第五章 不对称环氧化

R1 TBAF TMS
O
R1
R2
O
2,2-二取代乙烯基硅烷的AE反应。见P161，表5-6。 影响反应的因素： 1. 溶液的pH值: 7~8 2. 溶剂和反应温度: 3. 底物
J. Org. Chem., 1999, 64, 7675
5.4.3 酮催化的烯烃环氧化反应的过度态
O O
R R
O O
螺旋过渡态
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
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
5.1.4 烯丙仲醇的动力学拆分
H Ti(O-i-Pr)4/TBHP/(+)-DIPT 反应速度快 HO H H HO
O
H
+
OH2
H
O
H (S) 98
H
:
2
H H Ti(O-i-Pr)4/TBHP/(+)-DIPT HO 反应速度慢 HO H
O
H H HO
+
H
O
H百度文库(R) 38
:
62
J. Am. Chem. Soc., 1980, 102, 5974
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
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
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。
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
1林国强等，《手性合成》（第二版），科学出版，
2005，232~244
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
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
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 %
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.）。
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
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
O O
Ph
Ph
查尔酮
96% e.e.
O
聚-L-亮氨酸 1.2 mol UHP 1.2 mol DBU Ph 30min 100% Ph
O O
Ph
Ph
>95% e.e.
Tetrahedron, 1984, 40, 5207 Chem. Commun., 1997, 739
5.5 环氧化物在有机合成中的应用
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'
Ph Ph Ph Ph Ph Ph Ph Me Cl Ph
Ph
转化率（%)：
99 82 98 83 70 85 83
% e. e.
47 87 50 33 18 <5 18
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，顺式和末端不理想。
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
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
第五章
不对称环氧化(AE)反应
• 5.1 Sharpless不对称环氧化反应 • 5.2 Jacobsen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
5.1 Sharpless不对称环氧化(AE)反应 (Asymmetric Epoxydation)
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
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
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。
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
OH OH Nu: H-, N3-, CN-
2 OH
O
1 2
Nu
Nu OH Nu: R-, RN-, RO-
1
3
3 OH Nu
O
Nu: H-, R-
OH Nu Nu: H-, RS-,CN-
OH
3-丙基环氧乙烷甲醇的亲核开环
Nu
O
OH
Ti(O-i-Pr)4 OH Nu OH OH
+
Nu
OH
C-3 开环
Ti(TBHP)(烯丙醇)(DET)
Ti(O-t-Bu)( 环氧醇）(DET)
Ti的二聚体是起催化作用的活性中间体
R2 R1 E O
OR RO Ti E HO O
O Ti
O O
R' E O
t-Bu
O
RO
E = COOR
5.1.2 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