烯烃的不对称氧化反应
jacobsen 不对称环氧化反应的最新进展
图6 卟啉环的结构图
有效模拟物可在温和的条件下活化分 子氧， 从而实现烯烃的环氧化。 4个 meso和8个β位都可以引入手性 基团，形成手性金属卟啉（图6）。
8
手性salen催化剂的研究进展
• 1990 年, Jacobsen 和 Katsuki报道了含手性碳
jacobsen 不对称环氧 化反应的最新进展
报告人
1
jacobsen 不对称环氧化反应的最新进展
1.生物酶催化的非官能化 烯烃不对称环氧化反应
2.手性salen催化剂的研 究进展
2
生物酶催化的非官能化烯烃不对称环氧化反应
1.氧化酶细胞色素P450
salen络合物是一个与氧化酶细胞色素P450有关的仿生试剂。
图 7 非对称手性 Mn(salen)化合物的催化剂 4
图 8
非对称手性 Mn(salen)化合物的催化剂 5
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手性salen催化剂的研究进展
1997 年, Hashihayata 用非手性的 salen Mn(Ⅲ)催 化剂(图 9), 加入助催化剂4-PPNO 时催化烯烃环氧 化反应, 得到了较好的产率。
的催化效果及对映选择性。
•
1993 年, Katsuki第二代手性催化剂 (图 6), 催化顺式烯烃时, 取得了 86%~91%的 ee 值。
图 5
Katsuki 催化剂 2
图 6
Katsuki 第二代手性催化剂 3
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手性salen催化剂的研究进展
20 世纪 90 年代中后期 Kureshy 与Kim报道了一系列的非对称手性 Mn(salen) 化合物的催化剂(图 7、图 8), 并用于烯烃的环氧化反 应.打开了不对称 Schiff 碱化合物合成的新局面. 这种方法很容易获得不同的立体效应与电子效应, 而这 两点是 salen 配合物之所以拥有很好催化性能的重要 因素.
烯烃的氧化
烯烃的氧化烯烃（alkene）是一种特殊的有机化合物，其特征是它具有一个双键，它的结构如下：R-CH=CH-R，其中R代表一个烷基（alkyl group）。
烯烃的氧化是一个重要的化学反应，它可以用来合成多种有机物质，比如醇、醛、酸等。
一般来说，烯烃的氧化反应可以分为两类：一类是通过氧化剂来完成氧化反应，另一类是通过受体催化氧化反应。
前者是一种较简单的氧化反应，可以用氧化剂如高氯酸（HClO）、过氧化氢（HO）、硫酸（HSO）和碳酸钠（NaCO）等来实现，烯烃会被氧化成烯醇和醛，例如乙烯的氧化反应如下：CH + HClO CHCHO + HCl后者是更复杂的氧化反应，需要受体来完成，在受体中，有一种过渡金属催化剂，它可以将烯烃分解成一些更简单的有机物质，这些有机物质可以用来生产一些重要的化学物质，例如乙烯用铜（Cu）作为催化剂，可以得到乙醇（CHCHOH）、乙醛（CHCHO）和乙酸（CHCOOH），其反应如下：CH + Cu CHCHOH + CHCHO + CHCOOH此外，烯烃的氧化反应同样可以用来生成其他重要的有机物质，例如柠檬酸、癸醇、丙醇、乙醛等，在这些反应中，都可以看到烯烃被氧化成醇、醛、酸等有机物质。
烯烃的氧化反应是一种重要的反应，它可以用来制造多种有机化合物，不仅仅是用于实验室的反应，也可以用于工业上的反应。
工业上的烯烃氧化反应大多使用催化剂来完成，这样可以提高反应的速度，减少消费的能量。
此外，烯烃的氧化反应也可以用来生产生物活性物质，如抗生素、抗癌药物等，这也使烯烃氧化反应在药物研究领域变得越来越重要。
总之，烯烃氧化反应是一种重要的有机化学反应，它可以用来生成各种重要的有机物质，对药物研究领域也有重要的应用价值，因此，在实验室和工业上都有重要的应用价值。
不对称双羟基化反应
催化导论——不对称双羟基化反应学号：10110310班级：1011031姓名：戴明明摘要不对称双羟基化反应又名为夏普莱斯不对称双羟基化反应，是巴里·夏普莱斯在Upjohn双羟基化反应的基础上，于 1987 年发现的以金鸡纳碱衍生物催化的烯烃不对称双羟基化反应。
