常见的烯烃双羟化反应

Original YGNF 有机合成 2023-12-09 06:38

由烯烃制备双羟基化合物是有机合成中非常常见的官能团转化方法。控制不同的条件，烯烃双羟基化可以得到顺式，反式邻二羟基化合物或手性双羟基化合物。顺式双羟基化常用试剂为四氧化锇，锇酸钾及碘-湿乙酸银，高锰酸钾等，由于锇试剂毒性较强，后来又发展出了钌催化的顺式双羟基化反应。反式羟基化最常用的方法是过氧酸法，或其他的环氧化后羟基开环得到双羟基化合物，另外，Prévost反应也常用，不对称双羟化最常用的是Sharpless不对称双羟基化反应。

 

一、四氧化锇氧化或锇酸钾法

四氧化锇作氧化剂进行烯烃的全羟基化是一种很高效的顺式羟基化的方法，收率高。反应历程与高锰酸钾类似，形成环状的锇酸酯。由于锇酸酯不稳定，常加入叔胺（如吡啶）组成配合物，以稳定锇酸酯，加速反应。由于四氧化锇价贵且有毒，实验中常用催化量的四氧化锇和其他的氧化剂，如与铁氰化钾，NMO, 氯酸盐、碘酸盐、过氧化氢等共用，或者用挥发度较低的锇酸钾代替。作为共氧化剂、处理操作方便的固体试剂N-甲基-N-氧化吗啉(NMO)是最常用的（Upjohn法）。其他的氧化剂如氧化三甲胺（Me3NO）、t-BuOOH（Milas法）、OsCl3-K3Fe(CN)6等也被使用。用高碘酸钠(NaIO4)做共氧化剂时，生成的二醇会被继续氧化断裂，生成相应的羰基化合物(Lemieux-Johnson氧化)。

A mixture of2-[4-(benzyloxycarbonyl)piperazin-1-yl]-4-[trans-(2-buten-1-yl)oxy] quinazoline(1.30 g), a solution of osmium tetroxide in t-butanol (osmium tetroxide 106mg/t-butanol 8.36 g) (312 mg) and 4-methylmorpholine N-oxide (382 mg) in water (2 ml)--acetone(15 ml) is stirred at room temperature for 14 hours.

acetone is distilled off from the reaction mixture under reduced pressure, and the resultant product is diluted with ethyl acetate, and the mixture is washed with10percent aqueous sodium sulfite solution and water. . The ethyl acetate solution is dried over anhydrous magnesium sulfate and evaporated to drynessunder reduced pressure, and the residue is purified by medium pressure liquid column chromatography (eluent, chloroform:methanol=100:1, v/v) to give2-[4-(benzyloxycarbonyl)piperazin-1-yl] -4-[(2RS,3RS)- (2,3-dihydroxybutan-1-yl)oxy]quinazoline(1.02 g) as foam.

Upjohn双羟化反应

烯烃在四氧化锇作为催化剂，NMO作共氧化剂的条件下，转化为相应的顺式邻二醇的反应，被称为Upjohn双羟基化反应。

Sharpless不对称双羟基化反应

RL：最大取代基，RM中等取代基，Rs：最小取代基。

锇催化剂和金鸡纳碱衍生物催化下烯烃对映选择性顺式双羟基化反应。

 

常用氧化剂----四氧化锇-铁氰化钾

 

常用氧化剂----OsO4/NMO

二、Prévost反应和Woodward反应

碘与湿羧酸银为氧化剂，由碘与2 mol醋酸银或苯甲酸银所组成的试剂，称为Prevost’s试剂，该试剂可以氧化烯键成1，2-二醇，当有水存在时（Woodward Reaction）得到顺式1，2-二醇的单酯，进而得到顺式加成的1，2-二醇；在无水条件下（Prevost Reaction），则得到反式的1，2-二醇。

