La oxidación de Dakin (o reacción de Dakin ) es una reacción redox orgánica en la que un fenil aldehído orto - o para - hidroxilado ( 2-hidroxibenzaldehído o 4-hidroxibenzaldehído ) o cetona reacciona con peróxido de hidrógeno en la base para formar un bencenodiol y un carboxilato . En general, el grupo carbonilo se oxida y el peróxido de hidrógeno se reduce.
Reacción de Dakin | |
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Lleva el nombre de | Henry Drysdale Dakin |
Tipo de reacción | Reacción redox orgánica |
Identificadores | |
Portal de química orgánica | reacción de dakin |
ID de ontología RSC | RXNO: 0000169 |
La oxidación de Dakin, que está estrechamente relacionada con la oxidación de Baeyer-Villiger , no debe confundirse con la reacción de Dakin-West , aunque ambas llevan el nombre de Henry Drysdale Dakin .
Mecanismo de reacción
La oxidación de Dakin comienza con la adición nucleofílica de un anión hidroperóxido al carbono del carbonilo , formando un intermedio tetraédrico ( 2 ). El intermedio colapsa, provocando la migración de [1,2] - arilo , la eliminación de hidróxido y la formación de un éster de fenilo ( 3 ). Posteriormente se hidroliza el éster fenílico : la adición nucleofílica de hidróxido de la solución al carbono del carbonilo del éster forma un segundo intermedio tetraédrico ( 4 ), que colapsa, eliminando un fenóxido y formando un ácido carboxílico ( 5 ). Finalmente, el fenóxido extrae el hidrógeno ácido del ácido carboxílico, produciendo los productos recolectados ( 6 ). [1] [2]
Factores que afectan la cinética de la reacción
La oxidación de Dakin tiene dos pasos que limitan la velocidad : la adición nucleofílica de hidroperóxido al carbono del carbonilo y la migración de [1,2] -arilo. [2] Por lo tanto, la tasa general de oxidación depende de la nucleofilia del hidroperóxido, la electrofilia del carbono del carbonilo y la velocidad de la migración de [1,2] -arilo. Los sustituyentes alquilo en el carbono del carbonilo, las posiciones relativas de los grupos hidroxilo y carbonilo en el anillo arilo, la presencia de otros grupos funcionales en el anillo y el pH de la mezcla de reacción son cuatro factores que afectan estos pasos que limitan la velocidad.
Sustituyentes de alquilo
En general, los fenil aldehídos son más reactivos que las fenil cetonas porque el carbono del carbonil de la cetona es menos electrofílico que el carbono del carbonil del aldehído. [1] La diferencia se puede mitigar aumentando la temperatura de la mezcla de reacción. [3]
Posiciones relativas de grupos hidroxilo y carbonilo
Los aldehídos y cetonas O- hidroxifenilo se oxidan más rápidamente que los aldehídos y cetonas p- hidroxifenilo en condiciones débilmente básicas. En los compuestos o -hidroxi, cuando el grupo hidroxilo está protonado , se puede formar un enlace de hidrógeno intramolecular entre el hidrógeno hidroxilo y el oxígeno del carbonilo , estabilizando una estructura de resonancia con carga positiva en el carbono del carbonilo, aumentando así la electrofilicidad del carbono del carbonilo ( 7 ). Al carecer de esta estabilización, el carbono carbonilo de los compuestos p- hidroxi es menos electrófilo. Por lo tanto, los compuestos o- hidroxi se oxidan más rápidamente que los compuestos p- hidroxi cuando el grupo hidroxilo está protonado. [2]
Los compuestos M- hidroxi no se oxidan a m -bencenodioles y carboxilatos. Más bien, forman ácidos fenilcarboxílicos. [1] [2] Las variaciones en las aptitudes migratorias de los anillos de arilo pueden explicar esto. Los grupos hidroxilo orto o para del grupo carbonilo concentran la densidad electrónica en el carbono arilo unido al carbono carbonilo ( 10c , 11d ). Los grupos fenilo tienen baja aptitud migratoria, pero una mayor densidad de electrones en el carbono migratorio aumenta la aptitud migratoria, facilitando la migración de [1,2] -arilo y permitiendo que la reacción continúe. Los compuestos M- hidroxi no concentran la densidad de electrones en el carbono migratorio ( 12a , 12b , 12c , 12d ); la aptitud migratoria de sus grupos arilos sigue siendo baja. El hidrógeno bencílico , que tiene la mayor aptitud migratoria, migra en su lugar ( 8 ), formando un ácido fenilcarboxílico ( 9 ).
