Sharpless 不对称环氧化反应

简介

1980年，K.B. Sharpless和T. Katsuki报道了一种非常实用的环氧化方法，使用化学计量的Ti(OiPr)4作为Lewis酸，光学纯的酒石酸二乙酯（DET）作为手性配体，TBHP用作氧化剂，可以高效完成一系列非环状烯丙醇的不对称环氧化，立体选择性达到90%以上。

叔丁基过氧化氢，钛酸四异丙酯和单一构型的酒石酸二乙酯对烯丙醇进行对映选择性的环氧化的反应，被称为Sharpless不对称环氧化反应。

机理

这家伙在说什么呢？

根据已获取的光谱分析数据及类似结构[Ti2(dibenzyltartramide)2(OR)4]的X射线晶体衍射分析结果推断，Ti催化活性物种在体系中以C2对称的二聚体[Ti2(OiPr)4(DET)2]的形式存在，烯丙醇的氧、TBHP的两个氧原子分别占据一个Ti金属中心的两个轴向配位点与一个赤道面配位点，并通过以下过渡态结构发生对映选择性环氧化。

特点

1、只有烯丙醇才能顺利的进行此环氧化反应，因为底物中羟基是必不可少的基团；

2、烯丙醇的双键相对于其他的双键在此反应条件下有很高的化学选择性；

3、生成的环氧化物的绝对构型只由DET的绝对构型所决定。产物的构型是可预测的，使用前手性底物作为反应物，底物的官能团不影响最后的立体选择性，如果底物的手性基团有利于环氧化则会得到极高的立体选择性产物，如果不利于环氧化，则对最后产物的立体选择性影响也很低。所以此反应在全合成中也经常被使用，在放大生产上也是非常实用；

4、如果底物烯丙醇羟基相连的碳是手性中心，则两种对映异构体发生此反应的速率明显不同，可以利用此特点，利用此反应进行动力学拆分；

5、分子筛可以有效除去体系中水分，防止催化剂失活，保证反应顺利进行，分子筛必须预先活化（在200 °C下加热3小时）。在体系中加入适量的分子筛（3Å或4Å），便可将Ti(OiPr)4的用量降至5-10 mol%（DET的用量为6-13 mol%），由此实现催化模式的不对称环氧化。而无分子筛则需要化学当量的Ti-酒石酸络合物；

6、如果产物活性很高或者很难分离，则可以直接原位衍生化（转化为相应的酯）有利于完全环氧化，并且更易分离；

7、大多数基团在此反应条件下稳定，但以下基团才此反应条件下不兼容：游离胺，羧酸，硫醇，膦；

8、为了保证高产率和高对映选择性，催化剂必须是新制备的（将Ti(Oi-Pr)4溶液和DET溶液混合，在-20 °C 下，缓慢加入TBHP，并在此温度下保持20-30分钟后再加入底物）；

9、常用溶剂是二氯甲烷；

10、如果产物环氧化合物容易被烷氧基开环，可以利用Ti(Ot-Bu)4进行反应来避免此副反应；

11、Z构型的烯丙醇反应性比较低，往往不能得到满意的的不对称产物；

13、此反应试剂都是商业化的且非常廉价易得，由于TBHP存在潜在的爆炸性，所以大量使用的时候，请使用防爆挡板，带好护具在通风橱中进行，这点必须得注意。

注意事项

Scripps研究所的巴里·夏普莱斯(K. B. Sharpless) 因为此反应以及Sharpless 不对称双羟基化反应获得了2001年的诺贝尔化学奖。