与sharpiess环氧化反应一样，该反应也是现代有机合成中最重要的反应之一。
原理不对称二羟基化反应（asymmetric dihydroxylation，AD）是一类重要的催化不对称反应［1］，它不仅是许多手性药物，如紫杉醇C13侧链、美托洛尔、普萘洛尔、氨苄青霉素、昆虫激素和维生素D活性代谢物合成中的关键步骤［2］，而且还为不对称催化反应中新型配体的合成提供了必需的手性砌块［3］.研究该反应的核心问题之一是手性配体的设计与合成.迄今为止，文献已经报道了许多行之有效的配体，但是有些配体制备复杂、分离难度大、价格昂贵，因此设计合成简单，价廉和高效的手性配体仍然是目前的研究重点［4］.本研究以天然金鸡纳生物碱奎宁和辛可宁为原料，将其结构中的活性基团羟基转换为碱性更强的氨基，与对氯苯甲酰氯反应得到新的手性配体1和2，考察这两种配体在AD反应中的催化活性及不对称诱导作用.典型的反应条件是四氧化锇（OsO4）和二氢奎宁（DHQ）或二氢奎尼丁（DHQD）的手性配体衍生物作为催化剂，以计量的铁氰化钾、N-甲基吗啉N-氧化物（NMO）或叔丁基过氧化氢作为再氧化剂，并加入其他添加剂如碳酸钾和甲磺酰胺等。
现实条件中常用非挥发性的锇酸盐K2OsO2(OH)4 代替OsO4。
[8][9] 市售的二羟化混合物试剂称为AD-mix，有 AD-mix α（含(DHQ)2-PHAL）和AD-mix β（含 (DHQD)2-PHAL）两种。
大多数烯烃在上述条件下，能都以高产率、高ee值生成光学活性的邻二醇，而且反应条件温和，无需低温、无水、无氧等条件。
DHQ 和DHQD 衍生物可分别用于一对对映异构邻二醇的合成，反应产物的立体构型可根据烯烃的结构，利用下图来进行预测。
不对称碳原子烯烃和hbr在过氧化物反应机理
不对称碳原子烯烃和hbr在过氧化物反应机理过氧化物是一类含氧化学键的化合物，其化学式一般为ROOR，其中R可以是有机基团。
过氧化物具有较高的活性，可以参与多种反应。
本文将讨论不对称碳原子烯烃和HBr在过氧化物反应中的机理。
不对称碳原子烯烃是指含有不同取代基的碳原子的烯烃。
这种烯烃具有不对称的碳原子，对于反应物中的空间取向较为敏感。
而HBr则是一种卤代烃，具有较高的电负性。
过氧化物和不对称碳原子烯烃在反应中，首先结合形成一个中间体。
具体反应机制如下：1.过氧化物的活性部位是氧气上的过氧根离子O2-。
在反应开始时，过氧化物可以通过与不对称碳原子烯烃中的不对称碳原子发生亲电加成反应。
加成反应使得过氧化物的O-O键断裂，生成过渡态。
2.生成的过渡态结构类似于有机过氧酸中的Criegee中间体。
这个中间体具有较高的反应活性，容易进一步参与化学反应。
在其生成的同时，不对称碳原子上的取代基也发生了改变。
3.接下来，HBr加入反应中，与Criegee中间体发生化学反应。
HBr的反应机制与其他卤代烃类似，主要是通过电子的亲核进攻。
HBr 中的溴离子Br-攻击了Criegee中间体，使其生成能量更低的产物。
4.反应中间体的生成使得Br-与不对称碳原子之间产生了偶极作用力。
这个力使得不对称碳原子上的取代基向碳原子的反方向移动，形成最终的产物。
总结起来，不对称碳原子烯烃和HBr在过氧化物反应中的机理如下：过氧化物首先与不对称碳原子烯烃发生亲电加成反应，生成中间体Criegee中间体。
接着，HBr参与反应，溴离子Br-亲攻Criegee中间体，产生最终的产物。
整个反应过程中，不对称碳原子上的取代基发生移动，形成不对称的产物。
需要注意的是，以上仅为一种可能的反应机理，具体反应还受到反应条件、反应物浓度及物质性质等因素的影响。
此外，实际反应中还可能存在其他中间体和产物，需要进一步的实验证实和研究来确认反应机理。
烯烃
(CH3)3C
+
＞
(CH3)2CH
+
＞
CH3CH2
+
＞
CH3
+
这是因为带正电荷的碳原子具有吸电子能力， 而甲基是斥电子基，中心碳上连接的甲基越多，正电
荷就越低，分散程度越高，体系越稳定。
+ CH3CHCH3 + CH3CH2CH2
CH3CH CH2+ H+
CH3
CH X
CH3 主产物
碳碳双键上所连基团(或原子)，不仅影响加HX 的取向，还影响双键的反应活性。
X C C + H—X
