الأكسدة باستخدام الديوكسيران

📅 آخر تحديث: ٢٩ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٩ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 16 صور
الموسوعة الحرة

يشير الأكسدة باستخدام الديوكسيران إلى إدخال الأكسجين في الركائز العضوية باستخدام الديوكسيران . تشتهر الديوكسيران بقدرتها على تفاعلات الإيبوكسدة (تخليق الإيبوكسيدات من الألكينات ). [ 1 ] تؤكسد الديوكسيران المجموعات الوظيفية غير المشبعة الأخرى، والذرات غير المتجانسة، وروابط CH في الألكانات. [ 2 ] الديوكسيران عوامل مؤكسدة خالية من المعادن.

عمليات الإيبوكسدة

الديوكسيرانات هي مؤكسدات محبة للإلكترونات تتفاعل بسرعة أكبر مع الروابط المزدوجة الغنية بالإلكترونات مقارنةً بالروابط المزدوجة الفقيرة بالإلكترونات؛ ومع ذلك، يمكن أكسدة كلا النوعين من الركائز خلال فترة زمنية معقولة. من المرجح أن آلية الأكسدة باستخدام الديوكسيرانات تتضمن نقلًا متزامنًا للأكسجين عبر حالة انتقالية حلزونية . عند حدوث نقل الأكسجين، يكون مستوى الأوكسيران عموديًا على مستوى نظام باي للألكين وينصفه. يُحافظ على تكوين الألكين في الناتج، مما يستبعد وجود وسائط جذرية طويلة الأمد. بالإضافة إلى ذلك، استُخدمت الحالة الانتقالية الحلزونية لتفسير الانتقائية في عمليات الأكسدة الانتقائية للإنانتيومرات باستخدام الكيتونات الكيرالية. [ 1 ]

يمكن تحقيق الأكسدة الانتقائية للديستيريومرات باستخدام مواد أولية من الألكينات ذات أوجه ديستيريوميرية. عند تعريض 3-أيزوبروبيل سيكلوهكسين راسيمي للأكسدة باستخدام ثنائي ميثيل ديميثيل، كان الإيبوكسيد المتحول ، الناتج عن الهجوم على الوجه الأقل إعاقة للرابطة المزدوجة، هو الناتج الرئيسي. [ 1 ]

تؤدي تفاعلات الأكسدة للإيبوكسيدات للروابط المزدوجة الغنية بالإلكترونات إلى إنتاج وسائط أكسدة روبوتوم . وعند تحللها مائياً، تنتج هذه السيلوكسي إيبوكسيدات α-هيدروكسي كيتونات. [ 1 ]

تستغرق الروابط المزدوجة الفقيرة بالإلكترونات وقتًا أطول بكثير لتتأكسد. يمكن استخدام التسخين لتشجيع الأكسدة، على الرغم من أنه لا ينبغي أبدًا أن تتجاوز درجة حرارة التفاعل 50 درجة مئوية، لتجنب تحلل الديوكسيران [ 1 ].

تميل الألكينات المرتبطة بمجموعات ساحبة للإلكترونات ومانحة لها إلى التصرف كالأولى، مما يتطلب فترات أكسدة طويلة وأحيانًا تسخينًا. ومثل الإيبوكسيدات الفقيرة بالإلكترونات، غالبًا ما تكون منتجات الإيبوكسيد من هذه الفئة من الركائز مستقرة تجاه التحلل المائي. [ 3 ]

في الركائز التي تحتوي على روابط مزدوجة متعددة، تميل الرابطة المزدوجة الأكثر غنى بالإلكترونات إلى أن تتأكسد أولاً. [ 4 ]

تُعدّ تفاعلات الإيبوكسدة باستخدام الأوكسون المائي وكمية حفزية من الكيتون ملائمةً في حال استلزم الأمر استخدام ديوكسيران متخصص (كما في التطبيقات غير المتماثلة) أو في حال تعذّر عزل الديوكسيران. ويمكن الاستفادة من التحلل المائي لناتج الإيبوكسدة. [ 5 ]

