Allgemeines Verfahren zur Umwandlung von Alkoholen in Ketone durch Jones-Oxidation

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Syntheseanweisung

Das allgemeine Verfahren zur Umwandlung von Alkoholen in Ketone durch Jones-Oxidation umfasst die folgenden Schritte: [a]

  1. 0.15 bis 0.40 Vol.-% konzentrierte Schwefelsäure wird in eine 1.5 bis 4.5 M wässrige Lösung (150 bis 450 g/L) von $\mathrm{CrO}_{3}$; (MW = 100.0 g/mol) gegeben. Die Lösung färbt sich rot.
    • Die Verwendung einer kleinen Menge Schwefelsäure trägt dazu bei, Nebenreaktionen mit säureempfindlichen funktionellen Gruppen zu vermeiden, andererseits führt dies zu einer Abnahme der Oxidationskraft des Jones-Reagens. [b]
  2. Ein Teil der Lösung wird unter Rühren in eine 0.01 – 0.5 M Lösung des Alkohols in Aceton getropft.
    • Der Alkohol bewirkt die Reduktion der Chroms. Die rote Lösung färbt sich im Laufe der Reaktion grün. Eine vollständige Oxidation des Alkohols (in kurzer Zeit) erfordert normalerweise zwischen 1.2 und 5.0 Äquivalente Chromtrioxid.
    • Es empfiehlt sich die Kühlung der exothermen Reaktion in einem Eiswaserbad oder eine langsame Zugabe bei Raumtemperatur.
    • Bei der Oxidation sehr empfindlicher Substrate kann es ratsam sein, die gesamte Oxidation bei Temperatur um -20°C durchzuführen.
  3. Wenn eine DC-Analyse zeigt, dass der größte Teil des Alkohols verbraucht ist (normalerweise nach 10 Minuten bis 12 Stunden), wird die Reaktionslösung durch Zugabe von 0.1 – 0.4 Volumenäquivalente 2-Propanol gequencht.
    • Der Verbrauch des Alkohols kann (auch) durch das Fortbestehen der roten Farbe der Chromsäurelösung angezeigt werden, die in den Reaktionskolben getropft wird. Da sich die rote Farbe der zuzusetzenden Lösung mit der grünen Farbe der reduzierten Chromspezies mischt, kann es einige Übung erfordern, um die Farbänderungen zu erkennen.
    • Andere Alkohole wie Methanol können ebenfalls verwendet werden. Eine auffällige Veränderung der Reaktionslösung hin zu einer tiefgrünen Farbe weist auf die vollständige Umsetzung der Chrom(VI)-Spezies hin.
  4. Die Reaktionslösung kann nun durch verdünnte Natriumhydroxidlösung neutralsisiert werden.
  5. Die resultierende Mischung wird mit einem organischen Lösungsmittel wie $\mathrm{EtOAc}$, $\mathrm{CH}_{2}\mathrm{Cl}_{2}$ oder $\mathrm{Et}_{2}\mathrm{O}$ extrahiert.
  6. Die vereinte organische Phase wird mit $\mathrm{NaCl}$-Lösung gewaschen, getrocknet (zum Beispiel über Natrium- oder Magnesiumsulfat) und eingeengt, wobei ein „rohes“ Keton erhalten wird, das möglicherweise einer weitergehenden Reinigung bedarf.

Beispiel

Die in Abb. 1 gezeigte (sehr schwierige) Oxidation gelang mit dem Jones-Reagenz bei sehr niedriger Temperatur, während sie unter den oxidativen Bedingungen von Swern, Collins, Manganoxid, TEMPO, PCC und Dess-Martin fehlschlug. Eines der resultierenden Ketone tautomerisiert zu einem sehr oxidationsempfindlichen Enol. [a, c]

Oxidation eines 1,3-Diols (mit einem Benzylrest an Postition 2). Wie erhält man das 1,3-Diketon? Durch Jones-Oxidation!
Abb. 1: Oxidation eines 1,3-Diols (mit einem Benzylrest an Postition 2). Wie erhält man das 1,3-Diketon? Durch Jones-Oxidation!
  • Die Swern- und die Collins-Oxidation ergeben bei dieser Oxidation lediglich das $\beta$-Hydroxyketon.
  • Die Oxidation mit Manganoxid ergibt hier lediglich Spuren des $\beta$-Hydroxyketons.
  • Die Verwendung von TEMPO führt zu wenig $\beta$-Hydroxyketon.
  • Die Verwendung von Dess-Martin-Periodinan ergab ein nicht identifiziertes Produktgemisch.

