二取代环氧化物选择性异构化为酮.docx

1、二取代环氧化物选择性异构化为酮翻译文献：Regioselective Isomerization of 2,3-Disubstituted Epoxides to Ketones: An Alternative to the Wacker Oxidation of Internal AlkenesJessica R. Lamb, Michael Mulzer, Anne M. LaPointe, and Geoffrey W. Coates*2,3-二取代环氧化物选择性异构化为酮：一种代替非端烯Wacker氧化的途径摘要：我们研究发现一种有可替代非端烯Wacker氧化的途径。对反式烯烃环氧化后

2、，再在温和的条件下高选择性地异构化得到66?98%的给定的主产物酮。通过初步的动力学和同位素标记法的研究，表明环氧键开环翻转为我们所提机制的控速步骤。采用类似的催化体系对反式环氧化物进行动力学拆分，给出一些对合成有用的Krel=17?23的苄基取代基的选择性因素。引言：Wacker氧化是一种在Pd催化下将末端烯烃经两步氧化成甲基酮的重要的、行之有效的方法(如图1a所示)。实验证明在这种转化中，官能团能对各种氧化剂保持稳定性和有效性，这对合成化学家来说是一个非常有用的手段。而且甲基酮是主要的产物，大量的记录表明，连在烯丙基上的杂原子或吸电子基团是改变区域选择性的关键，像乙醛是主要的产物。2,3-

3、二取代烯烃的Wacker氧化一直发展缓慢，主要是因为其活性低和选择性差。在上世纪80年代，Tsuji等人系统地研究了链内的Wacker氧化，并用羰基、醚和酯作为导向基团来实现选择性，但收率有限。紧接着，有些研究者发现乙醛作为末端烯烃的选择性产物的情况能够适用于含有类似的定位基链内烯烃实现选择性氧化。最近，通过开发可靠地氧化高活性的内烯烃的体统，Grubbs, Sigman，Kaneda再度研究内烯烃的Wacker氧化(如图1a所示)。发现的所有强的定位作用，都是氧化发在远端的碳得到的。如果导向基团移到更远离烯丙基的位置时，选择性就会急剧下降。当没有电子的偏向，空间差异不足以实现高水平的选择性，

4、如反-2-辛烯就表明了导致3-辛酮（2a）和2-辛酮（3a）从1:1的比例到1:2.5的比例原因(如图1b所示)。这并不理想，不仅因为适度的选择性降低了所需的区域异构体的最大产量，还因为在这些反应中主要产物是甲基酮，而甲基酮能更有效地从终端烯烃获得。净烯烃先硼氢化再氧化是另一种氧化的途径。硼氢化反应进行是通过可协调的顺式加氢和硼在烯烃的对面反马氏加成。然后有机硼烷被氧化成醇或直接到相应的羰基化合物。只有少数对2-3二取代烯烃不对称选择性硼氢化氧化的方法得到了发展，其中大部分方法是采取底物控制。最常见的是，使用胺或酰胺作导向基团，但是这限制了该方法的适用性和底物范围。大体积硼试剂已表现出可以改善

5、对特定的底物的选择性，但没有得到广泛的研究和应用。与此相反，一般的烯烃的硼氢化/氧化通常没有区域选择性或几乎没有通过烯烃异构化的有机硼烷末端官能化的产量。vedejs和 Curran已经提高了非极性底物选择性，但硼烷迁移导致副产物的产量随时间变化。图 1另一个两步替代Wacker氧化是一个环氧化/异构化途径。原子经济的环氧化物重排为羰基化合物是符合原子经济的，已研究对底物使用各种催化剂，如加入路易斯酸或亲核试剂辅助选择性开环.kulawiec和Che在芳基取代的内烯烃和共轭的末端烯烃的选择性氧化提出了环氧化/异构化替代的Wacker氧化的方法。这种方法并不适用于极性较小的内烯烃。而烯烃环氧化是

6、一种行之有效的反应，这个过程只需要极性环氧化物的选择性异构化的发展。在观察的基础上，酮是环氧化物在低的一氧化碳气氛下羰基化后的副产物。我们最近报道了一个以前开发的使用羰基化催化剂对末端环氧化合物经异构化为甲基酮的方法。使用这种方法，我们推测催化剂4（催化反式环氧化物选择性羰基化为-内酯）同样会选择性异构化为酮。我们在此报告一个在温和的条件下极性较小的反式环氧化物选择性重排为酮。结果与讨论：表 1优化和底物范围用反-2-环氧辛烯（1a）和4（表1）来进行反应条件的优化。该化合物试着作为该反应的催化剂，但发现它对酮2a和酮3a没有选择性。通过对溶剂的筛选溶剂，乙醚表现出对乙基酮（2a）较好的活性和

