有機化合物中巰基官能團的選擇性氧化

1、第 25 卷 第 3 期 1997 年 8 月河南師范大學學報 (自然科學版)v ol. 25 n o. 3j ou rn a l of h en a n n o rm a l u n iv e rs i ty (n a tu ra l s c ien ce) a u g. 1997 有機化合物中巰基官能團的選擇性氧化段德慧李青李毅王桂蘭蔡昆蘇永祥(河南師范大學化學系, 453002, 新鄉(xiāng); 第 1 作者 25 歲, 男, 博士生)摘要化方法. 關鍵詞 分類號本文綜述了 20 余年來關于有機化合物中巰基官能團的多種選擇性氧化劑和氧巰基; 選擇性氧化; 硫醇; 硫酚; 二硫醚o 621. 25

2、4含巰基的化合物包括各種硫醇、硫酚以及人體必需的半胱氨酸和一些含有其它雜原子的硫羥基化合物, 它們是制備其它有機硫化合物的重要原料. 其中, 它的選擇性氧化制備二硫醚, 已有廣泛和深入的研究. 二硫鍵 ( -) 的形成和斷裂在生命體和新陳代謝中是s - s -一個和酶催化氧化還原相聯(lián)系的重要過程, 它的形成方式部分決定了多肽鏈和蛋白質的二級和三級結構. 此外, 偶聯(lián)氧化硫醇制備相應的二硫醚, 具有反應條件溫和, 產率高, 很有合 成價值和工業(yè)生產價值.常用的強氧化劑如h 2o 2、hn o 3、km no 4 等總是把硫醇氧化成磺酸, 中間可能經過次磺 酸、二硫醚、亞磺酸和二砜1 . 反應過程

3、如下所示:r sh r so h r ssr r so 2h r so 2 so 2r r so 3h為了實現(xiàn)對巰基官能團的選擇性氧化, 使反應停留在二硫化合物階段, 運用了多種選擇 性氧化劑和氧化方法. 它們大致可歸納為 5 大類: 金屬氧化劑的氧化; 非金屬氧化劑的 氧化; 催化劑存在下的氧氣氧化; 其它氧化劑的氧化; 電氧化.金屬氧化劑的氧化這類氧化劑多數是一些常用的強氧化劑如 k 2c r2o 7、km no 4、(n h 4 ) 2c e (n o 3 ) 6 縮寫為 ca n 等同季銨鹽、吡啶及其衍生物以及某些聚合物組成的螯合型氧化劑. 氧化反應一般在 室溫或更低的溫度下, 于有機

4、溶劑中進行, 反應時間短, 二硫醚產率高.1. 1鉻試劑1由 c ro 2- , c r2o 2-與季銨鹽、吡啶及其衍生物組成的選擇性氧化劑為數眾多, 它們通常47在 ch 2c l2 或 ch 3cn 中很容易將脂硫醇和芳硫醇、硫酚氧化成二硫醚. 典型反應如:ch 2c l2, 0 5, n 2 氣保護r shr ssr (c 6h 5ch 2© n (c 2h 5) 3 2c ro 2©7r = n - c 4h 9 (產率, 70% ) ; p hch 2 (87% ) ; p h (100% ) 文稿收到日期: 1997- 02- 20.b. t am am i 詳

5、細研究了聚乙烯吡啶支持下 c r (v i) 試劑的氧化效應, 發(fā)現(xiàn)它們不僅溫和高效, 而且比單聚體支持下的類似物更穩(wěn)定, 后處理更容易, 且能循環(huán)再生. 而m . j u a r ist 研究 發(fā)現(xiàn)c ro 3 在 18- 冠醚- 6 相轉移催化劑催化下, 脂硫醇同時存在時, 只對芳硫醇、硫酚氧化偶聯(lián), 在最佳條件下, 芐硫醇的偶聯(lián)產率為 92% 2 , j. m . a izp a ru a 研究了復合物m e3 s ic l-c ro 3 3 和m e3 s ic l- k 2c r2o 7 對巰基化合物的偶聯(lián)氧化性能. 其中 (ch 3ch 2ch 2 s ) 2 的收率 為 96%

