不对称氧化反应PPT精选文档.ppt
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1、不对称氧化反应不对称氧化反应 Asymmetric Oxidation 1o1、Sharpless环氧化反应(环氧化反应(AE反应);反应);o2、非官能团化烯烃的不对称氧化;非官能团化烯烃的不对称氧化;o3、不对称双羟基化反应(、不对称双羟基化反应(AD反应);反应);o4、不对称羟氨化反应(、不对称羟氨化反应(AA反应)。反应)。主要讲解内容择要主要讲解内容择要2一、一、Sharpless环氧化反应环氧化反应o1、基本概念;、基本概念;o2、Sharpless环氧化反应的特点:环氧化反应的特点:o3、Sharpless环氧化反应的机理:环氧化反应的机理:o4、2,3环氧醇的开环反应;环氧醇
2、的开环反应;o5、Payne重排后开环。重排后开环。3(1)基本概念:)基本概念:o 烯丙醇及其衍生物在钛酸酯参与下烯丙醇及其衍生物在钛酸酯参与下的不对称环氧化反应称为的不对称环氧化反应称为Sharpless环氧环氧化反应,简称为化反应,简称为AE反应反应(asymmetric epoxidation)。o 1980年,由年,由Sharpless K.B.等研究发等研究发现。现。4(2)基本化学反应:)基本化学反应:5o 应应用用过过氧氧叔叔丁丁醇醇(t-BuOOH,TBHP)为为氧氧供供体体,四四乙乙氧氧基基钛钛Ti(OPri)4和和酒酒石石酸酸二二烷烷基基酯酯(DET,常常用用的的是是酒酒
3、石石酸酸二二乙乙酯酯)为为催催化化剂剂,使使各各种种烯烯丙丙伯伯醇醇衍衍生生物物发发生生不不对对称称过过氧化。氧化。o 化学产率为化学产率为70-90%,光学产率大于,光学产率大于90%。6(3)基本化学试剂:)基本化学试剂:o氧化剂:氧化剂:过氧叔丁醇过氧叔丁醇(t-BuOOH,TBHP);o催化剂:催化剂:四乙氧基钛四乙氧基钛Ti(OPri)4,酒石酸二烷基酯酒石酸二烷基酯(DET);o反应底物:反应底物:烯丙醇及其衍生物。烯丙醇及其衍生物。7(4)基本反应过程:)基本反应过程:8o(1)合成手性环氧醇化合物;)合成手性环氧醇化合物;o(2)得到的)得到的环氧醇环氧醇可以进行随后的可以进行
4、随后的区域区域和立体控制的亲核开环反应和立体控制的亲核开环反应,再经过进一,再经过进一步官能团的变换,而步官能团的变换,而获得多种多样对映体获得多种多样对映体纯的目标化合物。纯的目标化合物。在不对称合成中的意义:在不对称合成中的意义:9o Sharpless环环氧氧化化反反应应是是一一种种通通用用的的标标准准实实验验室室环环氧氧化化方方法法,其其对对映映选选择择性性和和催催化化性的本质是:性的本质是:o 通通过过选选择择具具有有合合适适手手性性的的酒酒石石酸酸酯酯以以及及选选用用烯烯丙丙醇醇的的Z-或或E-几几何何异异构构体体,可可以以构构建起所需要的环氧化产物建起所需要的环氧化产物 的绝对构
5、型。的绝对构型。10AE反应有利于产生反应有利于产生1,2-反式产物。反式产物。DIPT:酒石酸二异丙基酯:酒石酸二异丙基酯11o 当使用外消旋的烯丙基仲醇当使用外消旋的烯丙基仲醇(1)时,对映时,对映体之一反应较快。体之一反应较快。o 因此,就导致一个有速率差异的过程,它可因此,就导致一个有速率差异的过程,它可以用来在一对对映体同时存在的情况下,选择以用来在一对对映体同时存在的情况下,选择性的氧化其中的一个反应活性较强的对映体。性的氧化其中的一个反应活性较强的对映体。o 所以,可以利用所以,可以利用Sharpless环氧化环氧化反应体系反应体系对外消旋的烯丙基仲醇进行动力学拆分。对外消旋的烯
6、丙基仲醇进行动力学拆分。122、Sharpless环氧化反应的特点:环氧化反应的特点:o(1)简易性:)简易性:所所有有的的反反应应组组份份都都是是廉廉价价的的,并并且且是是商商品化的;品化的;o(2)可靠性:)可靠性:虽虽然然大大的的R取取代代基基是是不不利利的的,但但对对于于大大多数烯丙醇,反应都能成功;多数烯丙醇,反应都能成功;13o(3)高光学纯度:)高光学纯度:一般一般90%d.e.,通常,通常 95%d.e.;o(4)对底物中的手性中心相对不敏感:)对底物中的手性中心相对不敏感:在已带有手性中心的烯丙醇底物中,在已带有手性中心的烯丙醇底物中,手手性钛性钛酒石酸酯催化剂酒石酸酯催化剂