Schutzgruppen

Obwohl die Jones-Oxidation in Gegenwart von wässriger Schwefelsäure durchgeführt wird, müssen säureempfindliche Gruppen nicht unbedingt geschützt werden (aufgrund der Trennung zwischen der organischen und der wässrigen Phase). [c]

  • Unter den Bedingungen der Jones-Oxidation werden nur sehr säureempfindliche Schutzgruppen hydrolysiert. [c]
    • Da die Bedingungen der Jones-Oxidation aber nicht einheitlich sind, können Schutzgruppen dennoch angegriffen werden!
  • Die meisten Silylether, einschließlich der TBS-Ether, überstehen die Jones-Oxidation unverändert (mit Ausnahme der sehr säureempfindlichen TMS-Ether). [c]

Wenn durch die Hydrolyse von Schutzgruppen freie Alkohole entstehen, werden sie in situ zu Ketonen oder Carbonsäuren oxidiert. [c]

Reaktivitäten funktioneller Gruppen

  • Aldehyde werden durch Jones-Oxidation zu Carbonsäuren oxidiert; in bestimmten Fällen kann die Oxidation der primären Alkohole im Aldehydstadium gestoppt werden. [c]
  • Lactole werden zu Lactonen oxidiert. [c]
  • Abhängig vom Substrat und den genauen Reaktionsbedingungen können Sulfide unverändert bleiben oder in Sulfoxide oder Sulfone umgewandelt werden. [c]
  • O-Alkylcyclische Halbacetale, einschließlich Glycoside, könneneiner Oxidation zu Lactonen unterliegen müssen aber nicht zwangsläufig reagieren. [c]
  • Die meisten Epoxide widerstehen der Jones-Oxidation, mit Ausnahme sehr säurelabiler Epoxide, also solcher die beim Öffnen ein sehr stabiles Carbokation erzeugen können. [c]
  • Amine, Pyridine und Ester widerstehen der Jones-Oxidation, einschließlich der sehr säureempfindlichen t-Butylester. Amine und Pyridine sind gegenüber der Jones-Oxidation unempfindlich weil sie unter den Reaktionsbedingungen durch Protonierung geschützt sind. [c]

Toxikologie

Chrom(VI)-oxid ist sehr giftig, cancerogen und mutagen ist. [d]

Anmerkungen

  • In diesem Artikel wird der Punkt (.) als Dezimaltrennzeichen verwendet.

Das „Originalrezept“ für das Jones-Reagenz von Ewart R. H. Jones:
25 g Chromtrioxid, 25 mL konzentrierte Schwefelsäure und 70 mL dest. Wasser. [e]

Verweise

Weitere Reaktionen kannst Du in unserer Liste der Namensreaktionen finden.


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Einzelnachweise

[a] Tojo, G., & Fernández Marcos. (2006). Oxidation of alcohols to aldehydes and ketones: a guide to current common practice. New York: Springer.

[b] Djerassi, C.; Engle, R. R.; Bowers, A.; J.Org.Chem. 1956, 21, 1547.

[c] Christophe Provent, Pierre Chautemps & Jean-Louis Pierre (1995) Screening of Various Procedures for the Oxidation of A 1,3-Diol with A 2-Benzylic Position; How to Obtain the 1,3-Diketone?, Synthetic Communications, 25:13, 1907-1912, DOI: 10.1080/00397919508015866

[d] https://de.wikipedia.org/wiki/Jones-Oxidation (Abgerufen am 19.12.2019)

[e] Bowden, K.; Heilbron, I. M., Jones, E. R. H.; Weedon, B. C. L. J. Chem. Soc. 1946,
39-45.