Войти
Дигидроксилирование - это процесс, с помощью которого алкен превращается в вицинал диол. Хотя существует множество способов осуществления этого окисления, в наиболее распространенных и прямых процессах используется переходный металл с высокой степенью окисления (обычно осмий или марганец). Металл часто используется в качестве катализатора с некоторым другим стехиометрическим окислителем. Кроме того, для катализа реакции были разработаны и используются другие методы с использованием переходных металлов и непереходных металлов.
Механизм дигидроксилирования с использованием тетроксида осмия. В механизме дигидроксилирования лиганд сначала координируется с металлическим катализатором ( обозначен как осмий), что определяет хиральную селективность олефина. Затем алкен координируется с металлом посредством [3 + 2] циклоприсоединения, и лиганд диссоциирует от металлического катализатора. Гидролиз олефина затем дает вицинальный диол, а окисление катализатора стехиометрическим окислителем регенерирует металлический катализатор для повторения цикла. Концентрация олефина имеет решающее значение для энантиомерного избытка диола, поскольку более высокие концентрации алкена могут связываться с другим каталитическим центром с образованием другого энантиомера.
Тетроксид осмия (OsO 4) представляет собой популярный окислитель, используемый при дигидроксилировании алкенов из-за его надежности и эффективности при получении син-диолов. Поскольку он дорог и токсичен, каталитические количества OsO 4 используются в сочетании со стехиометрическим окислителем. Во всех реакциях гидроксилирования Миласа, дигидроксилирования Апджона и асимметричного дигидроксилирования Шарплесса в качестве катализатора используется осмий, а также различные вторичные окислители.
Дигидроксилирование Milas было введено в 1930 году и использует перекись водорода в качестве стехиометрического окислителя. Хотя с помощью этого метода можно получить диолы, чрезмерное окисление дикарбонильного соединения привело к трудностям выделения вицинального диола. Таким образом, протокол Milas был заменен асимметричным дигидроксилированием Апджона и Шарплесса.
О дигидроксилировании Апджона сообщалось в 1973 году, и в нем в качестве активного катализатора в процедуре дигидроксилирования используется OsO 4. В нем также используется N-оксид N-метилморфолина (NMO) в качестве стехиометрического окислителя для регенерации осмиевого катализатора, что позволяет использовать каталитические количества осмия. Протокол Upjohn обеспечивает высокую конверсию вицинального диола и допускает использование многих субстратов. Однако протокол не может дигидроксилировать тетразамещенные алкены. Условия Апджона можно использовать для синтеза антидиолов из аллильных спиртов, как продемонстрировали Киши и его коллеги.
Асимметричное дигидроксилирование Шарплесса было разработано К. Барри Шарплессом для использования каталитического метода. количества OsO 4 вместе со стехиометрическим окислителем K 3 [Fe (CN) 6 ]. Реакцию проводят в присутствии хирального вспомогательного вещества. Выбор дигидрохинидина (DHQD) или дигидрохинина (DHQ) в качестве хирального вспомогательного вещества диктует лицевую селективность олефина, поскольку абсолютная конфигурация лигандов противоположна. Катализатор, окислитель и хиральное вспомогательное вещество можно приобрести предварительно смешанными для селективного дигидроксилирования. AD-mix-α содержит хиральный вспомогательный компонент (DHQ) 2 PHAL, который позиционирует OsO 4 на альфа-стороне олефина; AD-mix-β содержит (DHQD) 2 PHAL и доставляет гидроксильные группы к бета-поверхности. Асимметричное дигидроксилирование Шарплесса имеет широкие возможности для селективности к субстрату за счет изменения хирального вспомогательного класса.
Мнемоника для асимметричного дигидроксилирования Шарплесса. 
Как упоминалось выше, способность синтезировать антидиолы из аллиловых спиртов может быть получен с использованием NMO в качестве стехиометрического окислителя. Использование тетраметилендиамина (TMEDA) в качестве лиганда дает синдиолы с благоприятным диастереомерным соотношением по сравнению с протоколом Киши; однако используется стехиометрический осмий. Син-селективность обусловлена донорной способностью аллилового спирта водородной связи и акцепторной способностью диамина. С тех пор это применялось к гомоаллильным системам.
