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夏普莱斯-香月(Sharpless-Katsuki )不对称环氧化反应

   夏普莱斯环氧化是非常重要实用的反应,主要体现在:首先,环氧化合物能够简单的转化为二醇、氨基醇或者醚,所以在天然产物的全合成当中形成手性的环氧化合物是非常重要的步骤。第二,该反应能够和许多一级或者二级烯丙醇反应。第三,夏普莱斯环氧化的产物通常具有超过90%的ee值(对映体过量)。第四,通过夏普莱斯环氧化模型可以预测出产物的手性。最后,夏普莱斯环氧化的反应试剂都是商业化的且非常廉价易得。唯一遗憾的是具体的反应机理还没有被完全解析明白。


利用Ti(OiPr)4-手性酒石酸二乙酯(DET)-过氧化叔丁醇(TBHP)的体系,进行的烯丙醇的不对称环氧化的方法。

生成的环氧化物的绝对构型只由DET的绝对构型所决定(参照下图所示的经验论)。到目前为止,无一例外,都是使用前手性底物作为反应物。底物的官能团不影响最后的立体选择性,所以一般在全合成中也经常被使用。该反应在放大生产上也是非常实用有效的。

反映在反应在3Å 或者4Å的分子筛的存在下只需催化量的Ti(OiPr)4与DET即可反应。即使少量的水也能破坏催化剂,所以除水干燥是必须的。

二级烯丙醇的动力学拆分也是可以实现的。该情况下,酒石酸二异丙酯是最适合的,作为配合物来使用的话。

Z形的烯丙醇反应性比较低,往往不能得到满意的的不对称产物。

生成的环氧化物,有时候会由于体系中存在的过氧化物而发生开环的反应,但是可以把Ti(OiPr)4替换成Ti(OtBu)4,来改善这一弊端。

Scripps研究所的巴里·夏普莱斯(K.B.Sharpless)因为此反应以及夏普莱斯不对称双羟基化反应获得了2001年的诺贝尔化学奖。


反应机理

从亲缘配体的晶体解析以及生成物的立体构型,分析认为形成了如下二价活性中间体配位物。(参考:J. Am. Chem. Soc. 1984,106, 6430. J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 106.)

 

反应实例

确实是需要引入不对称氧原子的时候被使用。对于烯丙醇・高烯丙醇以外的烯烃,通常情况下都不反应。

J. Am. Chem. Soc. 1988110, 5201


Ti-DET体系一般情况下比较难以诱发高烯丙醇的不对称环氧化反应,山本等人开发的钒催化剂成功的克服了这个限制。
 
J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 286.


实验步骤

催化条件的实例【J. Am. Chem. Soc. 1987,109, 5765】
 


由于TBHP存在潜在的爆炸性,所以大量使用的时候,请使用防爆挡板,带好护具在通风橱中进行,这点必须得注意。

编辑自“化学空间”


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