有机合成百科

雅各布森动力学拆分水解(Jacobsen Hydrolytic Kinetic Reasolution (Jacobsen HKR))

  • 概要

通过使用萨伦 – 钴(Ⅲ)催化剂,对末端环氧基化合物进行水解动力学光学拆分的反应。其中水分子在反应中作为亲核试剂发挥作用。

该方法 的使用价值很高,利用该方法可以在温和条件下(弱酸性、冰浴 ~ 室温)十分方便的得到具有光学活性的末端环氧化物或1,2-二醇。在大量反应中也经常作为手性合成的一大重要环节。

催化剂廉价 ・无害 ・对空气/水稳定、催化用量 (0.5-5mol%程度) 并且也可以回收再利用,底物一般性较高,并且选择性很好、溶剂使用量很少、批量规模的生产也是可行的。该催化剂满足了几乎所有不对称催化剂所需的条件,是目前为止最接近理想的不对称催化反应。(实际上本反应已经被 Rhodia Chirex社(USA)和ダイソー株式会社(日本)两大公司工业化应用。 )

 

  • 基本文献

・Tokunaga, M.; Larrow, J. F.; Kakiuchi, F.; Jacobsen, E. N. Science 1997, 277, 36. doi:10.1126/science.277.5328.936
・Schaus, S. E.; Brandes, B. D.; Larrow, J. F.; Tokunaga, M.; Hansen, K. B.; Gould, A. E.; Furrow, M. E.; Jacobsen, E. N.. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 1307. DOI: 10.1021/ja016737l
・Nielsen, L. P. C.; Stevenson, C. P.; Blackmond, D. G.; Jacobsen, E. N. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 1360. DOI: 10.1021/ja038590z

 

  • 反应机理

以下所示二分子参与的催化机理被大家所认可。 钴(Ⅲ)作为路易斯酸在活化环氧基的同时,同时活化水使其作为亲核试剂进行下一步水解反应。

jacobsen_hkr_2

 

  • 反应实例

下图所示的反应由Rhodia Chirex公司实现了工业化生产。

jacobsen_hkr_3

动力学的光学拆分、虽说有一半的底物实际上被浪费掉了,这也是公认的一大缺点,但是下面举出的例子 [1] 中,利用分子内非对称反应使得所有底物被有效的得到了利用,并没有产生浪费。

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  • 实验步骤

缩水甘油酸酯的应用实例[2]

jacobsen_hkr_5

在装备搅拌子的圆底烧瓶中加入(R,R)-(-)-N,N’-bis(3,5-di-tertbutylsalicylidene)-1,2-cyclohexanediaminocobalt(II) (0.916 g, 1.52 mmol, 0.50 mol%)、对甲苯磺酸(0.304 g, 1.60 mmol, 0.53mol%)、二氯甲烷(20mL)。在空气中搅拌30分钟直到反应溶液从鲜红色变为暗绿色 ~ 茶色。旋转蒸发除去溶剂、继而用真空泵(<1 mmHg)抽30分钟抽干。加入消旋态的缩水甘油酸酯(31.0 g, 0.304 mol, 1 equiv),搅拌 1~2分钟。接着加入蒸馏水(3.85 mL, 0.214 mol, 0.70 eq),并在室温下搅拌24小时。装上冷凝管、在85~90℃的油浴中加热搅拌2小时。冷却到室温、滤去红色(salen)Co(II)催化剂、残渣用蒸馏水洗净。滤液用二氯甲烷 (3×60mL) 萃取,合并有机层并且用无水硫酸钠干燥。滤过后,浓缩到20mL左右,减压蒸馏得到具有光学活性的缩水甘油酸酯的无色液体(11.1-11.4 g, 收率36-37%, >99%ee)。

 

  • 实验技巧

 

  • 参考文献
[1] (a) Birman, V. B.; Danishefsky, S. J. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 2080.DOI: 10.1021/ja012495d (b) Meng, Z.; Danishefsky, S. J. Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 1511. doi:10.1002/anie.200462509
[2] Stevenson, P. C.; Nielsen, L. P. C. Jacobsen, E. N. Org. Synth. 2006, 83, 162, [PDF]

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