烯烴的不對(duì)稱氧化反應(yīng)

1、1作者：劉江2目錄烯烴與過氧酸反應(yīng)生成的環(huán)氧化物Sharpless不對(duì)稱環(huán)氧環(huán)反應(yīng)Jacobsen不對(duì)稱環(huán)氧環(huán)反應(yīng)Shi不對(duì)稱環(huán)氧環(huán)反應(yīng)3烯烴與過氧酸反應(yīng)生成的環(huán)氧化物機(jī)理從機(jī)理上可以看出，過酸上的正電性越高反應(yīng)越易進(jìn)行，如F3COOOH就比CH3COOOH易進(jìn)行。雙鍵上電子云密度越高越易進(jìn)行。4烯烴與過氧酸反應(yīng)中的立體化學(xué)環(huán)氧化反應(yīng)是順式加成，所以所得產(chǎn)物構(gòu)型與原料一致5烯烴與過氧酸反應(yīng)中的立體化學(xué)由于甲基有位阻，所以位阻小的反應(yīng)快，大的反應(yīng)慢。6Sharpless環(huán)氧化反應(yīng) 烯丙醇及其衍生物在鈦酸酯參與下的不對(duì)稱環(huán)氧化反應(yīng)稱為Sharpless環(huán)氧化反應(yīng)，簡稱為AE反應(yīng)(asymmetri

2、c epoxidation) 。 1980年，由Sharpless K.B. 等研究發(fā)現(xiàn)。7Sharpless環(huán)氧化基本形式8Sharpless環(huán)氧化基本過程9Sharpless環(huán)氧化反應(yīng)所用試劑 氧化劑： 過氧叔丁醇（t-BuOOH，TBHP）； 催化劑： 四乙氧基鈦Ti(OPri)4， 酒石酸二烷基酯（DET）； 反應(yīng)底物： 烯丙醇及其衍生物。10Sharpless環(huán)氧化反應(yīng) 應(yīng)用過氧叔丁醇（t-BuOOH，TBHP）為氧供體，四乙氧基鈦Ti(OPri)4和酒石酸二烷基酯（DET，常用的是酒石酸二乙酯）為催化劑，使各種烯丙伯醇衍生物發(fā)生不對(duì)稱過氧化。 化學(xué)產(chǎn)率為70-90%，光學(xué)產(chǎn)率大于9

3、0%。 11Sharpless環(huán)氧化反應(yīng)機(jī)理12Sharpless環(huán)氧化反應(yīng)機(jī)理 在Sharpless環(huán)氧化反應(yīng)體系中，存在著多種Ti-酒石酸酯配合物，其中，以雙核配合物（見左圖）占主導(dǎo)地位。 雙核Ti-酒石酸配合物催化劑結(jié)構(gòu)13Sharpless環(huán)氧化反應(yīng)機(jī)理中間過度態(tài)結(jié)構(gòu)中間過度態(tài)3D結(jié)構(gòu)14Sharpless環(huán)氧化反應(yīng)機(jī)理15Sharpless環(huán)氧化反應(yīng)舉例16Sharpless環(huán)氧化反應(yīng)舉例17Sharpless環(huán)氧化反應(yīng)舉例 對(duì)于AE反應(yīng)， E-取代的烯丙醇的反應(yīng)較相應(yīng)的Z-取代底物要快得多。 手性E-烯丙醇A在(+)-DET存在下進(jìn)行環(huán)氧化，在15h內(nèi)能以大于20 : 1 的比例得

4、到主要產(chǎn)物B； 當(dāng)用(-)-DET反應(yīng)時(shí)，也能以大于20 : 1 的非對(duì)映選擇性得到C。18Sharpless環(huán)氧化反應(yīng)舉例 然而，在Z-烯丙醇 D的情況下，對(duì)于匹配對(duì)，要用2周時(shí)間以E : F = 30 : 1 的比例得到產(chǎn)物； 而對(duì)于錯(cuò)配對(duì)，則以E : F = 3 : 2 的低得多的比例得到環(huán)氧化物。 19Sharpless環(huán)氧化反應(yīng)的特點(diǎn)： （1）簡易性： 所有的反應(yīng)組份都是廉價(jià)的，并且是商品化的； （2）可靠性： 雖然大的R取代基是不利的，但對(duì)于大多數(shù)烯丙醇，反應(yīng)都能成功；20Sharpless環(huán)氧化反應(yīng)的特點(diǎn)： （3）高光學(xué)純度： 一般90% d.e.，通常 95% d.e. ； （

5、4）對(duì)底物中的手性中心相對(duì)不敏感： 在已帶有手性中心的烯丙醇底物中，手性鈦酒石酸酯催化劑具有足夠強(qiáng)的非對(duì)映面優(yōu)先性，能夠克服手性烯烴底物所固有的非對(duì)映面優(yōu)先性的影響。21Sharpless環(huán)氧化反應(yīng)的特點(diǎn)： （5）產(chǎn)物的絕對(duì)構(gòu)型可以預(yù)見： 對(duì)潛手性烯丙醇衍生物而言，迄今對(duì)于圖所示的規(guī)律尚未見有例外。 （6）2,3-環(huán)氧醇作為中間體的多用性： 新的選擇性轉(zhuǎn)化擴(kuò)大了該反應(yīng)的實(shí)用性和意義。 22Sharpless環(huán)氧化反應(yīng)的特點(diǎn)： （1）簡易性： 所有的反應(yīng)組份都是廉價(jià)的，并且是商品化的； （2）可靠性： 雖然大的R取代基是不利的，但對(duì)于大多數(shù)烯丙醇，反應(yīng)都能成功；23Sharpless環(huán)氧化反應(yīng)的

