不对称氧化反应

第五章不对称氧化反应

氧原子直接与不对称碳原子相连的含氧取代基广泛存在于天然产物和药物中，同时也容易被其它基团如氨基，卤原子，硫原子甚至烷基等取代，成为所合成化合物重要的官能部分。不对称氧化反应可以直接在反应物中引入含氧取代基，使所连接的碳原子具有手性，是极其重要的一类反应，对这类反应的研究，已经取得了引人瞩目的发展，但仍然是不对称合成研究的重点。

3.1 烯丙醇烯烃的不对称环氧化

3.1.1 Sharpless反应及特点

烯烃的环氧化最开始使用过酸作氧化剂来完成的，因此很早就有人使用手性的过酸来进行不对称环氧化，但e.e.值一般都低于20％，普遍认为这是由于手性中心离反应中心太远了。后来发现了过渡金属催化的环氧化反应，因此很多手性配体的金属配合物用于不对称环氧化的研究，但结果都不是特别好。Sharpless在经过10年多的潜心研究后，终于在1980年发展了高效的金属钛－酒石酸酯不对称环氧化催化剂，这种催化剂适用于非常广泛的烯丙醇类烯烃，具有能和生物酶比美的高的催化活性和对映体选择性，容易得到，价格便宜，自从发现以来广为人们用于合成手性的烯丙醇的环氧化物。因此，Sharpless 获得了2001年的诺贝尔化学奖。

Sharpless不对称环氧化催化剂使用钛酸异丙酯中的钛作为催化中心，天然或者人工合成的作为手性配体，叔丁基过氧化氢（TBHB）为供氧剂，以无水的二氯甲烷为溶剂，在－20o C下对烯丙醇类烯烃进行环氧化，反应一般在24小时左右完成，产率70－90％，对映体选择性大于90％。

Me COOH, Ti(O-i-Pr)

22

o

70 - 90%

O

R2R1

R3

OH >90% ee

D-(-)-tartrate

L-(+)-tartrate

将等摩尔的钛酸异丙酯和酒石酸二异丙酯（DIPT）混合，即释放出2当量的异丙醇，同时生成Ti(O-i-Pr)2(DIPT)2配合物。通过分子量测定，

以及红外光谱和核磁共振谱分析，配合物Ti(O-i-Pr)2(DIPT)2是以二聚体的形式存在的。Sharpless 认为催化环氧化在一个钛中心上进行，加入TBHP 和烯丙醇后，它们会取代剩下的两个异丙氧配体，生成酒石酸二异丙酯, 叔丁基过氧化氢和烯丙醇同时配位在一个钛上的配合物A ，此时TBHP 和烯丙醇靠得很近而发生氧原子的转移生成叔丁醇和手性环氧醇，并与钛配位生成配合物B 。配位的叔丁氧和环氧丙氧产物被TBHP 和烯丙醇顶替又生成配合物A ，从而完成了一个催化循环。产物的手性由配位在钛上酒石酸酯的空间取向所决定。准确的催化种类的性能仍然没有完全弄清楚。

Ti O O

O O

O

*

A

Ti O

O

O

O O

*

Ti O

O

O

O O

*

*

Ti O O

O O

*O

B

Ti O O

O *

Sharpless 起初报道的一些烯丙醇不对称环氧化结果如表所示。

表 烯丙醇的不对称环氧化

烯丙醇

环氧醇

产率（％） E.e.(%) 构型 OH

OH O

77

95 2(S), 3(S) OH

OH

O

79

94 2(S), 3(R)

OH OAc

OH OAc

O

70

>95

6(S), 7(S)

Ph Ph

OH

Ph Ph

O

87 >95 2(S), 3(S)

OH n -C 4H 9

OH n -C 4H 9

O

79 95 2(S), 3(S)

OH C 4H 9-n

OH

C 4H 9-n O

82 90 2(S), 3(R)

OH

C 4H 9-n

OH

C 4H 9-n O

80

90

2(R), 3(S) 用D-(-)-DET

OH

OH

O

81 >95

2(S)

Sharpless 催化剂具有如下一些特点：（1）催化剂便宜，容易买到；（2）反应可靠，对绝大多数烯丙醇都能能得到良好的结果。（3）光学纯度高，一般ee 值在90％以上，通常在95％以上。（4）产物绝对立体化

学可以预测。（5）在烯丙醇中已有的手性中心对反应的影响小，已有的手性中心与催化剂的手性中心比较，催化剂的手性中心占压倒优势。（6）2，3－环氧醇是非常有用的多官能团中间体，能转化为很多其它有用的化合物。（7）反应的速率受烯丙醇位阻的影响较大，顺式烯丙醇上有大的取代基反应很慢。

双不对称环氧化的概念也适用于不对称环氧化。如下所示，非手性的烯丙醇环氧化得到的产物的选择性为99：1。

BzO OH

Ti(O-i-Pr)4, (+)-DET

99:1

而当反应物中已经有一个手性中心时，不加酒石酸手性配体时，选择性为2.3:1；加入不匹配的手性配体（＋）－DET时，选择性为1：22，与前面的选择性相反，但比值大得多，手性催化剂的定向和底物原有手性中心的定向是不一致的，这也说明配体手性中心的优势远大于底物中的手性中心；而当加入匹配的手性配体（-）－DET时，选择性为90:1，此时手性催化剂的定向和底物原有手性中心的定向是一致的。

Ti(O-i-Pr)4, (+)-DET

+

不加酒石酸酯 2.3:1

加(+)-DET 1:22

加(-)-DET 90:1

对Sharpless反应，顺式取代的烯丙醇的反应比反式取代的要慢得多，顺式取代的烯丙醇上已有的手性中心对立体选择性也有很大的影响。