ثنائي الهيدروكسيل

📅 آخر تحديث: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 13 صور
الموسوعة الحرة

الهيدروكسيل الثنائي هو العملية التي يتم من خلالها تحويل الألكين إلى ثنائي هيدروكسيل متجاور . على الرغم من وجود العديد من الطرق لإتمام هذه الأكسدة ، فإن أكثر العمليات شيوعًا ومباشرةً تستخدم فلزًا انتقاليًا عالي الأكسدة (عادةً الأوزميوم أو المنغنيز). غالبًا ما يُستخدم الفلز كعامل حفاز ، مع وجود مؤكسد آخر بنسبة مكافئة . [ 1 ] بالإضافة إلى ذلك، تم تطوير واستخدام فلزات انتقالية أخرى وطرق أخرى غير فلزات انتقالية لتحفيز التفاعل.

التفاعلات المحفزة بالأوزميوم

يُعدّ رباعي أكسيد الأوزميوم (OsO₄ ) مؤكسدًا شائع الاستخدام في تفاعلات إضافة مجموعتي هيدروكسيل إلى الألكينات، نظرًا لموثوقيته وكفاءته في إنتاج ثنائيات الهيدروكسيل المتزامنة. ونظرًا لارتفاع تكلفته وسميته، تُستخدم كميات حفزية منه مع عامل مؤكسد مكافئ. [ 2 ] [ 3 ] وتستخدم تفاعلات إضافة مجموعتي هيدروكسيل ميلاس ، وإضافة مجموعتي هيدروكسيل أبجون ، وإضافة مجموعتي هيدروكسيل شاربلس غير المتماثلة، الأوزميوم كعامل حفز، بالإضافة إلى عوامل مؤكسدة ثانوية متنوعة.

طُورت طريقة ميلاس للهيدروكسيل الثنائي عام 1930، وتستخدم بيروكسيد الهيدروجين كعامل مؤكسد ستوكيومتري. [ 4 ] على الرغم من أن هذه الطريقة قادرة على إنتاج ثنائيولات، إلا أن الأكسدة المفرطة إلى مركب ثنائي الكربونيل أدت إلى صعوبات في عزل ثنائيول المتجاور. [ 4 ] لذلك، استُبدلت طريقة ميلاس بطريقة أبجون وشاربلس للهيدروكسيل الثنائي غير المتماثل.

تم الإبلاغ عن تفاعل أبجون للدي هيدروكسيل في عام 1973، ويستخدم أكسيد الأوزميوم (OsO₄ ) كعامل حفاز نشط في عملية الدي هيدروكسيل. كما يستخدم أكسيد N-ميثيل مورفولين (NMO) كعامل مؤكسد ستوكيومتري لتجديد عامل حفاز الأوزميوم، مما يسمح باستخدام كميات حفزية من الأوزميوم. [ 2 ] [ 5 ] يُحقق بروتوكول أبجون تحويلات عالية إلى ثنائي الهيدروكسيل المتجاور ويتحمل العديد من الركائز. ومع ذلك، لا يمكن لهذا البروتوكول إضافة مجموعتي هيدروكسيل إلى الألكينات رباعية الاستبدال. [ 2 ] يمكن استخدام ظروف أبجون لتخليق مضادات الديول من الكحولات الأليلية، كما أوضح كيشي وزملاؤه. [ 6 ]

شاربلس غير متماثل

طُوِّر تفاعل شاربلس غير المتماثل للهدرجة الثنائية [ 7 ] بواسطة ك. باري شاربلس باستخدام كميات حفزية من OsO4 مع المؤكسد المتكافئ K3 [ Fe(CN) 6 ]. [ 1 ] [ 2 ] [ 8 ] يُجرى التفاعل بوجود مساعد كيرالي. ويحدد اختيار ثنائي هيدروكينيدين (DHQD) أو ثنائي هيدروكينين (DHQ) كمساعد كيرالي الانتقائية الوجهية للأوليفين، نظرًا لاختلاف التكوين المطلق للروابط. [ 2 ] [ 8 ] [ 9 ] يمكن شراء المحفز والمؤكسد والمساعد الكيرالي مُسبقًا في مزيج للهدرجة الثنائية الانتقائية. يحتوي AD-mix-α على المساعد الكيرالي (DHQ) 2PHAL ، الذي يضع OsO4 على الوجه ألفا للأوليفين. يحتوي AD-mix-β على (DHQD) 2 PHAL ويُوصل مجموعات الهيدروكسيل إلى الوجه بيتا. [ 1 ] [ 10 ] يتميز تفاعل شاربلس غير المتماثل للدي هيدروكسيل بنطاق واسع لانتقائية الركيزة عن طريق تغيير فئة المساعد الكيرالي. [ 8 ]

طريقة تذكيرية لعملية شاربلس غير المتماثلة لثنائي الهيدروكسيل.

