8.4.3. Восстановление альдегидов и кетонов

8.4.3.1. Восстановление до спиртов

Восстановление альдегидов и кетонов можно проводить многими методами, в том числе каталитическим гидрированием, с помощью гидридов металлов, растворяющимися металлами, изопропилатом алюминия (реакция Меервейна — Понндорфа — Верлея). В тех случаях, когда стереохимический результат (который будет рассматриваться в дальнейшем) не имеет значения, все методы в применении к ациклическим альдегидам и кетонам дают одинаковые продукты.

Реакция Меервейна — Понндорфа — Верлея [реакция (8.7)] полезна в тех случаях, когда необходимо восстановить карбонильную группу в присутствии других способных к восстановлению групп.

Недавно был предложен общий метод восстановления альдегидов и кетонов, растворенных в инертном растворителе, проланолом-2 с использованием в качестве катализатора дегидратированного нейтрального оксида алюминия. Этому методу

приписывают следующие преимущества: 1) -ненасыщенные альдегиды восстанавливаются в аллильные спирты; 2) альдегиды могут восстанавливаться в присутствии некоторых кетонов;

3) многие неустойчивые к восстановлению функциональные группы (например, нитро, циан, галоген) в ходе реакции не затрагиваются; 4) пропанол-алюминиевый реагент в закрытом сосуде может храниться долгое время; 5) дешевизна реагентов и легкость выделения продуктов реакции.

В тех случаях, когда необходимо принимать во внимание стереохимические факторы, картина становится более сложной. При восстановлении гидридами на стереохимический результат могут влиять два фактора: — термодинамическая устойчивость продукта и пространственные условия подхода реагента. Когда реагент имеет малый размер, влияет преимущественно первый фактор, т. е. преобладает образование термодинамически более устойчивого спирта. Для объемистых реагентов главную роль играет стерический фактор, и атака происходит со стерически наименее затрудненной стороны молекулы. Аналогичные эффекты можно усмотреть и в реакциях

Таблица 8.4. (см. скан) Продукты восстановления -грег-бутилцнклогексаиона

Таблица 8.5. (см. скан) Продукты восстановления -триметилцнклогексанона

электрохимического восстановления, и в реакциях с растворяющимися металлами: они приводят к распределению продуктов, аналогично образующемуся при восстановлении незатрудненными гидридами. Как правило, следовательно, предпочтительно нужно выбирать экспериментально наиболее простой метод с использованием алюмогидрида лития.

Каталитическое гидрирование приводит к цис-присоединению водорода с пространственно наименее затрудненной стороны молекулы. Продукты, образующиеся при восстановлении

4-трет-бутилциклогексанона (14) и 3,3,5-триметилциклогексанона (17) в различных условиях, приведены в табл. 8.4 и 8.5 соответственно. Они служат иллюстрацией важности выбора реагентов при учете стереохимических факторов. Следует отметить, что относительная термодинамическая стабильность соединений 15 и 16 равна приблизительно 4 : 1, а для соединений 18 и 19- 16 : 1.

8.4.3.2. Бимолекулярное восстановление

При взаимодействии кетонов с магнием, цинком или алюминием (используемыми часто в виде амальгам) в отсутствие доноров протонов первоначально образующиеся радикал-анионы димеризуются в дианионы 1,2-диолов. Бимолекулярное восстановление [реакция (8.9)] конкурирует с другими реакциями восстановления при превращениях типа реакции Клемменсена:

8.4.3.3. Восстановление кетогрупп в метиленовые группы

При реакциях кетонов с амальгамой цинка в присутствии минеральной кислоты (реакция Клемменсена) происходит восстановление карбонильной группы в метиленовую. Часто реакцию проводят в присутствии толуола для того, чтобы получить трехфазную систему, в которой кетон в основном находится в верхнем углеводородном слое; протонированное карбонильное соединение, находящееся в водном слое, восстанавливается на металлической поверхности по механизму, показанному на схеме (8.10):

Цель проведения реакции в трехфазной системе — снизить до минимума возможность бимолекулярного восстановления за счет поддержания очень низкой концентрации протонированного карбонильного соединения на поверхности металла. Следующие примеры показывают область применения этой реакции, которая, естественно, не может использоваться для восстановления соединений, чувствительных к кислотам:

Дополняет реакцию восстановления по Клемменсену реакция Кижнера — Вольфа, в ходе которой гидразон кетона подвергается действию сильного основания. Существует несколько модификаций этой реакции, причем одна из наиболее удачных — это метод Хуан — Минлона. В этом случае смесь карбонильного соединения, гидразингидрата и гидроксида калия нагревается в высококипящем растворителе. Было показано, что использование диметилсульфоксида в качестве растворителя позволяет значительно снизить температуру реакции. Для соединений, чувствительных к действию оснований, подходящим вариантом является реакция тозилгидразона кетона с цианоборогидридом натрия. Из-за малой скорости восстановления карбонильных соединений в этих условиях совсем не обязательно получать гидразон заранее:

Гидрогенолиз дитиокеталей кетонов представляет собой очень мягкий метод перевода карбонильных групп в метиленовые. Однако, поскольку требуется большой избыток скелетного никеля на субстрата), метод обычно применяют только для синтеза малых количеств.