常見的烯烴雙羥化反應

Original YGNF 有機合成 2023-12-09 06:38

由烯烴製備雙羥基化合物是有機合成中非常常見的官能團轉化方法。控製不同的條件，烯烴雙羥基化可以得到順式，反式鄰二羥基化合物或手性雙羥基化合物。順式雙羥基化常用試劑為四氧化鋨，鋨酸鉀及碘-濕乙酸銀，高錳酸鉀等，由於鋨試劑毒性較強，後來又發展出了釕催化的順式雙羥基化反應。反式羥基化最常用的方法是過氧酸法，或其他的環氧化後羥基開環得到雙羥基化合物，另外，Prévost反應也常用，不對稱雙羥化最常用的是Sharpless不對稱雙羥基化反應。

 

一、四氧化鋨氧化或鋨酸鉀法

四氧化鋨作氧化劑進行烯烴的全羥基化是一種很高效的順式羥基化的方法，收率高。反應曆程與高錳酸鉀類似，形成環狀的鋨酸酯。由於鋨酸酯不穩定，常加入叔胺（如吡啶）組成配合物，以穩定鋨酸酯，加速反應。由於四氧化鋨價貴且有毒，實驗中常用催化量的四氧化鋨和其他的氧化劑，如與鐵氰化鉀，NMO, 氯酸鹽、碘酸鹽、過氧化氫等共用，或者用揮發度較低的鋨酸鉀代替。作為共氧化劑、處理操作方便的固體試劑N-甲基-N-氧化嗎啉(NMO)是最常用的（Upjohn法）。其他的氧化劑如氧化三甲胺（Me3NO）、t-BuOOH（Milas法）、OsCl3-K3Fe(CN)6等也被使用。用高碘酸鈉(NaIO4)做共氧化劑時，生成的二醇會被繼續氧化斷裂，生成相應的羰基化合物(Lemieux-Johnson氧化)。

A mixture of2-[4-(benzyloxycarbonyl)piperazin-1-yl]-4-[trans-(2-buten-1-yl)oxy] quinazoline(1.30 g), a solution of osmium tetroxide in t-butanol (osmium tetroxide 106mg/t-butanol 8.36 g) (312 mg) and 4-methylmorpholine N-oxide (382 mg) in water (2 ml)--acetone(15 ml) is stirred at room temperature for 14 hours.

acetone is distilled off from the reaction mixture under reduced pressure, and the resultant product is diluted with ethyl acetate, and the mixture is washed with10percent aqueous sodium sulfite solution and water. . The ethyl acetate solution is dried over anhydrous magnesium sulfate and evaporated to drynessunder reduced pressure, and the residue is purified by medium pressure liquid column chromatography (eluent, chloroform:methanol=100:1, v/v) to give2-[4-(benzyloxycarbonyl)piperazin-1-yl] -4-[(2RS,3RS)- (2,3-dihydroxybutan-1-yl)oxy]quinazoline(1.02 g) as foam.

Upjohn雙羥化反應

烯烴在四氧化鋨作為催化劑，NMO作共氧化劑的條件下，轉化為相應的順式鄰二醇的反應，被稱為Upjohn雙羥基化反應。

Sharpless不對稱雙羥基化反應

RL：最大取代基，RM中等取代基，Rs：最小取代基。

鋨催化劑和金雞納堿衍生物催化下烯烴對映選擇性順式雙羥基化反應。

 

常用氧化劑----四氧化鋨-鐵氰化鉀

 

常用氧化劑----OsO4/NMO

二、Prévost反應和Woodward反應

碘與濕羧酸銀為氧化劑，由碘與2 mol醋酸銀或苯甲酸銀所組成的試劑，稱為Prevost’s試劑，該試劑可以氧化烯鍵成1，2-二醇，當有水存在時（Woodward Reaction）得到順式1，2-二醇的單酯，進而得到順式加成的1，2-二醇；在無水條件下（Prevost Reaction），則得到反式的1，2-二醇。

