Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
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.
Chemical reaction where an alkene is converted to a vicinal diol
Dihydroxylation is the process by which an alkene is converted into a vicinal diol. Although there are many routes to accomplish this oxidation, the most common and direct processes use a high oxidation state transition metal (typically osmium or manganese). The metal is often used as a catalyst, with some other stoichiometric oxidant present. In addition, other transition metals and non transition metal methods have been developed and used to catalyze the reaction.
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.
In the dihydroxylation mechanism, a ligand first coordinates to the metal catalyst (depicted as osmium), which dictates the chiral selectivity of the olefin. The alkene then coordinates to the metal through a (3+2) cycloaddition, and the ligand dissociates from the metal catalyst. Hydrolysis of the olefin then yields the vicinal diol, and oxidation of the catalyst by a stoichiometric oxidant regenerates the metal catalyst to repeat the cycle. The concentration of the olefin is crucial to the enantiomeric excess of the diol since higher concentrations of the alkene can associate with the other catalytic site to produce the other enantiomer.
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.
Osmium tetroxide (OsO4) is a popular oxidant used in the dihydroxylation of alkenes because of its reliability and efficiency with producing syn diols. Since it is expensive and toxic, catalytic amounts of OsO4 are used in conjunction with a stoichiometric oxidizing agent. Although the method can produce diols, overoxidation to the dicarbonyl compound has led to difficulties isolating the vicinal diol. The Upjohn protocol yields high conversions to the vicinal diol and tolerates many substrates. However, the protocol cannot dihydroxylate tetrasubstituted alkenes.
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.
The Sharpless asymmetric dihydroxylation was developed by K. Barry Sharpless to use catalytic amounts of OsO4 along with the stoichiometric oxidant K3[Fe(CN)6]. The reaction is performed in the presence of a chiral auxiliary. The selection of dihydroquinidine (DHQD) or dihydroquinine (DHQ) as a chiral auxiliary dictates the facial selectivity of the olefin, since the absolute configuration of the ligands are opposite. The catalyst, oxidant, and chiral auxiliary can be purchased premixed for selective dihydroxylation. AD mix α contains the chiral auxiliary (DHQ)2PHAL, which positions OsO4 on the alpha face of the olefin; AD mix β contains (DHQD)2PHAL and delivers hydroxyl groups to the beta face. The Sharpless asymmetric dihydroxylation has a large scope for substrate selectivity by changing the chiral auxiliary class. This has since been applied to homoallylic systems.
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.
Since osmium tetroxide is expensive and toxic, other metals have been used to prepare vicinal diols from olefins. Another popular metal used in dihydroxylation is ruthenium. Although it is highly oxidative, ruthenium has been used because of its short reaction time and its cost effectiveness. Typically, the ruthenium tetroxide is created in situ from ruthenium trichloride, and a secondary oxidant NaIO4 is used to regenerate the catalyst. The turnover limiting step of the reaction is the hydrolysis step; therefore, sulfuric acid is added to increase the rate of this step. Manganese is also used in dihydroxylation and is often chosen when osmium tetroxide methods yield poor results.
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.
Unlike the other methods described that use transition metals as catalyst, the Prévost and Woodward methods use iodine and a silver salt. However, the addition of water into the reaction directs the cis and trans addition of the hydroxyl groups. The Prévost reaction typically uses silver benzoate to produce trans diols; the Woodward modification of the Prévost reaction uses silver acetate to produce cis diols. In both the Prévost and Woodward reactions, iodine is first added to the alkene producing a cyclic iodinium ion. The anion from the corresponding silver salt is then added by nucleophilic substitution to the iodinium ion. In the Prévost reaction, the iodinium ion undergoes nucleophilic attack by benzoate anion. The benzoate anion acts as a nucleophile again to displace iodide through a neighboring group participation mechanism. A second benzoate anion reacts with the intermediate to produce the anti substituted dibenzoate product, which can then undergo hydrolysis to yield trans diols. To eliminate the need for silver salts, Sudalai and coworkers modified the Prévost Woodward reaction; the reaction is catalyzed with LiBr, and uses NaIO4 and PhI(OAc)2 as oxidants. LiBr reacts with NaIO4 and acetic acid to produce lithium acetate, which can then proceed through the reaction as previously mentioned. The protocol produced high dr for the corresponding diol, depending on the oxidant chosen.
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.
The synthesis of highly substituted and stereospecific sugars is important since polysaccharides make up a large class of compounds found in nature. One specific example is in the biologically active molecule kakelokelose, which has been shown to have anti HIV activity. Research conducted by Harris et al. have worked on an enantiospecific synthesis of sugars pertaining to kakelokelose and other sugars, employing many different dihydroxylation reactions with osmium catalyst. Vinylfuran was reacted under Sharpless conditions with AD mix α to yield (R) diol. Later, a resulting dihydropyran was reacted under Upjohn conditions to yield the resulting sugar, mannose (where R represents either H or a protecting group). Brosa installed the hydroxyl groups in the steroid using both Woodward conditions to yield a cis diol to the A ring of the steroid. Then, the alkene chain on the D ring was dihydroxylated to yield the second cis diol using OsO4 and NMO as the stoichiometric oxidant.