تم تطبيق عملية الأكسدة الانتقائية للديستيريومر DMD للكيتون غير المشبع الكيرالي على تخليق فيروكوسان-2β-أول. [ 6 ]

يُعدّ تفاعل الأكسدة الانتقائية للإنانتيومرات باستخدام الديوكسيران أمرًا بالغ الأهمية في سلسلة تفاعلات تركيبية تؤدي إلى نظير لمركب غلابريسكول. وقد أنتجت هذه السلسلة نظير غلابريسكول بنسبة 31% من العائد الإجمالي في خطوتين فقط. [ 7 ]

مقارنة مع طرق أخرى

تُقارن عملية الأكسدة بالديوكسيران بشكل إيجابي مع عمليات الأكسدة بالأحماض فوق الحمضية ذات الصلة. تُنتج الأحماض فوق الحمضية نواتج ثانوية حمضية، مما يعني أنه يجب تجنب المواد المتفاعلة والمنتجات غير المستقرة في الوسط الحمضي. [ 8 ]

تُعدّ بعض الطرق مناسبة لأكسدة الروابط المزدوجة الغنية بالإلكترونات أو الفقيرة بها، لكن القليل منها فعّالٌ لكلا النوعين من الركائز مثل الديوكسيران. تُعدّ ظروف ويتز-شيفر (NaOCl، H₂O₂ / KOH ، tBuO₂H /KOH) فعّالة لأكسدة الروابط المزدوجة الفقيرة بالإلكترونات، [ 9 ] بينما تُعدّ الأوكسازيريدينات المُستبدلة بالسلفونيل فعّالة للروابط المزدوجة الغنية بالإلكترونات. [ 10 ]

غالبًا ما تكون المؤكسدات المعدنية أكثر كفاءة من أكسدة الديوكسيران في الوضع التحفيزي؛ إلا أنها تُنتج عادةً نواتج ثانوية ضارة بالبيئة. في مجال الطرق غير المتماثلة، تتفوق كل من أكسدة شاربلس [ 11 ] وأكسدة جاكوبسن [ 12 ] على أكسدة الديوكسيران غير المتماثلة من حيث الانتقائية الفراغية. بالإضافة إلى ذلك، تُعد أكسدة الإيبوكسيد الأنزيمية أكثر انتقائية فراغية من الطرق القائمة على الديوكسيران؛ إلا أن هذه الطرق غالبًا ما تعاني من صعوبات تشغيلية وانخفاض في المردود. [ 13 ]

تفاعلات الأكسدة غير المتماثلة باستخدام الديوكسيران

تتفاعل الكيتونات الكيرالية مع الأوكسون لإنتاج ديوكسيرانات كيرالية. هذه الحقيقة هي أساس تفاعلات الإيبوكسدة الانتقائية للإنانتوميرات. [ 14 ] ومن التطبيقات الشائعة تفاعل شي للإيبوكسدة ، الذي يستخدم كيتونًا كيراليًا مشتقًا من الفركتوز.

الاعتبارات العملية

يمكن تحضير الديوكسيران وعزله أو توليده في الموقع من الكيتونات وبيروكسي مونوسلفات البوتاسيوم ( أوكسون ). قد يكون التحضير في الموقع محفزًا في الكيتون. توافق المجموعات الوظيفية للديوكسيران محدود نوعًا ما، نظرًا لسرعة الأكسدة الجانبية للأمينات والكبريتيدات. قد تتنافس أكسدة باير-فيليجر مع تكوين الديوكسيران.

إن الديوكسيران نفسه (CH₂O₂ ) غير مفيد. وبدلاً من ذلك، يُستخدم الديوكسيران المستبدل ثنائي ميثيل ديوكسيران (DMD) وميثيل (ثلاثي فلورو ميثيل ) ديوكسيران (TFD) بشكل شائع في عملية التخليق.