تطبيقات طرق شاربلس

تم تحقيق تخليق السكريات عالية الاستبدال والمتخصصة فراغياً باستخدام طرق تعتمد على تفاعل شاربلس. ويُعد الكاكيلوكيلوز مثالاً محدداً على ذلك. [ 11 ]

الآلية

آلية الهيدروكسيل الثنائي باستخدام رباعي أكسيد الأوزميوم.

في آلية الهيدروكسيل الثنائي، يرتبط الليجاند أولًا بالمحفز المعدني (المُمثل بالأوزميوم)، الذي يُحدد الانتقائية الكيرالية للأوليفين. ثم يرتبط الألكين بالمعدن عبر إضافة حلقية (3+2)، وينفصل الليجاند عن المحفز المعدني. بعد ذلك، ينتج عن تحلل الأوليفين ثنائي الهيدروكسيل المتجاور، وتُعيد أكسدة المحفز بواسطة مؤكسد ستوكيومتري توليد المحفز المعدني لتكرار الدورة. [ 2 ] يُعد تركيز الأوليفين حاسمًا للفائض المتماثل ضوئيًا لثنائي الهيدروكسيل، حيث أن التركيزات العالية من الألكين يُمكن أن ترتبط بالموقع التحفيزي الآخر لإنتاج المتماثل الضوئي الآخر. [ 3 ]

المزيد من الخيارات

كما ذُكر سابقًا، يُمكن تحقيق القدرة على تصنيع ثنائيات الهيدروكسيل المضادة من كحولات الأليل باستخدام NMO كمؤكسد ستويكيومتري. [ 6 ] وقد أدى استخدام رباعي ميثيلين ديامين (TMEDA) كربيطة إلى إنتاج ثنائيات الهيدروكسيل المتجانسة بنسبة فراغية مُلائمة مقارنةً ببروتوكول كيشي؛ ومع ذلك، تم استخدام الأوزميوم الستويكيومتري. وتُعزى الانتقائية المتجانسة إلى قدرة كحول الأليل على منح الرابطة الهيدروجينية وقدرة ثنائي الأمين على استقبالها. [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] وقد طُبّق هذا لاحقًا على الأنظمة الهوموألية. [ 15 ] [ 16 ]

بديل للكواشف القائمة على الأوزميوم

تتميز الكواشف القائمة على الروثينيوم بسرعة تفاعلها. [ 17 ] عادةً، يُحضّر رباعي أكسيد الروثينيوم في الموقع من ثلاثي كلوريد الروثينيوم والمؤكسد NaIO4 . تُعدّ خطوة التحلل المائي الخطوة المحددة لمعدل التفاعل؛ لذا، يُضاف حمض الكبريتيك لزيادة سرعة هذه الخطوة. [ 17 ] [ 18 ]

يُستخدم المنغنيز أيضًا في عملية إضافة مجموعتي هيدروكسيل، وغالبًا ما يُختار عندما تُعطي طرق استخدام رباعي أكسيد الأوزميوم نتائج ضعيفة. [ 18 ] ومثل الروثينيوم، يتميز المنغنيز بقدرة أكسدة عالية، مما يؤدي إلى أكسدة مفرطة للمواد المتفاعلة. يُستخدم برمنجنات البوتاسيوم عادةً كمؤكسد في عملية إضافة مجموعتي هيدروكسيل؛ ومع ذلك، نظرًا لضعف ذوبانه في المذيبات العضوية، يُضاف أيضًا عامل حفاز لنقل الطور (مثل كلوريد بنزيل ثلاثي إيثيل الأمونيوم، TEBACl) لزيادة عدد المواد المتفاعلة في عملية إضافة مجموعتي هيدروكسيل. [ 18 ] تتطلب هذه العملية ظروفًا معتدلة لتجنب الأكسدة المفرطة. على وجه الخصوص، سيؤدي المحلول شديد الحرارة أو الحمضية أو التركيز إلى انشطار الجليكول. [ 19 ]

تفاعلات ثنائي الهيدروكسيل للأرينات

يؤدي تفاعل ثنائي الهيدروكسيل مع المركبات العطرية إلى إنتاج ثنائي هيدروكاتيكولات ومشتقاتها. ويتم تحفيز هذه التحولات بواسطة العديد من الإنزيمات، ولا سيما ثنائي أوكسيجيناز التولوين (TDs) وثنائي أوكسيجيناز البنزين 1،2 .

