Toepassing van DMSO als "oxidator" in de organische synthese!

Het oxidatieproces vanDimethylsulfoxide (DMSO) van reagentkwaliteitHet proces volgt het klassieke pad van elektrofiele activering – nucleofiele additie – eliminatie: Ten eerste binden elektrofiele reagentia (zoals oxalylchloride, DCC, zwaveltrioxide-pyridinecomplex) aan de zwavel-zuurstof dubbele binding van dimethylsulfoxide (DMSO), activeren het zuurstofatoom waardoor het gemakkelijker kan vertrekken en genereren het belangrijke intermediair, het sulfoniumkation. Vervolgens valt het substraat (zoals een hydroxylgroep van een alcohol of een gehalogeneerde koolwaterstof) het zwavelatoom aan om een ​​alkoxysulfoniumion te vormen. Ten slotte vindt deprotonering plaats onder invloed van de base, waardoor een zwavelylide-intermediair ontstaat, dat dimethylsulfide vrijgeeft via een vijfledige ringovergangstoestand, en wordt het substraat 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, halogeniden en zware bindingen, zoals de Swern-oxidatie, Kornblum-oxidatie, Parikh-Doering-oxidatie, Pfitzner-Moffatt-oxidatie, enz. Deze reacties profiteren enorm van het gebruik van dit proces.DMSOvoor organische oxidatiereacties, met een betere selectiviteit en compatibiliteit voor complexe organische substraten.

1. Swern-oxidatie

Het lagedemperatuuroxidatiesysteem (dimethylsulfoxide (DMSO) van reagentkwaliteit/oxalylchloride/triethylamine), ontwikkeld door Daniel Swern en zijn collega's in 1978, kan worden beschouwd als de beschermer van gevoelige substraten.

De reactie wordt gewoonlijk uitgevoerd bij -78 °C. Eerst reageert dimethylsulfoxide (DMSO) met oxalylchloride tot dimethylchloorsulfoniumchloride, dat vervolgens met alcohol reageert tot alkoxysulfoniumionen. Na alkalische behandeling ontleedt het sulfoniumylide tot aldehyden en ketonen. Het voordeel van deze reactie is dat de omstandigheden mild zijn en de vorming van peroxiden kan worden vermeden. De reactie is met name geschikt voor de oxidatie van alcoholen die zuurgevoelige of warmtegevoelige groepen bevatten, zoals de omzetting van complexe cyclische alcoholen in de synthese van natuurproducten.

2. Pfitzner-Moffatt-oxidatie

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

De reactieomstandigheden zijn mild en geschikt voor gevoelige alcoholsubstraten. De reactie kenmerkt zich door een hoge opbrengst, eenvoudige werking, lage kosten en compatibiliteit met de meeste functionele groepen. Onbeschermde tertiaire alcoholen zijn echter gevoelig voor eliminatie. Een ander nadeel is dat de bijproducten dialkylureum en overtollig DCC moeilijk volledig te verwijderen zijn.

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

3. Albright-Goldman-oxidatie

De reactie waarbij alcoholen worden geoxideerd tot aldehyden en ketonen met watervrij azijnzuur (azijnzuuranhydride) en dimethylsulfoxide (DMSO) van reagentkwaliteit als 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 gemakkelijk na te bewerken is, met name voor de oxidatie van alcoholen met een grote sterische hindering. Het nadeel is dat bij hydroxylgroepen met een geringe 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 de overeenkomstige aldehyden en ketonen met behulp vanDMSOVoor organische oxidatiereacties werd het vaste zwaveltrioxide-pyridinecomplex als activator en triethylamine als base voor het eerst beschreven door Parikh en Doering in 1967.

Reactiepad: Eerst worden dimethylsulfoxide (DMSO) en zwaveltrioxide toegevoegd bij 0 °C of kamertemperatuur; vervolgens wordt dit aangevallen door een alcohol, waardoor een belangrijk alkoxysulfoniumion-tussenproduct ontstaat. Dit tussenproduct wordt vervolgens gedeprotoneerd door de base, waardoor het overeenkomstige zwavelylide wordt verkregen. Dit ondergaat een overgangstoestand met een vijfledige ring, waarbij dimethylsulfide vrijkomt en aldehyden en ketonen ontstaan.