يمكن توليد كل من DMD وTFD في الموقع باستخدام أدوات زجاجية تقليدية بنظام ثنائي الطور يتكون من محلول مائي منظم من الأوكسون ومحلول للمادة المتفاعلة في مذيب عضوي. يُعد هذا النظام ثنائي الطور ضروريًا لأن الأوكسون غير قابل للذوبان في المذيبات العضوية. ويُستخدم التحريك الميكانيكي و/أو المذيبات العضوية القطبية مثل الأسيتون بشكل متكرر. [ 15 ]

يُشار إلى ملح KHSO₅ غالبًا باسم أوكسون ، لكنهما ليسا متطابقين. يشير مصطلح أوكسون إلى الملح الثلاثي 2KHSO₅ · KHSO₄ · K₂SO₄ ، وهو أكثر استقرارًا على الرف من KHSO₅ . [ 16 ]

تُغني عمليات الأكسدة باستخدام الديوكسيران المعزول (مثل DMD أو TFD) عن الحاجة إلى استخدام محاليل منظمة مائية. ويمكن عزل الديوكسيران المتطاير DMD وTFD عن طريق التقطير. بعد عزله، يُحفظ الديوكسيران في محاليل الكيتونات المقابلة ويُجفف باستخدام المناخل الجزيئية . تُعد هذه المحاليل مناسبة عندما تكون المواد المتفاعلة أو النواتج حساسة للتحلل المائي. [ 17 ] مع ذلك، تتطلب عمليات الأكسدة التحفيزية باستخدام الديوكسيران وجود الماء.

عمليات أكسدة أخرى باستخدام الديوكسيران

تؤكسد الديوكسيرانات مجموعة واسعة من المجموعات الوظيفية، مُنتجةً الإيبوكسيدات أو غيرها من المنتجات المؤكسدة. [ 2 ] كما أن أكسدة الألينات تُنتج ثنائي أكسيد الألين أو نواتج المشاركة الجزيئية الداخلية. [ 2 ] (6)

تعتمد أكسدة المركبات العطرية غير المتجانسة على الظروف. ففي درجات الحرارة المنخفضة، تتأكسد الإندولات المؤستلة ببساطة بنسبة عالية (بينما تخضع الإندولات غير المحمية لأكسدة النيتروجين). ومع ذلك، عند رفع درجة الحرارة إلى 0  درجة مئوية، نحصل على نواتج معاد ترتيبها. [ 2 ]

(7)

قد يؤكسد ثنائي ميثيل ديميثيل (DMD) الذرات غير المتجانسة إلى الأكاسيد المقابلة (أو نواتج تحلل الأكاسيد). غالبًا ما تعتمد نتائج هذه الأكسدة على ظروف التفاعل. تعطي الأمينات الثالثية أكاسيد النيتروجين المقابلة لها بشكل نقي. [ 2 ] تعطي الأمينات الأولية نيتروألكانات عند معالجتها بأربعة مكافئات من ثنائي ميثيل ديميثيل، ولكنها تعطي مركبات أزوكسي عند معالجتها بمكافئين فقط. [ 2 ] تعطي الأمينات الثانوية إما هيدروكسيل أمينات أو نيترونات. [ 2 ]

(8)

يؤدي أكسدة الكبريتيد بوجود مكافئ واحد من ثنائي ميثيل ديميثيل (DMD) إلى تكوين السلفوكسيدات. [ 2 ] ويؤدي زيادة كمية ثنائي ميثيل ديميثيل المستخدمة (مكافئان أو أكثر) إلى تكوين السلفونات. ويُعدّ كل من النيتروجين والكبريت أكثر عرضةً للأكسدة من الروابط المتعددة بين ذرات الكربون.