H C C
H C C
+
H C C
+
H +X C C X
H C C X
2、 区域选择性和反应活性
CH3 CH CH2 + HBr CH3 CH CH3 Br 2-溴丙烷
CH3 CH2 CH2 Br 1-溴丙烷
1869 年马尔可夫尼可夫（ Markovnikov）得出一条 经验规律：当不对称烯烃与不对称试剂进行加成时，试 剂中的氢原子或带正电荷的部分加到含氢较多的双键碳 原子上，而试剂中带负电荷的部分加到含氢较少的双键 碳原子上。这一规则称为马尔可夫尼可夫规则，简称马 氏规则。
CH3 CH CH2 H Br
反马氏规则：氢加到含氢较少的碳原子上。
（二） 加硫酸
CH3CH CH2+ HOSO3H
H—OH
CH3CH CH3 OSO3H
CH3
CH OH
CH3
烯烃间接水合法
烯烃在催化剂、高温、高压下可以直接水化：
CH2
CH2+ H2O
烯烃的不对称双羟基化
烯烃的不对称双羟基化烯烃的不对称双羟基化是有机化学中的一种常见反应，其特点是在不对称的位置上引入两个羟基官能团。
这种反应在制药、化妆品、涂料等领域都有广泛应用。
下面将对这种反应进行深入探讨。
一、反应机制烯烃的不对称双羟基化反应是通过活性氧化剂和还原剂协同作用下实现的。
反应机制主要分为三步：1. 活性氧化剂的加成：例如过氧化氢、过氧酸等，将烯烃中的双键加成成环氧化合物，形成一个不稳定的介质。
2. 还原剂的作用：还原剂将环氧化合物开裂，同时加入羟基官能团，形成不对称的双羟基化物质。
3. 中和反应：反应产生的酸类会与还原剂发生酸碱中和反应，水分子则作为副产物放出。
二、实验条件实现烯烃的不对称双羟基化反应需要一定的实验条件，包括温度、压力、催化剂等。
以下是几个常用的条件：1. 温度：反应通常在室温下进行，但有些烯烃需要在高温下反应。
2. 压力：一般情况下不需要高压，但仍有些烯烃需要在高压下反应。
3. 催化剂：反应需要催化剂的参与，催化剂种类较多，常用的有钌催化剂、磷钼酸盐等。
三、应用领域烯烃的不对称双羟基化反应在化妆品、制药、涂料、农药等领域有着广泛的应用。
以下列举几个应用案例：1. 化妆品：佳丽宝公司通过烯烃的不对称双羟基化反应，成功合成了一种添加到护肤品中的成分，可以改善肌肤干燥，提高肌肤保湿能力。
2. 制药：利用烯烃的不对称双羟基化反应可以合成具有药物活性的化合物，例如抗肿瘤药物。
3. 涂料：烯烃的不对称双羟基化反应可以产生具有特殊性能的化学物质，例如防腐涂料、自清洁涂料等。
总之，烯烃的不对称双羟基化反应具有广泛的应用前景，不仅能够为化妆品、制药、涂料等领域提供重要的功能性化合物，也可以带来巨大的经济效益。
烯烃的氧化反应
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OH
26
6. 脱氢反应
• 钌络合物催化剂RuCl2(PPh3)3和叔胺氧化物可以 使伯醇或仲醇脱氢分别生成醛或酮。
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27
N-甲基吗琳-N-氧化物是钌的再次氧化剂(reoxidation)。
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28
• 氯化钯也能够把仲醇氧化成酮，O2是再次氧化剂。
可能的脱氢机理
H DO C H
H2C Pd (A)
H DO CH
Pd CH2
(B)
OD CH Pd CH3 (C)
O CH +Pd0+H+ CH3
DO CH CH2
CH2DCHO
➢ 以重水为溶剂时，产物中没有检出氘代物，否认了由 A还原消除生成乙烯醇再转化成乙醛的路线。
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9
2. 其它烯烃的氧化反应
O CC + R C O O H
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15
➢ 过渡金属络合物催化下，烷基过氧化氢ROOH 选择性氧化烯烃
催化剂：Mo、V、W、Ti等高氧化态的过渡金属络合物
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16
