第五章 不对称环氧化

•5.1Sharpless不对称环氧化反应•5.2Jacobsen非官能团化烯烃的环氧化反应•5.3手性金属卟啉催化的非官能团化烯烃的环氧化反应•5.4手性酮催化的非官能团化反式烯烃的环氧化反应•5.5环氧化物在有机合成中的应用第五章不对称环氧化(AE)反应5.1Sharpless不对称环氧化(AE)反应(AsymmetricEpoxydation)5.1.1原理和反应历程5.1.2与反应相关的因素5.1.3烯丙醇的不对称环氧化反应5.1.4烯丙仲醇的动力学拆分5.1.1原理和反应历程OHR1R2R3Ti(O-i-Pr)4TBHPCH2Cl2,-20oCOHR1R2R3OHR1R2R3OOD-(-)-DETD-(+)-DETDET—酒石酸二乙酯在AE催化循环过程中钛络合物配体的交换Ti(OR)4+DETTi(OR)2(DET)2ROHTi(OR)(TBHP)(DET)TBHPROHk1ROHROH烯丙醇烯丙醇k2'k2Ti(OR)(烯丙醇)(DET)Ti(TBHP)(烯丙醇)(DET)TBHPROHk1'Ti(O-t-Bu)(环氧醇）(DET)k1k2=k1'k2'Ti的二聚体是起催化作用的活性中间体TiHOOORROOROOTiEOOt-BuOEEOR1R2R'E=COOR5.1.2与反应相关的因素5.1.2.1氧化剂---TBHP或三苯甲基过氧氢5.1.2.2水---绝对无水5.1.2.3分子筛---使AE反应成为催化反应5.1.2.4氢化钙和硅胶---大大缩短反应时间5.1.2.5催化剂的制备与老化5.1.2.6酒石酸配体5.1.2.5催化剂的制备与老化烷氧基钛（IV）和酒石酸酯在-20oC与溶剂混合(一般用CH2Cl2作溶剂)，在此温度下老化20-30min，然后加入TBHP和烯丙醇。老化催化体系是反应成功的保证。5.1.2.6酒石酸配体光学活性的酒石酸酯是SharplessAE反应的手性源。DMT—酒石酸二甲酯DET—酒石酸二乙酯DIPT—酒石酸二异丙酯5.1.2.6酒石酸配体酒石酸酰胺也可作为AE反应的手性配体。OOHOHOR1R2a:R1=R2=NHCH2Phb:R1=NHCH2Ph,R2=Nc:R1=R2=Nd:R1=R2=NHCH2CH2CH3立体选择性：badc5.1.3烯丙醇的不对称环氧化反应各种结构的烯丙醇过进行的AE反应在绝大多数情况下都能给出90%以上的对映选择性。见P141，表5-1。5.1.4烯丙仲醇的动力学拆分J.Am.Chem.Soc.,1980,102,5974HHOTi(O-i-Pr)4/TBHP/(+)-DIPT反应速度快HHOHOH2OOHHHH+98:2(S)HOTi(O-i-Pr)4/TBHP/(+)-DIPT反应速度慢(R)HHOHOHHHOHOHH+38:625.1.4烯丙仲醇的动力学拆分R2R1OHR2R1OHR2R1OH+OH40-45%,99%e.e.40-45%,99%e.e.用动力学拆分同时得到对映提纯烯的丙醇和环氧醇J.Chem.Soc.,Chem.Commum.,1986,1323Tedrahedron,1988,44,4073Chem,Lett.,1989,2163TedrahedronLett.,1987,28,6351J.Org.Chem.,1982,47,13715.2Jacobsen非官能团化烯烃的环氧化反应NNOHHONNOHHONNOOMnR2R1R1R2Jacobsen催化剂SalenASalenBXRRJacobsen(Salen)配体的制备NH2RRH2N+2OHCHOR1R2EtOH/H2O回流NNOHHOR2R1R1R2RRJ.Am.Chem.Soc.,1990,112,2801Jacobsen催化剂的制备NNOOMnR2R1R1R2Jacobsen催化剂ClRR回流NNOHHOR2R1R1R2RRMn(OAC)24H2O/LiClEtOHJ.Am.Chem.Soc.,1990,112,2801PhMePhMeOJacobsen催化剂94%e.e.