6、; 而(hoo cch 2 s) 2 的收率僅能達到 44%.1. 2錳試劑b a (m no 4 ) 2 在沸騰的乙腈中能將硫醇氧化偶聯(lián)成二硫醚. 用 10 倍過量的錳酸鋇和長 鏈硫醇或芳硫醇在室溫下攪拌, 能迅速形成 90% 100% 的相應的二硫化合物, 而對叔丁基硫醇氧化需要較長的時間, 而且產率偏低 (60% 70% ) 二 ( 2, 2- 二吡啶) 高錳酸銅 ( ¦ ) 復s合物在 ch 2c l2 中也能將 p h sh , b u sh 和氧化或相應的二硫化合物4 .nsh1. 3鈰試劑h. a. m u a th en 制備的鈰試劑b n 4n 2 c e (n o

7、 3 ) 6 能將芳基取代的硫醇氧化偶聯(lián), 產率 在 80% 90%. d. n. d h a r 則直接將 ca n 和脂硫醇、芳硫醇以 21 摩爾比在乙腈中偶聯(lián) 反應得到了相應的二硫醚5 , 產率都在 90% 以上.1. 4復合金屬氧化劑這類氧化劑包括兩類: 由兩種強氧化劑相反應制成了一種新氧化劑, 它對硫醇的偶聯(lián) 氧化 較 母 體 氧 化 劑 更 溫 和, 選 擇 性 更 好, 此 類 試 劑 有: c e (n o 3 ) 2 c ro 4 · 2h 2o , c e (n o 3 ) 3 2c ro 4 6 和 (n o 3 ) 3c e 3h 2 io 6; 兩種氧化劑以

8、配合物的形式相結合, 在對巰基的 選擇性氧化中同時起作用, 往往可以通過改變兩者的配比而增加其選擇性, 其中包括: dm 2so - sbc l5 , b u 3 snom e- f ec l3 71. 5其它金屬氧化劑復合物.包括鋅試劑 zn (c lc ro 3 ) 2 ·9h 2o , 鐵試劑. 如b af eo 4 ·h 2o 和皂土支持下的 f e (n o 3 ) 3·9h 2o ; 此外, 還有鉍試劑 zn (b io 3 ) 2 和鉈試劑 t l (oa c) 3 , 其中鉈試劑只氧化分子中的巰 基官能團, 而不會影響分子中的其它基團如: 羥基、氨

9、基和羰基等.非金屬氧化劑的氧化這類氧化劑主要是由va , k , 和½ a2主族元素的單質、氧化物、酸根以及它們同季銨鹽或聚合物形成的配合物所組成. 這類氧化反應一般在室溫下于堿性條件或兩相體系內發(fā)生,二硫醚產率高.2. 1½ a 主族元素其中最具代表性的是溴試劑. 例如: 由丙二酸亞異丙酯與溴反應制得的 5, 5一二溴取 代物, 不僅適用于脂硫醇、芳硫醇及硫酚的氧化, 而且適用于雜原子相連的巰基的氧化, 是一 種合成二硫化物的新試劑8 , 反應如下:ooocb roc (c 2h 5 ) 3n 2r sb r+cc+ 2r shccch 2c l2 室溫ocb rocoo

10、 (c 2h 5 ) 3n r sh + r sb r (82% 98% )or ssrch 2c l2 室溫s其 中 r = n -c 類似的溴試劑還有c nh 2n+ 1 (n = 5, , 10) ; p h; p hch 2; (c 2h 5o ) 2 p ; (ch 3 ) 2nb r b r其中前者能有效地氧化二巰基化合物以合成環(huán)狀二硫醚, 也能b rch (co 2e t) 2 和b rb ro完成半胱氨酸到胱氨酸的轉化.后者氧化 p hch 2 sh , b u sh , o - m ec 6h 4 sh 和 p h sh 可得到 82% 90% 相應的二硫化合物. 此外, 溴

