Toepassing van DMSO als "oxidant" in organische synthese!

Het oxidatieproces vanDimethylsulfoxide (DMSO) reagenskwaliteitVolgt het klassieke pad van "elektrofiele activering–nucleofiele additie–eliminatie": Eerst binden elektrofiele reagentia (zoals oxalylchloride, DCC, zwaveltrioxide-pyridinecomplex) zich aan de dubbele zwavel-zuurstofbinding van dimethylsulfoxide DMSO, activeren het zuurstofatoom zodat het gemakkelijker kan vertrekken en genereren het belangrijke intermediair sulfoniumkation. Vervolgens valt het substraat (zoals een alcoholhydroxylgroep of gehalogeneerde koolwaterstof) het zwavelatoom aan om een alkoxysulfoniumion te vormen. Ten slotte vindt deprotonering plaats onder invloed van de base om een zwavelylide-intermediair te genereren, dat dimethylsulfide vrijgeeft via een overgangstoestand met vijf ringen, waarna het substraat wordt geoxideerd tot carbonylverbindingen zoals aldehyden en ketonen.

Dit proces vermijdt de sterke corrosiviteit van traditionele oxidatiemiddelen (zoals Cr⁶+, MnO₂) en biedt een milde reactieomgeving voor gevoelige functionele groepen. Het maakt oxidatiereacties mogelijk van alcoholen, haliden en zware bindingen, zoals Swern-oxidatie, Kornblum-oxidatie, Parikh-Doering-oxidatie, Pfitzner-Moffatt-oxidatie, enz. Deze reacties profiteren sterk van het gebruik vanDMSO voor organische oxidatiereacties, wat een betere selectiviteit en compatibiliteit biedt voor complexe organische substraten.

1. Swern-oxidatie

Het lagetemperatuuroxidatiesysteem (Dimethylsulfoxide (DMSO) reagenskwaliteit/oxalylchloride/triethylamine) ontwikkeld door Daniel Swern en zijn collega's in 1978 kan de "bewaker van gevoelige substraten worden genoemd.

De reactie wordt meestal uitgevoerd bij -78 °C. Eerst reageert dimethylsulfoxide DMSO met oxalylchloride tot dimethylchloorsulfoniumchloride, dat vervolgens reageert met alcohol tot alkoxysulfoniumionen. Na alkalische behandeling ontleedt het sulfoniumylide tot aldehyden en ketonen. Het voordeel van deze reactie is dat de omstandigheden mild zijn en peroxidevorming kan worden vermeden. De reactie is met name geschikt voor de oxidatie van alcoholen met zuur- of hittegevoelige groepen, zoals de transformatie van complexe cyclische alcoholen bij de synthese van natuurlijke producten.

2. Pfitzner-Moffatt-oxidatie

In 1963 ontdekten Moffatt en zijn student Pfitzner dat deDMSO-oplosmiddel van farmaceutische kwaliteitDe combinatie van /DCC en methylparahydroxybenzoaat kan worden gebruikt voor de oxidatie van alcoholen onder zwak zure omstandigheden. Het reactiepad is als volgt: eerst activeert geprotoneerd DCC dimethylsulfoxide DMSO om een actief intermediair te genereren; ten tweede reageert het intermediair met alcohol om een alkoxysulfoniumylide te vormen en komt uiteindelijk N,N-dicyclohexylureum (DCU) vrij als bijproduct.

De reactieomstandigheden zijn mild en geschikt voor gevoelige alcoholsubstraten. Het heeft de kenmerken van een hoge opbrengst, eenvoudige bediening, lage kosten en compatibiliteit met de meeste functionele groepen. Onbeschermde tertiaire alcoholen zijn echter gevoelig voor eliminatie. Een ander nadeel is dat het bijproduct dialkylureum en overtollig DCC moeilijk volledig te verwijderen zijn.

Tips | Hoe verwijder je het bijproduct dicyclohexylureum (DCU) dat ontstaat bij de reactie van DCC?

3. Albright-Goldman-oxidatie

De reactie van het oxideren van alcoholen tot aldehyden en ketonen met watervrij azijnzuur (azijnzuuranhydride) enDimethylsulfoxide (DMSO) reagenskwaliteitals activatoren werd voor het eerst systematisch geïntroduceerd door Albright en Goldman in 1965. Vanwege het zwakke activerende vermogen van azijnzuuranhydride is de reactietijd over het algemeen lang.

Het voordeel van deze reactie is dat deze bij kamertemperatuur kan worden uitgevoerd en eenvoudig na te bewerken is, met name voor de oxidatie van alcoholen met een grote sterische hindering. Het nadeel is dat bij hydroxylgroepen met een kleine sterische hindering acetylering en de vorming van methylthiomethylether als nevenreacties kunnen optreden.

4. Parikh-Doering oxidatie

De reactie waarbij primaire en secundaire alcoholen worden omgezet in overeenkomstige aldehyden en ketonen met behulp vanDMSO voor organische oxidatiereacties, vast zwaveltrioxide-pyridinecomplex als activator, en triethylamine als base, werd voor het eerst gerapporteerd door Parikh en Doering in 1967.

Reactiepad: Eerst worden dimethylsulfoxide DMSO en zwaveltrioxide toegevoegd bij 0 °C of kamertemperatuur; vervolgens wordt het aangevallen door alcohol om een belangrijk alkoxysulfoniumion als intermediair te vormen. Dit intermediair wordt vervolgens gedeprotoneerd door de base om het corresponderende zwavelylide te verkrijgen, dat een overgangsfase met vijf ringen doorloopt en dimethylsulfide vrijmaakt, wat aldehyden en ketonen oplevert.