拜耳-维立格氧化

O
+
62% 0% 6% 43%
R
15
16
17
增加α-碳原子的位阻不利于反应，甚至不能发生反应
R Cl
O
O
R
PAA, CHCl3,rt
O Cl O
19
70% 0%
O
18
R-Me R=t-Bu
螺环酮
在螺环酮的B-V反应中，通常是螺环碳原子优先迁移。
O
90%PMA，CH2Cl2，reflux,24h 44%， 21:22=89:11
反式
29%
Bu-t
基团迁移顺序
O F O
COR
O t-Bu F
O O t-Bu F
O O
RCO3H
Bu-t
9%
顺式
Bu-t
F
91%
第二效应中间体
反应特点
B-V反应自1899年被发现以来，已经成为有机合成中将醛 和酮转变成酯或内酯化合物的经典方法。该反应具有以下特点： 1）适用于多种羰基化合物； 2）对多种官能团具有良好的兼容性； 3）根据迁移基团的性质不同可预测反应的区域选择性； 4）具有高度的立体选择性，迁移基团所连碳原子的绝对构型 在反应前后保持不变。
O R-C-OR'
O
C R"
Criegee中间体
基团迁移顺序
基团的迁移顺序：叔烷基> 仲烷基 > 苄基> 苯基> 伯烷基> 环戊基、环丙基> 甲基
Primary effect Secondary effect
O F O
第一效应
O Bu-t F
RCO3H
ROC O Bu-t OH F
71%
Bu-t O F O
反应机理
在过氧试剂的存在下，醛和酮被氧化生成酯或内酯的反应。其 反应过程中伴随着一个基团从碳原子向氧原子的迁移。
O R-C-R'
+
H+
OH
OH R-C-R'
+
-H
+
OH R-C-R' O-OCR" O
R-C-R'
O R"COO-H
R R' C O
O
H O
R´重排
-R´´COO- ,
O-O键断裂
-H+
H
NH O
NH O
7
1. m-CPBA,CH2Cl2,rt,14h 2.NaOH,MeOH,rt,5h,H3O+ 85%
8
9
10
简单环酮
环酮的B-V反应时合成环内酯的一种有效方法，其迁移 基团所连碳原子的绝对构型在反应前后保持不变,具有立体 选择性。
O
O
m-CPBA,NaHCO3 CH2Cl2，rt,72h
PAA,AcOH,rt,12h
()3 CHO
()3
+
OCHO
()3
COOH
25%-30% 55
H
40% 57
56
m-CPBA,CH2Cl2， 12℃，24h 85%
H
O CHO
O
O OCHO
O
58
59
非共轭烯酮和烯醛
反应取决于双键和羰基的相对反应活性，而双键的反应 活性通常比羰基高。因此，为得到B-V的反应的产物，一般 COPr-i 需要把双键保护起来。
m-CPBA,NaHCO3， CH2Cl2，rt,2h
O O H
O O H O
92%
25
26
如果在非桥头α-碳原子上带有邻苯二甲酰亚胺基，甲氧基时， 该碳原子优先迁移
H O
H O
H O
m-CPBA,NaHCO3,CH2Cl2,rt
H R
O H
+
H R
O
R=OMe, 79%,28:29= 85：15 R=NMeTs, 92%, 28:29= 100：0
不同类型底物的区域选择性 非环酮
由于甲基不易迁移，可将甲基酮的B-V反应作为碳链上减少 两个碳的有效方法。
O HO HO H O
O
m-CPBA，CH2Cl2，rt,72h
O
HO HO
O
93%
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
OAc H
O EtO O
1
m-CPBA,10%TsOH CH2Cl2,reflux,24h 82%
O EtO O
OAc O
OAc
95%
AcO OAc
环丁酮衍生物的羰基活性高于双键，在不保护双键情况 下优先发生B-V反应 O
O
O
62
63
m-CPBA, NaHCO3 CH2Cl2, rt
NTs Me
84%
Me
NTs
64
65