(1)

يُعدّ cis -1,2-Dihydrocatechol وسيطًا اصطناعيًا متعدد الاستخدامات. [ 20 ]

عملية إضافة مجموعتي الهيدروكسيل لبريفوست وودوارد

مخطط ردود فعل بريفوست وودوارد.
مخطط ردود فعل بريفوست وودوارد.

بخلاف الطرق الأخرى الموصوفة التي تستخدم المعادن الانتقالية كعامل مساعد، تستخدم طريقتي بريفوست وودوارد اليود وملح الفضة. مع ذلك، فإن إضافة الماء إلى التفاعل توجه إضافة مجموعات الهيدروكسيل إلى الوضعين cis وtrans. يستخدم تفاعل بريفوست عادةً بنزوات الفضة لإنتاج ثنائيولات trans، بينما يستخدم تعديل وودوارد لتفاعل بريفوست أسيتات الفضة لإنتاج ثنائيولات cis. في كلتا الطريقتين، يُضاف اليود أولًا إلى الألكين مُنتجًا أيون اليودينيوم الحلقي. ثم يُضاف الأنيون من ملح الفضة المقابل عن طريق الاستبدال النيوكليوفيلي إلى أيون اليودينيوم. [ 21 ]

الخطوة الأولى من طرق الهيدروكسيل لبريفوست وودوارد.
الخطوة الأولى من طرق الهيدروكسيل لبريفوست وودوارد.

في تفاعل بريفو، يتعرض أيون اليودينيوم لهجوم نيوكليوفيلي من قبل أنيون البنزوات. يعمل أنيون البنزوات كنيوكليوفيل مرة أخرى لإزاحة اليوديد عبر آلية مشاركة المجموعة المجاورة. يتفاعل أنيون بنزوات ثانٍ مع المركب الوسيط لإنتاج ثنائي بنزوات مضاد الاستبدال، والذي يمكن أن يخضع بعد ذلك للتحلل المائي لإنتاج ثنائيات الهيدروكسيل المتحولة. [ 21 ]

آلية تفاعل بريفوست.
آلية تفاعل بريفوست.

يؤدي تعديل وودوارد لتفاعل بريفوست إلى إنتاج ثنائيات سيس. يتفاعل أنيون الأسيتات مع أيون اليودينيوم الحلقي لإنتاج أيون أوكسونيوم وسيط. يمكن لهذا الأيون أن يتفاعل بسهولة مع الماء لإنتاج أحادي الأسيتات، والذي يمكن بعد ذلك تحلله مائيًا لإنتاج ثنائي سيس [ 22 ].

آلية تفاعل وودوارد.
آلية تفاعل وودوارد.

للاستغناء عن أملاح الفضة، عدّل سودالاي وزملاؤه تفاعل بريفوست-وودوارد؛ حيث يُحفّز التفاعل باستخدام بروميد الليثيوم، ويستخدم يودات الصوديوم وثنائي أسيتات فينيل اليود كعوامل مؤكسدة. [ 23 ] يتفاعل بروميد الليثيوم مع يودات الصوديوم وحمض الأسيتيك لإنتاج أسيتات الليثيوم، والتي يمكن أن تخضع بعد ذلك للتفاعل كما ذُكر سابقًا. وقد أنتجت هذه الطريقة نسبة عالية من الديول المقابل، اعتمادًا على العامل المؤكسد المُختار.

تعديل تفاعل بريفوست-وودوارد الذي اقترحه سودالاي.
تعديل تفاعل بريفوست-وودوارد الذي اقترحه سودالاي.

تطبيق كل من طريقتي وودوارد وشاربلس

دُرست طرق إضافة مجموعتي هيدروكسيل لتخليق الستيرويدات. يحتوي براسينوستيرويد، وهو مبيد حشري محتمل ، على مجموعة غنية من بدائل الهيدروكسيل ذات التكوين الفراغي المتنوع. [ 24 ] يمكن إضافة مجموعتي هيدروكسيل إلى مجموعات الهيدروكسيل في الستيرويد باستخدام ظروف وودوارد لإنتاج ثنائي هيدروكسيل من نوع سيس على الحلقة A من الستيرويد. بعد ذلك، تُضاف مجموعتا هيدروكسيل إلى سلسلة الألكين على الحلقة D لإنتاج ثنائي هيدروكسيل سيس ثانٍ باستخدام OsO4 و NMO كمؤكسد ستوكيومتري. [ 25 ]

تفاعلات توضح خطوات الهيدروكسيل الثنائي.
تفاعلات توضح خطوات الهيدروكسيل الثنائي.

