Кіріспе

Алкенді вициналды диолға айналдыратын химиялық реакция – дигидроксилдеу. Дигидроксилдеу – алкенді вициналды диолға айналдыратын процесс. Бұл тотығуды жүзеге асырудың көптеген жолдары бар, бірақ ең көп таралған және тікелей процестерде жоғары тотығу күйіндегі металл (әдетте осмий немесе марганец) қолданылады. Металл көбінесе басқа стехиометриялық тотықтырғыш заттың қатысуымен катализатор ретінде қолданылады. Сонымен қатар, реакцияны катализдейтін басқа өтпелі және өтпелі емес металдардың әдістері әзірленді және қолданылды.

Механизм

Дигидроксилдеу механизмінде лиганд алдымен металл катализаторына (осмий ретінде көрсетілген) координацияланады, бұл олефиннің хиральдық таңдаулылығын анықтайды. Алкен (3+2) циклоқосылу арқылы металлға координацияланады, содан кейін лиганд металл катализаторынан ажыратылады. Олефиннің гидролизі нәтижесінде вициналды диол түзіледі, ал катализатордың стехиометриялық тотықтырғыш арқылы тотығуы циклды қайталау үшін металл катализаторын жаңартады. Диолдың энантиомерлік артықшылығы үшін олефиннің концентрациясы маңызды, себебі алкеннің жоғары концентрациясы басқа энантиомерді түзету үшін басқа каталитикалық орталыққа байланысуы мүмкін.

Осмий катализаторлары реакциялары

Осмий тетроксиді (OsO4) – алкендерді дигидроксилдендіруде, син-диолдардың жоғары тиімділігімен және сенімділігімен өндірілуіне байланысты қолданылатын танымал тотықтырғыш. Ол қымбат және улы болғандықтан, OsO4 каталитикалық мөлшерде стехиометриялық тотықтырғышпен бірге қолданылады. Бұл әдіс диолдарды жасаса да, дикарбонил қосылысына дейін тотығу салдарынан, жақын орналасқан диолды бөліп алу қиындықтарға соқтырады. Upjohn протоколы жақын орналасқан диолға жоғары өтімділікті қамтамасыз етеді және көптеген субстраттарға төзімді. Дегенмен, бұл протокол төрт топты алкендерді дигидроксилдей алмайды.

Ашық емес асимметриялық

Шарплес асимметриялық дигидроксилдеу әдісін К. Барри Шарплесс әзірледі, онда OsO4 каталитикалық мөлшерде стехиометриялық тотықтырғыш K3[Fe(CN)6] қосымшасында қолданылады. Реакция хиральді көмекші заттың қатысуымен жүзеге асырылады. Дигидрохинидин (DHQD) немесе дигидрохинин (DHQ) хиральді көмекші ретінде таңдалғанда олефиннің беттік селективтілігі анықталады, себебі лигандтардың абсолютті конфигурациясы бір-біріне қарама-қарсы. Катализатор, тотықтырғыш және хиральді көмекші заттарды таңдамалы дигидроксилдеу үшін алдын ала араластырылып сатып алуға болады. AD қоспасы α хиральді көмекші (DHQ)2PHAL қамтиды, ол OsO4-ті олефиннің альфа бетіне орналастырады; AD қоспасы β (DHQD)2PHAL қамтиды және гидроксилдік топтарды бета бетіне жеткізеді. Шарплес асимметриялық дигидроксилдеу хиральді көмекші класын өзгерту арқылы субстраттарды таңдау мүмкіндіктерін кеңейтеді. Бұл әдіс содан бері гомоаллильдік жүйелерге де қолданылды.

