sharpless不对称环氧化机理

有机催化的不对称氧化反应Sharpless不对称环氧化反应(Sharpless Epoxidation)
Sharpless不对称环氧化反应，是一种不对称选择的化学反应，可以用来从一级或者二级烯丙醇制备2,3-环氧醇。

该反应大约在1970年代开始得到系统研究，80年代后日臻成熟。

环氧化产物的立体化学是由反应中使用的手性酒石酸酯的非对映体（通常为酒石酸二乙酯或者酒石酸二异丙酯）决定的。

氧化试剂为过氧叔丁醇。

反应中使用一个催化剂可以形成产物的对映体选择性，该催化剂通过四异丙氧基钛和酒石酸二乙酯反应获得。

反应在存在3Å分子筛(3Å MS)的条件下只需5-10 mol%的催化剂量。

Sharpless不对称环氧化反应的成功取决于五大主要原因：
首先，环氧化合物能够简单的转化为二醇、氨基
醇或者醚，所以在天然产物的全合成当中形成手性的环氧化合物是非常重要的步骤。

第二，该反应能够和许多一级或者二级烯丙醇反应。

第三，夏普莱斯环氧化的产物通常具有超过90%的ee值（对映体过量）。

第四，通过夏普莱斯环氧化模型可以预测出产物的手性。

最后，夏普莱斯环氧化的反应试剂都是商业化的且非常廉价易得。

反应机理
用于环氧化的氧化剂是叔丁基氢过氧化物。

该反应由Ti(OiPr)4催化，Ti(OiPr)4通过氧原子结
合氢过氧化物，烯丙基醇基和不对称酒石酸酯配体（假设的过渡态如下所示）。

sharpless环氧化条件Sharpless环氧化反应是一种重要的有机合成方法，常用于合成具有生物活性的化合物。

该反应以不对称亲核加成的方式将不对称双烯与过氧化氢反应，生成高度立体选择性的环氧化产物。

本文将详细介绍Sharpless环氧化反应的条件和应用。

一、Sharpless环氧化反应的条件Sharpless环氧化反应的关键条件是使用手性的钒酸盐催化剂和过氧化氢。

钒酸盐催化剂常用的有钒酸三丁基酯（VO(OiPr)3）和钒酸四丁基酯（VO(OtBu)3），它们能够有效地催化双烯与过氧化氢的反应。

过氧化氢则作为氧源参与反应。

此外，反应还需要适当的溶剂和温度条件来促进反应的进行。

二、Sharpless环氧化反应的机理Sharpless环氧化反应的机理主要包括氧化、亲核加成和还原三个步骤。

首先，钒酸盐催化剂和过氧化氢在溶剂中发生氧化反应，生成活性的氧化剂。

然后，双烯与氧化剂发生亲核加成反应，生成环氧化产物。

最后，通过还原反应将钒酸盐催化剂还原为起始物，完成一个催化循环。

三、Sharpless环氧化反应的应用Sharpless环氧化反应广泛应用于有机合成领域，特别是在药物合成中发挥重要作用。

通过调整双烯的结构和反应条件，可以实现对产物立体选择性的控制，从而合成具有特定立体结构和生物活性的化合物。

1. 不对称合成Sharpless环氧化反应可以在不对称合成中起到关键作用。

通过选择合适的手性双烯和钒酸盐催化剂，可以实现对环氧化产物的立体选择性控制。

这对于合成手性药物分子非常重要。

2. 环氧化脱氢利用Sharpless环氧化反应的中间体环氧化产物的不稳定性，可以进一步将其脱氢，生成具有特定结构和活性的化合物。

这为合成复杂天然产物和药物提供了新的途径。

3. 其他反应的前驱体Sharpless环氧化反应产生的环氧化产物可以作为其他反应的前驱体，进一步发生环裂、开环等反应，从而合成具有不同官能团的化合物。

四、Sharpless环氧化反应的优势和局限性Sharpless环氧化反应具有以下优势：1. 高度立体选择性，能够合成具有特定立体结构的化合物。

烯烃的不对称环氧化反应***** ********摘要本文主要论述了传统的烯烃环氧化反应的不足之处，并简述了Sharpless以及Jacobsen 等人在不对称环氧化反应发面的研究成果及其贡献。