7、具有足够强的非对映具有足够强的非对映面优先性,能够克服手性烯烃底物所固有的面优先性,能够克服手性烯烃底物所固有的非对映面优先性的影响。非对映面优先性的影响。14举例说明举例说明:o 对于对于AE反应,反应,E-取代取代的烯丙醇的反应的烯丙醇的反应较相应的较相应的Z-取代取代底物要快得多。底物要快得多。o 手性手性E-烯丙醇烯丙醇A在在(+)-DET存在下进行存在下进行环氧化,在环氧化,在15h内能以大于内能以大于20:1 的比例得的比例得到主要产物到主要产物B;o 当用当用(-)-DET反应时,也能以大于反应时,也能以大于20:1 的非对映选择性得到的非对映选择性得到C。1516o 然而,在然
8、而,在Z-烯丙醇烯丙醇 D的情况下,的情况下,对于对于匹配对匹配对,要用,要用2周周时间以时间以E:F=30:1 的的比例得到产物;比例得到产物;o 而而对于错配对对于错配对,则以,则以E:F=3:2 的低的低得多的比例得到环氧化物。得多的比例得到环氧化物。1718o(5)产物的绝对构型可以预见:)产物的绝对构型可以预见:对对潜潜手手性性烯烯丙丙醇醇衍衍生生物物而而言言,迄迄今今对对于图所示的规律尚未见有例外。于图所示的规律尚未见有例外。o(6)2,3-环氧醇作为中间体的多用性:环氧醇作为中间体的多用性:新的选择性转化扩大了该反应的实用新的选择性转化扩大了该反应的实用性和意义。性和意义。193
9、、Sharpless环氧化反应的机理:环氧化反应的机理:o 在在Sharpless环氧化环氧化反应体系中,存在着反应体系中,存在着多种多种Ti-酒石酸酯配酒石酸酯配合物,其中,以双核合物,其中,以双核配合物(见右图)占配合物(见右图)占主导地位。主导地位。2021o 反应经过反应经过Ti(IV)混合型配合物)混合型配合物A(带有烯丙氧基和(带有烯丙氧基和TBHP阴离子为配阴离子为配体)体)进行,进行,烷基过氧化物二齿配位于烷基过氧化物二齿配位于Ti(IV)中心而受到亲电活化中心而受到亲电活化,氧转移至,氧转移至烯键上产生了配合物烯键上产生了配合物B。22o 在在B中,中,Ti(IV)由环氧烷氧
10、基和叔丁由环氧烷氧基和叔丁氧基配位;然后烷氧基被烯丙醇和氧基配位;然后烷氧基被烯丙醇和TBHP取代而再生取代而再生A,完成催化循环。,完成催化循环。o 可以看到,可以看到,对映选择性是由在对映选择性是由在Ti(IV)上的手性配体,通过决定配位的烯丙醇上的手性配体,通过决定配位的烯丙醇的构象来控制的。的构象来控制的。234、2,3-环氧醇的开环反应:环氧醇的开环反应:o Sharpless环氧化反应的最大应用价值环氧化反应的最大应用价值在于:在于:生成的环氧醇可以与多种亲核试剂发生成的环氧醇可以与多种亲核试剂发生区域选择性和立体选择性开环反应;生区域选择性和立体选择性开环反应;而而立体化学选择性
11、常常取决于底物中的官能立体化学选择性常常取决于底物中的官能团或底物与试剂之间的配位作用。团或底物与试剂之间的配位作用。24环氧醇开环可能的方式:环氧醇开环可能的方式:25o 2,3-环氧环氧-1-醇醇(1)的开环可以发生的开环可以发生在在C2或或C3位置上。位置上。o 此时,发生亲核开环位置上的碳产此时,发生亲核开环位置上的碳产生构型翻转,分别得到生构型翻转,分别得到1,3-二醇和二醇和1,2-二醇。二醇。26o 在碱性条件下,也可以通过在碱性条件下,也可以通过Payne重重排,首先由结构排,首先由结构1转变为末端环氧化合转变为末端环氧化合物物2;o 此时,此时,C2位构型翻转并且亲核进攻位构
