Ossidazione di alcoli con HClO
I composti contenenti il gruppo funzionale chetonico o aldeidico sono importanti in chimica organica.
Essi sono comuni in natura e sono spesso intermedi chiave nella sintesi organica. I metodi utili per la preparazione di chetoni includono il coupling di cloruri acilici con reagenti organozinco, l'aggiunta di reagenti organomagnesio ad ammidi di Weinreb e l'idratazione di alchini.
Le aldeidi possono essere preparate tramite riduzioni di cloruri acilici o esteri con certi idruri metallici o tramite idrogenazione catalitica.
Nonostante i numerosi metodi di preparazione, l'unico più importante metodo per la preparazione sia chetoni che aldeidi è l'ossidazione di alcoli. Gli alcoli sono tra i composti organici più facilmente disponibili, e quindi, questo metodo per la preparazione di aldeidi e chetoni è estremamente utile.

Alcoli primari e secondari sono ossidati alle corrispondenti aldeidi e chetoni tramite diversi agenti ossidanti, quali ad esempio Na2Cr2O7 o KMnO4.
Le aldeidi derivate da alcoli primari possono essere ulteriormente ossidate ad acidi carbossilici da alcuni di questi agenti, mentre i chetoni derivati da alcoli secondari sono stabili ad un'ulteriore ossidazione, o per meglio dire non possono essere ulteriormente ossidati.

Storicamente, uno dei più diffusamente usati agenti ossidanti è stato l'acido cromico, che è preparato miscelando sodio dicromato con acido solforico. I sali di cromo, comunque, sono sospetti mutageni, cancerogeni, ed estremamente corrosivi. Esistono per questo regole ferree sull'utilizzo, lo stoccaggio e lo smaltimento di tali sali.

L'acido ipocloroso (HOCl), un agente ossidante alternativo, è facilmente disponibile, non costoso, discretamente sicuro, e non particolarmente dannoso per l'ambiente se comparato ai reagenti che usano cromo o manganese.
HClO è un ossidante più forte del cloro in condizioni standard:

2  HClO(aq) + 2  H+ + 2 e [Immagine: 15px-Equilibrium.svg.png] Cl2(g) + 2  H2O E = +1.63V

Sebbene HOCl sia instabile e decomponga lentamente durante il suo stoccaggio, esso può essere preparato da un reagente disponibile in ogni casa: la candeggina, una soluzione di sodio ipoclorito al 5.25%. Il sodio ipoclorito per trattamento con acidi acetico glaciale produce l'acido ipocloroso, secondo la reazione:

NaClO + CH3COOH → HClO + CH3COONa

In questo esperimento, una miscela di candeggina ed acido acetico glaciale verrà usata per preparare il cicloesanone dal cicloesanolo; questa ossidazione, anche se vi sembrerà strano, porta il nome delle persone che l'hanno scoperta: Chapman e Stevens. Tra l'altro ho qui sotto mano l'articolo, e devo dire che è abbastanza geniale come idea...

[Immagine: cyclohexanoloxidationwithHClO.png]

Il meccanismo non è purtroppo ancora stato accertato, ma si pensa che in presenza di acidi (in questo caso quello acetico), l'acido ipocloroso si protoni e vada ad attaccarsi al gruppo −OH dell'alcole da ossidare, formando un ipoclorito organico, ed eliminando un molecola d'acqua. Essendo in soluzione acquosa, l'acqua attacca l'ipoclorito e dopo due step in cui si elimina acqua acida, si ha formazione del chetone.

Per controllare che la reazione tra HClO e cicloesanolo sia andata a completezza, l'HClO deve essere in eccesso durante la reazione. Poiché la concentrazione di ioni ClO nella candeggina varia, la presenza di un eccesso di HClO non può essere assunta aggiungendo un eccesso basato sulla quantità molare di cicloesanolo ed assumendo che la candeggina contenga il 5.25% di NaClO.
Invece, la presenza di HClO deve essere stabilita tramite un test chimico, il test con KI/amido. Questo test impiega carta impregnata di KI e amido; una goccia della miscela di reazione è posta sulla carta. Se è presente HClO, esso ossida lo ione ioduro nella cartina a iodio, che in quest caso forma un complesso blu-nero con l'amido secondo la reazione:

HOCl + H+ + 2 KI (in presenza di amido) → 2 KCl + H2O + I2-amido (complesso)