非共轭烯酮和烯醛
有时结构相似的化合物在相同的条件下得到不同的产物
O
O
O O
m-CPBA,CH2Cl2 20℃，48h
O
O
t-Bu
O
m-CPBA,CH2Cl2， 0℃，5-10min 64%
O t-Bu O
42
O O
43 m-CPBA, HCl CH3OH, rt, 2h
COOMe COOMe
N
N
70%
N N
44
D3 C O
45
COOH
30%H2O2，NaOH, rt,42h 94%
CD3
46
O
47 COOH
1,2-二羰基化合物
O COMe
OCOMe O 53%
+
76
20%
环内双键与环外羰基共轭的烯酮，其双键基本不受影响
CO Me OCOMe
OCOMe O
m-CPBA, H2SO4 CHCl3，0-20℃, 48h
42%
+
5%
77
α，β-不饱和酮和醛
环内双键与环上羰基共轭的烯酮，乙烯基优先于亚甲基迁移
O
O
TFPAA, Na2HPO4 CH2Cl2, 0℃,4h 68%
O O
O
+
22
O
20
Ph O N O O O (CH2 )n
21
螺环丁酮衍生物的反应活性较高，一般能得到很高的产率。
m-CPBA,Li2CO3 CH2Cl2，rt,12h n=1, 93% n=2, 97%
O O O O (CH2 )n O N Ph
23
24
稠环酮
对于含环丁酮的稠环酮，通常是桥头碳原子优先迁移
COPr-i
H
H H AcO
AcO
H
H
H
Br Br
60
TFPAA, Na2HPO4 CH2Cl2, rt, 80min 100%
AcO Br Br H H H
CO2Pr-i
61
非共轭烯酮和烯醛
若双键连有吸电子基团，则B-V反应可以在不保护双键的 情况下直接进行
EtOOC OAc
EtOOC
TFPAA, Na2HPO4 CH2Cl2, rt
(63%)
+
68
(6%)
O
66
O
67 m-CPBA,CH2Cl2，rt 89%
O
O
69
m-CPBA, NaHCO3 CH2Cl2，rt
55%
O O
70
O
71
72
非共轭烯酮和烯醛
CHO O MeO
m-CPBA,CH2Cl2，rt 3-MeO: 20h, 69% 4-MeO: 24h, 77% 5-MeO: 24h, 100% 6-MeO: 20h, 100%
无论苯环上带有何种取代基，α-酮酰胺在B-V反应的区域 选择性都由氧化剂决定
K2S2O8，H2SO4 0-10℃， R1 5-10min R1=H,R2=H, 95% R1=Br,R2=H, 95% R1=H,R2=CH3, 89% R1=Cl,R2=Cl, 95%
O O
O R1 O N H R2
R2
反应条件
有机过氧酸的氧化能力顺序为：三氟过氧乙酸（TFPAA）> 单过氧马来酸（PMA）> 单过氧邻苯二甲酸（MPAA）> 3,5-二 硝基过氧苯甲酸>对硝基过氧苯甲酸（p-MPBA）> 间氯过氧苯 甲酸（m-CPBA)，过氧甲酸> 过氧苯甲酸（PBA）> 过氧乙酸 （PAA）。其中最常用的是90%的TFPAA和85%的m-CPBA。而 使用弱的过氧乙酸（PAA）会使反应具有更高的区域选择性。 为了减少产物发生酯交换或者水解等副反应，这类反应通 常在CH3CO2Na、Na2HPO4或者Na2CO3等缓冲体系中进行。
2
O
3
O
4
O
非环酮
与甲基的迁移性相反，叔丁基在反应中常被用作优先迁移基团
OTBDMS H3C O
HO H
H
H COMe m-CPBA,CHCl3 ,rt,4d NH
OTBDMS H3C O
H
H OCOMe NH
96%
O
5
H
6
H O O Bu-t
m-CPBA,CH2Cl2 , rt,12h
Bu-t
HO
PAA,NaOAc,HOAc,rt,2h
O
38
88%
O
39
O
O O O O H
桥环酮
下面的降冰片酮的衍生物的exo-面存在的多个甲基造成过 大的空间位阻，从而导致过氧酸只能从endo-面进攻羰基,所需 反应时间也更长。
