Réduction Meerwein–Ponndorf–Verley - Meerwein–Ponndorf–Verley reduction

Réduction Meerwein–Ponndorf–Verley
Nommé après Hans Meerwein
Wolfgang Ponndorf
Albert Verley
Type de réaction Réaction d'oxydoréduction organique
Identifiants
Portail de la chimie organique meerwein-ponndorf-verley-reduction
ID d'ontologie RSC RXNO : 0000089

La réduction Meerwein-Ponndorf-Verley (MPV) en chimie organique est la réduction des cétones et des aldéhydes en leurs alcools correspondants en utilisant une catalyse à l' alcoxyde d' aluminium en présence d'un alcool sacrificiel. Les avantages de la réduction MPV résident dans sa chimiosélectivité élevée et dans son utilisation d'un catalyseur métallique bon marché et respectueux de l'environnement.

Réduction Meerwein–Ponndorf–Verley
Figure 1, Echange des états d'oxydation du carbonyle en présence d'isopropoxyde d'aluminium.

La réduction du MPV a été découverte par Meerwein et Schmidt, et séparément par Verley en 1925. Ils ont découvert qu'un mélange d' éthoxyde d'aluminium et d'éthanol pouvait réduire les aldéhydes en leurs alcools. Ponndorf a appliqué la réaction aux cétones et a amélioré le catalyseur en isopropoxyde d'aluminium dans l' isopropanol .

Mécanisme

On pense que la réduction du MPV passe par un cycle catalytique impliquant un état de transition de cycle à six membres, comme le montre la figure 2. En commençant par l'alcoxyde d'aluminium 1 , un oxygène carbonyle est coordonné pour obtenir l'intermédiaire d'aluminium tétracoordonné 2 . Entre les intermédiaires 2 et 3 , l' hydrure est transféré au carbonyle à partir du ligand alcoxy via un mécanisme péricyclique . À ce stade, le nouveau carbonyle se dissocie et donne l'espèce aluminium tricoordonnée 4 . Enfin, un alcool de la solution déplace le carbonyle nouvellement réduit pour régénérer le catalyseur 1 .

Cycle catalytique de réduction Meerwein-Ponndorf-Verley
Figure 2, Cycle catalytique de réduction Meerwein-Ponndorf-Verley

Chaque étape du cycle est réversible et la réaction est pilotée par les propriétés thermodynamiques des intermédiaires et des produits. Cela signifie qu'avec le temps, le produit le plus stable thermodynamiquement sera favorisé.

Plusieurs autres mécanismes ont été proposés pour cette réaction, notamment un mécanisme radicalaire ainsi qu'un mécanisme impliquant une espèce d' hydrure d'aluminium . Le transfert direct d' hydrure est le mécanisme communément accepté récemment soutenu par des données expérimentales et théoriques.

Chimiosélectivité

L'un des grands attraits de la réduction de Meerwein-Ponndorf-Verley est sa chimiosélectivité . Les aldéhydes sont réduits avant les cétones, ce qui permet un certain contrôle de la réaction. S'il est nécessaire de réduire un carbonyle en présence d'un autre, les groupes protecteurs de carbonyle communs peuvent être utilisés. Les groupes, tels que les alcènes et les alcynes, qui posent normalement un problème pour la réduction par d'autres moyens, n'ont aucune réactivité dans ces conditions.

Stéréosélectivité

La réduction Meerwein-Ponndorf-Verley à base d'aluminium peut être effectuée sur des cétones prochirales conduisant à des alcools chiraux . Les trois principaux moyens d'obtenir la réduction asymétrique sont l'utilisation d'une source d'hydrure d'alcool chiral, l'utilisation d'une réduction MPV intramoléculaire ou l'utilisation d'un ligand chiral sur l'alcoxyde d'aluminium.

Une méthode pour obtenir la réduction asymétrique du MPV consiste à utiliser des alcools donneurs d'hydrure chiral. L'utilisation de l' alcool chiral (R) - (+) - sec - o alcool -bromophen-éthyle a donné 82% ee ( pour cent d'excès énantiomérique ) dans la réduction de la 2-chloroacétophénone. Cette énantiosélection est due aux stériques des deux groupes phénol dans l'état de transition à six chaînons comme le montre la figure 3. Sur la figure 3, 1 est favorisé par rapport à 2 en raison du grand effet stérique dans 2 des deux groupes phényle .