Alla fine della reazione, qualsiasi eccesso di agente ossidante deve essere distrutto. Questo viene ottenuto tramite aggiunta di NaHSO3 che riduce l'eccesso di ossidante secondo la reazione:

HClO + NaHSO3 → HCl + NaHSO4

Per determinare se è stato aggiunto abbastanza NaHSO3, la miscela di reazione è di nuovo testata come sopra; questa volta l'assenza di HClO è il risultato desiderato.
Dopo neutralizzazione con NaOH, il cicloesanone viene addizionato di NaCl solido. L'aggiunta di NaCl solido o di salamoia è una pratica comune in chimica organica, basata sul principio che sali inorganici dissolti diminuiscono la solubilità della maggior parte dei composti organici in acqua. Il cicloesanone è estratto in diclorometano e la risultata reazione trattata con un agente disidratante e fatta evaporare tramite legger riscaldamento. Cicloesanone ad una maggiore purezza può essere ottenuto previa distillazione del grezzo, ma non è questo un passaggio essenziale.
ATTENZIONE!
L'acido acetico glaciale e il sodio ipoclorito concentrato sono corrosivi per la pelle. Evitare quindi il contatto con la pelle. Se venissero in contatto con la pelle lavarsi subito le mani con acqua corrente e nel caso consultare un medico. Vorrei inoltre ricordare che il diclorometano è sospetto cancerogeno. Indossare sempre guanti, occhiali ed indumenti protettivi. Cicloesanolo e cicloesanone sono irritanti — evitare il contatto con la pelle.



Procedura:

Porre 10 mmol di cicloesanolo ed un'ancoretta magnetica in una beuta, posta su un agitatore meccanico ed agitare mentre con cautela vengono aggiunti 2.5mL di acido acetico glaciale.
Versare 15mL di NaClO (ca. al 5.25%, comune candeggina) in un imbuto gocciolatore o separatore, posizionare tale imbuto sopra la beuta, ed aggiungere tale reagente goccia a goccia alla miscela cicloesanolo/acido acetico. L'aggiunta dovrebbe durare 10-15 minuti.
Se la beuta dovesse diventare calda al tatto durante l'aggiunta, rallentare la velocità di gocciolamento e usare un bagno di ghiaccio per raffreddare il tutto.
Quando l'aggiunta è completa, la soluzione dovrà essere colorata da giallo paglierino a giallo-verde. Testare la soluzione per l'eccesso di HClO e, se necessario, aggiungere ulteriore NaClO.
Agitare la miscela di reazione per 15 minuti a temperatura ambiente. Quindi, quenchare l'eccesso di ossidante aggiungendo 10-20 gocce di una soluzione satura di NaHSO3 (30 g in 100mL di acqua).
Testare la reazione per HClO e, se necessario, aggiungere ulteriore NaHSO3.

Aggiungere 2 gocce di blu timolo, e quindi aggiungere NaOH 6N con una pipetta finché la soluzione vira a blu chiaro (ad indicare che ora la soluzione è basica).
Ora, aggiungere NaCl solido finché la soluzione è satura. Non appena satura, decantare il liquido in un imbuto separatore.
Estrarre con 5mL di cloruro di metilene e tenere da parte la fase organica quindi estrarre la fase acquosa con ancora un'aliquota di 5mL di cloruro di metilene.

ATTENZIONE! A causa della volatilità del cloruro di metilene, la pressione può rapidamente crescere all'interno dell'imbuto se la fase acquosa è tipieda. Siate sicuri di sfiatare l'imbuto spesso durante l'estrazione, ma soprattutto fare tutto ciò sotto cappa!

Combinare le fasi organica ed anidrificarle su sodio solfato anidro. Decantare o filtrare per rimuovere l'agente disidratante, e quindi rimuovere il solvente dalla soluzione tramite vuoto, fin quando non ci sarà più formazione di bollicine. Eventualmente scaldare leggermente a 35-40 °C. L'alternativa, in mancanza di vuoto, è quella di lasciar evaporare il solvente per una notte, in luogo ventilato e asciutto.
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S.O. Nwaukwa e P.M. Keehn su Tetrahedron Lett. 1982, 23(1), 35-38 riportarono "l'ossidazione di alcoli ed eteri usando calcio ipoclorito".