PAA,NaOAc,HOAc,rt,5d
O
O
O
40
O O O O H
41
1,2-二羰基化合物
CHO OMe
OCHO
m-CPBA,CH2Cl2 reflux, 24h 96%
OMe
OMe
Me OMe
Me
51
CHO OH
52
O
KHSO5, CHCl3 H2O, H2SO4, rt, 8h
OH
83%
53
O
54
醛
与伯烷基相连的醛被氧化的主要产物是羧酸。如果α-位为 苄基碳或者仲烷基碳，则会生成部分甲酸酯产物， α-位有氧原 子官能团取代的醛有利于生成甲酸酯
O
O
O
11
O
12
O
OCOMe
m-CPBA,Li2CO3 CH2Cl2，reflux,13.5h 76%
O
OCOMe
13
14
简单环酮
α-碳原子带有卤素取代基时，则通常阻碍迁移
O R
O R
O O
TFPAA,Na2HPO4, CH2Cl2 R=Cl, reflux, 2h R=N-Me-N-Tosyl, rt, 3h
N H
O
49
48
30%H2O2, AcOH, H2SO4 60-70 ℃,2h R1=H,R2=H, 79% R1=Br,R2=H, 83% R1=NO2，R2=H,80% R1=H,R2=CH3, 75% R1=Cl,R2=Cl,90%
O O N H O
R1
R2
50
醛
苯甲醛和邻甲氧基苯甲醛在过氧酸的氧化下生成相应的 甲酸酯，二邻羟基苯甲醛或对羟基苯甲醛主要生成苯醌类化 合物
Baeyer- Villiger 氧化反应
主要参考书目：《现代有机反应》第一卷，胡跃飞、林国强主编
白科研 吴巴意腊 熊和建
2012.1.12
历史背景
Baeyer- Villiger 氧化反应（B-V反应）是在过氧试剂的存在下，醛和酮 被氧化生成酯或内酯的反应，有机合成中常用的氧化反应之一。
O
O
O
O
没有电子效应影响的情况下，桥头碳原子优先迁移
O
m-CPBA,NaHCO3 CH2Cl2，rt, 5h 72%
O O
34
35
α-碳原子上带有环醚取代基，将促进该碳原子的迁移
O O Cl
m-CPBA, NaHCO3 CHCl3，8℃，8h 86%
O O O
Cl
36 37
桥环酮
由于桥环酮具有刚性结构，立体电子效应对基团的迁移 顺序的影响特别明显。 过氧酸通常从降冰片酮空间位阻小的exo-面进攻羰基
R
27
28
29
稠环酮
对于其它稠环酮，一般是取代基较多的碳原子优先发生迁移
H3C H H O H H H OH
H H3C H H O H H OH
m-CPBA,CH2Cl2，rt, 2h 63%
O
30
O
31
O
m-CPBA,NaHCO3 CH2Cl2, rt, 8h
O H
O O H
98%
32
33
桥环酮
OCHO
OCHO O MeO
73
CHO O
74
OCHO O O
O
m-CPBA,CH2Cl2，rt
OMe
OMe
+ 18% 30%
O O OMe CHO
75
+
OMe
40%
α，β-不饱和酮和醛
过氧酸对非环共轭烯酮的氧化通常得到环氧产物，有时 得双键和羰基同时被氧化的产物
PAA, CHCl3 COMe 20-25℃, 4.5h
O R2
+
R1 R2
H
O O R3
R1
+
R3 OH
1899年，德国化学家 Adolf Von Baeyer 和瑞士化学家 Victor Villiger 在对萜烯衍生物分子中的环酮结构进行氧化开环时发现：将薄荷酮、葛 缕薄荷酮或樟脑与过硫酸氢钾在室温混合，没有生成预期的开环产物， 而得到的是相应的内酯，这就是Baeyer- Villiger 氧化反应最早的例子。 次年，他们又报道使用有机过氧酸也可以发生类似反应。
Br
O
78
79
Br
环外双键与环上羰基共轭的烯酮，产物为烯醇内酯， 很少有双键被氧化
PAA, AcOH, KOAc rt, 12h 40%
O
O O
80
81
Thank you