Ứng dụng của DMSO như một chất "oxy hóa" trong tổng hợp hữu cơ!
Quá trình oxy hóa củaThuốc thử Dimethyl Sulfoxide (DMSO) cấp độtuân theo con đường cổ điển của phản ứng hoạt hóa ái điện tử–cộng ái nhân–loại bỏ: Đầu tiên, các tác nhân ái điện tử (như oxalyl clorua, DCC, phức hợp lưu huỳnh trioxide-pyridine) liên kết với liên kết đôi lưu huỳnh-oxy của dimethyl sulfoxide DMSO, hoạt hóa nguyên tử oxy để nó dễ tách ra hơn và tạo ra cation sulfonium trung gian quan trọng. Sau đó, chất nền (như nhóm hydroxyl ancol hoặc hydrocarbon halogen hóa) tấn công nguyên tử lưu huỳnh để tạo thành ion alkoxysulfonium. Cuối cùng, quá trình khử proton xảy ra dưới tác dụng của bazơ để tạo ra chất trung gian lưu huỳnh ylide, giải phóng dimethyl sulfide qua trạng thái chuyển tiếp vòng năm cạnh, và chất nền bị oxy hóa thành các hợp chất carbonyl như andehit và ketone.
Quá trình này tránh được tính ăn mòn mạnh của các chất oxy hóa truyền thống (như Cr⁶+, MnO₂) và tạo ra môi trường phản ứng nhẹ nhàng cho các nhóm chức nhạy cảm. Nó cho phép thực hiện các phản ứng oxy hóa ancol, halogenua và các liên kết nặng, chẳng hạn như oxy hóa Swern, oxy hóa Kornblum, oxy hóa Parikh-Doering, oxy hóa Pfitzner-Moffatt, v.v. Các phản ứng này được hưởng lợi rất nhiều từ việc sử dụngDMSO cho phản ứng oxy hóa hữu cơ, mang lại khả năng chọn lọc và tương thích tốt hơn cho các chất nền hữu cơ phức tạp.
1. Quá trình oxy hóa Swern
Hệ thống oxy hóa nhiệt độ thấp (Thuốc thử Dimethyl Sulfoxide (DMSO) cấp độ/oxalyl chloride/triethylamine) được Daniel Swern và các đồng nghiệp phát triển vào năm 1978 có thể được gọi là "guardian" của các chất nền nhạy cảm.
Phản ứng thường được thực hiện ở -78°C. Đầu tiên, dimethyl sulfoxide DMSO phản ứng với oxalyl clorua tạo thành dimethyl chlorosulfonium clorua, sau đó phản ứng với ancol tạo thành ion alkoxysulfonium. Sau khi xử lý kiềm, sulfonium ylide phân hủy tạo ra andehit và ketone. Ưu điểm của phản ứng này là điều kiện phản ứng nhẹ nhàng và có thể tránh được sự hình thành peroxide. Phản ứng này đặc biệt thích hợp cho quá trình oxy hóa các ancol có chứa nhóm nhạy axit hoặc nhạy nhiệt, chẳng hạn như quá trình chuyển hóa các ancol vòng phức tạp trong quá trình tổng hợp sản phẩm tự nhiên.
2. Quá trình oxy hóa Pfitzner–Moffatt
Năm 1963, Moffatt và học trò của ông là Pfitzner đã phát hiện ra rằngDung môi DMSO cấp dược phẩmSự kết hợp /DCC có thể được sử dụng để oxy hóa ancol trong điều kiện axit yếu. Con đường phản ứng như sau: Đầu tiên, DCC được proton hóa hoạt hóa dimethyl sulfoxide DMSO để tạo ra chất trung gian hoạt động; thứ hai, chất trung gian này phản ứng với ancol để tạo thành alkoxysulfonium ylide, và cuối cùng giải phóng N,N-dicyclohexylurea (DCU) dưới dạng sản phẩm phụ.
Điều kiện phản ứng nhẹ nhàng và phù hợp với các chất nền cồn nhạy cảm. Nó có đặc điểm là năng suất cao, vận hành đơn giản, chi phí thấp và tương thích với hầu hết các nhóm chức. Tuy nhiên, các ancol bậc ba không được bảo vệ dễ bị loại bỏ. Một nhược điểm khác là sản phẩm phụ dialkyl urê và DCC dư thừa khó loại bỏ hoàn toàn.
Mẹo | Làm thế nào để loại bỏ sản phẩm phụ dicyclohexyl urea (DCU) được tạo ra trong phản ứng của DCC?
3. Quá trình oxy hóa Albright-Goldman
Phản ứng của ancol oxy hóa thành anđehit và xeton với axit axetic khan (anhydrit axetic) vàThuốc thử Dimethyl Sulfoxide (DMSO) cấp độlà chất hoạt hóa lần đầu tiên được Albright và Goldman giới thiệu một cách có hệ thống vào năm 1965. Do khả năng hoạt hóa yếu của anhydride axetic nên thời gian phản ứng thường dài.
Ưu điểm của phản ứng này là có thể thực hiện ở nhiệt độ phòng và dễ xử lý hậu kỳ, đặc biệt là đối với phản ứng oxy hóa các ancol có lực cản không gian lớn. Nhược điểm là đối với các nhóm hydroxyl có lực cản không gian nhỏ, phản ứng phụ có thể xảy ra là acetyl hóa và tạo thành methylthiomethyl ether.
4. Quá trình oxy hóa Parikh-Doering
Phản ứng chuyển đổi ancol bậc một và bậc hai thành anđehit và xeton tương ứng bằng cách sử dụngDMSO cho phản ứng oxy hóa hữu cơ, phức hợp lưu huỳnh trioxide-pyridin rắn làm chất hoạt hóa và triethylamine làm bazơ lần đầu tiên được Parikh và Doering báo cáo vào năm 1967.
Đường phản ứng: Đầu tiên, dimethyl sulfoxide DMSO và lưu huỳnh trioxide được thêm vào ở 0°C hoặc nhiệt độ phòng; sau đó, nó được phản ứng với ancol để tạo thành ion trung gian alkoxysulfonium quan trọng. Chất trung gian này sau đó được bazơ khử proton để thu được lưu huỳnh ylide tương ứng, đi qua trạng thái chuyển tiếp vòng năm cạnh và giải phóng dimethyl sulfide, tạo ra andehit và ketone.