Mentre conducevano studi sulla rimozione tipo-Grob di gamma-idrossisulfoni2,3 tentarono la preparazione del corrispondente ipoclorito tramite azione del sodio ipoclorito sul 2-tosilmetilcicloesanolo4. Invece dell'ipoclorito, fu ottenuta con una rese eccellente il corrispondente chetone (2-tosilmetilcicloesanone). Successivamente, indipendentemente trovarono che questo metodo era generale per la conversione di alcoli secondari a chetoni tramite l'uso di sodio ipoclorito o di soluzioni di Chlorox disponibili commercialmente. Pensarono che le loro condizioni differissero in qualcosa, ma i risultati furono essenzialmente gli stessi di quelli riportati da Stevens5.

L'instabilità delle soluzioni di sodio ipoclorito, comunque, li portarono a considerare altri reagenti che contenessero ipoclorito che fossero più stabili e facili da maneggiare. Il calcio ipoclorito6 è un solido disponibile commercialmente e non è costoso. Poiché questo reagente non decompone significativamente quandi conservato al buio in un essiccatore7, realizzare ossidazioni pesando la quantità necessaria di ossidante solido rappresentava un metodo più conveniente rispetto all'usare soluzione che frequentemente dovevano essere titolate.

Le ossidazioni di alcoli secondari con questo reagente procedono senza difficoltà, e con rese eccellenti a 0 °C in un solvente che contiene l'acido acetico. Sotto riporto ora i risultati per dodici composti usando questo reagente, paragonato ai risultati iniziali che prevedevano l'uso di sodio ipoclorito8.

Il (−)-mentolo è stato ossidato a (−)-mentone con una resa del 98% (usando Ca(ClO)2) e con una resa del 98% (usando NaClO)9a,b.

Il borneolo è stato ossidato a camfora con una resa del 98% (usando Ca(ClO)2) e con una resa del 99% (usando NaClO)9c.

Il norborneolo è stato ossidato a norcamfora con una resa del 92% (usando Ca(ClO)2), mentre usando NaClO non c'è stata reazione10.

Il cicloesanolo è stato ossidato a cicloesanone con una resa del 91% (usando Ca(ClO)2) e con una resa del 98% (usando NaClO)9c.

Il 2-tosilmetil-cicloesanolo è stato ossidato a 2-tosilmetil-cicloesanone con una resa del 98% (usando Ca(ClO)2) e con una resa del 98% (usando NaClO).
IR, DCM (cm-1), 1710, 1320, 1150; NMR (CDCl3) δ 7.1-7.9 (m, 4H), 3.8-4.02 (dd, 2H) 2.5 (s, 3H), 1.5-2.1 (m, 9H).

Il 3,5-dimetil-cicloesanolo è stato ossidato a 3,5-dimetil-cicloesanone con una resa del 93% (usando Ca(ClO)2) mentre usando NaClO non c'è stata reazione10.

Il 5-colesten-3-olo è stato ossidato a 4-colesten-3-one con una resa del 91% (usando Ca(ClO)2) e con una resa del 91% (usando NaClO)10. (Il DCM è stato usato al posto del MeCN per ragioni di solubilità.)

Il 3-pentanolo è stato ossidato a 3-pentanone con una resa del 97% (usando Ca(ClO)2)9d.

Il 3-pentanolo è stato ossidato a 3-pentanone con una resa dell'87% (usando NaClO)9d.

Il 2-ottanolo è stato ossidato a 2-ottanone con una resa dell'80% (usando Ca(ClO)2) e con una resa del 99% (usando NaClO)9d.

Il difenilcarbinolo è stato ossidato a benzolfenone con una resa del 98% (usando Ca(ClO)2) mentre usando NaClO non c'è stata reazione9d.

Il 2-tosilmetil-1-feniletanolo è stato ossidato a α-tosilmetil-acetofenone con una resa del 98% (usando NaClO).
mp: 130-131°C; IR, DCM (cm-1) 1690, 1315, 1150; NMR (CDCl3) δ 7.3-8.0 (m, 9H), 3.52 (s, 4H), 2.47 (s, 3H).


