DMSO:n käyttö "hapettimena" orgaanisessa synteesissä!
HapettumisprosessiDimetyylisulfoksidi (DMSO) reagenssilaatuseuraa klassista polkua "elektrofiilinen aktivaatio–nukleofiilinen additio–eliminaatio": Ensin elektrofiiliset reagenssit (kuten oksalyylikloridi, DCC, rikkitrioksidi-pyridiinikompleksi) sitoutuvat dimetyylisulfoksidin (DMSO) rikki-happi-kaksoissidokseen, aktivoivat happiatomin helpottaen sen poistumista ja muodostavat tärkeän välituotteen, sulfoniumkationin. Seuraavaksi substraatti (kuten alkoholihydroksyyliryhmä tai halogenoitu hiilivety) hyökkää rikkiatomiin muodostaen alkoksisulfoniumionin. Lopuksi emäksen vaikutuksesta tapahtuu deprotonaatio, jolloin muodostuu rikkiylidivälituote, joka vapauttaa dimetyylisulfidia viisijäsenisen rengassiirtymätilan kautta, ja substraatti hapettuu karbonyyliyhdisteiksi, kuten aldehydeiksi ja ketoneiksi.
Tämä prosessi välttää perinteisten hapettimien (kuten Cr⁶+, MnO₂) voimakkaan syövyttävyyden ja tarjoaa miedon reaktioympäristön herkille funktionaalisille ryhmille. Se mahdollistaa alkoholien, halogenidien ja raskaiden sidosten hapetusreaktiot, kuten Swernin hapetuksen, Kornblumin hapetuksen, Parikh-Doeringin hapetuksen, Pfitzner-Moffattin hapetuksen jne. Näissä reaktioissa on suuri hyötyDMSO-arvoorgaanisiin hapetusreaktioihin, mikä tarjoaa paremman selektiivisyyden ja yhteensopivuuden monimutkaisten orgaanisten alustojen kanssa.
1. Swernin hapettuminen
Daniel Swernin ja hänen kollegoidensa vuonna 1978 kehittämää matalan lämpötilan hapetusjärjestelmää (dimetyylisulfoksidi (DMSO) reagenssilaatuinen/oksalyylikloridi/trietyyliamiini) voidaan kutsua herkkien substraattien "guardiand"ksi.
Reaktio suoritetaan yleensä -78 °C:ssa. Ensin dimetyylisulfoksidi DMSO reagoi oksalyylikloridin kanssa muodostaen dimetyylikloorisulfoniumkloridia, joka sitten reagoi alkoholin kanssa muodostaen alkoksisulfoniumioneja. Emäskäsittelyn jälkeen sulfoniumiylidi hajoaa tuottaen aldehydejä ja ketoneja. Tämän reaktion etuna on, että olosuhteet ovat leudot ja peroksidin muodostumista voidaan välttää. Se soveltuu erityisesti happoherkkiä tai lämpöherkkiä ryhmiä sisältävien alkoholien hapettamiseen, kuten monimutkaisten syklisten alkoholien muuntamiseen luonnontuotteiden synteesissä.
2. Pfitzner-Moffatt-hapetus
Vuonna 1963 Moffatt ja hänen oppilaansa Pfitzner havaitsivat, että farmaseuttista laatua olevaa DMSO-liuotin/DCC-yhdistelmää voidaan käyttää alkoholien hapettamiseen heikosti happamissa olosuhteissa. Reaktioreitti on seuraava: Ensin protonoitu DCC aktivoi dimetyylisulfoksidin (DMSO) muodostaen aktiivisen välituotteen; toiseksi välituote reagoi alkoholin kanssa muodostaen alkoksisulfoniumylidin ja lopuksi vapauttaa N,N-disykloheksyyliureaa (DCU) sivutuotteena.
Reaktio-olosuhteet ovat lievät ja sopivat herkille alkoholialustoille. Sille on ominaista korkea saanto, yksinkertainen käyttö, alhaiset kustannukset ja yhteensopiva useimpien funktionaalisten ryhmien kanssa. Suojaamattomat tertiääriset alkoholit ovat kuitenkin alttiita eliminoitumiselle. Toinen haittapuoli on, että sivutuotteena syntyvää dialkyyliureaa ja ylimääräistä DCC:tä on vaikea poistaa kokonaan.
Vinkkejä | Kuinka poistaa DCC:n reaktiossa syntyvä disykloheksyyliurea (DCU)?
3. Albright–Goldman-hapetus
Hapettavien alkoholien reaktio aldehydeiksi ja ketoneiksi vedettömän etikkahapon (etikkahappoanhydridin) ja dimetyylisulfoksidin (DMSO) avulla aktivaattoreina esittelivät ensimmäisen kerran systemaattisesti Albright ja Goldman vuonna 1965. Etikkahappoanhydridin heikon aktivointikyvyn vuoksi reaktioaika on yleensä pitkä.
Tämän reaktion etuna on, että se voidaan suorittaa huoneenlämmössä ja sitä on helppo jälkikäsitellä, erityisesti hapetettaessa alkoholia, jolla on suuri steerinen este. Haittapuolena on, että pienen steerisen esteen omaavien hydroksyyliryhmien kohdalla voi tapahtua asetylointi ja metyylitiometyylieetterin muodostuminen sivureaktioina.
4. Parikh–Doering-hapettuminen
Reaktio, jossa primaariset ja sekundaariset alkoholit muuttuvat vastaaviksi aldehydeiksi ja ketoneiksi käyttäenDMSO-arvoOrgaanisissa hapetusreaktioissa Parikh ja Doering raportoivat ensimmäisen kerran kiinteän rikkitrioksidi-pyridiinikompleksin aktivaattorina ja trietyyliamiinin emäksenä vuonna 1967.
Reaktioreitti: Ensin lisätään dimetyylisulfoksidia (DMSO) ja rikkitrioksidia 0 °C:ssa tai huoneenlämmössä; sitten alkoholi hyökkää sen kanssa muodostaen tärkeän alkoksisulfoniumionivälituotteen. Välituote deprotonoituu sitten emäksen vaikutuksesta, jolloin saadaan vastaava rikkiylidi, joka kulkee viisijäsenisen rengassiirtymätilan läpi ja vapauttaa dimetyylisulfidia, jolloin muodostuu aldehydejä ja ketoneja.