• 环氧化反应的速度随烯烃取代基的增多而增大
利用VO(acac)2和ButOOH进行环氧化反应时， α-位有双键 的烯烃反应速度明显加快。
这是化学计量反应，早在1894年F.C.Phillips就作了报道，并将 此反应应用到Pd的分析上。
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2
2). Pd(0)重新氧化成Pd(Ⅱ)
❖ Smidt发现，在反应中加入CuCl2可以将Pd(0)重新氧化生成 Pd(Ⅱ)，从而使一个化学计量反应变为催化反应。
P d ( 0 )+ 2 C u C l2+ 2 C l- P d C l4 2 -+ 2 C u C l
烯烃氧化偶联反应与不对称ene反应研究
通过三取代烯烃与乙醛酸酯化合的分子间carbonyl-ene反应,可以高对映选择性,高非对映选择性的得到反式产物。并通过对比实验确定了β-cis氢原子对反应活性的影响,为以后ene反应的设计奠定基础。
烯烃氧化偶联反应与不对称ene反应研究
Stellettin F是一种重要生物活性的分子。然而,Stellettin F只能从细薄星芒海绵中分离得到,其全合成至今没有成功报道。
对其结构进行仔细分析我们发现,侧链为共轭多烯结构,可以从烯烃氧化偶联构建,而并环结构可以通过多烯关环得到。本文主要围绕其合成,研究了共轭多烯的新型的合成方法。
另外我们对多烯环化及共轭烯烃合成的文献进行了综述,对合成方法进行了总结。第2章：共轭多烯的合成研究共轭多烯是天然产物中常见的结构片段,在天然产物合成中具有重要的应用价值。
通过便宜易得烯酮化合物与简单烯烃的钯催化氧化偶联,制备多种不同的共轭多烯化合物。并且将其应用到了维他命A1及波尼酮的全合成中。
第3章：三取代烯烃的ene反应研究。高烯丙醇化合物在一些生活性分子的构建中具有重要的价值。
以及尝试了通过不对称催化的三取代烯烃的ene反应来构建合适的多烯环化底物。本论文内容共分为四章：第1章：StellettinF合成进展及合成分析在本章我们回顾了Stellettin化合物的分离历史,合成尝试并对其结构进行仔细分析,提出了自己的解决办法,即通过多烯环化构建多环结构,通过共轭烯烃的合成来尝试侧链的合成。
第4章是靛红参与的Mukaiyama aldol反应研究。我们将本课题组发展的In-Pybox体系应用到了Mukaiyama aldol反应中,可以高对映选择性的得到加成产物,在靛红的3-位引进p-羰基取代基。
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• （2）可靠性：
虽然大的R取代基是不利的，但对于 大多数烯丙醇，反应都能成功；
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Sharpless环氧化反应的特点：
• （3）高光学纯度：
一般>90% d.e.，通常 > 95% d.e. ； • （4）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，手 性钛—酒石酸酯催化剂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 非对映面优先性的影响。
B,C均为抗高血压药
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手性酮催化烯烃不对称环氧化——Shi 不对称环氧反应
自Cusci报道二氧杂环丙烷可以快速的对烯烃发生不对称环氧化后， 该领域研究倍受重视。大约2000年时，Shi等报道了基于D-果糖的 手性酮A用于非官能团化烯烃的不对称氧化。使得在该领域的研究 有了真正意义上的突破。于是该类反应也被称为Shi不对称环氧化。
•
应用过氧叔丁醇（t-BuOOH，TBHP） 为氧供体，四乙氧基钛 [Ti(OPri)4] 和酒石 酸二烷基酯（ DET ，常用的是酒石酸二 乙酯）为催化剂，使各种烯丙伯醇衍生 物发生不对称过氧化。
•
化学产 率 为 70-90% ，光 学产 率 大于 90%。
10
Sharpless环氧化反应机理