Una procedura generale è sotto riportata per l'ossidazione del (−)-mentolo a (−)-mentone:

Il mentolo (3g, 19mmol) è stato sciolto in acetonitrile:acido acetico (3:2, 25mL) ed aggiunto goccia a goccia in 10 minuti ad una soluzione raffreddata (0 °C) e posta sotto agitazione di calcio ipoclorito (1.84g, 12.7mmol) in acqua (40mL). L'agitazione è protratta per un'ora dopo la quale altra acqua (40mL) è stata aggiunta. La soluzione è stata estratta con DCM (4x30mL) e le fasi organiche lavate con una soluzione al 10% di sodio bicarbonato a cui è seguito un lavaggio acquoso. Dopo anidrificazione con magnesio solfato anidro ed evaporazione del solvente, il prodotto crudo è stato distillando ottenendo il mentone (2.89g, 98%). Gli spettri (IR e NMR) sono stati identici a quelli dei materiali puri9,10.


L'ossidazione di alcoli primari nelle medesime condizioni ha portato ad un'aldeide solo nel caso dell'alcole benzilico11. Altri alcoli primari hanno dato esteri con sotto riportato. Sono anche riportati i risultati dell'ossidazione di eteri ad esteri. Nonostante le rese non fossero così buone come per altri substrati, i dati vennero riportati a causa dell'insolita e potenzialmente utile trasformazione12. Gli eteri vennero ossidati nelle medesime condizioni degli alcoli eccetto per il fatto che le reazioni vennero condotte a temperatura ambiente per 4-16 ore. Il riscaldamente non sembra aumentare la resa.

L'alcole benzilico è stato ossidato a benzaldeide con una resa del 98% (usando Ca(ClO)2) e con una resa del 98% (usando NaClO)10.

L'1-pentanolo è stato ossidato a pentil pentanoato con una resa dell'83% (usando Ca(ClO)2) e con una resa del 91% (usando NaClO)10.

L'1-esanolo è stato ossidato ad esil esanoato con una resa del 98% (usando Ca(ClO)2) e con una resa del 98% (usando NaClO)9e.

Il 3-metilbutanolo è stato ossidato a 3-metilbutil isovalerato con una resa del 76% (usando Ca(ClO)2) e con una resa dell'87% (usando NaClO)10.

L'alcole etilico è stato ossidato ad etil acetato usando NaClO, ma la resa non è stata determinata a causa della volatilità del prodotto; una significativa conversione è stata indicata tramite IR ed NMR9b,10.

L'etere etilico è stato ossidato ad etil acetato usando Ca(ClO)2, ma la resa non è stata determinata a causa della volatilità del prodotto; una significativa conversione è stata indicata tramite IR ed NMR.

Il butil etere è stato ossidato a butil butanoato con una resa del 40% (usando Ca(ClO)2) mentre usando NaClO non c'è stata reazione10.

Il tetraidrofurano è stato ossidato a γ-butirrolattone con una resa del 68% (usando Ca(ClO)2) mentre usando NaClO non c'è stata reazione9b,10.

Il tetraidropirano è stato ossidato a δ-valerolattone con una resa del 56% (usando Ca(ClO)2) mentre usando NaClO non c'è stata reazione9b,10. (Resa ottenuta tramite analisi GC.)

In seguito decisero di condurre studi per aumentare le rese nella trasformazione di eteri in esteri e di utilizzare l'ossidazione di alcoli primari per la preparazione di lattoni da α,ω-dioli.
Riferimenti:

2. M.F. Semmelhack and J.C. Tomesch, J. Org. Chem., 42, 2657 (1977)

3. C.A. Grob and P.W. Schiess, Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 6, 1 (1967)

4. La sintesi di questo alcole sarà descritta in una prossima pubblicazione. La corretta analisi elementale è stata ottenuta.

5. R.V. Stevens, K.T. Chapman and N.H. Weller, J. Org. Chem., 45, 2030 (1980)

6. Ottenuta dalla Fisher Scientific Company, tipica analisi 67% Ca(OCl)2.

7. Le titolazioni sono state condotte su un periodo di due mesi e mezzo e non ci sono stati cambiamenti nella concentrazione dell'ossidante. Le titolazioni sono state condotto come descritte in “A Textbook of Quantitative Inorganic Analysis”, 3rd ed. By Arthur I. Vogel. Published by J. Wiley and Sons, New York, N.Y. (1961)