11、和 kh co 3 的水溶液在兩相中能迅速氧化偶聯(lián)多種巰基化合物9b r2kh co 3 ( 10% )2r sh(92% 100% )r ssrh 2o ch 2c l2r = c 2h 5; i- c 3h 7; n - c 4h 9 , c 6h 5 等.m e一些特殊結構的二硫化物如 (m eocons 也可利用此試劑s ) 2 , r ncpc o合成. 另外, 用季銨鹽或聚乙烯呲啶同溴組成的配合物對巰基的選擇性偶聯(lián)氧化也很有效.氯在選擇性氧化硫醇中也有應用. 如乙基二氯磷酸酯10 和四氯化碳在氧化劑的氧化.反應在堿性介質中進行.許多水溶性好的硫醇在碘化鉀的水溶液中能被碘單質氧化偶聯(lián)

12、為二硫醚11 . j am e s p.d an en y 研究了帶有 -羧基的硫醇在這一反應中所呈現(xiàn)出的特殊現(xiàn)象. 即由于鄰基參予,最后產物除二硫醚還生成 -羧基磺酸.碲和硒的化合物被廣泛應用于巰基化合物的選擇性氧化. n a2 t eo 3 和n a2 seo 4 在相轉移催化下用一步法可以合成不對稱二硫醚. 并且該試劑在相同條件下, 能迅速氧化芳基硫 醇, 短鏈伯硫醇優(yōu)先于長鏈伯硫醇的氧化, 對二級硫醇的氧化呈惰性, 不能氧化三級硫醇. 碲銨類化合物, 如: p h 2 t en so 2 p h , , 在室溫下易氧化芳基硫醇、硫酚為硫醚. 此外, 二芳基氧化 碲、二芳基氧化硒以及它們

13、在聚合物支持下的類似物, 都能氧化偶聯(lián)多種巰基化合物12 13 .一些有機硫化合物如: 砜類、巰鹽類和硫代甲酸酯等也可以選擇性氧化巰基化合物. 例ooo©如:b r 以 及 m e2s© b rb r© ,2c f 3so 3 © 和c l , m e sm e , b r sch 3sss©ss, m e c s 2 等. 典型的反應如:m eo c s 2 14s sosh室溫(1)2+ ch 3 s ch 3+ ch 3sch 3 + h 2o(86% )ss(2)m eo c ss c om e+ 2h sc 6h 4c l2m eo

14、h + 2c s2 + (c lc 6h 4s) 2ch 3 (c 2h 5 ) 3n (3) 2c 6h 5sh + b r© - sb r©(c 6h 5s) 2 + ch 3 sch 3 + 2hb rch 3(96% )這些試劑對芳基硫醇的氧化比對脂硫醇更有效.過氧化物和超氧化物也被應用于巰基化合物的氧化偶聯(lián). 過氧化鎳加到硫醇的苯或乙 醚溶液中, 隨取代基的不同能得到 68% 96% 不等的二硫醚.主族元素2. 3vah. yo u n g. k im 研究, 發(fā)現(xiàn)在n 2o 4 氧化硫醇的反應中, 氧化劑量的多少直接影響產物的分配比例. 如分別用2、4、6當量的

15、n 2o 4 與硫醇反應可分別生成二硫醚, 硫代磺酸酯或磺酸.催化氧化催化氧化指在鈷、銅、堿金屬或堿土金屬等為中心組成的催化劑的催化下, 用空氣或氧 氣直接氧化巰基化合物得到二硫醚. 工業(yè)上大多采用這種方法. 例如, 在鉬酸鈷、堿金屬和堿 土金屬氫氧化物共同催化下, 烷基或環(huán)烷基硫醇可被氧氣氧化成二硫醚. 典型的反應如下: com oo 4 a l2o 3 , n ao h 催化, 氧氣3m e3c shm e3c s- scm e3m eo h , 54 60該反應可獲得 99% 的轉化率, 對二硫化物的生成有 85% 的選擇性. 此外, 鈷 ( ¦ ) 與酞菁、酞菁磺酸酯以及四苯