Otros grupos funcionales en el anillo de arilo
La sustitución de hidrógenos de fenilo con grupos donadores de electrones orto o para al grupo carbonilo aumenta la densidad de electrones en el carbono que migra, promueve la migración de [1,2] -arilo y acelera la oxidación. La sustitución con grupos donantes de electrones meta al grupo carbonilo no cambia la densidad de electrones en el carbono migratorio; debido a que la aptitud migratoria del grupo fenilo no sustituido es baja, predomina la migración de hidrógeno. La sustitución con grupos aceptores de electrones orto o para del carbonilo disminuye la densidad de electrones en el carbono migrante ( 13c ), inhibe la migración de [1,2] -arilo y favorece la migración de hidrógeno. [1]
pH
El anión hidroperóxido es un nucleófilo más reactivo que el peróxido de hidrógeno neutro. En consecuencia, la oxidación se acelera a medida que aumenta el pH hacia el pK a del peróxido de hidrógeno y aumenta la concentración de hidroperóxido. Sin embargo, a un pH superior a 13,5, no se produce oxidación, posiblemente debido a la desprotonación del segundo oxígeno peroxídico. La desprotonación del segundo oxígeno peroxídico evitaría la migración de [1,2] -arilo porque el anión de óxido solitario es demasiado básico para ser eliminado ( 2 ). [2]
La desprotonación del grupo hidroxilo aumenta la donación de electrones del oxígeno hidroxilo. Cuando el grupo hidroxilo es orto o para con respecto al grupo carbonilo, la desprotonación aumenta la densidad de electrones en el carbono migrante, promoviendo una migración de [1,2] -arilo más rápida. Por lo tanto, la migración de [1,2] -arilo se ve facilitada por el rango de pH que favorece el grupo hidroxilo desprotonado sobre el protonado. [2]
Variantes
Oxidación de Dakin catalizada por ácido
La oxidación de Dakin también puede ocurrir en condiciones ácidas suaves, con un mecanismo análogo al mecanismo catalizado por bases. En metanol , peróxido de hidrógeno y ácido sulfúrico catalítico , el oxígeno del carbonilo se protona ( 14 ), después de lo cual el peróxido de hidrógeno se agrega como nucleófilo al carbono del carbonilo, formando un intermedio tetraédrico ( 15 ). Después de una transferencia de protones intramolecular ( 16 , 17 ), el intermedio tetraédrico colapsa, se produce la migración de [1,2] -arilo y se elimina el agua ( 18 ). La adición nucleofílica de metanol al carbono del carbonilo forma otro intermedio tetraédrico ( 19 ). Después de una segunda transferencia de protones intramolecular ( 20 , 21 ), el intermedio tetraédrico colapsa, eliminando un fenol y formando un éster protonado en el oxígeno del carbonilo ( 22 ). Finalmente, la desprotonación del oxígeno del carbonilo produce los productos recolectados y regenera el catalizador ácido ( 23 ). [4]
Oxidación de Dakin catalizada por ácido bórico
La adición de ácido bórico a la mezcla de reacción catalizada por ácido aumenta el rendimiento del producto de fenol sobre el producto de ácido fenilcarboxílico, incluso cuando se utilizan reactantes de fenil aldehído o cetona con grupos donantes de electrones meta al grupo carbonilo o grupos aceptores de electrones orto o para al grupo carbonilo. El ácido bórico y el peróxido de hidrógeno forman un complejo en solución que, una vez añadido al carbono del carbonilo, favorece la migración de arilo sobre la migración de hidrógeno, maximizando el rendimiento de fenol y reduciendo el rendimiento de ácido fenilcarboxílico. [5]
Oxidación de Dakin catalizada por metiltrioxorhenio
El uso de un disolvente líquido iónico con metiltrioxorhenio catalítico (MTO) acelera drásticamente la oxidación de Dakin. MTO forma un complejo con peróxido de hidrógeno que aumenta la tasa de adición de peróxido de hidrógeno al carbono carbonilo. Sin embargo, el MTO no cambia los rendimientos relativos de fenol y productos de ácido fenilcarboxílico. [6]
Oxidación de Dakin catalizada por urea
La mezcla de urea y peróxido de hidrógeno produce un complejo de urea-peróxido de hidrógeno (UHC). Agregar UHC seco a fenil aldehído o cetona sin solvente también acelera la oxidación de Dakin. Como MTO, UHP aumenta la tasa de adición nucleofílica de peróxido de hidrógeno. Pero a diferencia de la variante catalizada por MTO, la variante catalizada por urea no produce desechos de metales pesados potencialmente tóxicos ; también se ha aplicado a la síntesis de óxidos de amina como piridina- N -óxido . [3]
Aplicaciones sintéticas
La oxidación de Dakin se usa más comúnmente para sintetizar bencenodioles [7] y alcoxifenoles. [1] [8] El catecol , por ejemplo, se sintetiza a partir de o -hidroxi y o -alcoxifenil aldehídos y cetonas, [7] y se utiliza como material de partida para la síntesis de varios compuestos, incluidas las catecolaminas , [9] catecolaminas derivados y 4- terc- butilcatecol , un antioxidante común e inhibidor de la polimerización. Otros productos sintéticamente útiles de la oxidación de Dakin incluyen guayacol , un precursor de varios aromatizantes; hidroquinona , un agente común de revelado de fotografías; y 2- terc -butil-4-hidroxianisol y 3- terc -butil-4-hidroxianisol, dos antioxidantes comúnmente utilizados para conservar alimentos envasados. [6] Además, la oxidación de Dakin es útil en la síntesis de indolequinonas , compuestos naturales que exhiben altas actividades antibióticas, antifúngicas y antitumorales. [10]
Ver también
- Oxidación de Baeyer-Villiger
- Reordenamiento de Beckmann
- Sustitución de acilo nucleofílico
- Reacción de Reimer-Tiemann
Referencias
- ↑ a b c d e Dakin, HD (1909). "La oxidación de derivados hidroxi de benzaldehído, acetofenona y sustancias relacionadas". American Chemical Journal . 42 (6): 477–498.
- ^ a b c d e f Hocking, MB; Bhandari, K .; Shell, B .; Smyth, TA (1982). "Efectos estéricos y del pH sobre la tasa de oxidación de los acilfenoles por Dakin". La Revista de Química Orgánica . 47 (22): 4208. doi : 10.1021 / jo00143a007 .
- ^ a b Varma, RS; Naicker, KP (1999). "El complejo de urea-peróxido de hidrógeno: protocolos oxidativos de estado sólido para aldehídos y cetonas hidroxilados (reacción de Dakin), nitrilos, sulfuros y heterociclos de nitrógeno". Letras orgánicas . 1 (2): 189. doi : 10.1021 / ol990522n .
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