8. Sia il Chlorox (5.25% come ossidante) sia NaOCl preparato ogni volta sono stati uati senza significativa differenza. NaOCl è stato preparato gorgogliando cloro in una soluzione di NaOH come descritto da V. Boido, O.E. Edwards, Can. J. Chem., 49, 2664 (1971)

9.
a) C.J. Pouchert, The Aldrich Library of Infrared Spectra, Second Edition, published by Aldrich Chemical Co., Inc, Milwaukee, Wisconsin, (1975)
b) C.J. Pouchert, and John R. Campbell, The Aldrich Library of NMR Spectra Vol. II, published by Aldrich Chemical Co., Inc., Milwaukee, Wisconsin., (1974)
c) The Merck Index, 8th ed., Merck and Co. Inc., N.J. (1968)
d) The Merck Index, 9th ed. Merck and Co., Inc, N.J. (1976)
e) Chem. Abs., 37, 5021

10. Dictionary of Organic Compounds, 5th ed. Oxford University Press, N.Y. (1969)

11. C.Y. Meyers, J. Org. Chem., 26, 1046 (1961)

12.
a) L.M. Berkowitz and P.N. Rylander, J. Am. Chem. Soc. , 80, 6682 (1958)
b) Yoshiko Kamiya and S. Takemuro, Chem. Pharm. Bull., 21, 1401 (1973)

13. N. C. Demo and N. H. Potter, J. Am. Chem. Soc. , 89, 3550 (1967)

Manca il numero 1 e non so perché *Si guarda intorno* Iniziano dal numero 2.
Il riferimento 13 non esiste nell'articolo *Si guarda intorno* E mi fa pensare: ma come ca**o lavorano? Va beh!

(2011-11-14, 17:56)marco the chemistry Ha scritto: Che figata! Mi ero sempre chiesto se fosse possibile usare NaClO come ossidante per alcoli! Ma nic permetti una domanda, siam sicuri che HClO non sia in grado di ossidare il cicloesanone ad acido adipico??

Siamo sicuri. E poi mi spieghi come potrebbe? Che io sappia si ferma ad cicloesanone. Leggiti la 2a parte asd
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Sì infatti ho letto..asd Io so che il cicloesanone viene ossidato ad acido bicarbossilico dal KMnO4 e ho dedotto che un ossidante più forte del permanganato possa fare lo stesso... Poi l'esperto sei tu...asd
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Dove avresti letto che HClO è più forte del KMnO4? *Si guarda intorno*

Ti ho portato dati, dati tangibili, sulle ossidazioni con HClO di substrati come i cicloesanoli *Si guarda intorno* È tutto scritto in questa pagina!
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Nic la mia era solo una domanda a cui ho trovato risposta in quanto hai scritto!

Il potenziale redox del permangato che si riduce a Mn(II) in ambiente acido è di +1,51V, quello di HClO nella reazione coinvolta lo hai scitto tu sopra; da questi dati si può capire che HClO è un ossidante più forte di KMnO4
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Occhio però che l'ipoclorito si riduce a cloruro, e il potenziale di riduzione in questo caso è +0,89V ;-)
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Grazie Max...
HClO non è stabile e si riduce al MOLTO più stabile cloruro... Ergo KMnO4 rimane un ossidante migliore, per certi versi.
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Giusto per provare sto facendo un aggiunta di NaClO (candeggina classica) goccia a goccia a una beuta contenente solo AcOH. Sto facendo all'aperto.
La soluzione nella beuta è giallo paglierino, si stanno sviluppando bollicine e sopra la soluzione c'è del fumo bianco. Non mi metto certo ad annusare ma l'odore ricorda quasi quello del cloro.
Penso che il rischio sia, senza substrato da ossidare, che l'HClO formatosi si stia decomponendo, però non penso che si formi cloro piuttosto io pensavo si riducesse a cloruro...
Idee?
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L'NaClO è un potente ossidante, a contatto con l'acqua (ma credo che sia sufficiente anche un solvente protico come il tuo acido acetico) si decompone in NaCl + ossigeno...quindi non credo che siano di cloro i vapori che vedi...comunque potresti provare a incanalare i vapori in una seconda beuta, contenente un alcol e vedere (dopo un tempo sufficiente) se l'alcol si è ossidato. In questo modo ti leverai ogni dubbio. Avanti con il metodo scientifico, ipotizzare, provare e capire!!!! Buona fortuna Siamo tutti con te!!!
Chemistry4888
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