DMSO作为氧化剂在有机合成中的一些应用-张顺吉

DMSO作为氧化剂在有机合成中的一些应用--张顺吉1二甲亚砜的氧化性依赖于它的亲核性能。锍离子无色黏稠透明油状液体或结晶体，重要的极性非质子溶剂。它可与许多有机溶剂及水互溶。DMSO作为氧化剂在有机合成中的一些应用AnthonyJ.Mancuso;DanielSwernSynthesis1981,165.ThomasT.TidwellSynthesis1990,857.刘希光;吴景平;梁晓梅;王道全有机化学2001,21,8,549.2一、醇的氧化二、卤化物的氧化三、环氧化合物的氧化四、双键或三键的氧化五、制备卤化物DMSO作为氧化剂在有机合成中的一些应用31）铬类氧化剂：Collins试剂，PDC或PCC，Jones试剂；2）活化的DMSO：草酰氯，碳二酰亚胺，SO3·Py络合物；3）高价态碘化合物，如：Dess-Martin氧化剂或2-碘酰基苯甲酸；4）钌氧化剂：四氧化钌，四丙基高钌酸铵TPAP与NMO协同氧化；5）催化的TEMPO与过量的漂白剂(次氯酸钠)；6）高价锰氧化剂：高锰酸钾，二氧化锰（MnO2）;7）Oppenauer氧化反应：异丙醇铝/丙酮（适用于含不饱和键或对酸不稳定的二级醇）。一、醇的氧化41978年，DanielSwern以及同事发现了当二甲亚砜和草酰氯在低温处理以后和一级醇或者二级醇反应能形成一种中间体，而其继续和三乙胺处理以后能得到相应高收率的醛酮一、醇的氧化不依靠含金属氧化剂的氧化反应1.1.1)Swern氧化反应5反应的第一步是低温下，二甲基亚砜（1a)共振形成(1b)并与草酰氯（2）的亲核加成，生成第一个中间体（3）。此中间体迅速的分解为CO2和CO，并生成氯化二甲基氯代锍盐（4）。Swern氧化反应历程一、醇的氧化6生成关键的烷氧基锍离子中间体（6）。在加入了两当量的碱后，发生去质子作用生成硫叶立德（7）。通过一个五元环的过渡态，硫叶立德(7)进一步分解为二甲基硫醚以及产物——酮(或醛)（8）。副产物为二甲基硫醚，在通风橱里进行，可将粗产品与过硫酸氢钾混合将其氧化为二甲基亚砜（但要注意在低温进行，防止醛被氧化）。Swern氧化反应历程一、醇的氧化反应一般使用二氯甲烷做溶剂，如不使用溶剂，DMSO与TFAA或草酰氯会发生剧烈反应（爆炸！）。7易操作、产率高、低成本、所用试剂毒性低等-78oC低温把副反应降到最低，避免烯醇化。对于某些长链醇，可适当升高温度改善溶解性一、醇的氧化空阻影响对于Swern氧化反应影响小8ThomasT.TidwellSynthesis1990,857-869.反应温度选择：当使用草酰氯时，则需要降低至-60℃（而通常选择的是干冰丙酮浴即-78℃）；当使用TFAA的时候反应中间体需在-30℃内反应；当使用三氧化硫吡啶复合物时冰水浴（-0℃）就可以。Swern氧化反应中主要的副反应一、醇的氧化9能够活化二甲亚砜的亲电试剂:二环己基碳二亚胺(DCC)草酰氯醋酸酐(Ac2O)三氟醋酸酐(TFAA)五氧化二磷吡啶/三氧化硫络合物二氯磷酸苯酯(PDCP)亚硫酰氯乙酰氯苯甲酰氯卤气这些亲电试剂活化的反应各有其特点一、醇的氧化101.1.2)DMSO/Dicyclohexycarbodiimide(Pfitzner-MoffattProcedure)普菲茨纳－莫法特氧化反应一、醇的氧化11缺点：1）甲硫甲基醚副产物；2）脲的分离ThomasT.TidwellSynthesis1990,857.1.1.3)DMSO/TrifluoroaceticAnhydride(SwernProcedure)一、醇的氧化优点：反应快、产率高12主要副反应：形成三氟乙酸酯Huang,S.L.;Omura,K.Synthesis1978,297.一、醇的氧化在下面两个例子中，三氟乙酸酐比草酰氯更好13Amon,C.M.;Banwell,M.G.;Gravatt,G.L.J.Org.Chem.1987,52,4851.Braish,T.F.;Saddler,J.C.;Fuchs,P.L.J.Org.Chem.1988,53,3647.1.1.4)DMSO/AceticAnhydride(Albright-GoldmanProcedure)Roomtemperature,inexpensivereagentsand2.5molscale,butlongreactiontimes(12-24h),thepotentialformationofacetateestersandmethylthiomethylethers一、醇的氧化14WithoutaddedbaseAlbright,J.D.;Goldman,L.J.Am.Chem.Soc.1965,87,4214.Albright,J.D.;Goldman,L.J.Am.Chem.Soc.1967,89,2416.一、醇的氧化15Rabinsohn,Y.;Fletcher,H.G.Jr.MethodsCarbohydr.Chem.1972,6,326.M.S.Newman;C.C.DavidJ.Org.Chem.1967,32,66.1.1.5)DMSO/PhosphorusPentoxide(OnoderaProcedure)一、醇的氧化16Onodera,K.;Hirano,S.;Kashimura,N.J.Am.Chem.Soc.1965,87,4651.一、醇的氧化最初在高于室温且不加额外碱的条件下反应，后来进行了改进，三乙胺作为额外的碱，低温反应17Jones,G.H.;Moffatt,J.G.MethodsCarbohydr.Chem.1972,6,315.Taber,D.F.;Amedio,J.C.Jr.;Raman,K.J.J.Org.Chem.1988,53,2984.1.1.6)DMSO/Pyridine-SulfurTrioxide(Parikh-DoeringProcedure)一、醇的氧化18廉价、室温、反应快、产率高、无甲硫甲基醚生成、无邻位消旋、很多情况反应结束无需纯化Parikh,J.R.;Doering,W.V.E.J.Am.Chem.Soc.1967,89,5505.