Sharpless不對(duì)稱環(huán)氧化反應(yīng)

1980年，K.B. Sharpless和T. Katsuki報(bào)道了一種非常實(shí)用的環(huán)氧化方法，使用化學(xué)計(jì)量的Ti(OiPr)4作為L(zhǎng)ewis酸，光學(xué)純的酒石酸二乙酯（DET）作為手性配體，TBHP用作氧化劑，可以高效完成一系列非環(huán)狀烯丙醇的不對(duì)稱環(huán)氧化，立體選擇性達(dá)到90%以上。叔丁基過(guò)氧化氫，鈦酸四異丙酯和單一構(gòu)型的酒石酸二乙酯對(duì)烯丙醇進(jìn)行對(duì)映選擇性的環(huán)氧化的反應(yīng)，被稱為 Sharpless不對(duì)稱環(huán)氧化反應(yīng) 。

反應(yīng)特點(diǎn)： 1、只有烯丙醇才能順利的進(jìn)行此環(huán)氧化反應(yīng)，因?yàn)榈孜镏辛u基是必不可少的基團(tuán)；2、烯丙醇的雙鍵相對(duì)于其他的雙鍵在此反應(yīng)條件下有很高的化學(xué)選擇性；3、生成的環(huán)氧化物的絕對(duì)構(gòu)型只由DET的絕對(duì)構(gòu)型所決定。產(chǎn)物的構(gòu)型是可預(yù)測(cè)的，使用前手性底物作為反應(yīng)物，底物的官能團(tuán)不影響最后的立體選擇性，如果底物的手性基團(tuán)有利于環(huán)氧化則會(huì)得到極高的立體選擇性產(chǎn)物，如果不利于環(huán)氧化，則對(duì)最后產(chǎn)物的立體選擇性影響也很低。所以此反應(yīng)在全合成中也經(jīng)常被使用，在放大生產(chǎn)上也是非常實(shí)用；4、如果底物烯丙醇羥基相連的碳是手性中心，則兩種對(duì)映異構(gòu)體發(fā)生此反應(yīng)的速率明顯不同，可以利用此特點(diǎn)，利用此反應(yīng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)拆分；

【Tetrahedron 1994, 50, 171】

5、分子篩可以有效除去體系中水分，防止催化劑失活，保證反應(yīng)順利進(jìn)行，分子篩必須預(yù)先活化（在200 °C下加熱3小時(shí)）。在體系中加入適量的分子篩（3?或4?），便可將Ti(OiPr)4的用量降至5-10 mol%（DET的用量為6-13 mol%），由此實(shí)現(xiàn)催化模式的不對(duì)稱環(huán)氧化。而無(wú)分子篩則需要化學(xué)當(dāng)量的Ti-酒石酸絡(luò)合物；6、如果產(chǎn)物活性很高或者很難分離，則可以直接原位衍生化（轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的酯）有利于完全環(huán)氧化，并且更易分離；7、大多數(shù)基團(tuán)在此反應(yīng)條件下穩(wěn)定，但以下基團(tuán)才此反應(yīng)條件下不兼容：游離胺，羧酸，硫醇，膦；8、為了保證高產(chǎn)率和高對(duì)映選擇性，催化劑必須是新制備的（將Ti(Oi-Pr)4溶液和DET溶液混合，在-20 °C 下，緩慢加入TBHP，并在此溫度下保持20-30分鐘后再加入底物）；9、常用溶劑是二氯甲烷；10、如果產(chǎn)物環(huán)氧化合物容易被烷氧基開環(huán)，可以利用Ti(Ot-Bu)4進(jìn)行反應(yīng)來(lái)避免此副反應(yīng)；11、Z構(gòu)型的烯丙醇反應(yīng)性比較低，往往不能得到滿意的的不對(duì)稱產(chǎn)物；13、此反應(yīng)試劑都是商業(yè)化的且非常廉價(jià)易得，由于TBHP存在潛在的爆炸性，所以大量使用的時(shí)候，請(qǐng)使用防爆擋板，帶好護(hù)具在通風(fēng)櫥中進(jìn)行，這點(diǎn)必須得注意。

