烯烃的不对称氧化反应

• （2）可靠性：
虽然大的R取代基是不利的，但对于 大多数烯丙醇，反应都能成功；
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Sharpless环氧化反应的特点：
• （3）高光学纯度：
一般>90% d.e.，通常 > 95% d.e. ； • （4）对底物中的手性中心相对不敏感： 在已带有手性中心的烯丙醇底物中，手 性钛—酒石酸酯催化剂具有足够强的非对映 面优先性，能够克服手性烯烃底物所固有的 非对映面优先性的影响。
B,C均为抗高血压药
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手性酮催化烯烃不对称环氧化——Shi 不对称环氧反应
自Cusci报道二氧杂环丙烷可以快速的对烯烃发生不对称环氧化后， 该领域研究倍受重视。大约2000年时，Shi等报道了基于D-果糖的 手性酮A用于非官能团化烯烃的不对称氧化。使得在该领域的研究 有了真正意义上的突破。于是该类反应也被称为Shi不对称环氧化。
•
应用过氧叔丁醇（t-BuOOH，TBHP） 为氧供体，四乙氧基钛 [Ti(OPri)4] 和酒石 酸二烷基酯（ DET ，常用的是酒石酸二 乙酯）为催化剂，使各种烯丙伯醇衍生 物发生不对称过氧化。
•
化学产 率 为 70-90% ，光 学产 率 大于 90%。
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Sharpless环氧化反应机理
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烯烃与过氧酸反应中的立体化学
环氧化反应是顺式加成，所以所得产物构型与原料一致
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烯烃与过氧酸反应中的立体化学
由于甲基有位阻，所以位阻小的反应快，大的反应慢。
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Sharpless环氧化反应
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烯丙醇及其衍生物在钛酸酯参与下的 不对称环氧化反应称为Sharpless环氧化 反应，简称为AE反应(asymmetric epoxidation) 。 1980年，由Sharpless K.B. 等研究发 现。
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Jacobsen-Katsuki环氧化的特点
适用各种取代的烯烃，但四取代烯烃的不对称环氧化反应是 一个难题。
以上环氧化反应的一个特点：顺式烯烃比反式的ee值高
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Jacobsen-Katsuki环氧化的立体化学
生成氧合锰（Mn=O）活性中间体 平面结构 侧向进攻
在C3和C3’位引入体积大的基团，如叔丁基，与非对称 烯烃底物空间位阻较大的一侧产生排斥作用，使底物按一 定的取向向金属-氧键接近。 也解释了为什么顺式烯烃的选择性高于反式。
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•
Sharpless环氧化反应举例
•
然而，在Z-烯丙醇 D的情况下，对于
匹配对，要用2周时间以E : F = 30 : 1 的比
例得到产物；
• 而对于错配对，则以E : F = 3 : 2 的低
得多的比例得到环氧化物。
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Sharpless环氧化反应的特点： • （1）简易性： 所有的反应组份都是廉价的，并且 是商品化的；
手性E-烯丙醇A在(+)-DET存在下进行环 氧化，在15h内能以大于20 : 1 的比例得到 主要产物B； 当用(-)-DET反应时，也能以大于20 : 1 的非对映选择性得到C。
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Jacobsen-Katsuki环氧化反应 由于，这个类型的反应最早是 Jacobsen/ Zhang(1990) 和 Katsuki 分别报道，所以 被成为Jacobsen-Katsuki环氧化反应。该反 应由salen-锰络合物催化不对称环氧化烯烃 而得到选择性对映体的反应，该反应对烯烃 的取代基没有特殊要求所以又被称为非官能 化烯烃的环氧化反应。
左为活性中间体
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Shi 不对称环氧反应机理
中间体的两种构型
为什么会产生立体选择的原因
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Shi 不对称环氧反应的区域选择性
从图中可以看出在手性酮A的参与下，仅非非烯丙基的双 键被环氧化，且在粗产物中检测仅有痕量的双环氧化产物
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谢谢！
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Sharpless环氧化反应举例
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Sharpless环氧化反应举例
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对于AE反应， E-取代的烯丙醇的反应 较相应的Z-取代底物要快得多。
手性E-烯丙醇A在(+)-DET存在下进行 环氧化，在15h内能以大于20 : 1 的比例得 到主要产物B； 当用(-)-DET反应时，也能以大于20 : 1 的非对映选择性得到C。
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Sharpless环氧化反应的特点：
• （5）产物的绝对构型可以预见：