并简要讨论了未来的研究方向。

关键词烯烃环氧化手性合成催化剂前言手性化合物具有十分重要的应用价值，然而其合成具有很大的难度。

因此，目前有机合成化学家们在手性合成这一领域展开了大量的研究工作，新的不对称合成反应和合成路线不断涌现。

在不对称合成中最具有挑战性的是不对称催化反应，它是利用催化剂的不对称中心来诱导产生产物的手性。

研究类容及讨论通常在没有手性催化剂的条件下，实验室中常用有机过酸作环氧化试剂。

环氧化反应是顺势加成，所以环氧化合物的构型与原料烯烃的构型保持一致。

因为环氧化反应可以在双键平面的任一侧进行，所以当平面两侧空阻相同，而产物的环碳原子为手性碳原子时，产物是一对外消旋体。

当平面两侧的空阻不同时，位阻小的反应快，如此便能得到以某种构型为主的混合产物。

因该方法只能用于大量合成空间位阻较小的产物，并不能满足手性合成的需求，因此化学工作者们作出了进一步探究。

其中最著名的是20世纪80年代初Sharpless发展的不对称环氧化。

在该反应中D-酒石酸二乙酯作为手性源控制环氧化只从双键平面的一边进行。

如果在反应中用L-酒石酸二乙酯，那么环氧化将从双建平面的另一边进行。

只需要催化剂量的光学纯酒石酸二乙酯就可以实现高度对映选择性的环氧化。

【1】图2. Sharpless不对称环氧化反应Sharpless的不对称环氧化适用于双键α位上含羟基的底物——烯丙醇类化合物。

20世纪90年代初，Jacobsen开发了一类含C2对称轴的手性配体，这些配体与Mn(Ⅲ)形成的络合物可以高度对映选择性地催化非烯丙醇类烯烃双键的环氧化。

该反应迅速得到了广泛应用。

图4. Jacobsen不对称环氧化反应反应最常用的氧化剂为亚碘酰苯（用于有机溶剂）或次氯酸钠水溶液（用于水介质）。

Sharpless不对称双羟基化反应上世纪八十年代，K.B. Sharpless在Upjohn双羟化反应的基础上发现了金鸡纳碱衍生物和四氧化锇催化的烯烃不对称双羟基化反应。

由于四氧化锇毒性较强，通常会利用二水锇酸钾（K2OsO4(OH)4）代替，并加入化学当量的助氧化剂（如，NMO或铁氰酸钾）进行反应，锇催化剂和金鸡纳碱衍生物只需要加入催化量即可。

现在有商品化的AD-mix-α和AD-mix-β，可以直接用于反应。

锇催化剂和金鸡纳碱衍生物催化下烯烃对映选择性顺式双羟基化反应，被称为Sharpless不对称双羟基化反应。

K.B.Sharpless因为此反应以及Sharpless-香月不对称环氧化反应的创制，获得了2001年诺贝尔化学奖。

反应特点：一、大多数烯烃在此反应条件下，都能以高产率、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。

大多数官能团对于此反应都没有影响；二、富电子的烯烃反应更快，一般情况下，具有芳香环的化合物，反应性活性与选择性都比较好(可能是因为过渡态的π-π相互作用。

参照反应机理)；三、甲烷磺酰胺(MsNH2)可以提高产物的对映选择性；四、cis-二取代的烯烃由于两面的区别不大，因此对映选择性不高；五、利用不同配体的催化剂，可以预测产物的构型；RL：最大取代基，RM中等取代基，Rs：最小取代基。

六、反应通常在叔丁醇/水=1/1的溶液中室温下进行，每mmol 烯烃需要1.4g AD-mix。

根据Nicolaou的研究经验，随着配体的比率增加反应活性也随之提高的”Super-AD-mix”催化剂也经常在该反应中使用【Chem. Eur. J. 1995, 1, 467】。

反应机理Os上的二醇的解离速度(水解过程)慢的话反应就会按照second cycle进行、导致产物对映选择性低。

为了防止这个情况的发生，经常使用助氧化剂铁氰化钾并且在水中进行反应，保持较低浓度的烯烃也可以防止second cycle。

夏普莱斯不对称环氧化反应一、简介夏普莱斯不对称环氧化反应（Sharpless Asymmetric Epoxidation，SAE）是一种通过手性催化剂促进的不对称环氧化反应。

