¿Cuál es el posible mecanismo de esta reacción? El zinc activado en presencia de ácido clorhídrico concentrado se utiliza para la reducción de Clemmensen, es decir, la conversión del grupo cetona en grupo metileno. Yo esperaría que el producto fuera 1-metil-2-propilpirrolidina:
Sin embargo, se produce una expansión del anillo que da lugar a un derivado de la piperidina. ¿Podría alguien explicar o proporcionar un mecanismo para la conversión? Gracias.
Con respecto a esta pregunta, hay dos cosas que hay que decir de antemano.
En primer lugar, el mecanismo de la reducción de Clemmensen no se conoce bien. Se han propuesto dos vías plausibles: 1
por lo que el mecanismo de este reordenamiento tampoco está claro.
En segundo lugar, este compuesto no sufre realmente un reordenamiento en la reducción de Clemmensen, según los estudios de Leonard y Ruyle. 2 Curiosamente, los autores sólo pudieron aislar el alcohol producto. No se ofreció ninguna explicación de por qué el alcano no se obtuvo.
Sin embargo, se sabe que las -aminocetonas sufren un reordenamiento cuando el nitrógeno y el carbono del carbonilo están en el mismo anillo. A continuación se ofrecen dos ejemplos estudiados por Leonard y Ruyle: 2,3
El mecanismo que proponen se produce a través de la migración del enlace C-N, tras la protonación del oxígeno carbonilo. El carbocatión es capturado por lo que parece ser un hidruro, aunque la existencia del hidruro es inconsistente con los mecanismos propuestos que hemos visto anteriormente. Puede que sólo sea su abreviatura para la transferencia secuencial de electrones + protones; realmente no puedo decirlo.
La segunda mitad del mecanismo no se explica, pero es plausible protonar el grupo hidroxilo y utilizar el par solitario del nitrógeno para expulsar el agua.
Los autores postulan que la tendencia a sufrir un reordenamiento en este caso está relacionada con un "efecto geométrico de dirección": en el caso de que el nitrógeno y el carbono carbonilo estén en el mismo anillo, el par solitario del nitrógeno tiene una mayor oportunidad de acercarse al carbono carbonilo. 2 En términos modernos, esto podría considerarse un efecto estereoelectrónico.
¿Cómo puede conciliarse esto con los mecanismos propuestos en Kürti-Czakó? Teniendo en cuenta que el mecanismo de la reducción en sí no está claro, no quiero hacer ninguna afirmación sobre cuál es el mecanismo exacto de este reordenamiento. Sin embargo, creo que sería plausible que la migración del enlace C-N pueda ocurrir en alguna etapa del mecanismo anterior - especialmente en los intermedios donde el carbono tiene una carga positiva.
Referencias
Kürti, L.; Czakó, B. Aplicaciones estratégicas de las reacciones con nombre en la síntesis orgánica; Elsevier: Amsterdam, 2005; p 92.
Leonard, N. J.; Ruyle, W. V. Rearrangement of -Aminoketones During Clemmensen Reduction. II. Contracción de un anillo de seis miembros en la serie monocíclica. J. Am. Chem. Soc. 1949, 71 (9), 3094-3098. DOI: 10.1021/ja01177a043 .
Leonard, N. J.; Wildman, W. C. Reordenación de las -Aminocetonas durante la reducción de Clemmensen. I. Bicyclic Compounds Containing a Bridge-head Nitrogen. J. Am. Chem. Soc. 1949, 71 (9), 3089-3093. DOI: 10.1021/ja01177a042 .
¡Gracias! Ahora está claro. Sólo otra cosa, también recuerdo haber leído que la 5,5-dimetilciclohexana 1,3-diona al tratarla con Zn-Hg en presencia de HCl (reducción de Clemmensen) da 2,4,4-trimetilciclopentanona. Esto es claramente un ejemplo de contracción del anillo. ¿Cómo se produce? También me gustaría conocer un mecanismo para esta conversión. Además, como los anillos de seis miembros son más estables que los de cinco, yo prevería que la reacción no es factible, pero sí lo es. ¿Cómo?
@user28968, para tu primera pregunta te sugeriría que hicieras una nueva pregunta. En cuanto al anillo de 6 vs 5 miembros, estás haciendo una suposición implícita de que la reacción está controlada termodinámicamente en alguna etapa. No estoy seguro de que ese sea necesariamente el caso aquí. Sin embargo, es difícil analizarlo de forma significativa, ya que, para empezar, el mecanismo no está confirmado.
El ortocresol es correcto. El mecanismo de la reducción de Clemmensen es enigmático. Leonard y sus coautores proporcionaron un mecanismo del tipo 1949 en el que los hidruros o los hidrógenos de zinc eran los agentes reductores del carbocatión, pero no abordaron la cuestión de que la amina está totalmente protonada en HCl conc. (pKa H 3 O + ~-1,7; pKa "NH 4 + " 9.3]. El par de electrones del nitrógeno no está disponible como lo describe Leonard. Orthocresol ha proporcionado las dos opciones predominantes para la reducción de Clemmensen. Me centraré en la ruta del carbenoide. Estructuras 2 hay tres formas de pensar
sobre un carbeno con fines mecanicistas: el metal unido 2a , par de electrones 2b y los orbitales vacíos y llenos 2c . Migración de enlaces en 2c ofrece 3a que equivale a una enamina protonada con nitrógeno 3b . Sin embargo, las enaminas 1,2 como el 1-pirrolidino-ciclohexeno sufren una fácil hidrólisis en ácido acuoso. Esto significa que la protonación C se produce para dar una sal de imonio y, si se produce la protonación N, es reversible. Dada una enamina N-protonada aquí, la isomerización a la sal de imonio 4 se espera que sea seguido por una reducción de 2 electrones para dar lugar a la amina terciaria 5 .
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