1933年，C. Prévost报道了利用苯甲酸银和碘氧化苯乙烯反应生成相应二醇的苯甲酸酯，水解从而得到1,2-二醇的反应。这种两步把烯烃转化为1,2-反式二醇的反应称为Prévost反应。此反应最重要的改进为Woodward and Brutcher改进法，他们利用乙酸和水作为溶剂得到了順式-1,2-二醇。这一改进是在Winstein等人报道了少量的水对Prévost反应的反式选择性有影响的基础上做出的。

反应机理：

首先烯烃与碘形成三元环的碘鎓离子，然后羧酸银盐立体选择性地进攻碘鎓离子生成相应的反式-1,2-碘羧酸酯。碘被分子内羧酸酯进攻所取代（邻助效应）形成一个环状正离子中间体。在无水环境中，此中间体被另一分子的羧酸银从反向进攻得到反式-1,2-二羧酸酯。然而在有水环境下的反应被称为Woodward-Brutcher改进法，中间体会转化为相应的順式原羧酸酯，进而水解得到相应的順式-1,2-二醇。

此反应有如下特点：1）非环状烯烃和环状烯烃都能很好的反应；2）第一阶段得到的是非对映的反式-1,2-二羧酸酯，在合适的条件先水解可以得到反式-1,2-二醇（和非对映异构体）；3）在刚性的环状底物体系中反应具有很高的非对映选择性；4）最常用的的试剂是苯甲酸银，但也可以用其他羧酸银或乙酸铊；5）当共轭双键和单独双键同时存在于一个分子中时，此反应通常发生在孤立双键上。

三、成公明-Plietker双羟化反应

1954年, Djerassi首先将RuO4 用于氧化反应，但主要使用不饱和化合物的裂解反应。1994年，香港中文大学成公明（Shing, T. K. M.）教授报道了一种钌催化的烯烃快速双羟基化反应，在乙酸乙酯/乙腈/水两相体系中，NaIO4作为共氧化剂，在RuCl3催化下烯烃可以快速氧化得到邻二醇产物【Shing, T. K. M.; Tai, V. W.-F.; Tam, E. K. W.，Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 1994, 33, 2312；Shing, T. K. M.; Tam, E. K. W.Tetrahedron Lett. 1999, 40, 2179】。2003年Plietker对此反应的机理进行了系统研究，发现在催化量硫酸条件下，可以提高反应产率。RuCl3作为催化剂，高碘酸钠作为共氧化剂，快速氧化烯烃得到顺式邻二醇的反应，被称为Shing-Plietker双羟化反应。

反应体系中，通过加入H2SO4, 质子化的高钌酸酯的亲电性明显增强，可以迅速水解得到二醇产物，避免被氧化裂解。

 

四、高锰酸钾法

在烯烃全羟基化中用高锰酸钾氧化烯烃是应用较广泛的方法。在此氧化反应中，仔细到控制反应条件是非常重要的，否则常发生进一步氧化反应。常规的反应条件是：用水或含水有机溶剂（丙酮、乙醇或叔丁醇）做溶剂，加计算量低浓度（1%~3%）的高锰酸钾，在碱性条件下（pH12以上），低温反应。在这样的条件下，常可以得到满意的结果。由于不饱和酸在碱性溶液中溶解，所以本法对不饱和酸的全羟基化最为合适，收率也高，如油酸的全羟基化的收率达80%。

对于不溶于水的烯烃，用高锰酸钾做氧化剂时，加入相转移催化剂是有效的。如顺式环辛烯的全羟基化，在相转移催化剂的存在下，收率为50%，而没有相转移催化剂时，收率仅为7%。

五、常见的环氧化反应得到环氧化物后再开环可得到双羟基化合物。

六、其他

 

Rubottom氧化反应将烯醇基硅烷用mCPBA氧化，水解得到α -羟基羰基化合物接着还原可以得到双羟基化合物。

安息香缩合反应制备得到α -羟基羰基化合物，接着还原制备双羟基化合物。