外消旋环氧化物的动力学拆分OR(±)催化剂(0.5~2mol%)50~55%H2O,rtOR+OHOHR40~49%96~99%e.e.40~49%96~99%e.e.NNOOCo催化剂OAct-But-But-But-BuHHJ.Org.Chem.,1999,64,2164NNHNHN卟啉(Porphyrin)5.3手性金属卟啉催化的非官能团化烯烃的环氧化反应Groves手性卟啉络合物催化剂NNNNR*R*R*R*ClFeOJ.Am.Chem.Soc.,1983,105,5791卟啉催化剂MnFeOORuOClCl苯乙烯类底物的AE反应I=OCl+催化剂甲苯0oCClOI+1.在卟啉催化烯烃的AE反应中，顺式烯烃比反式烯烃活泼。2.缺电子底物的AE反应中能获得很高的对映选择性（88~96%e.e.）。J.Am.Chem.Soc.,1983,105,5791J.Am.Chem.Soc.,1991,113,6865Chem.Lett.,1989,1269RRRROKHSO5KHSO4OOR1R2COR1R2手性二氧杂环丙烷5.4手性酮催化的非官能团化反式烯烃的环氧化反应5.4手性酮催化的非官能团化反式烯烃的环氧化反应5.4.1由联萘二羧酸衍生的手性酮催化的AE反应5.4.2由果糖衍生的手性酮催化的AE反应5.4.3酮催化的烯烃环氧化反应的过度态5.4.1由联萘二羧酸衍生的手性酮催化的AE反应OOOOORROOOORROOKHSO5在杨丹合成的此催化剂存在下，反式二取代或三取代烯烃的AE反应都能取得高产率和中等至良好的e.e.值转化为环氧化物。见P159-160，表5-4和表5-5。J.Am.Chem.Soc.,1996,118,491J.Am.Chem.Soc.,1996,118,11311史一安手性酮在反式二取代或三取代烯烃的AE反应表现出很的催化活性和优秀的立体选择性。见P161，表5-6。J.Am.Chem.Soc.,1997,119,11224OOHOHOHHOHOOHClO4,0oC53%OOOOHOOOOOOOOPCCCH2Cl2,rt93%史一安配体5.4.2由果糖衍生的手性酮催化的AE反应2,2-二取代乙烯基硅烷的AE反应及其影响因素史一安配体KHSO5R1R2TMS50~82%R1R2TMSOTBAFR1R2O2,2-二取代乙烯基硅烷的AE反应。见P161，表5-6。影响反应的因素：1.溶液的pH值2.溶剂和反应温度3.底物J.Org.Chem.,1999,64,76755.4.3酮催化的烯烃环氧化反应的过度态OORROO螺旋过渡态平面过渡态J.Org.Chem.,1993,58,7615J.Am.Chem.Soc.,1992,114,7202;105,3123;106,1410J.Am.Chem.Soc.,1997,119,11224Julia-Colonna环氧化OPhPh聚-L-亮氨酸NaOH,H2O,甲苯48h92%OPhPhO96%e.e.查尔酮OPhPh聚-L-亮氨酸1.2molUHP1.2molDBU30min100%OPhPhO95%e.e.Tetrahedron,1984,40,5207Chem.Commun.,1997,739OOH123123OHOHNuOHOHNuONuOHOHNuNu:H-,N3-,CN-Nu:R-,RN-,RO-Nu:H-,R-Nu:H-,RS-,CN-5.5环氧化物在有机合成中的应用3-丙基环氧乙烷甲醇的亲核开环OHOTi(O-i-Pr)4NuOHOHOHOHNuNu+C-3开环C-2开环J.Org.Chem.,1988,53,5185环氧醇用X2-Ti(O-i-Pr)4开环反应OOHOHOHII2-Ti(O-i-Pr)40.5h,0oCOOHBr2-Ti(O-i-Pr)44h,20~25oCOHO-i-PrBrJ.Org.Chem.,1990,55,3429有关环氧化物的应用1.有关环氧化物的选择性开环可参阅文献1。2.SharplessAE反应是手性技术的重大突破。但该反应有局限性：（1）它仅适合于烯丙醇底物；（2）使用的氧化剂TBHP不太稳定。3.Jacobsen、Katsuki、杨丹、史一安等的手性催化剂是对Sharpless体系的补充和完善。1林国强等，《手性合成》（第二版），科学出版，2005，232~244