第五章 不对称环氧化

平面过渡态
J. Org. Chem., 1993, 58, 7615 J. Am. Chem. Soc., 1992, 114, 7202; 105,3123; 106,1410 J. Am. Chem. Soc., 1997, 119, 11224
Julia-Colonna环氧化
O
聚-L-亮氨酸 NaOH, H2O, 甲苯 Ph 48 h 92% Ph
5.1.4 烯丙仲醇的动力学拆分
R2 R2 H
O
R2
OH
OH
+
R1
OH
R1
R1 40-45%, >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, 1323 Tedrahedron, 1988, 44, 4073 Chem, Lett., 1989, 2163 Tedrahedron Lett., 1987, 28, 6351 J. Org. Chem., 1982, 47, 1371
R2
R
R1 R2
O a O b
KHSO4
R
手性二氧杂环丙烷(dioxirane)
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
J. Am. Chem. Soc., 1996, 118, 491 J. Am. Chem. Soc., 1996, 118, 11311
5.4.2 由果糖衍生的手性酮催化的AE反应
HO
O O
O
O
O O
O
OH
PCC CH2Cl2, rt 93%
O
HO OH
OH
HClO4, 0oC 53%
O O
OH
Jacobsen 催化剂的制备
R R R R
N N N N
Mn(OAC)2 R2 OH HO R2 EtOH
4H2O/LiCl 回流 R2 O
Mn Cl O R2
R1
R1
R1
R1
Jacobsen催化剂
Ph Ph Me Jacobsen 催化剂 NaOCl水溶液 73%
O
Me
81-92% e.e.
J. Am. Chem. Soc., 1990, 112, 2801
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。
O
a: R1=R2=NHCH2Ph R
1
HO
b: R1=NHCH2Ph, R2= N c: R1=R2= N d: R1=R2=NHCH2CH2CH3
R2 HO
O
立体选择性： b>a>d>c
5.1.3 烯丙醇的不对称环氧化反应
各种结构的烯丙醇所进行的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。
J. Am. Chem. Soc., 1983, 105, 5791 J. Am. Chem. Soc., 1991, 113, 6865 Chem. Lett., 1989, 1269
5.4 手性酮催化的非官能团化反式烯 烃的环氧化反应
O R
R1
C O
KHSO5 (Oxone)
R
e.e.<20 %
L-(+)-DET（天然的） R3
OH
DET—酒石酸二乙酯
在AE催化循环过程中钛络合物配体的交换
TBHP Ti(OR)4 + DET 2ROH Ti(OR)2(DET) ROH k1 Ti(OR)(TBHP)(DET)
ROH
烯丙醇 k 2' TBHP
ROH
烯丙醇 k2
Ti(OR)(烯丙醇)(DET) ROH k1' k1k2 = k1'k2'
5.3 手性金属卟啉催化的非官能团化 烯烃的环氧化反应
NH
N
N
HN
卟啉 (Porphyrin)
Groves手性卟啉络合物催化剂AE反应
O I=O I
催化剂
+
Cl
+
Cl
甲苯 0oC
51% e.e.
J. Am. Chem. Soc., 1983, 105, 5791
Groves手性卟啉络合物催化剂
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20-30 min，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Sharpless AE 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
R
O
R
O
O O O
KHSO5
O O
O O
O
O
R
R
R=H, Cl, Br, I, Me, CH2OCH3, SiMe3 etc.。
J. Am. Chem. Soc., 1996, 118, 491 J. Am. Chem. Soc., 1996, 118, 11311
5.4.1 由联萘二羧酸衍生的手性酮催化的AE反应
R*
R*
N
Cl Fe
N
R* =
N
CONH-CO2CH3
N
O
R*
R*
J. Am. Chem. Soc., 1983, 105, 5791
卟啉催化剂
Cl Fe
O
O
Cl Mn
Ru
O
苯乙烯类底物的AE反应
R1 R2
I=O
R1
催化剂 甲苯 0 C
o
R2
I
+
+
O
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.）。
O O
O
史一安配体
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, 11224
2,2-二取代乙烯基硅烷的AE反应及其 影响因素
R1 TMS R2
史一安配体 KHSO5
50~82% R2
N N N N
OH
HO
OH
HO
Salen A
R R
Salen B
N
N
Mn R2 O X O R2
R1
R1
Jacobsen催化剂
Jacobsen (Salen) 配体的制备
R OH
N N
R
R
R
R1
CHO EtOH/H2O 回流 R2 OH HO R2
+ 2
H 2N NH2
R2
R1
R1
J. Am. Chem. Soc., 1990, 112, 2801
1林国强等，《手性合成》（第二版），科学出版，
2005，232~244
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
R2 D-(-)-DET （非天然的）
O
R1
OH R2 R1 Ti(O-i-Pr)4 TBHP OH R3
O
R3
CH2Cl2, -20oC R2 R1
C-2 开环
J. Org. Chem., 1988, 53, 5185
环氧醇用X2-Ti(O-i-Pr)4开环反应
OH I2-Ti(O-i-Pr)4 0.5 h, 0 C
O
o
OH
I OH
OH
OH O-i-Pr
Br2-Ti(O-i-Pr)4
O
4 h, 20~25oC Br
J. Org. Chem., 1990, 55, 3429
外消旋环氧化物的动力学拆分
O
催化剂(0.5~2 mol%) R 50~55% H2O, rt R
O
OH
+
R
OH
(± )
40~49% 96~99% e.e.
40~49% 96~99% e.e.
H
N N
H
Co t-Bu O OAc O t-Bu
t-Bu
t-Bu
催化剂
J. Org. Chem., 1999, 64, 2164
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. Sharpless AE 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。
烯丙仲醇的动力学拆分
光学活性的酒石酸酯是Sharpless AE 反应的手性源。 就动力学拆分而言， DIPT—酒石酸二异丙酯 是一个好的手性助剂，比DMT—酒石酸二 甲酯或DET—酒石酸二乙酯好的多。 在外消旋烯丙仲醇的动力学拆分相对速度 分别为19，36，104。
5.2 Jacobsen非官能团化烯烃的环 氧化反应
OH OH Nu: H-, N3-, CN-
2 OH