11
3
烯烃与过氧酸反应中的立体化学
环氧化反应是顺式加成，所以所得产物构型与原料一致
4
烯烃与过氧酸反应中的立体化学
由于甲基有位阻，所以位阻小的反应快，大的反应慢。
5
Sharpless环氧化反应
•
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Sharpless环氧化 反应，简称为AE反应(asymmetric epoxidation) 。 1980年，由Sharpless K.B. 等研究发 现。
28
Jacobsen-Katsuki环氧化的特点
适用各种取代的烯烃，但四取代烯烃的不对称环氧化反应是 一个难题。
以上环氧化反应的一个特点：顺式烯烃比反式的ee值高
29
Jacobsen-Katsuki环氧化的立体化学
生成氧合锰（Mn=O）活性中间体 平面结构 侧向进攻
在C3和C3’位引入体积大的基团，如叔丁基，与非对称 烯烃底物空间位阻较大的一侧产生排斥作用，使底物按一 定的取向向金属-氧键接近。 也解释了为什么顺式烯烃的选择性高于反式。
17
•
Sharpless环氧化反应举例
•
然而，在Z-烯丙醇 D的情况下，对于
匹配对，要用2周时间以E : F = 30 : 1 的比
例得到产物；
• 而对于错配对，则以E : F = 3 : 2 的低
得多的比例得到环氧化物。
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Sharpless环氧化反应的特点： • （1）简易性： 所有的反应组份都是廉价的，并且 是商品化的；
手性E-烯丙醇A在(+)-DET存在下进行环 氧化，在15h内能以大于20 : 1 的比例得到 主要产物B； 当用(-)-DET反应时，也能以大于20 : 1 的非对映选择性得到C。
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•
•
Jacobsen-Katsuki环氧化反应 由于，这个类型的反应最早是 Jacobsen/ Zhang(1990) 和 Katsuki 分别报道，所以 被成为Jacobsen-Katsuki环氧化反应。该反 应由salen-锰络合物催化不对称环氧化烯烃 而得到选择性对映体的反应，该反应对烯烃 的取代基没有特殊要求所以又被称为非官能 化烯烃的环氧化反应。
左为活性中间体
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Shi 不对称环氧反应机理
中间体的两种构型
为什么会产生立体选择的原因
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Shi 不对称环氧反应的区域选择性
从图中可以看出在手性酮A的参与下，仅非非烯丙基的双 键被环氧化，且在粗产物中检测仅有痕量的双环氧化产物
43
谢谢！
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15
Sharpless环氧化反应举例
16
Sharpless环氧化反应举例
•
•
对于AE反应， E-取代的烯丙醇的反应 较相应的Z-取代底物要快得多。
手性E-烯丙醇A在(+)-DET存在下进行 环氧化，在15h内能以大于20 : 1 的比例得 到主要产物B； 当用(-)-DET反应时，也能以大于20 : 1 的非对映选择性得到C。
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Sharpless环氧化反应的特点：
• （5）产物的绝对构型可以预见：
对潜手性烯丙醇衍生物而言，迄今对 于图所示的规律尚未见有例外。 • （6）2,3-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 性和意义。
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Sharpless环氧化反应的特点： • （1）简易性： 所有的反应组份都是廉价的，并且 是商品化的；
