Ứng dụng DMSO như một chất "oxy hóa" trong tổng hợp hữu cơ!
Quá trình oxy hóa củaDimethyl sulfoxide (DMSO) loại tinh khiếtPhản ứng tuân theo con đường kinh điển của kích hoạt ái điện tử – cộng ái nhân – loại bỏ: Đầu tiên, các chất phản ứng ái điện tử (như oxalyl clorua, DCC, phức hợp lưu huỳnh trioxit-pyridin) liên kết với liên kết đôi lưu huỳnh-oxy của dimetyl sunfua (DMSO), kích hoạt nguyên tử oxy để dễ dàng tách ra, và tạo ra cation sunfua trung gian quan trọng. Tiếp theo, chất nền (như nhóm hydroxyl của rượu hoặc hiđrocacbon halogen hóa) tấn công nguyên tử lưu huỳnh để tạo thành ion alkoxysunfua. Cuối cùng, quá trình khử proton xảy ra dưới tác dụng của bazơ để tạo ra chất trung gian ylide lưu huỳnh, chất này giải phóng dimetyl sunfua thông qua trạng thái chuyển tiếp vòng năm cạnh, và chất nền bị oxy hóa thành các hợp chất cacbonyl như aldehyd và xeton.
Quá trình này tránh được tính ăn mòn mạnh của các chất oxy hóa truyền thống (như Cr⁶+, MnO₂) và cung cấp môi trường phản ứng nhẹ nhàng cho các nhóm chức nhạy cảm. Nó cho phép thực hiện các phản ứng oxy hóa rượu, halogenua và các liên kết nặng, chẳng hạn như phản ứng oxy hóa Swern, phản ứng oxy hóa Kornblum, phản ứng oxy hóa Parikh-Doering, phản ứng oxy hóa Pfitzner–Moffatt, v.v. Những phản ứng này được hưởng lợi rất nhiều từ việc sử dụng...DMSODùng cho các phản ứng oxy hóa hữu cơ, mang lại tính chọn lọc và khả năng tương thích tốt hơn với các chất nền hữu cơ phức tạp.
1. Quá trình oxy hóa Swern
Hệ thống oxy hóa ở nhiệt độ thấp (Dimethyl Sulfoxide (DMSO) loại tinh khiết/oxalyl chloride/triethylamine) được Daniel Swern và các đồng nghiệp phát triển vào năm 1978 có thể được gọi là "người bảo vệ" của các chất nền nhạy cảm.
Phản ứng thường được thực hiện ở -78°C. Đầu tiên, dimetyl sunfua (DMSO) phản ứng với oxalyl clorua tạo thành dimetyl clorosunfua clorua, sau đó chất này phản ứng với rượu để tạo thành các ion alkoxysunfua. Sau khi xử lý bằng kiềm, ylide sunfua phân hủy tạo ra aldehyd và xeton. Ưu điểm của phản ứng này là điều kiện phản ứng nhẹ nhàng và tránh được sự hình thành peroxit. Nó đặc biệt thích hợp cho quá trình oxy hóa các rượu chứa nhóm nhạy cảm với axit hoặc nhạy cảm với nhiệt, chẳng hạn như chuyển hóa các rượu vòng phức tạp trong tổng hợp các sản phẩm tự nhiên.
2. Quá trình oxy hóa Pfitzner–Moffatt
Năm 1963, Moffatt và học trò của ông, Pfitzner, đã phát hiện ra rằng hỗn hợp dung môi DMSO loại dược phẩm/DCC có thể được sử dụng để oxy hóa rượu trong điều kiện axit yếu. Cơ chế phản ứng như sau: Đầu tiên, DCC được proton hóa sẽ hoạt hóa dimethyl sulfoxide DMSO để tạo ra một chất trung gian hoạt động; thứ hai, chất trung gian phản ứng với rượu để tạo thành alkoxysulfonium ylide, và cuối cùng giải phóng N,N-dicyclohexylurea (DCU) như một sản phẩm phụ.
Điều kiện phản ứng nhẹ nhàng và phù hợp với các chất nền rượu nhạy cảm. Phương pháp này có đặc điểm là hiệu suất cao, thao tác đơn giản, chi phí thấp và tương thích với hầu hết các nhóm chức. Tuy nhiên, các rượu bậc ba không được bảo vệ dễ bị loại bỏ. Một nhược điểm khác là sản phẩm phụ dialkyl urê và DCC dư thừa rất khó loại bỏ hoàn toàn.
Mẹo | Làm thế nào để loại bỏ sản phẩm phụ dicyclohexyl urea (DCU) được tạo ra từ phản ứng của DCC?
3. Quá trình oxy hóa Albright–Goldman
Phản ứng oxy hóa rượu thành aldehyd và keton với axit axetic khan (anhydrit axetic) và dimetyl sunfua (DMSO) loại tinh khiết làm chất xúc tác lần đầu tiên được Albright và Goldman giới thiệu một cách có hệ thống vào năm 1965. Do khả năng xúc tác yếu của anhydrit axetic, thời gian phản ứng thường khá dài.
Ưu điểm của phản ứng này là có thể thực hiện ở nhiệt độ phòng và dễ xử lý sau phản ứng, đặc biệt là đối với quá trình oxy hóa các rượu có cản trở không gian lớn. Nhược điểm là đối với các nhóm hydroxyl có cản trở không gian nhỏ, phản ứng phụ có thể xảy ra là phản ứng axetyl hóa và tạo thành metylthiometyl ete.
4. Quá trình oxy hóa Parikh–Doering
Phản ứng chuyển hóa rượu bậc nhất và bậc hai thành anđehit và xeton tương ứng bằng cách sử dụngDMSOĐối với các phản ứng oxy hóa hữu cơ, phức hợp sulfur trioxide-pyridine rắn được sử dụng làm chất hoạt hóa và triethylamine làm chất kiềm lần đầu tiên được Parikh và Doering báo cáo vào năm 1967.
Sơ đồ phản ứng: Đầu tiên, dimetyl sulfoxit (DMSO) và lưu huỳnh trioxit được thêm vào ở 0°C hoặc nhiệt độ phòng; sau đó, hỗn hợp này bị tấn công bởi rượu để tạo thành chất trung gian ion alkoxysulfonium quan trọng. Chất trung gian này sau đó được khử proton bởi bazơ để thu được ylide lưu huỳnh tương ứng, chất này đi qua trạng thái chuyển tiếp vòng năm cạnh và giải phóng dimetyl sulfua, tạo ra aldehyd và xeton.