環氧化反應的新選擇:鐵紫質催化次氯酸鈉氧化法

環氧化合物,是有機合成中應用相當廣泛的中間體,從藥物分子到大宗化學品的製造都需要倚賴它。目前最常見的合成方法,是利用氧化劑對烯烴進行氧原子轉移反應,使烯烴雙鍵轉變為環氧基團,其中又以間-氯過氧苯甲酸(mCPBA)和二甲基二氧雜環丙烷(DMDO)這兩種過氧化試劑最為常用。這兩種試劑在實驗室的小量反應中表現優異,但mCPBA對含氮雜環等芳香雜環的相容性不佳,而且兩者放大到工業規模生產時都存在安全風險、反應後還會產生大量廢棄物,上述限制了它們在大規模合成上的應用。為了解決這些問題,科學家轉而開發以過氧化氫或次氯酸鈉作為氧化劑的催化反應,因為這兩種氧化劑成本低廉、活性氧含量高,且反應後只會生成水或氯化鈉等無害副產物。目前已知的代表性催化系統,包括以錳紫質、錳-Salen錯合物分別搭配次氯酸鈉,以及鎢酸鈉、錳-吡啶甲酸錯合物分別搭配過氧化氫的方法,雖然各有成效,卻都無法達到mCPBA那樣廣泛的起始物適用範圍。因此,開發一種兼具高效率、高相容性,又能安全放大到工業規模的環氧化催化方法,成為了化學界亟需突破的課題。

近日,美國威斯康辛大學麥迪遜分校的研究團隊,成功開發出一種以市售鐵紫質錯合物Fe(TPFPP)Cl(TPFPP為四(五氟苯基)紫質)為催化劑、搭配次氯酸鈉為氧化劑的環氧化方法,只需0.05 mol%的極低用量,就能在室溫的乙腈溶劑中快速完成反應,且無需額外配位基。研究團隊測試了12種結構各異的烯烴,皆得到良好的產率,甚至能轉化糖苷烯、含氮雜芳香烯等過去用mCPBA難以處理的起始物;在含有26種官能基添加物的測試中,仍有19種維持高產率,遠優於mCPBA的10種。研究人員進一步以該方法製備膽囊收縮素拮抗劑環氧化物中間體,產率達92%,遠高於mCPBA僅25%的產率;他們更進一步以100公克規模的糖苷烯為例進行驗證,於室溫下15分鐘內就完成反應,產率達87%,證實了該方法兼具實用性與可放大性。

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