7、选择性，并且由环氧化物的转化率及产物的收率可以表明用乙醚作溶剂具有更少的副反应（序号1?5）。极性较强的使得转化率和产率较低，这大概是由于极性溶剂与和环氧化物竞争金属活性中心的缘故。目前尚不清楚乙醚与非极性更强的溶剂之间选择性的高低。环氧化物浓度从0.5到1.5 mol，选择性没有什么变化，浓度越稀反应进行更完全（序号5?7）。令人惊讶的是，在浓度进一步下降，同时催化剂装填2 mol%将进一步减少不需要的副反应（序号8?10）。任何试图进一步降低催化剂的负载都会导致更低的转化率（序号11和12）。我们猜测催化剂催化断链是双分子反应途径，因为低浓度的反应物会有高的转化率。虽然由于较低的催化剂浓度

8、，反应在稀的条件下应该是更慢的，在这种影响下4会有更长的寿命。肉眼观察到反应催化分解，因为溶液从橙色到深棕色，并随着时间变得浑浊。确定了最佳的反应条件，我们研究了反应的一些范围。首先，对称反式环氧化物进行异构化表现出高效率和高活性，而且产物的收率非常高（表2）。由于由于产物的挥发，气相色谱以十二烷为内标进行定量小于8个碳原子的产率。表 2其次，研究不对称、非极性连有一个甲基和一个直链烷基的环氧化物，发现它对乙基酮（2）和甲基酮（3）有很好的选择性（表3，序号1?5）。这些区域选择性与那些使用催化剂4的羰基化密切对应。不仅在Wacker氧化上与Grubbs和Kaneda发现的选择性相反，而且与端

9、烯相比能获得不同的主要产物。在优化条件下，底物（1a）取得2a和3a的混合物的收率为99%（表1，序号10），产物是通过柱层析法分离的，主要的异构化产物2a的分离收率为78% （表3，序号4）。当两个烷基取代基都不是是甲基（R=Et,R=nBu, 1i,序号 6）时，选择性大幅下降至3.1:1偏向于生成丙基酮（2i21）。虽然不理想，这选择性仍高于非极性物质的Wacker氧化的选择性。我们期待R取代基的体积增大依然会有较高的选择性，但奇怪的是，1J（R1 = iPr, 序号 7）的选择性与苄基（1f, 序号2）的的选择性相比是比较低的。此外，该底物需要3mol% 的4才能实现全转化。表 3扩大

10、研究一些极性物质的反应范围。受TBS（叔丁基二甲基甲硅烷基）保护的醇能得到较高乙基酮（2k）和乙基酮（2l）的产率（序号8和9），虽然要求较高的催化剂负载量。如果相似的烯烃采用选择性Wacker氧化，由硅醚基引起的电子偏移将主要异构化生成产物3（氧化远端碳），再次显示环氧化/异构化方法的互补性。而且，不像Kaneda发现的选择性会随给电子基团远离双键而急剧下降，底物1L任然有较高的选择性，其中三丁基硅氧基环氧键有三个碳的距离。苄基取代的环氧化物（1m和1n）具有非常高的选择性，核磁共振氢谱只检测到产物2的生成（序号10和11）。芳基取代基（如跨苯基-甲基苯乙烯氧化物）促使以SN2的方式进攻苄基

11、所在的位置，并且使得选择性完成逆转。主要产物3o分离收率较高、没有发现次要产物2o。在标准反应条件，顺式环氧化合物如顺-2 -己烯的氧化存在较低的转化率（40%）和相对较低的选择性（2.4:1）。反应机理研究图 2在Eisenmann 和Kagan关于Co(MeOH)6Co(CO)42研究的基础上，再根据我们先前对末端环氧化物异构化机制的观察，我们提出了亲核的机制，图2所示。在环氧化物上的氧原子与Lewis酸配位后，Co(CO)4?以SN2机制选择性使环氧化物开环并形成相应的醇盐配合物。氢消去形成烯醇，质子化作用使得催化剂的活性再生，并对产生的烯醇经异构化的主要生成酮。由于以前观察到的，我们证