مراجع

  1. 1 2 3 كاري، فرانسيس أ.؛ سوندبيرج، ريتشارد ج. الكيمياء العضوية المتقدمة الجزء ب: التفاعلات والتخليق (  الطبعة الخامسة). سبرينغر.
  2. 1 2 3 4 5 6 شرودر، م. (1980). "هيدروكسيل رباعي أكسيد الأوزميوم من نوع سيس للركائز غير المشبعة". مراجعة كيميائية 80 (2): 187-213 . doi : 10.1021/cr60324a003 .
  3. 1 2 كولبي، إتش سي؛ فان نيوفانز، إم إس؛ شاربلس، كيه بي (1994). "التحفيز غير المتماثل للدي هيدروكسيل". مراجعة كيميائية 94 (8): 2483-2547 . doi : 10.1021/cr00032a009 .
  4. 1 2 ميلاس، ن.أ.؛ سوسمان، س. (1936). "هيدروكسيل الرابطة المزدوجة 1". مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 58 (7): 1302-4 . Bibcode : 1936JAChS..58.1302M . doi : 10.1021/ja01298a065 .
  5. ↑ دوباو، ب.؛ إيبل، ر.؛ توماس، أ.أ.؛ فوكين، ف.ف.؛ شاربلس، ك.ب. (2002). "الهيدروكسيل الثنائي للأوليفينات المحفز بالأوزميوم في وسط حمضي: عملية قديمة، حيل جديدة". Adv. Synth. Catal . 344 ( 3–4 ): 421–33 . doi : 10.1002/1615-4169(200206)344:3/4 < 421::AID-ADSC421 > 3.0.CO ; 2-F .
  6. 1 2 تشا، جيه كيه؛ كريست، دبليو جيه؛ كيشي، واي. (1983). "1983". رسائل رباعي السطوح . 24 : 3943-6 . doi : 10.1016/s0040-4039(00)88231-3 .
  7. ^ مونييز، أد. (2018). الأكسدة الحفزية في التخليق العضوي . شتوتغارت: دار نشر جورج ثيم. دوى : 10.1055/sos-sd-225-00165 . رقم ISBN 978-3-13-201231-8.
  8. موريكاوا ، ك .؛ بارك، ج.؛ أندرسون، ب. ج.؛ هاشياما، ت.؛ شاربلس، ك. ب. (1993). "التحفيز غير المتماثل لثنائي هيدروكسيل الأوليفينات رباعية الاستبدال". مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 115 (18): 8463-4 . Bibcode : 1993JAChS.115.8463M . doi : 10.1021/ja00071a072 .
  9. ↑ كاري، إف إيه؛ سوندبيرغ، آر جيه (2007). الكيمياء العضوية المتقدمة الجزء أ: البنية والآليات . سبرينغر. ص 202. 
  10. ↑Xu, D.X.; Crispino, G.A.; Sharpless, K.B. (1992). "Selective asymmetric dihydroxylation (AD) of dienes". J. Am. Chem. Soc. 114 (19): 7570–1. Bibcode:1992JAChS.114.7570X. doi:10.1021/ja00045a043.
  11. ↑Harris, J.M.; Keranen, M.D.; O'Doherty, G.A. (1999). "Syntheses of D- and L-Mannose, Gulose, and Talose via Diastereoselective and Enantioselective Dihydroxylation Reactions". J. Org. Chem. 64 (9): 2982–3. doi:10.1021/jo990410. PMID 11674384.
  12. ↑Donohoe, T.J.; Blades, K.; Moore, P.R.; Waring, M.J.; Winter, J.J.G.; Helliwell, M.; Newcombe, N.J.; Stemp, G. (2002). "Directed dihydroxylation of cyclic allylic alcohols and trichloroacetamides using OsO4/TMEDA". J. Org. Chem. 67 (23): 7946–56. doi:10.1021/jo026161y. PMID 12423122.
  13. ↑Donohoe, T.J.; Moore, P.R.; Waring, M.J.; Newcombe, Nicholas J. (1997). "The directed dihydroxylation of allylic alcohols". Tetrahedron Lett. 38 (28): 5027–30. doi:10.1016/s0040-4039(97)01061-7.
