкетонов, таких как те, которые образуются в реакции ацилирования по Фриделю-Крафтсу. Последовательность из двух стадий – ацилирование по Фриделю-Крафтсу, за которым следует редукция Клемменсена – является классической стратегией для первичного алкилирования аренов.
Clemmensen reduction is a chemical reaction described as a reduction of ketones or aldehydes to alkanes using zinc amalgam and concentrated hydrochloric acid (HCl). This reaction is named after Erik Christian Clemmensen, a Danish American chemist. Clemmensen reduction conditions are particularly effective at reducing aryl alkyl ketones, such as those formed in a Friedel Crafts acylation. The two step sequence of Friedel Crafts acylation followed by Clemmensen reduction constitutes a classical strategy for the primary alkylation of arenes.
Механизм
Несмотря на то, что реакция была впервые обнаружена в 1914 году, механизм восстановления Клемменсена остаётся невыясненным. Из-за гетерогенного характера реакции, механистические исследования затруднены, и опубликовано лишь небольшое количество работ, посвящённых этому вопросу. Механистические гипотезы обычно предполагают образование органоцинковых интермедиатов, иногда включая цинковые карбеноиды, либо в виде отдельных частиц, либо в виде органических фрагментов, связанных с поверхностью цинка. Брюстер предположил, что восстановление может происходить на поверхности металла. В зависимости от строения карбонильного соединения или кислотности среды, после адсорбции соединения на поверхности металла может формироваться связь углерод-металл или кислород-металл.
Despite the reaction being first discovered in 1914, the mechanism of the Clemmensen reduction remains obscure. Due to the heterogeneous nature of the reaction, mechanistic studies are difficult, and only a handful of studies have been disclosed. Mechanistic proposals generally invoke organozinc intermediates, sometimes including zinc carbenoids, either as discrete species or as organic fragments bound to the zinc metal surface. Brewster proposed the possibility of the reduction occurring at the metal surface. Depending on the constitution of the carbonyl compound or the acidity of the reaction, a carbon metal or oxygen metal bond can form after the compound attaches to the metal surface.
Применение
Высокосимметричные углеводородные соединения вызвали большой интерес благодаря своей красивой структуре и потенциальным применениям, но проблемы в синтезе остаются актуальными. Сузуки и др. синтезировали дибаррелан, тип углеводородного соединения, используя восстановление Клеменсена. Они предположили, что вторичный спирт подвергся реакции SN1, образуя хлорид. Затем избыток цинка восстановил хлорид. Важно отметить, что реакция эффективно восстановила два кетона, спирт и метоксикарбонильную группу, избегая при этом каких-либо побочных продуктов, что позволило получить продукт с высоким выходом (61%). [[Файл:Синтез дибаррелана. png|center|thumb|424x424px|Схема 3: Синтез дибаррелана
center|thumb|355x355px|Схема 4: Восстановление холестана-3-она до холестана с использованием восстановления Клеменсена.
Highly symmetrical hydrocarbon compounds have attracted much interest due to their beautiful structure and potential applications, but the challenges in the synthesis persist. Suzuki et al. synthesized dibarrelane, a type of hydrocarbon compound, using Clemmensen reduction. They hypothesized that the secondary alcohol underwent an SN1 reaction, forming a chloride. Then, an excess amount of zinc reduced the chloride. Importantly, the reaction effectively reduced the two ketones, alcohol, and the methoxycarbonyl group while avoiding any by products, giving the product in high yield (61%). [[File:Synthesis of dibarrelane. png|center|thumb|424x424px|Scheme 3: The synthesis of Dibarrelane
center|thumb|355x355px|Scheme 4: Reducing cholestane 3 one to cholestane using Clemmensen reduction.
Проблемы и альтернативные подходы
Для проведения восстановления по Клемменсену субстрат должен быть устойчив к сильнокислотным условиям реакции (37% HCl). Существует несколько альтернатив. Восстановление по Вольфу-Кишнеру позволяет восстанавливать кислоточувствительные субстраты, стабильные в щелочной среде. Для субстратов, устойчивых к гидрогенолизу в присутствии никеля Ренея, доступен более мягкий двухстадийный метод восстановления Мозинго.
To perform the Clemmensen reduction, the substrate must be tolerant of the strongly acidic conditions of the reaction (37% HCl). Several alternatives are available. Wolff Kishner reduction can reduce acid sensitive substrates that are stable to strong bases. For substrates stable to hydrogenolysis in the presence of Raney nickel, a milder two step Mozingo reduction method is available.