12、实这种转化是Lewis酸、亲核阴离子的再所必要的，排除Meinwald提出的以碳正离子介导的仅以Lewis酸活化的机制。图 3初步对反-2-环氧辛烯的动力学研究表明，反应在催化过程是一级反应和在底物里是零级反应。这就排除了阳离子与环氧结合是控速步骤，剩下其他三种可能：（1）环氧键开环，（2）-H消除，（3）烯醇的质子化。因为无论是-H消除还是质子化步骤都有质子的转移，如果这两者之一是控速步骤，就会有一级动力学氘同位素效应。经氘化反-2-环氧辛烯在氧化合成上与原来具有相同的化学性质。我们没有观察到一级动力学氘同位素效应（图3），因此，这两步骤不可能是控速步骤。此外，氘化产物进行分离，显示两个氘位

13、。这间接说明利用这个反应作为一种选择性氘化的方法，这些产物将很难利用电流氘化的办法。这些数据最能符合的环氧化物以SN2开环为控速步骤的机制。这将要求催化剂在于环氧结合后再保持静态，可以用乙醚较差的结合能力来推动。这些结果也与使用相同的催化剂相似的环氧化物异构化并转化成相应的羰基的过程相一致。2,3-二取代环氧化物与末端环氧化物相比，羰基化需要更长的反应时间，可以合理的解析为在亚甲基位置进行双分子取代要比在甲基的位置进行双分子取代慢，并且相似的区域选择性产生选择性的控速步骤也速率也更慢。最后，在反应开始时加入与环氧化物相对应的产物2-丁酮对反应的速率并没有明显的影响，这就表明产物的浓度不会抑制反

14、应速率。反式环氧化合物动力学拆分：这种方法适用于反式环氧化物的动力学拆分。而Jacobsen 和其他一些人已经对末端环氧化合物的动力学拆分进行了广泛的研究以及应用，链内环氧化合物的动力学拆分仍处于起步阶段。铬的Salen配合物出现在链内反式环氧化物动力学拆分催化开环的过程中，但底物浓度仍然会对限于反式丁烯和芳基环氧化合物的反应速率有影响。只有很少的文献中提到了非芳基2-3二取代环氧化合物拆分的例子，可见对2-3二取代环氧化合物拆分的研究还是很有挑战的。我们以前曾尝试用铝Salen钴催化动力学拆分环氧化物，结果只有较低的选择性。图 4我们推测高选择性是需要一些高选择性的因素的，因此，我们一开始选

15、择集中研究环氧化物（1m）。进一步优化反应条件显示，一种催化剂4的变体在四氢呋喃中显示出了较高的选择性。反应在四氢呋喃中要慢得多，这有助于反应在所需的水平停止转换，并有希望提高反应的选择性。整个反应过程中环氧化物（1m）的浓度手性色谱分析监测并以十二烷作为内标。用设备1对所有的选择性因素进行了计算，至少取四个点。环氧化物（1m）的实验数据符合一级krel 反应动力学方程（图4）。在这个结果的鼓舞下，我们研究了苄基芳环上的不同取代基的对反应的选择性有怎样的影响，但发现它几乎没有影响（表4）。通过在苯环上接入甲基或甲氧基取代基对引入的取代基的空间位置及其电子效应对反应的影响进行了研究，但在每一种情

16、况下的选择性系数约为20（2?序号5）。异构化动力学拆分的一个特点决定转化的因素是时间，而不是化学计量。我们的研究表明，类似铝配合物的Lewis酸可用于环氧化合物开环的亲核试剂，进而区域选择性进行羰基化。可以从表4的结果中看到高选择性，在未来提供一个亲核开环动力学拆分链内环氧化物的发展机会。结论我们开发出一种温和、高选择性地将反式环氧化物异构化为酮的方法，并使用路易斯酸 + Co(CO)4?为催化剂，使得人们对选择性羰基化的研究得到了发展。在有机合成中，目前Wacker氧化面临着亲电定位基选择性低的困难，而反式烯烃的环氧化/异构化这种转化可以作为替代的Wacker氧化的一种很有用的途径。此外，它可以用选择性氘化技术在的脂肪酮的碳位置连上两个氘原子。