(10)

على الرغم من صعوبة إضافة المجموعات الوظيفية إلى الألكانات بشكل مباشر، إلا أن إدخال مجموعة CH باستخدام TFD يُعد عملية فعالة في كثير من الحالات. ويكون ترتيب تفاعلية روابط CH كالتالي: أليلي > بنزيلي > ثالثي > ثانوي > أولي. غالبًا ما تتأكسد الكحولات الوسيطة الناتجة إلى مركبات كربونيل، ولكن يمكن منع ذلك عن طريق التثبيت الموضعي باستخدام أنهيدريد. تُضاف المجموعات الوظيفية إلى الألكانات الكيرالية مع الحفاظ على التكوين الفراغي. [ 2 ]

(11)

تؤكسد الديوكسيرانات الكحولات الأولية إلى الألدهيد أو الحمض الكربوكسيلي؛ ومع ذلك، يؤكسد ثنائي ميثيل ديوكسي الكحولات الثانوية بشكل انتقائي على حساب الكحولات الأولية. وبالتالي، يمكن تحويل ثنائيات الهيدروكسيل المتجاورة إلى كيتونات ألفا هيدروكسي بواسطة أكسدة الديوكسيران. [ 2 ]

(12)

عادةً ما تكون عملية الإيبوكسدة أسهل من أكسدة CH، على الرغم من أن مجموعات الأليل المعاقة فراغياً قد تخضع لأكسدة CH انتقائية بدلاً من إيبوكسدة الرابطة المزدوجة الأليلية. [ 2 ]

مقارنة مع كواشف أكسدة الذرات غير المتجانسة

تُعرف مجموعة متنوعة من كواشف الأكسدة البديلة للذرات غير المتجانسة، بما في ذلك البيروكسيدات (التي تُستخدم غالبًا مع محفزات المعادن الانتقالية) والأوكسازيريدينات . لا تعاني هذه الكواشف من مشاكل الأكسدة المفرطة ومشاكل التحلل المرتبطة بالديوكسيران. ومع ذلك، فإن نطاق ركائزها يميل إلى أن يكون محدودًا. من ناحية أخرى، يُعد التحلل النيوكليوفيلي للديوكسيران إلى أكسجين أحادي مشكلة فريدة مرتبطة بأكسدة الذرات غير المتجانسة للديوكسيران. على الرغم من أن الديوكسيران الكيرالي لا يوفر نفس مستويات الانتقائية الفراغية التي توفرها بروتوكولات أخرى، مثل نظام أكسدة الكبريت لكاجان، [ 18 ] فإن تكوين معقد مع معقد معدني انتقالي كيرالي متبوعًا بالأكسدة يُنتج سلفوكسيدات نشطة ضوئيًا ذات انتقائية فراغية جيدة.

يؤدي أكسدة الأرينات والكومولينات مبدئيًا إلى تكوين الإيبوكسيدات. وتُقاوم هذه المواد العديد من عوامل الأكسدة، بما في ذلك الأوكسازيريدينات وبيروكسيد الهيدروجين ومركبات أكسو المنغنيز. كما تتفاعل المؤكسدات العضوية المعدنية ببطء مع هذه المركبات، باستثناء ميثيل ترايوكسورينيوم . [ 19 ] تتفاعل الأحماض فوقية أيضًا مع الأرينات والكومولينات، ولكن لا يمكن استخدامها مع المواد التي تحتوي على مجموعات وظيفية حساسة للأحماض.

