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DMSO作为“氧化剂”在有机合成中的应用!

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在有机合成中,溶剂从来都不只是反应的 “旁观者”。作为重要的极性非质子溶剂之一,二甲基亚砜(DMSO)凭借 “万能溶剂” 的美誉广为人知,但其隐藏的 “氧化高手” 身份,更在精细合成中展现出独特价值。

DMSO 分子中的硫氧双键(S=O)的极性特征,使得其作为氧化剂称为可能,作为氧化剂时,DMSO 的氧原子展现出亲核活性,在亲电试剂活化下,硫原子成为反应中心,通过形成硫鎓阳离子中间体,最终释放二甲硫醚((CH₃)₂S)并实现底物氧化;

图:DMSO氧化机制

DMSO 的氧化历程遵循 “亲电活化 - 亲核加成 - 消除” 的经典路径:首先,亲电试剂(如草酰氯、DCC、三氧化硫 - 吡啶络合物)与 DMSO 的硫氧双键结合,活化氧原子使其更易离去,生成关键中间体硫鎓阳离子。随后,底物(如醇羟基、卤代烃)进攻硫原子,形成烷氧基锍离子。最后,碱作用下发生去质子化,生成硫叶立德中间体,通过五元环过渡态释放二甲硫醚,底物则被氧化为醛酮等羰基化合物。

图、能够活化DMSO的亲电试剂

这一过程避免了传统氧化剂(如 、MnO₂)的强腐蚀性,为敏感官能团提供了温和的反应环境。可实现醇、卤代物、重键等的氧化反应,例如:Swern 氧化、Kornblum 氧化、Parikh-Doering 氧化、Pfitzner–Moffatt 氧化等。

1978 年 Daniel Swern 及同事开发的低温氧化体系(DMSO / 草酰氯 / 三乙胺),堪称敏感底物的 “保护神”。

反应通常在 - 78℃下进行,首先 DMSO 与草酰氯生成氯化二甲基氯代锍盐,随后与醇反应生成烷氧基锍离子,经碱处理后通过硫叶立德分解得到醛酮。该反应的优势在于条件温和,可避免过氧化物生成,尤其适合含有酸敏或热敏基团的醇类氧化,如天然产物合成中的复杂环醇转化。

2、Pfitzner-Moffatt 氧化

1963年 Moffatt 和他的学生 Pfitzner 发现 DMSO/DCC 组合在弱酸性条件下可用于醇的氧化。反应途径如下,首先质子化的DCC 活化 DMSO 生成活性中间体;其次该中间体与醇反应形成烷氧基硫叶立德,最终释放 N,N - 二环己基脲(DCU)副产物。

该反应条件温和,适用于敏感醇底物,具有高产率、操作简便、成本低的特点,并且大多数官能团可兼容,但不保护的叔醇易被消除。另外一个不好的点在于副产物二烷基脲和过量DCC难以完全去除;

3、Albright-Goldman 氧化

无水醋酸(乙酸酐)和DMSO作为活性化剂的将醇氧化为醛酮的反应,由Albright, J.D.和Goldman, L.在1965年首先系统的介绍了此反应。由于乙酸酐的活化能力偏弱,一般反应时间较长。

该反应优点是可在室温进行,后处理方便,特别对立体位阻较大的醇的氧化效果较好。缺点是对于位阻小的羟基,可发生乙酰化及生成甲硫甲醚的副反应;

4、Parikh-Doering 氧化

以二甲亚砜为氧化剂,固体三氧化硫-吡啶络合物为活化剂,三乙胺为碱而将伯醇和仲醇转化为相应的醛酮的反应,最早由Parikh和Doering在1967年报道。

反应途径:首先,二甲亚砜与三氧化硫在0°C或室温下发生加成;然后受到醇进攻,生成关键的烷氧基锍离子中间体;该中间体接下来被碱攫取质子得到相应的硫叶立德,然后硫叶立德经五元环过渡态、释放二甲硫醚,得到醛酮。相关内容:

5. Kornblum 氧化

在碱性加热条件下,通过DMSO将活性一级或二级烷基卤化物氧化为羰基化合物的反应,由N. Kornblum和其同事在1957年发现。

该种氧化模式,未活化的烷基卤化物需先转化为更活泼的对甲苯磺酸酯,再在热DMSO和碱的作用下完成氧化。反应中,一级卤化物通常高产率生成醛,但二级卤化物易发生消除副反应生成烯烃,三级卤化物不反应。

底物反应活性顺序为:对甲苯磺酸酯>碘化物>溴化物>氯化物,碱在反应中起到中和HX和促进中间体脱质子的双重作用。

对溶解性差的底物需加入共溶剂(如DME),并存在多种变体方法,如银辅助氧化、胺氧化物氧化等。

总结:

该种氧化模式最大的缺点大概就是副产物了,毕竟二甲硫醚的臭味确实让人窒息。

日拱一卒,功不唐捐

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