该反应由美国化学家K. Barry Sharpless于1980年代初发明，被认为是合成手性分子的重要方法之一。

该反应可以用于合成具有生物活性的天然产物和药物分子。

二、反应机理夏普莱斯不对称环氧化反应的催化剂通常是含有钼或钨等过渡金属离子的配合物。

以钼为例，其配合物通常是Mo（O2CCH3）4或Mo （O2CCH3）6等。

这些配合物可以与氢氧化钠和季铵盐（如TBHP）一起作为反应体系中的催化剂。

在反应中，烯丙醇首先被氧化成α-羟基醛，然后与季铵盐发生亲核加成生成间隔式亚胺中间体。

接着，在催化剂的作用下，亚胺中间体发生环氧化反应生成手性环氧体。

最后，通过水解得到手性1,2-二醇产物。

三、影响因素1. 催化剂的选择：不同的过渡金属催化剂对反应的效果有所不同，Mo （O2CCH3）4和Mo（O2CCH3）6等配合物通常具有较好的催化活性。

2. 反应溶剂：反应中需要使用极性溶剂，如乙醇、二甲基甲酰胺等。

3. 温度：反应通常在0℃至-78℃的低温下进行。

4. 季铵盐用量：过多的季铵盐可能会导致副反应，而过少则会降低反应速率和产率。

四、优点与局限夏普莱斯不对称环氧化反应具有以下优点：1. 可以合成手性环氧体，是制备手性分子的有效方法之一。

2. 该反应操作简单、产率高、对环境友好。

然而，该反应也存在一些局限：1. 该反应只适用于含有α,β-不饱和键的烯丙醇类化合物。

2. 反应体系中需要使用季铵盐等高价催化剂，成本较高。

五、总结夏普莱斯不对称环氧化反应是一种通过手性催化剂促进的不对称环氧化反应，可以用于合成具有生物活性的天然产物和药物分子。

该反应具有操作简单、产率高、对环境友好等优点，但也存在一些局限。

随着化学合成技术的不断发展，夏普莱斯不对称环氧化反应在有机合成领域中仍具有广泛的应用前景。

sharpless环氧化机理
Sharpless Oxidation是一种特定机制下碳氢杂原子（例如脂肪酸）受到环氧化反应的机理。

这种机理是由美国化学家Kurt E. Sharpless发现的，他发现当添加一种名为甲基氧杂芳烃（MTO）的有机化合物到羰基原子上时，它可以将碳氢原子转化成甲醛。

运用Sharpless环氧化机理，原料能够经过催化剂的作用，被转化成酮类或醛类物质，从而实现改性的目的。

一般来说，Sharpless环氧化机理首先需要一个催化剂，例如锡钛，那么催化剂与原料反应后可形成碳氢杂原子。

然后，将甲基氧杂芳烃（MTO）加入到反应罐中，经过高温、高压条件下引入氧气，被氧化量增加，最终将碳氢杂原子转化为甲醛。

该反应的主要问题在于甲基氧杂芳烃（MTO）的使用可能造成污染，它是一种挥发性有机物，且可能产生大量的有毒残留物，因此要更加小心操作。

从实验的角度来讲，Sharpless环氧化机理的最大优势在于它可以高效而可控的耦合原子。

它不仅能够节省成本，还具备绿色环保，可以实现水和无机催化剂的低毒、低廉、低耗作用，从而缩短复杂反应的时间。

我们可以看出，Sharpless环氧化机理是将碳氢杂原子迅速转化为甲醛的一种有效环保方法，并且具备快捷低耗、可控优势，因而被广泛应用于医药、农药、食品行业等中。

第五章不对称氧化反应氧原子直接与不对称碳原子相连的含氧取代基广泛存在于天然产物和药物中，同时也容易被其它基团如氨基，卤原子，硫原子甚至烷基等取代，成为所合成化合物重要的官能部分。

不对称氧化反应可以直接在反应物中引入含氧取代基，使所连接的碳原子具有手性，是极其重要的一类反应，对这类反应的研究，已经取得了引人瞩目的发展，但仍然是不对称合成研究的重点。

3.1 烯丙醇烯烃的不对称环氧化3.1.1 Sharpless反应及特点烯烃的环氧化最开始使用过酸作氧化剂来完成的，因此很早就有人使用手性的过酸来进行不对称环氧化，但e.e.值一般都低于20％，普遍认为这是由于手性中心离反应中心太远了。

后来发现了过渡金属催化的环氧化反应，因此很多手性配体的金属配合物用于不对称环氧化的研究，但结果都不是特别好。

Sharpless在经过10年多的潜心研究后，终于在1980年发展了高效的金属钛－酒石酸酯不对称环氧化催化剂，这种催化剂适用于非常广泛的烯丙醇类烯烃，具有能和生物酶比美的高的催化活性和对映体选择性，容易得到，价格便宜，自从发现以来广为人们用于合成手性的烯丙醇的环氧化物。

因此，Sharpless 获得了2001年的诺贝尔化学奖。

Sharpless不对称环氧化催化剂使用钛酸异丙酯中的钛作为催化中心，天然或者人工合成的作为手性配体，叔丁基过氧化氢（TBHB）为供氧剂，以无水的二氯甲烷为溶剂，在－20o C下对烯丙醇类烯烃进行环氧化，反应一般在24小时左右完成，产率70－90％，对映体选择性大于90％。

Me COOH, Ti(O-i-Pr)22o70 - 90%OR2R1R3OH >90% eeD-(-)-tartrateL-(+)-tartrate将等摩尔的钛酸异丙酯和酒石酸二异丙酯（DIPT）混合，即释放出2当量的异丙醇，同时生成Ti(O-i-Pr)2(DIPT)2配合物。

通过分子量测定，以及红外光谱和核磁共振谱分析，配合物Ti(O-i-Pr)2(DIPT)2是以二聚体的形式存在的。