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Jacobsen-Katsuki环氧化反应化学试剂
常用的氧化剂：氧化碘苯（PhIO），次氯酸钠，过氧化氢
中心金属: 铬、镍、铁、钌、钴和锰
配体：氧化酶细胞色素P450卟啉/金属配合物Salen-Mn
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Jacobsen-Katsuki环氧化基本反应
催化剂：手 性SalenMn配合物
烯烃的环氧化
作者：刘江
1
目录
•烯烃与过氧酸反应生成的环氧化物 •Sharpless不对称环氧环反应 •Jacobsen不对称环氧环反应 •Shi不对称环氧环反应
2
烯烃与过氧酸反应生成的环氧化物机理
从机理上可以看出，过酸上的正电性越高反应越易进行， 如F3COOOH就比CH3COOOH易进行。双键上电子云密度越高 越易进行。
•
对于AE反应， E-取代的烯丙醇的反应较 相应的Z-取代底物要快得多。
手性E-烯丙醇A在(+)-DET存在下进行环 氧化，在15h内能以大于20 : 1 的比例得到 主要产物B； 当用(-)-DET反应时，也能以大于20 : 1 的非对映选择性得到C。
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•
•
Sharpless环氧化反应举例
•
对于AE反应， E-取代的烯丙醇的反应较 相应的Z-取代底物要快得多。
• （2）可靠性：
虽然大的R取代基是不利的，但对于 大多数烯丙醇，反应都能成功；
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Sharpless环氧化反应的特点： • （1）简易性： 所有的反应组份都是廉价的，并且 是商品化的；
• （2）可靠性：
虽然大的R取代基是不利的，但对于 大多数烯丙醇，反应都能成功；
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Sharpless环氧化反应举例
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Jacobsen-Katsuki环氧化的机理
31
Jacobsen-Katsuki环氧化的机理
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Jacobsen-Katsuki环氧化的环氧化的机理
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Jacobsen-Katsuki环氧化举例
右为Salen-Mn催化剂，（S，S）-A
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Jacobsen-Katsuki环氧化举例
6
•
Sharpless环氧化基本形式
7
Sharpless环氧化基本过程
8
Sharpless环氧化反应所用试剂
• 氧化剂： 过氧叔丁醇（t-BuOOH，TBHP）； • 催化剂： 四乙氧基钛[Ti(OPri)4]， 酒石酸二烷基酯（DET）； • 反应底物： 烯丙醇及其衍生物。
9
Sharpless环氧化反应
手性酮A的制作方法
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Shi 不对称环氧反应基本过程
Oxone (商品名): 过氧硫酸氢钾制剂（2KHSO5 K2SO4） A: 二氧杂环丙烷 (dioxirane)为催化剂
38
Shi 不对称环氧反应机理
催化循环
39
Shi 不对称环氧反应机理
以丙酮为例，从丙 酮开始到终产物
40
Shi 不对称环氧反应机理
Sharpless环氧化反应机理
在Sharpless环氧化反
应体系中，存在着多 种Ti-酒石酸酯配合物， 其中，以双核配合物 （见左图）占主导地 位。
双核Ti-酒石酸配合物催化剂结构
12
Sharpless环氧化反应机理
中间过度态结构
中间过度态3D结构
13
Sharpless环氧化反应机理
14
Sharpless环氧化反应举例