对潜手性烯丙醇衍生物而言，迄今对 于图所示的规律尚未见有例外。 • （6）2,3-环氧醇作为中间体的多用性： 新的选择性转化扩大了该反应的实用 性和意义。
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Sharpless环氧化反应的特点： • （1）简易性： 所有的反应组份都是廉价的，并且 是商品化的；
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Jacobsen-Katsuki环氧化反应化学试剂
常用的氧化剂：氧化碘苯（PhIO），次氯酸钠，过氧化氢
中心金属: 铬、镍、铁、钌、钴和锰
配体：氧化酶细胞色素P450卟啉/金属配合物Salen-Mn
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Jacobsen-Katsuki环氧化基本反应
催化剂：手 性SalenMn配合物
烯烃的环氧化
作者：刘江
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目录
•烯烃与过氧酸反应生成的环氧化物 •Sharpless不对称环氧环反应 •Jacobsen不对称环氧环反应 •Shi不对称环氧环反应
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烯烃与过氧酸反应生成的环氧化物机理
从机理上可以看出，过酸上的正电性越高反应越易进行， 如F3COOOH就比CH3COOOH易进行。双键上电子云密度越高 越易进行。
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对于AE反应， E-取代的烯丙醇的反应较 相应的Z-取代底物要快得多。
手性E-烯丙醇A在(+)-DET存在下进行环 氧化，在15h内能以大于20 : 1 的比例得到 主要产物B； 当用(-)-DET反应时，也能以大于20 : 1 的非对映选择性得到C。
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Sharpless环氧化反应举例
•
对于AE反应， E-取代的烯丙醇的反应较 相应的Z-取代底物要快得多。
• （2）可靠性：
虽然大的R取代基是不利的，但对于 大多数烯丙醇，反应都能成功；
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Sharpless环氧化反应的特点： • （1）简易性： 所有的反应组份都是廉价的，并且 是商品化的；
• （2）可靠性：
虽然大的R取代基是不利的，但对于 大多数烯丙醇，反应都能成功；
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Sharpless环氧化反应举例
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Jacobsen-Katsuki环氧化的机理
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Jacobsen-Katsuki环氧化的机理
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Jacobsen-Katsuki环氧化的环氧化的机理
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Jacobsen-Katsuki环氧化举例
右为Salen-Mn催化剂，（S，S）-A
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Jacobsen-Katsuki环氧化举例
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Sharpless环氧化基本形式
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Sharpless环氧化基本过程
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Sharpless环氧化反应所用试剂
• 氧化剂： 过氧叔丁醇（t-BuOOH，TBHP）； • 催化剂： 四乙氧基钛[Ti(OPri)4]， 酒石酸二烷基酯（DET）； • 反应底物： 烯丙醇及其衍生物。
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Sharpless环氧化反应
手性酮A的制作方法
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Shi 不对称环氧反应基本过程
Oxone (商品名): 过氧硫酸氢钾制剂（2KHSO5 K2SO4） A: 二氧杂环丙烷 (dioxirane)为催化剂
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Shi 不对称环氧反应机理
催化循环
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Shi 不对称环氧反应机理
以丙酮为例，从丙 酮开始到终产物
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Shi 不对称环氧反应机理
Sharpless环氧化反应机理
在Sharpless环氧化反
应体系中，存在着多 种Ti-酒石酸酯配合物， 其中，以双核配合物 （见左图）占主导地 位。
双核Ti-酒石酸配合物催化剂结构
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Sharpless环氧化反应机理
中间过度态结构
中间过度态3D结构
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Sharpless环氧化反应机理
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Sharpless环氧化反应举例