مراجع

  1. 1 2 3 4 5 آدم، و.؛ ساها-مولر، س.؛ تشاو، س.-ج. (2004). "أكسدة الألكينات بواسطة الديوكسيران". التفاعلات العضوية 61 : 219. doi : 10.1002/0471264180.or061.02 .
  2. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 آدم، و.؛ تشاو، سي.-جي.؛ جاكا، ك. (2007). "أكسدة الديوكسيران للمركبات غير الألكينية". التفاعلات العضوية . 69 : 1. doi : 10.1002/0471264180.or069.01 .
  3. ^ يانغ، د.؛ وونغ، M.-K. يب، Y.-C. J. أورغ. الكيمياء. 1995 , 60 , 3887.
  4. ^ ميسيغير، أ. فوسكو، C .؛ كورسي، ر. رباعي الاسطح 1993 ، 49 ، 6299.
  5. ↑ الدنمارك، SE؛ فوربس، DC؛ هايز، DS؛ ديبيو، JS؛ وايلد، RG J. Org. Chem. 1995 ، 60 ، 1391.
  6. ↑ بيرس، إي.؛ بوليه، إس إل تيتراهيدرون ليت. 1997 ، 38 ، 8815.
  7. ↑ Xiong, Z.; Corey, EJ J. Am. Chem. Soc. 2000 , 122 , 4831.
  8. ↑ دريوك، في جي روس. كيم. ريف. 1985 ، 54 ، 986.
  9. ↑ باتاي، س.؛ رابوبورت، ز. في كيمياء الألكينات ؛ باتاي، س.، محرر؛ وايلي: نيويورك، 1964، المجلد 1، الصفحات 512-517.
  10. ↑ ديفيس، إف إيه؛ شيبارد، إيه سي؛ تشين، بي سي؛ حق، إم إس جيه. أم. كيم. سوس. 1990 ، 112 ، 6679.
  11. ↑ كاتسوكي، تي.؛ مارتن، في إس . التفاعلات العضوية 1996 ، 48 ، 1.
  12. ↑ جاكوبسن، إي إن في الكيمياء العضوية الفلزية الشاملة II ؛ أبيل، إي دبليو؛ ستون، إف جي إيه؛ ويلكنسون، جي.؛ هيغيدوس، إل إس، المحررون؛ بيرغامون: نيويورك، 1995، المجلد 12، الفصل 11.1، الصفحات 1097-1135.
  13. ^ آدم ، دبليو. لازاروس، م. ساها مولر، سي آر؛ ويتشولد، O.؛ هوش، يو. هارينغ، D.؛ شراير ب. في التقدم في الهندسة البيوكيميائية/التكنولوجيا الحيوية ؛ فابر، K.، إد.؛ سبرينغر فيرلاغ: هايدلبرغ، 1999، المجلد. 63، ص 73-108.
  14. ↑ فروهن، مايكل؛ شي، يان (2000). "الأكسدة غير المتماثلة للأوليفينات المحفزة بالكيتون الكيرالي". التخليق . 2000 (14): 1979-2000 . doi : 10.1055/s-2000-8715 .
  15. ↑ موراي، روبرت و.؛ سينغ، ميغ (1997). "تخليق الإيبوكسيدات باستخدام ثنائي ميثيل ديوكسيران: أكسيد ترانس-ستيلبين". التخليق العضوي . 74 : 91. doi : 10.15227/orgsyn.074.0091 .
  16. ↑ كراندال، جاك ك.؛ شي، يان؛ بيرك، كريستوفر ب.؛ باكلي، بنجامين ر. (2001). موسوعة الكواشف للتخليق العضوي . جون وايلي وأولاده المحدودة. doi : 10.1002/047084289x.rp246.pub3 . ISBN 978-0-470-84289-8.
  17. ^ الدنمارك، SE؛ وو، Z. J. أورغ. الكيمياء. 1998 , 63 , 2810.
  18. ^ بيتشن، ص. دوناش، E.؛ ديشموخ، مينيسوتا؛ كاجان، هب J. صباحا. الكيمياء. شركة نفط الجنوب. 1984 , 106 , 8188.
  19. ↑ آدم، دبليو؛ ميتشل، سي إم؛ ساها-مولر، سي آر؛ فايشولد، أو. في التركيب والترابط، أنواع المعادن-أوكسو والمعادن-بيروكسو في الأكسدة التحفيزية ؛ مونييه، بي، محرر؛ سبرينغر فيرلاغ: برلين هايدلبرغ، 2000؛ المجلد 97، الصفحات 237-285.