实验六-有机分子催化的不对称环氧化反应

OH
O
OH
HO
OH
OH
MeO
OMe
(CH3)2CO,HClO4
O
O
O
O
OH
O
1
O
O
O
O
OH
O
PCC,3Å MS CH2Cl2
O OO
O
O
O
Oxone-K2CO3,CH3CN 化合物 2 作为催化剂可以用如下的原理来解释：
O
O
O
O
O
O
2
O
3
1
O
O
O
O
O
O
O
HSO5
O
O
O
O
O
O
O
SO42
O
O
O
O O
O O O
五、注意事项：
浓缩 溶液
制备板 纯化
产物3
1、 制备 1 时，70%高氯酸和有机物的反应可能会出现着火甚至爆炸，无水HClO4是威力很 大的爆炸物。操作这种化合物一定要小心。
2、 制备 1 中，搅拌 5h，悬浊液在 1-2h 后会变成澄清清澈的无色溶液。目标化合物是反应 的动力学产物，会很容易异构化为另外一种热力学产物。反应时间控制对减少热力学产 物的生成是很重要的。
四、操作步骤：
1、 目标化合物 1 的制备
D-果糖（0.9g，5mmol）、2,2-二甲氧基丙烷（0.4ml，3.1mol）和丙酮 15ml 加入一个 50ml 圆底烧瓶，加磁子。烧瓶在冰浴中冷却 15min，然后一次加入 0.2ml 70%高氯酸。 所得悬浮物在 0℃下搅拌 5h。然后加 0.25ml浓氨水将酸中和，再保持于 25℃下旋转蒸发除 去溶剂，得到白色固体。将固体溶在 10ml二氯甲烷中，并用饱和氯化钠溶液洗涤，加无水 Na2SO4干燥，过滤，再旋蒸发浓缩成固体。加入 5ml沸腾的石油醚和 2ml二氯甲烷，然后烧 瓶自然冷却到室温，可看到产物析出。继续冷却到-25℃放 4h可以结晶出第二批晶体。抽滤 分出固体，用冷却的石油醚洗涤，得到 0.326g目标化合物很好的白色针状晶体。
O
O
O
O O
OH O O
SO3
Baeyer-Villiger
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
7、通过本实验，我更加深入了对史一安在环氧化这个领域所作出的贡献和其机理阐述方法，
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以及对实验中参与反应的试剂的巧妙控制，在实验当中要灵活掌握这些实验操作技巧，在以 后自己所做实验当中，碰到类似的反应，应当很快作出反应，但也要确认后，认真去操作。
1.05gPCC
10ml乙醚
硅藻土 抽滤
7ml CH2Cl2 0.5g化合物 1 0.75g分子筛
室温搅拌 15h
乙醚
固相
液体
液相
合并蒸除溶剂
固体残余物 2ml石油醚/乙醚=1:1 于 I2 显色
转移上柱 TCL跟踪
石油醚
固体
晶体(白色固体)
旋蒸
3、 目标化合物 3 的合成 0.181 反 式 二 苯 乙 烯 （ 1mmol ） 溶 于 15ml 乙 腈 。 接 着 加 入 10ml 缓 冲 溶 液 （ 0.05M Na2B4O7 · 10H2O 溶 于 4 × 10-4M Na2(EDTA) 水 溶 液 中 制 成 ）， 0.015g 四 丁 基 硫 酸 氢 铵 （0.04mmol）和 0.0774g Shi酮催化剂（0.3mmol）。反应混合物用冰浴冷却。1.0g Oxone （1.6mmol）溶于 6.5ml Na2(EDTA)配成的溶液和 0.93g K2CO3（6.74mmol）溶于 6.5ml水配 成的溶液分别用滴液漏斗滴加，90min加完。滴加完成后，反应混合物在 0℃下继续搅拌 0.5h。 反应体系中加 10ml石油醚和 10ml水。混合物用石油醚萃取，盐水洗涤，无水Na2SO4干燥， 过滤，浓缩，并用制备波层色谱法纯化。
3
0.93g K2CO3 + 6.5ml水 1.0g Oxone + 6.5ml Na2(EDTA)溶液
两者同时进行90min
0.181反式二苯乙烯+15ml乙腈 0.015g四丁基硫酸氢铵+Shi催化剂
10ml石油醚和10ml水
有机相
石油醚3×10ml 水相
有机相 水相
合并有机相
无水Na2SO4干燥 过滤
六、讨论及心得