12、型翻转并且亲核进攻发生在发生在Cl上。上。27(1)Ti(OPri)2(N3)2参与的亲核开环:参与的亲核开环:o 在在150mol%的的Ti(OPri)4存在下,亲核试存在下,亲核试剂(剂(如仲醇、叠氮化物、硫醇和游离醇如仲醇、叠氮化物、硫醇和游离醇)主)主要进攻要进攻2,3-环氧环氧-1-醇(醇(1)的)的C3位,位,C3发生发生构型翻转。构型翻转。o 具体开环方式见下图:具体开环方式见下图:28o Ti(OPrii)4的存在不仅增大了反应的速度,的存在不仅增大了反应的速度,而且提高了多种亲核试剂对而且提高了多种亲核试剂对C3的位进攻的的位进攻的选择性。选择性。29Ti(OPri)2(N3
13、)2开环开环举例说明如下:举例说明如下:30o 如图所示:如图所示:C3叠氮开环得到的主要叠氮开环得到的主要产物是产物是3-叠氨基叠氨基-1,2-二醇二醇(2)。o (2)经过还原即是经过还原即是1,2-二醇二醇-3-胺胺,其骨架可以作为合成一系列药物分子的其骨架可以作为合成一系列药物分子的中间体。中间体。31应用实例:应用实例:32o Greene采用此法,从采用此法,从顺式肉桂醇(顺式肉桂醇(1)出出发,经过不对称环氧化反应和将末端羟基氧发,经过不对称环氧化反应和将末端羟基氧化成羧酸;化成羧酸;o 再以重氮甲烷酯化,合成得到再以重氮甲烷酯化,合成得到环氧化合物环氧化合物(2),76%-80
14、%e.e.;o 接着以叠氮开环得到接着以叠氮开环得到(3),经过一系列,经过一系列反应后,得到反应后,得到紫杉醇侧链(紫杉醇侧链(4)。33反应条件如下:反应条件如下:34o 在在化化学学计计量量的的Ti(OPri)4存存在在下下,用用等等摩摩尔尔量量的的卤卤素素(Br2,I2)处处理理 2,3-环环氧氧醇醇,可可以以在在温温和和条条件件下下,高高通通用用性性、高高区区域选择性的合成得到域选择性的合成得到卤代醇卤代醇。(2)X2Ti(OPri)4参与的开环反应:参与的开环反应:35举例说明如下举例说明如下:3637o 实实现现2,3-环环氧氧醇醇区区域域选选择择性性开开环环的的另另一一条条途途
15、径径:通通过过将将潜潜在在的的N亲亲核核试试剂剂或或O亲亲核核试试剂剂连连接接到到羟羟基基上上,从从而而利利用用其其分分子子内亲核性的优势,进行分子内开环。内亲核性的优势,进行分子内开环。o 例例如如:L和和D鞘鞘氨氨醇醇的的对对映映选选择择性性合成。合成。(3)由分子内的亲核试剂开环:)由分子内的亲核试剂开环:38L鞘氨醇的手性合成:鞘氨醇的手性合成:39o 2,3-环氧醇环氧醇(1)在在DBU存在下用过量存在下用过量的的CC13CN处理,得到的三氯亚胺酯处理,得到的三氯亚胺酯(2)可用作可用作N-亲核试剂;亲核试剂;o 化合物化合物(2)用三乙基铝处理,生成用三乙基铝处理,生成单一产物单一
16、产物(3)原来的环氧乙烷(原来的环氧乙烷(2)或)或(3)中)中C3的构型被反转的构型被反转;说明:说明:40 化合物化合物(3)经过酸水解得到经过酸水解得到(4);(4)用用Li/NH3还原之后,得到了还原之后,得到了L-赤赤式鞘氨醇式鞘氨醇(5a),并以其三乙酸醋,并以其三乙酸醋(5b)来表征。来表征。41D鞘氨醇的手性合成:鞘氨醇的手性合成:42o 为了制备所需的为了制备所需的D-赤式异构体赤式异构体D-5,由碳,由碳酸对硝基苯酯酸对硝基苯酯(2)经过一锅反应制备苄基经过一锅反应制备苄基氨基甲酸酯氨基甲酸酯(3)。o 用用5摩尔量叔丁醇钾处理摩尔量叔丁醇钾处理N-亲核试剂亲核试剂(3),
17、生成所需的恶唑烷,生成所需的恶唑烷(4),Li/NH3裂裂解产生了解产生了D-赤式鞘氨醇赤式鞘氨醇D-5a。o 它也以三乙酸酯它也以三乙酸酯D-5b得到表征。得到表征。43o 在在碱碱性性条条件件下下,亲亲核核开开环环可可以以通通过过Payne重重排排在在C1位位上上发发生生,生生成成2,3-二醇二醇。o 多多种种亲亲核核试试剂剂(如如:PhS-、BH4-、CN-、TsNH-等)可以用于此目的。等)可以用于此目的。5、Payne重排后开环:重排后开环:44o 这一合成途径为手性碳水化合物的非对映选这一合成途径为手性碳水化合物的非对映选择性合成提供了一个新的方法。择性合成提供了一个新的方法。o
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