N,N-dibromo-p-toluenesulfonammide

[Geber]

L'ossidazione degli alcoli nei corrispettivi composti carbonilici è una reazione fondamentale in chimica organica di sintesi. Tradizionalmente, l'ossidazione degli alcoli è condotta usando quantitativi stechiometrici di ossidanti metallici, in particolare reagenti a base di cromo(VI), permanganati, e rutenio(VIII) ossido, che producono rifiuti contenenti metalli pesanti, inaccettabili dal punto di vista ambientale. Sono state riportante in letteratura sia le procedure stechiometriche che utilizzano una varietà di ossidanti, così come i metodi catalitici basati sull'uso di composti di coordinazione di metalli di transizione. Quindi lo sviluppo di un efficiente sistema per l'ossidazione di substrati organici è di grande importanza sia economica sia dal punto di vista ambientale. Tra gli agenti ossidanti basati su metalli, sono stati sviluppati nel corso delle scorse decadi una varietà di reattivi basati su alogeni come il bromo, la N-bromosuccinimmide, il piridinio idrogeno bromuro perbromuro, [Bmim][Br₃], la N-bromoacetammide, la N-clorosuccinimide, etc. Tra i reagenti N-alogenati riportati in letteratura, l'NBS è stata scoperta essere il reagente più versatile per l'ossidazione. Ma nella maggior parte dei casi dell'ossidazione assistita da NBS, è necessario usare un catalizzatore al fine di far avvenire la reazione. In secondo luogo, l'ossidazione con l'NBS è ristretta ad alcoli secondari o benzilici, anche in presenza di un catalizzatore. L'ossidazione di alcoli primari non è efficace usando reattivi N-alogenati. Recentemente è stato sviluppato un nuovo metodo per la sintesi di bromoidrine, alcossibromuri e bromoazidi usando TsNBr₂. È riportata qui una procedura rapida ed efficiente per l'ossidazione di alcoli a composti carbonilici usando TsNBr₂ in condizioni di reazioni blande.
La N,N-dibromo-p-toluenesulfonammide è stata a lungo nota come reagente per l'amminobromurazione. Sin dalla scoperta di questo reagente ad opera di Kharasch, è stata utilizzata per l'amminobromurazione di una varietà di substrati olefinici. Si è scoperto che il trattamento di TsNBr₂ con una olefina in presenza di acqua o di alcol produce bromoidrine ed alcossibromuri rispettivamente. Si è in grado di sintetizzare metossibromuri e ter-butossibromuri in una maniera molto efficiente usando queste reagente. Dopo questo successo, si è pensato di estendere questa procedura per la sintesi di alcossibromuri usando una varietà di alcoli. Comunque, quando si usava l'alcole benzilico come substrato, invece del metanolo o del ter-butanolo, la reazione produceva una miscela di benzaldeide ed acido benzoico in una un processo rapido ed esotermico. Così, si è attentamente studiato il processo per sviluppare una nuova metodologia per l'ossidazione degli alcoli. Per quanto fosse noto, l'ossidazione di un alcol con TsNBr₂ non è nota in letteratura. L'agente bromurante TsNBr₂ impiegato per questo scopo è stato preparato da clorammina-T, seguendo una procedura in letteratura.

(continua)

[Geber]

Per prima cosa, l'1-feniletanolo è stato impiegato come substrato modello. La reazione è stata condotta aggiungendo TsNBr₂ (1.0 mmol) ad una soluzione dell'alcole (1 mmol) in acetonitrile (2 ml) a temperatura ambiente. Sono stati esaminati diversi solventi al fine di trovare il più adatto. È stato trovato che l'acetonitrile è il solvente più adatto per l'ossidazione dell'1-feniletanolo ad acetofenone. Quindi, la reazione è stata esaminata usando differenti quantità dell'ossidante. Si è scoperto che l'uso di 1 equivalente del reagente è la migliore scelta in termini di resa e tempi di reazione (82%, 30 min). Dopo aver ottimizzato le condizioni di reazione, si è esteso il processo ad una varietà di alcoli. Il metodo funziona bene per tutti i tipi di alcoli come primari, secondari, e benzilici producendo il corrispondente composto carbonilico in rese eccellenti. Nel caso di alcoli benzilici secondari, la reazione è molto veloce e produce i corrispondenti composti carbonilici in 30 minuti. Comunque, nel caso dell'alcol benzilico, è avvenuta una sovraossidazione ed è stato anche prodotto acido benzoico. Alcoli secondari ciclici come cicloesanolo e mentolo hanno impiegato circa 30 minuti per il completamento della reazione mentre il 2-ottanolo è stato ossidato completamente in 45 minuti, con rese alte. Alcoli primari come l'1-ottanolo hanno impiegato 1 ora per la completa ossidazione con una resa dell'80%. Comunque, il dodecanolo ha impiegato 2 ore per la completa ossidazione, ma con rese eccellenti.
In modo simile, il 2-feniletanolo ed il 3-fenilpropan-1-olo sono stati ossidati in maniera efficiente con rese elevate in 1 ora . Quindi, si può vedere che le rese sono molto alte indipendentemente dalle variazioni strutturali nell'alcole.

In conclusione, è stato sviluppato un nuovo protocollo per l'ossidazione di alcoli nei corrispondenti composti carbonilici usando la N,N-dibromo-p-toluenesulfonamide come agente ossidante. Questa procedura è rapida, facile da riprodurre a temperatura ambiente ed applicabile a diverse tipologie di alcoli primari e secondari, come gli alcoli aromatici, alifatici, ciclici e benzilici producendo i corrispondenti composti carbonilici con rese eccellenti. L'alcol benzilico è convertito sia in aldeide sia in acido mentre gli alcoli primari alifatici sono convertiti solo in aldeidi. Questo protocollo ha un vasto scopo per l'ossidazione di una varietà di alcoli in un modo efficiente.

Procedura generale per l'ossidazione degli alcoli.
Ad una soluzione dell'alcole (1 mmol) in MeCN (2 ml) è stata aggiunta TsNBr₂ (1 mmol). Il colore della soluzione è cambiato lentamente da giallo chiari ad arancione. Dopo che la reazione è completa, è stato aggiunto sodio tiosolfato alla miscela di reazione con un 1 ml di acqua e il tutto è agitato per 20 min. La miscela di reazione è stata ripresa in etere, lavata con salamoia, anidrificata (Na₂SO₄), e concentrata. La purificazione del prodotto grezzo tramite cromatografia flash su gel di silice (230-400
mesh) con etere di petrolio-EtOAc (0-5%) quale eluente a dare il prodotto puro.
Nel caso dell'alcol benzilico, l'estrazione del prodotto dalla miscela di reazione è stata fatta con etile acetato e il prodotto grezzo è stato purificato con etere di petrolio-EtOAc (5-20%) quale eluente a dare il prodotto puro.

Preparazione della N,N-dibromo-p-toluenesulfonammide (TsNBr₂)
Il reagente N,N-dibromo-p-toluenesulfonammide è stato preparato dalla clorammina-T*3H₂O seguendo la procedura trovata in letteratura.
Il bromo (2 ml) è stato aggiunto goccia a goccia ad una soluzione di clorammina-T*3H₂O (10 g) in acqua (200 ml) sotto constante agitazione. Il precipitato giallo oro della N,N-dibromo-p-toluenesulfonammide è stato filtrato sotto vuoto, lavato con acqua e asciugato in essiccatore su P₂O₅ per 24 h.