1、在制备化合物 1 的过程中使用浓氨水的目的是淬灭，改变反应的酸性环境，中和质子， 使产物 1 能更稳定存在，不至于被质子分解。 2、在Shi不对称环氧化反应中，四丁基硫酸氢铵(C4H9)4N﹢HSO4－起什么作用？ 答：它在制备 3 中起相转移催化剂的作用，是必不可少的，一定要在搅拌条件下，勿使其分 层，唯有这样才能保证相转移催化剂的作用得到充分发挥。 3、制备 3 的K2CO3保护催化剂不在酸性条件下无谓的消耗。因为环氧化物在酸性条件下， 容易与质子结合，开环裂解。 4、本实验乙腈也起到了传递氧的作用，因此其具有很好的参与反应。所以在以后的实验当 中，我们应当考虑乙腈作用的因素，从而能够更好的利用乙腈来控制或提高反应产率。 5、这次实验，我没有得到产物，很可能是在最后一步没能控制好过滤和浓缩点样方面不熟 练等因素造成的。 6、本实验可能生成哪些副产物？ 答：由于其中间体在 pH 不能严格控制条件下会发生如下副反应。
SO3
三、实验仪器和化学品：
O
O
O
O O
OH O O
SO3
Baeyer-Villiger
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
OO
O
仪器：圆底烧瓶、搅拌磁子、冰浴、过滤装置、旋转蒸发仪、烧杯、玻璃棒、抽滤装置、分 子筛、搅拌装置、 化学品：D-果糖、2,2-二甲氧基丙烷、丙酮、HClO4、浓氨水、CH2Cl2、饱和氯化钠溶液、 无水Na2SO4、石油醚、无水乙醚、PCC、硅藻土、硅胶、反式二苯乙烯、乙腈、Na2B4O7·10H2O、 EDTA、四丁基硫酸氢铵的反应过程中混合物颜色后从橙棕色变为深褐色，这是 Cr（Ⅵ）被还原 到 Cr（Ⅲ）的表现。
4、 制备 2 后的处理中，乙醚慢加是得到高产率的关键。加乙醚之是将少量还原态的铬盐沉 淀出来。过滤主要是除掉分子筛和搅拌过程中吸附上去的铬盐。
5、 若不把所有棕色固体加载到硅胶柱上会降低酮的产率。 6、 制备 3 的过程中，玻璃仪器应该洗涤干净，除掉微量金属，因为金属会催化 Oxone 分解。
实验六 有机分子催化的不对称环氧化反应
一、 实验目的
1、掌握对 D-果糖这样的多羟基的羟基保护的史一安反应，以及利用史一安反应的氧化 合成 Shi 催化剂； 2、掌握 Shi 不对称环氧化反应的催化机理； 3、熟练搭建减压蒸馏装置； 4、了解本实验中各步反应的特点。
二、 实验原理及反应式
本实验通过对 D-果糖选择性保护羟基，只有 4 位裸露羟基被 PCC 氧化，然后再作为催化剂。
洗涤剂洗过后大量水洗，然后用丙酮洗涤。 7、 制备 3 过程的反应混合物中Oxone的浓度和反应体系的pH是决定环氧化反应效率的重要
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2CO3溶液的速度在 1.5h内一定要保持平稳一致。 8、 随着反应进行，有机相与水相逐渐分开。在滴加的前 20min 内，盐会沉淀出来。一定要
剧烈搅拌才能将两相混合，不过，要避免反应混合物过多喷洒出来，这样才能提高转化 率。 9、 环氧化物容易挥发。浓缩过程中药小心减少其流失。 10、硅胶板在点样前用含有 1%三乙胺的石油醚跑一遍以中和其酸性。在实际工作中，可以 不用这样做。 11、本实验中用到的饱和 NaCl 溶液要现用现配。 12、制备 3 的过程中用到了乙腈，由于其具有极大的极性，我们应当提前蒸出乙腈，不然在 后来反应过程中可能更加不易蒸出。
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2
0.2ml 70%HClO4
0.25ml 浓氨水 旋蒸 过滤 浓缩 5ml石油醚 冷却 抽滤 结晶
0.4ml 2,2-二甲氧基丙烷
0.9g D-果糖 15ml 丙酮
冰浴 5h
2、 目标化合物 2 的合成
一个配有搅拌子的 25ml的圆底烧瓶中加 7ml CH2Cl2，产物和新粉碎的 3Å MS 0.47g，PCC 0.66g在 10min内加入，所得混合物在室温下搅拌 15h。 剧烈搅拌下慢慢加入 10ml 乙醚，溶液经 2g 硅藻土抽滤。反应瓶中残留的固体用刮勺转移 到硅藻土层上，并用少量乙醚洗涤。得到的雾状棕色滤液在室温下旋转蒸发浓缩后给出棕色 固体。将固体与 2ml 1:1 乙醚：石油醚混合，用刮勺将固体研碎。混合物倒在用 4g 200-400 目硅胶装填的色谱柱上，液体自然吸附在硅胶上。反复如此操作，直到所有物料均加载到硅 胶柱上。产物酮用 20-30ml 1:1 乙醚：石油醚洗脱，洗脱液旋转蒸发浓缩后可得到白色固体 粗品产物。将这些固体弄饥饿在 2ml 沸腾的石油醚中。待溶液冷却到室温，目标产物酮开 始结晶。抽滤，石油醚洗涤，干燥后可以得到白色固体。