とらおの有機化学

有機化学について考えるブログ

PDC酸化はほぼ中性条件で行えるクロム酸酸化

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多様な官能基を有する機能性有機分子の合成において、できるだけマイルドな条件で進行する反応は、官能基許容性の高さに直結し価値が高い反応となります。

 

アルコールを酸化する方法は数多く存在しますが、反応操作の用意さや試薬の値段・安定性など多くのチェックポイントをクリアしたものだけが、長年使われることになります。

環境負荷が高く近年では敬遠されがちですが、クロム酸を用いるアルコールの酸化は、高い信頼性を誇る酸化反応の一つです。

 

今回は、E. J. Coreyらによって改良されたCornforth試薬であるPDCを用いる酸化反応について取り上げたいと思います。

 

PDCはほぼ中性の二クロム酸ピリジン錯体

PDC-fig1

 

二クロム酸ピリジニウム(pyridinium dichromate: PDC)は酸化クロムの水溶液をピリジンに加えて得られる橙赤色の固体試薬です。試薬の調製時に爆発の危険性があるようですが、まぁ、市販されているので素直にそれを使いましょう。

 

酸化クロムは水溶液中で水和体および二量体と平衡状態にあり、二量体である二クロム酸が2分子のピリジンによって捕捉された格好になっているのが、PDCです。

類似のクロム系酸化剤であるPCC(クロロクロム酸ピリジニウム:pyridinium chlorochromate)と比べ、PDCを用いる反応溶液は中性に近くよりマイルドな条件であると言えます。

 

PDC-fig2

 

クロム酸酸化の反応機構はどれも似通っていますが、まず原料であるアルコールとクロムが結合し、クロム酸エステルを形成します。

PDCの場合、反応系内に遊離しているピリジンによってアルコールの根元の炭素からプロトンが引き抜かれ、4価のクロム酸塩を副生しながら生成物であるカルボニル化合物を与えると考えられます。

 

PDCはPCCよりも酸化能力が高いとされ、特にDMF中で1級アルコールを酸化すると、二段階の酸化が進行したカルボン酸をひとつのフラスコで合成できます。

1級アルコールのPDC酸化をジクロロメタン溶媒で行えば、PCCと同様にジクロロメタンへの溶解度がそれほど高くないこと、脱水条件にしやすいことなどの要因で、アルデヒドを主生成物として得ることができます。

アリルアルコールやベンジルアルコールの酸化は、中間体のgeminal diolの形成が遅いためか(あるいは一段階目の酸化が他より圧倒的に早いため?)、DMF中でPDC酸化を行ってもカルボン酸までは酸化されずにアルデヒドが得られるようですね。

 

PDCの良い点は酸に不安定な保護基なども用いやすい点です。

完全に中性ではないと思いますが、硫酸を用いるJones酸化や塩酸水溶液から調製されるPCCよりは、はるかに温和な条件で酸化が進行します。

 

PDC+添加剤でさらにパワーアップ

 

PDC酸化では、添加剤を併用することで反応性を大きく向上できることが知られています。

例えば触媒量の酢酸を反応系内に加えると、クロム酸が活性化されて小過剰量のPDCの使用で目的の酸化が達成できる場合があります。

 

PDC-fig3

 

無水酢酸(Ac2O)やクロロトリメチルシラン(TMSCl)の添加では、PDCの二クロム酸部分が活性化されるのと同時に酢酸、塩酸が系内に放出されるため、極めて効率的に酸化が進行します。

これらの条件をうまく使うことにより、中性のPDC単独ではできなかったシリルエーテルの開裂と酸化を同時に進行させることもでき、安定試薬の活性化として汎用性が広がりますね。

 

また、PDCはアリル位やベンジル位のメチレンを酸化することもできます。特にTBHP(t-BuOOH)と組み合わせて使う条件では、対応するケトンを合成できるなど、有機分子の多様な酸化に応用できます。

 

まとめ

 

ほぼ中性で行えるクロム酸酸化であるPDC酸化は、官能基許容性も高く、クロム系の酸化剤の代表選手と言えます。

長い間改良が加えられたクロム酸化の最終形態とも言える優れた酸化剤ですね。

環境負荷を考慮して、触媒的PDC酸化の報告もされていますが、残念ながら触媒化では他の酸化法に軍配が上がりそうです。

まだまだPDCを使った面白い変換反応はありますが、それについてはまたの機会に。

 

 

関連記事です。

 

PDCと並んで、今尚使われ続けるJones酸化についてです。

www.tora-organic.com

 

こちらはPDCの兄弟にあたるPCCです。それにしてもCorey先生は偉大ですね。

www.tora-organic.com

 

汎用性が高いのは何と言っても、このDess-Martin試薬ではないでしょうか。試薬のお値段も高いですが。 

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