反應(yīng)機(jī)理

體系中存在Ti催化活性物種Ti(OiPr)2(DET)與不同反應(yīng)物分子（烯丙醇、TBHP）間的配體交換平衡。由于配體間交換速率很快，人們很難準(zhǔn)確測(cè)定Ti(OiPr)2(DET)的空間結(jié)構(gòu)。他根據(jù)已獲取的光譜分析數(shù)據(jù)及類似結(jié)構(gòu)[Ti2(dibenzyltartramide)2(OR)4]的X射線晶體衍射分析結(jié)果推斷，Ti催化活性物種在體系中以C2對(duì)稱的二聚體[Ti2(OiPr)4(DET)2]的形式存在，烯丙醇的氧、TBHP的兩個(gè)氧原子分別占據(jù)一個(gè)Ti金屬中心的兩個(gè)軸向配位點(diǎn)與一個(gè)赤道面配位點(diǎn)，并通過(guò)以下過(guò)渡態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生對(duì)映選擇性環(huán)氧化。

活性催化劑的構(gòu)型

反應(yīng)實(shí)例

【J. Am. Chem. Soc. 1987, 109, 5765-5780】

【J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 1801-1802】

【J. Am. Chem. Soc.2000, 122, 2122-2123】

【Org. Lett.2001, 3, 3149-3152】

【Tetrahedron2002, 58, 6329-6341】

【Org. Proc. Res. Dev.2007, 11, 354-358】

【Tetrahedron2008, 64, 8618-8629】

【J. Am. Chem. Soc.2013, 135, 5324-5327】

Scripps研究所的巴里·夏普萊斯(K. B. Sharpless) 因?yàn)榇朔磻?yīng)以及獲得了2001年和2022年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

相關(guān)文獻(xiàn)

1. (a) Katsuki, T.; Sharpless, K. B. J. Am. Chem. Soc. 1980, 102, 5974-5976. (b) Williams, I. D.; Pedersen, S. F.; Sharpless, K. B.; Lippard, S. J. J. Am. Chem. Soc. 1984, 106, 6430-6433. (c) Woodard, S. S.; Finn, M. G.; Sharpless, K. B. J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 106-113.

2. Pfenninger, A. Synthesis 1986, 89-116. (Review).

3. Gao, Y.; Hanson, R. M.; Klunder, J. M.; Ko, S. Y.; Masamune, H.; Sharpless, K. B. J. Am. Chem. Soc. 1987, 109, 5765-5780.

4. Corey, E. J. J. Org. Chem. 1990, 55, 1693-1694. (Review).

5. Johnson, R. A.; Sharpless, K. B. In Comprehensive Organic Synthesis; Trost, B. M., Ed,; Pergamon Press: New York, 1991; Vol. 7, Chapter 3.2. (Review).

6. Johnson, R. A.; Sharpless, K. B. In Catalytic Asymmetric Synthesis; Ojima, I., ed,; VCH: New York, 1993; Chapter 4.1, pp 103-158. (Review).

7. Schinzer, D. Org. Synth. Highlights II 1995, 3. (Review).

8. Katsuki, T.; Martin, V. S. Org. React. 1996, 48, 1-299. (Review).

9. Johnson, R. A.; Sharpless, K. B. In Catalytic Asymmetric Synthesis; 2nd ed., Ojima, I., ed.; Wiley-VCH: New York, 2000, 231-285. (Review).

10. Palucki, M. Sharpless-Katsuki Epoxidation. In Name Reactions in Heterocyclic Chemistry; Li, J. J., Ed.; Wiley: Hoboken, NJ, 2005, 50-62. (Review).

11. Henegar, K. E.; Cebula, M. Org. Proc. Res. Dev. 2007, 11, 354-358.

12. Pu, J.; Franck, R. W. Tetrahedron 2008, 64, 8618-8629.

13. Knight, D. W.; Morgan, I. R. Tetrahedron Lett. 2009, 50, 35-38.

14. Volchkov, I.; Lee, D. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 5324-5327.

參考資料：

一、Name Reactions （A Collection of Detailed Reaction Mechanisms）, Jie Jack Li, Sharpless asymmetric epoxidation，page 552-554.

二、Strategic Applications of Named Reactions in Organic Synthesis, László Kürti and Barbara Czakó, Sharpless asymmetric epoxidation, page 408-409.

三、化學(xué)空間：https://cn.chem-station.com/reactions/2014/03/%E5%A4%8F%E6%99%AE%E8%8E%B1%E6%96%AF-%E9%A6%99%E6%9C%88%E4%B8%8D%E5%AF%B9%E7%A7%B0%E7%8E%AF%E6%B0%A7%E5%8C%96%E5%8F%8D%E5%BA%94sharpless-katsuki-asymmetric-epoxidation.html