Поскольку тетроксид осмия является дорогим и токсичным, для получения вицинальных диолов из олефинов использовали другие металлы. Еще один популярный металл, используемый при дигидроксилировании, - рутений. Несмотря на то, что он обладает высокой окислительной способностью, рутений использовался из-за его короткого времени реакции и его экономической эффективности. Обычно четырехокись рутения создается in situ из трихлорида рутения, а для регенерации катализатора используется вторичный окислитель NaIO 4. Стадия реакции, ограничивающая оборот, представляет собой стадию гидролиза; поэтому серная кислота добавляется для увеличения скорости этой стадии.
Марганец также используется при дигидроксилировании, и его часто выбирают, когда методы четырехокиси осмия дают плохие результаты. Подобно рутению, окислительный потенциал марганца высок, что приводит к чрезмерному окислению субстратов. Перманганат калия часто используется в качестве окислителя при дигидроксилировании; однако из-за его плохой растворимости в органическом растворителе катализатор межфазного переноса (такой как хлорид бензилтриэтиламмония, TEBACl) также добавляют для увеличения количества субстратов для дигидроксилирования.
В отличие от других описанных методов, в которых в качестве катализатора используются переходные металлы, в методах Превоста и Вудворда используются йод и соль серебра. Однако добавление воды в реакцию направляет цис- и транс-присоединение гидроксильных групп. В реакции Прево обычно используется бензоат серебра для получения транс-диолов; В модификации Вудворда реакции Прево для получения цис-диолов используется ацетат серебра. В обеих реакциях Превоста и Вудворда к алкену сначала добавляют йод, образуя циклический ион йода. Анион из соответствующей соли серебра затем добавляется путем нуклеофильного замещения к иону йодиния.
В реакции Превоста ион йодиния подвергается нуклеофильной атаке бензоат-анионом. Бензоат-анион снова действует как нуклеофил, замещая йодид посредством механизма участия соседней группы. Второй бензоат-анион реагирует с промежуточным продуктом с образованием антизамещенного дибензоатного продукта, который затем может подвергаться гидролизу с образованием транс-диолов.
Модификация Вудворда реакции Превоста дает цис-диолы. Анион ацетата реагирует с циклическим ионом йодиния с образованием промежуточного иона оксония. Затем он может легко реагировать с водой с образованием моноацетата, который затем может быть гидролизован с образованием цис-диола
. Чтобы исключить необходимость в солях серебра, Судалай и его коллеги модифицировали реакцию Прево-Вудворда; реакция катализируется LiBr и в качестве окислителей используются NaIO 4 и PhI (OAc) 2. LiBr реагирует с NaIO 4 и уксусной кислотой с образованием ацетата лития, который затем может протекать по реакции, как упоминалось ранее. Протокол показал высокое значение DR для соответствующего диола в зависимости от выбранного окислителя.
Синтез высокозамещенных и стереоспецифичных сахаров важен, поскольку полисахариды составляют большой класс соединений, встречающихся в природе. Одним из конкретных примеров является биологически активная молекула какелокелоза, которая, как было показано, обладает активностью против ВИЧ. Исследования, проведенные Harris et al. работали над энантиоспецифическим синтезом сахаров, относящихся к какелокелозе и другим сахарам, с использованием множества различных реакций дигидроксилирования с осмиевым катализатором. Винилфуран подвергали реакции в условиях Шарплесса с AD-mix-α с получением (R) -диола. Позже полученный дигидропиран подвергали взаимодействию в условиях Апджона с получением полученного сахара, маннозы (где R представляет собой либо H, либо защитную группу).
Кроме того, талоза и гулоза также были синтезированы из другого дигидропирана. Поскольку соединение содержит аллиловый спирт, условия Апджона и модификацию Апджона с использованием TMEDA в качестве вторичного окислителя для создания получаемых сахаров (где R представляет собой либо H, либо защитную группу).
Еще одним применением методов дигидроксилирования является синтез стероиды. Брассиностероиды - это класс стероидов, регулирующих рост растений, и было показано, что они обладают сельскохозяйственной активностью в качестве инсектицида. Этот класс стероидов содержит стандартную структуру стероидов в дополнение к четырем вицинальным диолам, которые имеют свою собственную стереохимию. Броза установил гидроксильные группы в стероиде, используя оба условия Вудворда, чтобы получить цис-диол в кольцо А стероида. Затем алкеновую цепь на кольце D дигидроксилировали с получением второго цис-диола с использованием OsO 4 и NMO в качестве стехиометрического окислителя.