Réduction Meerwein-Ponndorf-Verley avec de l'alcool chiral
Figure 3, États de transition de la réduction du MPV avec un alcool chiral

L'utilisation d'une réduction MPV intramoléculaire peut donner une bonne énantiopure. En attachant la cétone à la source d'hydrure, un seul état de transition est possible (figure 4) conduisant à la réduction asymétrique. Cette méthode, cependant, a la capacité de subir l' oxydation d'Oppenauer inverse en raison de la proximité des deux réactifs. Ainsi la réaction se déroule en équilibre thermodynamique avec le rapport des produits lié à leurs stabilités relatives. Une fois la réaction exécutée, la partie source d'hydrure de la molécule peut être éliminée.

Réduction intramoléculaire de Meerwein-Ponndorf-Verley
Figure 4, État de transition de la réduction intramoléculaire du MPV

Les ligands chiraux sur l'alcoxyde d'aluminium peuvent affecter le résultat stéréochimique de la réduction du MPV. Cette méthode conduit à la réduction des acétophénones substituées jusqu'à 83%ee (Figure 5). L'intérêt de cette méthode est qu'elle utilise un ligand chiral par opposition à une source stoechiométrique de chiralité. Il a été récemment montré que la faible sélectivité de cette méthode est due à la forme de l'état de transition. Il a été démontré que l'état de transition est un état de transition planaire à six membres. Ceci est différent du modèle supposé de Zimmerman-Traxler comme l'état de transition.

Réduction de Meerwein-Ponndorf-Verley avec un ligand chiral
Figure 5, réaction MPV avec un ligand chiral

Portée

Plusieurs problèmes restreignent l'utilisation de la réduction de Meerwein-Ponndorf-Verley par rapport à l'utilisation d'autres agents réducteurs. Le contrôle stéréochimique est sérieusement limité. Souvent, une grande quantité d'alcoxyde d'aluminium est nécessaire lors de l'utilisation d'un réactif commercial, et il existe plusieurs réactions secondaires connues.

Bien que l'isopropoxyde d'aluminium commercial soit disponible, son utilisation nécessite souvent des charges de catalyseur allant jusqu'à 100 à 200 % en moles. Cela entrave l'utilisation de la réduction MPV à grande échelle. Des travaux récents ont montré que les alcoxydes d'aluminium fabriqués in situ à partir de réactifs triméthylaluminium ont une bien meilleure activité nécessitant aussi peu que 10 % de charge. On pense que la différence d'activité est due à l'état d'agrégation important du produit disponible dans le commerce.

Plusieurs réactions secondaires sont connues pour se produire. Dans le cas des cétones et en particulier des aldéhydes, des condensations aldoliques ont été observées. Les aldéhydes sans hydrogène peuvent subir la réaction de Tishchenko . Enfin, dans certains cas, l'alcool généré par la réduction peut être déshydraté en donnant un carbone alkyle .

Variantes

La réduction de Meerwein-Ponndorf-Verley a été récemment utilisée dans la synthèse d' amines chirales à partir de cétimines en utilisant un alcoxyde chiral. L'ajout d'un groupe phosphinoyle à l'azote de la cétimine a permis une énantiosélectivité élevée jusqu'à 98%ee.

Des travaux ont été effectués sur l'utilisation de lanthanides et de métaux de transition pour la réduction de Meerwein-Ponndorf-Verley. Le ruthénium et le samarium ont tous deux montré des rendements élevés et une stéréosélectivité élevée dans la réduction des carbonyles en alcools. Cependant, il a été montré que le catalyseur au ruthénium passe par un intermédiaire d'hydrure de ruthénium. La réduction de Meerwein-Ponndorf-Verley a également été effectuée avec un rendement synthétiquement utile par l'isopropoxyde de plutonium (III).

La réduction MPV standard est une réaction homogène plusieurs réactions hétérogènes ont été développées.

Voir également

Les références