16、基喹啉磺酸酯, 大環(huán)輪烯等組成的螯合物對氧氣氧化硫醇都有很好的催 化效果.氧氣在 c u so 4 催化下氧化硫醇能制備高分子量的二硫化物. 酞菁銅在活性炭支持下也有好的催化性能. 在c uc l2 的催化下, 硫醇在dm f 中能被空氣氧化偶聯(lián), 且催化劑2n能定量回收, 此外, m go n a2o 聯(lián)合催化下可高產率轉化m esh 成m essm e, 堿性氧化鋁15, 離子簇化合物如:(b u4n ) 2 f e4 s4 (sr ) 4 16, 發(fā)面酵母等都對巰基的氧化偶聯(lián)有良好的催化作用.其它氧化劑的氧化k iyo sh i, t an ak a 等人研究, 發(fā)現(xiàn)用 5- 亞甲芳基-

17、 1, 3- 二甲基巴比妥酸 ( i) 氧化芳硫 醇或脂硫醇, 第一步能得到對稱二硫醚, 而其還原加氫產物 ( ¦ ) 能和硫醇加成得到加成物 ( ) , ( ) 可以繼續(xù)氧化其它硫醇而得到不對稱二硫醚17 18 . 反應可以表示如下:4 18% 99% 80% 99% r 1 - s- s- r 2 2r 1 - shr 1 -s- s- r 1r 2 - shor 3or 3or 3sr 1m em e i) ii) nnnr 1shoooo nr 4onr 4onr 4m em em e( i )y um ih iko , y ano 等人, 在研究 8-( ¦ )(

18、 )氮雜黃素m enn onnnm eo對硫醇的化時發(fā)現(xiàn), 在隔絕空氣的環(huán)境中, 它可以作為氧化劑直接偶聯(lián)氧化硫醇成二硫醚; 而在有氧條件下, 它又可以作為催化劑催化氧氣偶聯(lián)硫醇, 本身還可以循環(huán)使用. 其它還如 輔酶pq q 在非質子溶劑中和硫醇組成了一個新型的酶氧化還原模式, 可生成相應的二硫醚.5 電氧化5. 1 電極氧化硫醇的直接電氧化具有選擇性. se rg io. l. s. l e ite 以 ch 3o h ch 3on a 為介質, 鉑網做 陽極, 鎢絲為陰極, 恒定電流為 500ma , 在未分隔中即可將多種硫醇氧化成對應的二硫醚. 其中氧化叔丁基硫醇的產率在 65% 79

19、% , 而對甲基硫酚的偶聯(lián)產率為 92% - 95% 19 .n. e. n igazym b e to v 利用直接電氧化硫醇的方法合成了多種脂肪烴基、芳香烴基以及 雜環(huán)芳烴基的二硫化物20 . 近來, 有人發(fā)現(xiàn)把催化劑涂抹在電極表面對二硫醚的電合成也 很有效.5. 2 間接電氧化 (作者將在有機化學待發(fā)表)在相轉移催化條件下, 分別以 c e3+ c e4+ 和 c r3+ c r6+ 為媒質, 對巰基化合物進行了選 擇性間接電氧化. 在實驗條件下, 巰基化合物均被以較高產率選擇性偶聯(lián)為二硫化合物, 是一種合成二硫醚的新方法.綜上所述, 可以預料, 今后對巰基化合物的選擇性氧化, 實驗室研

20、究將主要致力于尋求 更加溫和高效的選擇性氧化劑和采用新型的選擇性氧化方法, 如本文提到的電氧化方法和 相轉移催化方法等; 規(guī)?；墓I(yè)生產將集中于尋找更加廉價高效的催化劑. 而且, 隨著生命科學研究的發(fā)展, 巰基官能團的偶聯(lián)氧化在生物學上的價值也必然會得到更加廣泛的重視和研究.參考文獻12邢其毅, 徐瑞秋, 周 政. 基礎有機化學. 北京: 高等教育出版社, 1983. 950j ua r ist i m , a izp u rua j m , l ecea b , p a lom o c. r eagen t and syn th e t ic m e tho d s 41: o x ida

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