1933年，C. Prévost報道了利用苯甲酸銀和碘氧化苯乙烯反應生成相應二醇的苯甲酸酯，水解從而得到1,2-二醇的反應。這種兩步把烯烴轉化為1,2-反式二醇的反應稱為Prévost反應。此反應最重要的改進為Woodward and Brutcher改進法，他們利用乙酸和水作為溶劑得到了順式-1,2-二醇。這一改進是在Winstein等人報道了少量的水對Prévost反應的反式選擇性有影響的基礎上做出的。

反應機理：

首先烯烴與碘形成三元環的碘鎓離子，然後羧酸銀鹽立體選擇性地進攻碘鎓離子生成相應的反式-1,2-碘羧酸酯。碘被分子內羧酸酯進攻所取代（鄰助效應）形成一個環狀正離子中間體。在無水環境中，此中間體被另一分子的羧酸銀從反向進攻得到反式-1,2-二羧酸酯。然而在有水環境下的反應被稱為Woodward-Brutcher改進法，中間體會轉化為相應的順式原羧酸酯，進而水解得到相應的順式-1,2-二醇。

此反應有如下特點：1）非環狀烯烴和環狀烯烴都能很好的反應；2）第一階段得到的是非對映的反式-1,2-二羧酸酯，在合適的條件先水解可以得到反式-1,2-二醇（和非對映異構體）；3）在剛性的環狀底物體係中反應具有很高的非對映選擇性；4）最常用的的試劑是苯甲酸銀，但也可以用其他羧酸銀或乙酸鉈；5）當共軛雙鍵和單獨雙鍵同時存在於一個分子中時，此反應通常發生在孤立雙鍵上。

三、成公明-Plietker雙羥化反應

1954年, Djerassi首先將RuO4 用於氧化反應，但主要使用不飽和化合物的裂解反應。1994年，香港中文大學成公明（Shing, T. K. M.）教授報道了一種釕催化的烯烴快速雙羥基化反應，在乙酸乙酯/乙腈/水兩相體係中，NaIO4作為共氧化劑，在RuCl3催化下烯烴可以快速氧化得到鄰二醇產物【Shing, T. K. M.; Tai, V. W.-F.; Tam, E. K. W.，Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 1994, 33, 2312；Shing, T. K. M.; Tam, E. K. W.Tetrahedron Lett. 1999, 40, 2179】。2003年Plietker對此反應的機理進行了係統研究，發現在催化量硫酸條件下，可以提高反應產率。RuCl3作為催化劑，高碘酸鈉作為共氧化劑，快速氧化烯烴得到順式鄰二醇的反應，被稱為Shing-Plietker雙羥化反應。

反應體係中，通過加入H2SO4, 質子化的高釕酸酯的親電性明顯增強，可以迅速水解得到二醇產物，避免被氧化裂解。

 

四、高錳酸鉀法

在烯烴全羥基化中用高錳酸鉀氧化烯烴是應用較廣泛的方法。在此氧化反應中，仔細到控製反應條件是非常重要的，否則常發生進一步氧化反應。常規的反應條件是：用水或含水有機溶劑（丙酮、乙醇或叔丁醇）做溶劑，加計算量低濃度（1%~3%）的高錳酸鉀，在堿性條件下（pH12以上），低溫反應。在這樣的條件下，常可以得到滿意的結果。由於不飽和酸在堿性溶液中溶解，所以本法對不飽和酸的全羥基化最為合適，收率也高，如油酸的全羥基化的收率達80%。

對於不溶於水的烯烴，用高錳酸鉀做氧化劑時，加入相轉移催化劑是有效的。如順式環辛烯的全羥基化，在相轉移催化劑的存在下，收率為50%，而沒有相轉移催化劑時，收率僅為7%。

五、常見的環氧化反應得到環氧化物後再開環可得到雙羥基化合物。

六、其他

 

Rubottom氧化反應將烯醇基矽烷用mCPBA氧化，水解得到α -羥基羰基化合物接著還原可以得到雙羥基化合物。

安息香縮合反應製備得到α -羥基羰基化合物，接著還原製備雙羥基化合物。