Cesko.wiki Epoxidace pomocí dioxiranů
Author
Albert FloresEpoxidace pomocí dioxiranů jsou chemické reakce, při nichž se vytvářejí epoxidy z alkenů pomocí cyklických peroxidů s tříčlennými cykly (dioxiran)ů.
Dioxirany obsahují slabé vazby kyslík-kyslík. I když mohou oxidovat heteroatomové funkční skupiny i vazby uhlík-vodík, tak se nejčastěji používají k epoxidacím alkenů. +more Dioxirany jsou elektrofilními oxidačními činidly, která rychleji reagují s vazbami bohatými na elektrony; v nepříliš dlouhém čase ale jimi lze epoxidovat oba druhy substrátů. Dioxirany se připravují z ketonů a hydrogenperoxosíranu draselného. In situ přípravy mohou v ketonových rozpouštědlech probíhat katalyticky, a pokud je keton chirální, tak epoxidace probíhá enantioselektivně. Spektrum funkčních skupin přijatelných při použití dioxiranů je omezené, protože se jako vedlejší reakce objevují rychle probíhající oxidace aminů a sulfidů; reakce se ale provádějí bez přítomnosti kovů. Nejčastějšími dioxiranovými epoxidačními činidly jsou dimethyldioxiran (DMD) a methyl(trifluormethyl)dioxiran (TFD).
Mechanismus a stereochemie
Mechanismus epoxidace dioxirany zahrnuje soustředěný přenos kyslíku se spirosloučeninou jako meziproduktem. V průběhu tohoto přenosu je rovina dioxiranu kolmá na rovinu pí systému alkenu, kterou rozděluje na poloviny. +more Konfigurace alkenu se u produktu zachovává. Spiro-meziproidukt může vysvětlit selektivitu u enantioselektivních epoxidací chirálních ketonů.
Stereoselektivní varianty
Diastereoselektivní epoxidace lze provézt u diastereotopmích alkenů. Při epoxidaci racemického 3-isopropylcyklohexenu vzniká jako hlavní produkt trans-epoxid, vytvořený atakem na stericky méně stíněné straně dvojné vazby.
Enantioselektivní epoxidace dioxirany využívají jeden z těchto postupů: (1) oxidaci dimethyldioxiranem za přítomnosti chirálního kovového katalyzátoru a následnou epoxidaci, nebo (2) epoxidaci chirálními dioxirany, připravovanými z katalytických množství ketonů a stechiometrických množství koncových oxidantů). Do prvního postupu je možné zapojit salenové komplexy manganu.
Ketony pro druhý postup jsou často odvozeny od sacharidů, například Šiův katalyzátor 1 se odvozuje od fruktózy, a s vysokou enantioselektivitou epoxiduje di- i trisubstituované alkeny.
Rozsah a omezení
Dioxirany pro epoxidační reakce lze připravit předem i vytvořit in situ. Při in situ epoxidacích je většinou potřeba dvoufázový systém, protože KHSO5 se nerozpouští v organických rozpouštědlech. +more Substráty náchylné k hydrolýze nejsou pro takovéto epoxidace vhodné.
Přestože jsou dioxirany silně elektrofilní, tak mohou epoxidovat s dobrými výtěžky alkeny bohaté i chudé na elektrony (druhá skupina pouze reaguje pomaleji). Epoxidy chudé na elektrony bývají odolnější vůči hydrolýze, takže často vydrží podmínky in situ reakcí. +more Epoxidace dvojných vazeb bohatých na elektrony vytvářejí meziprodukty Rubottomových oxidací, ze kterých po hydrolýze vznikají α-hydroxyketony.
Dvojné vazby chudé na elektrony se epoxidují déle. Oxidaci je možné usnadnit zahřátím, ale teplota reakčního prostředí by neměla překročit 50 °C, aby nedošlo k rozkladu dioxiranů.
Alkeny navázané na skupiny odtahující i dodávající elektrony se chovají podobně, vyžadují dlouhé reakční doby a někdy i zahřátí. Podobně jako epoxidy chudé na elektrony mnohdy produkty jejich reakcí odolávají hydrolýze.
U substrátů obsahujících více dvojných vazeb lze často na elektrony nejbohatší z nich epoxidovat selektivně.
Epoxidace využívající vodné roztoky hydrogenperoxosíranu a katalytická množství ketonů lze provádět pouze s použitím určitých druhů dioxiranů (podobně jako u asymetrických reakcí) nebo v případech. kdy dioxiran nelze účinně izolovat. +more Produkty epoxidací se dají hydrolyzovat. :Soubor:DOEpoxScope5. png.
Využití
Diastereoselektivní dioxiranová epoxidace chirálního nenasyceného ketonu je součástí syntézy verukosan-2β-olu.
Tento druh reakce je také zahrnut do přípravy analogu glabreskolu. Posloupnost reakcí má celkovou výtěžnost 31 % a obsahuje pouze dva kroky.
Srovnání s ostatními metodami
Epoxidace pomocí dioxiranů jsou široce využitelné, oproti tomu peroxokyseliny vytváří kyselé vedlejší produkty, takže substráty a produkty nemohou obsahovat skupiny citlivé na kyselé prostředí. Dioxiranové epoxidace využívající izolované oxidační činidlo mohou probíhat v neutrálních prostředích a nevyžadují použití pufrů, katalytické varianty ale musí probíhat ve vodě a nejsou vhodné u substrátů obsahujících snadno hydrolyzovatelné skupiny.
Většina postupů je vhodná pro oxidace dvojných vazeb bohatých nebo chudých na elektrony, ale málokteré se dají použít u obou skupin. Weitzovy-Schefferovy podmínky (NaClO, H2O2/KOH, tBuO2H/KOH) fungují u substrátů s nedostatkem elektronů, a sulfonylované oxaziridiny vykazují vysoké účinnosti u sloučenin s nadbytkem elektronů.
Oxidační činidla založená na kovech jsou u katalytických reakcí často účinnější než dioxirany, vytvářejí ale vedlejší produkty škodlivé pro životní prostředí. U asymetrických postupů vykazují Sharplessova i Jacobsenova epoxidace lepší enantioselektivitu; toto platí i u enzymatických epoxidací, které se ale obtížně provádějí a mívají nízké výtěžky.
Reakční podmínky
Dioxirany se připravují z ketonů v pufrovaných vodných roztocích KHSO5. Těkavé dioxirany se izolují destilací reakční směsi. +more Společně s tvorbou dioxiranu může probíhat Baeyerova-Villigerova oxidace. Po izolování se dioxirany přechovávají v ketonových roztocích a vysouší se molekulárními síty. Většina oxidací se uskutečňuje na vzduchu v Erlenmeyerových baňkách.
Oxidace s in situ připravovanými dioxirany jsou, pokud je substrát odolný vůči hydrolýze, snadněji proveditelné. Mohou probíhat v dvoufázovém prostředí za neustálého míchání, nebo v homogenních prostředích tvořených vodou a mísitelným organickým rozpouštědlem, jako je například acetonitril; asymetrické epoxidace se většinou provádějí tímto způsobem. +more Některé ketonové katalyzátory jsou použitelné i v mírně zásaditých prostředích.