6、特點(diǎn)： （1）簡易性： 所有的反應(yīng)組份都是廉價(jià)的，并且是商品化的； （2）可靠性： 雖然大的R取代基是不利的，但對(duì)于大多數(shù)烯丙醇，反應(yīng)都能成功；24Sharpless環(huán)氧化反應(yīng)舉例 對(duì)于AE反應(yīng)， E-取代的烯丙醇的反應(yīng)較相應(yīng)的Z-取代底物要快得多。 手性E-烯丙醇A在(+)-DET存在下進(jìn)行環(huán)氧化，在15h內(nèi)能以大于20 : 1 的比例得到主要產(chǎn)物B； 當(dāng)用(-)-DET反應(yīng)時(shí)，也能以大于20 : 1 的非對(duì)映選擇性得到C。25Sharpless環(huán)氧化反應(yīng)舉例 對(duì)于AE反應(yīng)， E-取代的烯丙醇的反應(yīng)較相應(yīng)的Z-取代底物要快得多。 手性E-烯丙醇A在(+)-DET存在下進(jìn)行環(huán)氧化，在15h內(nèi)能

7、以大于20 : 1 的比例得到主要產(chǎn)物B； 當(dāng)用(-)-DET反應(yīng)時(shí)，也能以大于20 : 1 的非對(duì)映選擇性得到C。26Jacobsen-Katsuki環(huán)氧化反應(yīng)由于，這個(gè)類型的反應(yīng)最早是 Jacobsen/Zhang(1990) 和 Katsuki 分別報(bào)道，所以被成為Jacobsen-Katsuki環(huán)氧化反應(yīng)。該反應(yīng)由salen-錳絡(luò)合物催化不對(duì)稱環(huán)氧化烯烴而得到選擇性對(duì)映體的反應(yīng)，該反應(yīng)對(duì)烯烴的取代基沒有特殊要求所以又被稱為非官能化烯烴的環(huán)氧化反應(yīng)。27Jacobsen-Katsuki環(huán)氧化反應(yīng)化學(xué)試劑 常用的氧化劑：氧化碘苯（PhIO），次氯酸鈉，過氧化氫 中心金屬: 鉻、鎳、鐵、釕、

8、鈷和錳 配體：氧化酶細(xì)胞色素P450卟啉/金屬配合物Salen-Mn28Jacobsen-Katsuki環(huán)氧化基本反應(yīng)催化劑：手性Salen-Mn配合物29Jacobsen-Katsuki環(huán)氧化的特點(diǎn)適用各種取代的烯烴，但四取代烯烴的不對(duì)稱環(huán)氧化反應(yīng)是 一個(gè)難題。 以上環(huán)氧化反應(yīng)的一個(gè)特點(diǎn)：順式烯烴比反式的ee值高30Jacobsen-Katsuki環(huán)氧化的立體化學(xué) 生成氧合錳（Mn=O）活性中間體 平面結(jié)構(gòu) 側(cè)向進(jìn)攻 在C3和C3位引入體積大的基團(tuán)，如叔丁基，與非對(duì)稱烯烴底物空間位阻較大的一側(cè)產(chǎn)生排斥作用，使底物按一定的取向向金屬-氧鍵接近。 也解釋了為什么順式烯烴的選擇性高于反式。31Ja

9、cobsen-Katsuki環(huán)氧化的機(jī)理32Jacobsen-Katsuki環(huán)氧化的機(jī)理33Jacobsen-Katsuki環(huán)氧化的機(jī)理34Jacobsen-Katsuki環(huán)氧化的機(jī)理35Jacobsen-Katsuki環(huán)氧化舉例右為Salen-Mn催化劑，（S，S）-A36Jacobsen-Katsuki環(huán)氧化舉例B,C均為抗高血壓藥37手性酮催化烯烴不對(duì)稱環(huán)氧化Shi 不對(duì)稱環(huán)氧反應(yīng)自Cusci報(bào)道二氧雜環(huán)丙烷可以快速的對(duì)烯烴發(fā)生不對(duì)稱環(huán)氧化后，該領(lǐng)域研究倍受重視。大約2000年時(shí)，Shi等報(bào)道了基于D-果糖的手性酮A用于非官能團(tuán)化烯烴的不對(duì)稱氧化。使得在該領(lǐng)域的研究有了真正意義上的突破。于是該類反應(yīng)也被稱為Shi不對(duì)稱環(huán)氧化。手性酮A的制作方法38Shi 不對(duì)稱環(huán)氧反應(yīng)基本過程 Oxone (商品名): 過氧硫酸氫鉀制劑（2KHSO5 K2SO4） A: 二氧雜環(huán)丙烷 (dioxirane)為催化劑39Shi 不對(duì)稱環(huán)氧反應(yīng)機(jī)理催化循環(huán)40Shi 不對(duì)稱環(huán)氧反應(yīng)