在不同的条件下,烯烃双羟基化可以得到顺式和反式邻二羟基化合物。顺式双羟基化常用试剂为高锰酸钾,四氧化锇及碘-湿乙酸银。反式羟基化最常用的方法是过氧酸法,另外,Prévost反应也常用。
一、高锰酸钾法
在烯烃全羟基化中用高锰酸钾氧化烯烃是应用较广泛的方法。在此氧化反应中,仔细到控制反应条件是非常重要的,否则常发生进一步氧化反应。常规的反应条件是:用水或含水有机溶剂(丙酮、乙醇或叔丁醇)做溶剂,加计算量低浓度(1%~3%)的高锰酸钾,在碱性条件下(12以上),低温反应。在这样的条件下,常可以得到满意的结果。由于不饱和酸在碱性溶液中溶解,所以本法对不饱和酸的全羟基化最为合适,收率也高,如油酸的全羟基化的收率达80%。
其反应机理如下:
对于不溶于水的烯烃,用高锰酸钾做氧化剂时,加入相转移催化剂是有效的。如顺式环辛烯的全羟基化,在相转移催化剂的存在下,收率为50%,而没有相转移催化剂时,收率仅为7%。
二、四氧化锇或锇酸钾法
四氧化锇作氧化剂进行烯烃的全羟基化是一种较好的顺式羟基化的方法,收率高。反应历程与高锰酸钾类似,形成环状的锇酸酯。由于锇酸酯不稳定,常加入叔胺(如吡啶)组成配合物,以稳定锇酸酯,加速反应。由于四氧化锇价贵且有毒,实验中常用催化量的四氧化锇和其他的氧化剂,如与氯酸盐、碘酸盐、过氧化氢等共用,或者用挥发度较低的锇酸钾代替。
反应实例
2-〔4(苄氧羰基)哌嗪-1-基〕- 4〔反式(2-丁烯-1-基)氧基〕喹唑啉(1.30 g),四叔丁基四氧化锇溶液(四氧化锇106mg/t-丁醇8.36克)(312 mg)和4-甲基吗啉N-氧化物(382毫克)在水中(2毫升)的混合物-丙酮(15毫升)在室温下搅拌14小时。
从反应混合物中减压蒸馏丙酮,用乙酸乙酯稀释产物,用10%亚硫酸钠水溶液和水冲洗混合物。.乙酸乙酯溶液经无水硫酸镁干燥减压蒸干,残渣经中压液相色谱(洗脱液,氯仿:甲醇=100:1,v/v)纯化,得2-[4-(苄氧羰基)哌嗪-1-基]-4-[(2RS,3RS)-(2,3-二羟丁烷-1-基)氧基]喹唑啉(1.02g)泡沫。
三、Prévost反应和Woodward反应
碘与湿羧酸银为氧化剂,由碘与2 mol醋酸银或苯甲酸银所组成的试剂,称为Prevost’s试剂,该试剂可以氧化烯键成1,2-二醇,当有水存在时(Woodward Reaction)得到顺式1,2-二醇的单酯,进而得到顺式加成的1,2-二醇;在无水条件下(Prevost Reaction),则得到反式的1,2-二醇。
1933年,C. Prévost报道了利用苯甲酸银和碘氧化苯乙烯反应生成相应二醇的苯甲酸酯,水解从而得到1,2-二醇的反应。这种两步把烯烃转化为1,2-反式二醇的反应称为Prévost反应。此反应最重要的改进为Woodward and Brutcher改进法,他们利用乙酸和水作为溶剂得到了順式-1,2-二醇。这一改进是在Winstein等人报道了少量的水对Prévost反应的反式选择性有影响的基础上做出的。
此反应的机理为:首先烯烃与碘形成三元环的碘鎓离子,然后羧酸银盐立体选择性地进攻碘鎓离子生成相应的反式-1,2-碘羧酸酯。碘被分子内羧酸酯进攻所取代(邻助效应)形成一个环状正离子中间体。在无水环境中,此中间体被另一分子的羧酸银从反向进攻得到反式-1,2-二羧酸酯。然而在有水环境下的反应被称为Woodward-Brutcher改进法,中间体会转化为相应的順式原羧酸酯,进而水解得到相应的順式-1,2-二醇。
此反应有如下特点:1)非环状烯烃和环状烯烃都能很好的反应;2)第一阶段得到的是非对映的反式-1,2-二羧酸酯,在合适的条件先水解可以得到反式-1,2-二醇(和非对映异构体);3)在刚性的环状底物体系中反应具有很高的非对映选择性;4)最常用的的试剂是苯甲酸银,但也可以用其他羧酸银或乙酸铊;5)当共轭双键和单独双键同时存在于一个分子中时,此反应通常发生在孤立双键上。