  14. ↑Donohoe, T.J. (2002). "Development of the Directed Dihydroxylation Reaction". Synlett (8): 1223–32. doi:10.1055/s-2002-32947.
  15. ↑Donohoe, Timothy J.; Mitchell, Lee; Waring, Michael J.; Helliwell, Madeleine; Bell, Andrew; Newcombe, Nicholas J. (2003-06-10). "Scope of the directed dihydroxylation: application to cyclic homoallylic alcohols and trihaloacetamides". Organic & Biomolecular Chemistry. 1 (12): 2173–2186. doi:10.1039/B303081D. ISSN 1477-0539. PMID 12945911.
  16. ↑ دونوهو، تيموثي جيه؛ ميتشل، لي؛ وارينغ، مايكل جيه؛ هيليويل، مادلين؛ بيل، أندرو؛ نيوكومب، نيكولاس جيه (17 ديسمبر 2001). "كحولات الهوموأليليك وثلاثي كلورو أسيتاميدات كمتبرعات للروابط الهيدروجينية من أجل الهيدروكسيل الموجه" . رسائل رباعي السطوح . 42 (51): 8951-8954 . doi : 10.1016/S0040-4039(01)01999-2 . ISSN 0040-4039 . 
  17. 1 2 بليتكر، ب.؛ نيغيمان، م. (2003). "بروتوكول مُحسَّن لعملية إضافة مجموعتي هيدروكسيل إلى الأوليفينات باستخدام محفز RuO4". رسائل الكيمياء العضوية 5 ( 18): 3353-3356 . doi : 10.1021/ol035335a . PMID 12943425 . 
  18. 1 2 3 باتاي، سي جيه آر؛ دونوهو، تي جيه (2011). "الهيدروكسيل الثنائي المباشر المتزامن للألكينات بدون أوزميوم". مجلة الجمعية الكيميائية ، 40 (1): 114-128 . doi : 10.1039/b923880h . PMID 21049111 . 
  19. ↑ ويد، إل جي (2013). الكيمياء العضوية ( الطبعة الثامنة). بوسطن: بيرسون. ص 367. ISBN   978-0-321-76841-4. OCLC 752068109 . 
  20. ↑ هودليكي، توماس؛ ثورب، أندرو جيه. (1996). "الوضع الحالي والآفاق المستقبلية لمركبات سيكلوهكسادين-سيس-ديولز في التخليق العضوي: وسائط متعددة الاستخدامات في التصميم الموجز للمنتجات الطبيعية". مجلة الاتصالات الكيميائية (17): 1993. doi : 10.1039/cc9960001993 .
  21. 1 2 كورتي، ل.؛ تشاكو، ب. (2005). التطبيقات الاستراتيجية للتفاعلات المسماة في التخليق العضوي . إلسيفير. ص 360-1 . 
  22. ↑ وودوارد، آر بي؛ بروتشر الابن، إف في (1958). "هيدروكسيل سيس لوسيط ستيرويدي اصطناعي باستخدام اليود، وأسيتات الفضة، وحمض الأسيتيك الرطب". مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 80 (1): 209-211 . Bibcode : 1958JAChS..80..209W . doi : 10.1021/ja01534a053 .
  23. ↑ إيمانويل، ل.؛ شيخ، ت.م.أ.؛ سودالاي، أ. (2005). " الهيدروكسيل الثنائي الانتقائي للديستيريوم للأوليفينات بوساطة NaIO4/LiBr: نهج تحفيزي لتفاعل بريفوست-وودوارد". رسائل الكيمياء العضوية 7 ( 22): 5071-5074 . doi : 10.1021/ol052080n . PMID 16235960 . 
  24. ↑ بيشوب، ج.؛ كونكز، تشابا (2002). "البراسينوستيرويدات وإشارات هرمونات الستيرويد النباتية" . خلية النبات . 14 (ملحق): S97–110. Bibcode : 2002PlanC..14S..97B . doi : 10.1105/tpc.001461 . PMC 151250. PMID 12045272 .  
  25. ↑ بروسا، سي.؛ نوسيموفيتش، إس.؛ بيراكولا، آر. (1994). "تخليق براسينوستيرويدات جديدة ذات فعالية محتملة كمضادات للإكديستيرويدات". ستيرويدات . 59 ( 8): 463-467 . doi : 10.1016/0039-128x(94)90058-2 . PMID 7985206. S2CID 45409677 .