Meerweinova–Ponndorfova–Verleyova redukce

Katalytický cyklus MPV redukce pravděpodobně zahrnuje šestičlenný cyklický meziprodukt. Na začátku je hlinitý alkoxid 1, na který se naváže karbonylový kyslík za vzniku tetrakoordinované sloučeniny hliníku 2. Přeměna z meziproduktu 2 na 3 probíhá přenosem hydridu z alkoxyligandu na karbonyl prostřednictvím pericyklické reakce. Nově vytvořený karbonyl se disociuje za vzniku trikoordinované sloučeniny hliníku 4. Nakonec alkohol použitý jako rozpouštědlo oddělí zredukovaný karbonyl a obnoví se katalyzátor 1.

Katalytický cyklus Meerweinovy–Ponndorfovy–Verleyovy redukce

Katalytický cyklus Meerweinovy–Ponndorfovy–Verleyovy redukce

Každý krok cyklu je vratný a průběh reakce je řízen termodynamickými vlastnostmi meziproduktů a produktů; v každém okamžiku se tak ve větší míře vytváří termodynamicky stabilnější produkt.

Bylo navrženo několik dalších mechanismů, například radikálový nebo mechanismus zahrnující deriváty alanu. Přímý přenos hydridu je obecně příjímán a podporují jej výsledky experimentů i teoretických studií.[5]

Významnou vlastností Meerweinových–Ponndorfových–Verleyových redukcí je jejich chemoselektivita. Aldehydy se oproti ketonům redukují přednostně a je tak možné ovládat průběh reakce. Pokud je třeba redukovat jednu karbonylovou sloučeninu za přítomnosti jiné, tak lze použít běžné chránicí skupiny pro karbonyly. Lze použít i skupiny, jako jsou alkeny a alkyny, které často způsobují potíže u jiných postupů, protože za podmínek MPV redukcí nereagují.[6]

Meerweinovy–Ponndorfovy–Verleyovy redukce lze provést u prochirálních ketonů, vznikají tak chirální alkoholy. Asymetrické MPV redukce mohou být uskutečněny pomocí chirálních alkoholů jako zdrojů hydridů, vnitromolekulárně nebo s využitím chirálních ligandů na hlinitém alkoxidu.

Jedním ze způsobů, jak provést MPV redukce asymetricky, je použít jako zdroje hydridových iontů chirální alkoholy; například u (R)-(+)-sec-o-bromfenethylalkoholu byl při redukci 2-chloracetofenonu dosažen 82% enantiomerní přebytek.[7]

Enantioselektivitu zde způsobují sterické efekty dvou fenylových skupin v šestičlenném meziproduktu. Na následujícím obrázku vzniká větší množství látky 1 než látky 2 z důvodu silných sterických efektů fenylových skupin u 2.

Meerweinova–Ponndorfova–Verleyova redukce s použitím chirálního alkoholu

Přechodné stavy MPV redukce s chirálním alkoholem

Použití vnitromolekulární MPV redukce může také vést k dobré enantiomerní čistotě.[8]

Při připevnění ketonu ke zdroji hydridu je možný pouze jeden přechodný stav, což vede k asymetrické redukci. V tomto procesu ovšem často probíhá také opačný děj, nazývaný Oppenauerova oxidace, protože oba reaktanty se nacházejí blízko k sobě. Při reakci se tak vytváří termodynamická rovnováha mezi příslušnými produkty, která závisí na jejich stabilitách. Po skončení reakce lze tento vedlejší produkt odstranit.

Vnitromolekulární Meerweinova–Ponndorfova–Verleyova redukce

Přechosný stav vnitromolekulární MPV redukce

Chirální ligandy na hlinitém alkoxidu rovněž vedou k enantioselektivním redukcím, například u substituovaných acetofenonů lze dosáhnout enantiomerních přebytků až 83 %.[9]

Při této metodě se jako zdroj chirality používá ligand, namísto stechiometrické sloučeniny. Dosahované selektivity bývají nízké v důsledku tvaru přechodného stavu, který je rovinný a šestičlenný, čímž se liší od podoby, kterou předvídá Zimmermanův–Traxlerův model.[5]

Meerweinova–Ponndorfova–Verleyova redukce s chirálním ligandem

MPV redukce s chirálním ligandem

Využití Meerweinových–Ponndorfových–Verleyových redukcí omezuje několik faktorů. Stereochemii produktů mnohdy nelze dobře ovládat. U běžných reaktantů je často zapotřebí velké množství alkoxidu a dochází k několika vedlejším reakcím.

Isopropoxid hlinitý lze zakoupit, ovšem často vyžaduje použití 100-200 mol% katalyzátoru, což brání většímu využití MPV redukcí. Hlinité alkoxidy připravené in situ z trimethylhliníku mají lepší aktivitu a dostatečná bývají množství okolo 10 %. Předpokládá se, že rozdílnou aktivitu způsobuje značná míra shlukování u komerčně dostupných výrobků.[10]

Vedlejšími reakcemi jsou u ketonů a ještě více u aldehydů aldolové kondenzace. Aldehydy neobsahující α-vodíky se mohou účastnit Tiščenkových reakcí.[6] Alkoholy vytvořené redukcí jsou někdy dehydratovány.

Meerweinova–Ponndorfova–Verleyova redukce byla použita na přípravu chirálních aminů z ketiminů pomocí chirálních alkoxidů. Navázání fosfinoylové skupiny na dusíkový atom ketiminu umožňuje dosáhnout vysoké enantioselektivity, s enantiomerním přebytkem až 98 %.[11]

Prozkoumáno bylo i možné využití lanthanoidů a přechodných kovů v MPV redukcích. Ruthenium a samarium poskytovaly při redukcích karbonylových sloučenin na alkoholy dobré výtěžnosti.[12][13] Rutheniový katalyzátor vytváří v průběhu reakce Ru-hydridový meziprodukt.

Meerweinovy–Ponndorfovy–Verleyovy redukce byly také se synteticky využitelnými výtěžky provedeny s isopropoxidem plutonitým.[14]

MPV redukce jsou obvykle homogenní, bylo však vyvinuto i několik heterogenních.[15]