Дигидроксилденудің басқа әдістері

Осмий тетроксидінің қымбатқа түсуі және уыттылығы себепті, олефиндерден вициналды диолдарды алу үшін басқа металдар қолданылған. Дигидроксилдеуде жиі қолданылатын тағы бір металл – рутений. Бұл металл өте күшті тотықтырғыш болғанымен, реакцияның жылдам өтуі мен экономикалық тиімділігіне байланысты пайдаланылады. Көбінесе рутений тетроксиді рутений трихлоридінен реакция ортасында (in situ) түзетіледі, ал катализаторды қайта жаңарту үшін қосымша тотықтырғыш ретінде NaIO4 қолданылады. Реакцияның баяулайтын кезеңі – гидролиз кезеңі болғандықтан, осы кезеңнің жылдамдығын арттыру үшін күкірт қышқылы қосылады. Манганий де дигидроксилдеуде қолданылады және осмий тетроксидімен жұмыс істеудің нәтижесі нашар болған жағдайларда жиі таңдалады.

Превост пен Вудвордтың дигидроксилденуі

Превост пен Вудвард әдістері, катализатор ретінде өтпелі металдарды пайдаланатын басқа сипатталған әдістерден өзгеше, йод пен күміс тұзын қолданады. Дегенмен, реакцияға су қосылуы цис және транс гидроксил топтарының қосылуын бағыттайды. Превост реакциясы көбінесе транс-диолдарды алу үшін күміс бензоатын пайдаланады; ал Превост реакциясының Вудвард модификациясы цис-диолдарды алу үшін күміс ацетатын қолданады. Превост және Вудвард реакцияларында иод алдымен алкенге қосылып, циклдік йодиний ионын түзетін болады. Содан кейін, сәйкес күміс тұзынан алынған анион нуклеофилдік орынбасу арқылы йодиний ионына қосылады. Превост реакциясында йодиний ионы бензоат анионымен нуклеофилдік шабуылға ұшырайды. Бензоат анионы көршілес топтың қатысу механизмі арқылы йодидті ығыстыру үшін тағы да нуклеофил ретінде әрекет етеді. Екінші бензоат анионы аралық өніммен реакцияласып, анти-орынбасқан дибензоат өнімін түзетін болады, ол гидролизден өткеннен кейін транс-диолдарға айналады. Күміс тұздарын қолдану қажеттілігін жою мақсатында Судалаи және оның әріптестері Превост-Вудвард реакциясын өзгертіп, LiBr катализаторын, ал NaIO4 және PhI(OAc)2 тотықтырғыштар ретінде пайдаланды. LiBr, NaIO4 және сірке қышқылы реакцияласып, литий ацетатын түзетін болады, содан кейін реакция жоғарыда айтылғандай жалғасады. Протокол таңдалған тотықтырғышқа байланысты сәйкес диол үшін жоғары стереоселективтілікті қамтамасыз етеді.

Қолданбалар

Полисахаридтер табиғатта кең таралған қосылыстардың ірі класын құрайтындықтан, жоғары дәрежеде алмастырылған және стереоспецификалық қанттардың синтезі маңызды. Бір нақты мысал – биологиялық белсенді молекула какелокелоза, оның ВИЧ-қа қарсы активтілігі дәлелденген. Харрис және әріптестер жүргізген зерттеулер какелокелозаға және басқа қанттарға қатысты қанттардың энантиоспецификалық синтезімен айналысты, осмий катализаторын қолдана отырып, көптеген түрлі дигидроксилдеу реакцияларын пайдаланды. Винилфуран AD қоспасы α-мен Шарплесс жағдайында (R) диол алу үшін реакцияға түсті. Кейін, алынған дигидропиранды Апжон шарттарында реакцияға қосып, нәтижеде манноза қанты алынды (мұнда R – H немесе қорғаушы топты білдіреді). Броза стероидтың А сақинасына цис-диол қосу үшін Вудворд шарттарын қолданып, стероидке гидроксил топтарын енгізді. Содан кейін, D сақинасындағы алкен тізбегі стехиометриялық тотықтырғыш ретінде OsO4 және NMO қолданып дигидроксилдеу арқылы екінші цис-диолды берді.