一、醇的氧化19ThomasT.TidwellSynthesis1990,857-869.张顺吉,理学博士论文,中国科学院上海有机化学研究所,2011.0.13molScale一、醇的氧化20J.M.Landesberg;J.SieczkowskiJ.Am.Chem.Soc.1971,93,872.EliminationoftheelementsofaceticacidBenzylortrimethylsilylgroupsarenoteliminated一、醇的氧化21G.M.Cree;D.M.Mackie;A.S.PerlinCan.J.Chem.1969,47,511.1.1.7)DMSO/PhenylDichlorophosphate(LiuProcedure)一、醇的氧化22二氯磷酸苯酯在大多数例子中反应活性与草酰氯相当，在某些例子中还要更好，比如：苯乙醇的氧化一、醇的氧化23ThomasT.TidwellSynthesis1990,857.一、醇的氧化对双键的反应24该方法不适用于含双键底物醇的氧化。Liu,H.J.;Nyanglu,J.M.TetrahedronLett.1988,29,5467.Liu,H.J.;Nyanglu,J.M.TetrahedronLett.1989,30,5097.Attackofpositivechlorine,fragmentation,protonloss1.1.8)DMSO/Chlorine该活性试剂易对双键加成生成二氯代物，所以不能用于不饱和醇的氧化。一、醇的氧化25E.J.Corey;C.U.Kim,TetrahedronLett.1973,919.对于伯醇和仲醇，适用性极其广泛。Difficultiesfor一、醇的氧化26Mancuso,A.J.;Huang,S.L.;Swern,D.J.Org.Chem.1978,43,2480.Huang,S.L.;Omura,K.;Swern,D.Synthesis1978,297.Marshall,J.A.;Robinson,E.D.J.Org.Chem.1978,43,2480.1.2)二元醇或多元醇的氧化将羟基不相邻的二醇顺利氧化为二醛或二酮一、醇的氧化27Tidwell,T.T.Synthesis1990,857.Farooq,0.Synthesis,1994,103.在适当的活化剂作用下DMSO可将1,2-二醇氧化使用金属氧化剂往往发生C-C键的断裂一、醇的氧化28Schobert,R.Synthesis1987,741.Bowden,M.C.;Pattenden,G.TetrahedronLett.1988,29,711.有些反应中的叔羟基有必要保护一、醇的氧化Flashchromatography--aldol29Williams,D.R.;Klinger,F.D.;Dabral,V.TetrahedronLett.1988,29,3415.Smith,A.B.III.;Leenay,T.L.J.Am.Chem.Soc.1989,111,5761.Theequilibriummixtureofketoalcoholandhemiketal一、醇的氧化30Wasserman,H.H.;Amici,R.M.J.Org.Chem.1989,54,5843.1.3)醇的选择性氧化当分子中含有两个或两个以上的羟基时，利用氧化剂只选择氧化一个羟基，这在有机合成中是一个很难解决的间题。一、醇的氧化在大多数的例子中，反应条件需要严格控制，否则，选择性降低。31刘希光;吴景平;梁晓梅;王道全有机化学2001,21,8,549.一般来说，吸电子(电负性)基团和大体积(位阻)的取代基使羟基的反应性降低，尤其是前者的影响要远远大于后者一、醇的氧化32Marx,M.;Tidvell,T.T.J.Org.Chem.1984,49,788.1.4)应用于一锅法多步反应1.4.1）氧化后进行Wittig反应一、醇的氧化一锅法反应中的多步反应可以从相对简单易得的原料出发，不经中间体的分离，直接获得结构较复杂的分子。这样的反应显然经济上和环境友好上较为有利。33Ireland,R.E.;Norbeck,D.W.J.Org.Chem.1985,50,2198.一、醇的氧化1.4.2）氧化后得到Mannichaddition产物，接着消除34Takano,S.;Iwabuchi,Y.;Ogasawara,K.J.Chem.Soc.,Chem.Common.1988,1204.一、醇的氧化1.4.3）氧化后用锂试剂对其加成35Baker,R.;O’Mahony,M.J.;Swain,C.J.J.Chem.Soc.,PerkinTrans.11987,1623.Lichtenhaler,F.W.;Jarglis,P.;Lorenz,K.Synthesis1988,790.氧化后继续氧化为酯1.5)对硅醚的氧化TMSandTESethersareoftencleavedundertheconditionofDMSO-basedoxidationsandthealcoholproductsarethenoxidizedtocarbonylproducts.ButTBS,DPSandtert-butoxydiphenylsilylethersareresistantduringtheseoxidations.一、醇的氧化36Tolstikov,G.A.;Miftakhov,M.S.;Adler,M.E.;Komissarova,N.G.;Kuznetsov,O.M.Synthesis1989,940.1957年Kornblum等人首次报道DMSO作为氧化剂氧化苯甲酰亚甲基卤为苯甲酰