拜耳-維利格氧化重排反應

拜耳-維利格氧化重排反應

拜耳-維利格氧化重排反應(Baeyer-Villiger oxidation rearrangement)是過氧酸將酮氧化成酯的氧化反應,反應中發生親核重排,反應中常用的過氧酸為過氧乙酸、過氧三氟乙酸、過氧化苯甲酸、3-氯代過氧化苯甲酸、過氧硫酸等。

定義

在過氧試劑的存在下,醛和酮被氧化生成酯或內酯的反應被稱為Baeyer-Villiger氧化反應。由於在反應過程中伴隨著一個基團從碳原子向氧原子的遷移,所以又被稱為Baeyer—Villiger重排反應,即拜耳-維利格氧化重排反應,簡稱B—V反應。

反應方程 反應方程

B—V反應自1899年被發現以來,已經成為有機合成中將醛和酮轉變成為酯或內酯化合物的經典方法。該反應具有以下特點:

(1)適用於多種羰基化合物;

(2)對多種官能團具有良好的兼容性;

(3)根據遷移基團的性質不同可預測反應的區域選擇性;

(4)具有高度的立體選擇性,遷移基團所連碳原子的絕對構型在反應前後保持不變。

反應機理

反應步驟

B—V反應的機理包括兩個步驟:首先是過氧酸對底物分子中羰基的親核進攻,形成四取代中間體間體。然後,Rm基團發生遷移,中間體重排生成相應的酯和酸。其中,後一步驟是整個反應的速率決定步驟。對於大多數底物而言,兩個步驟的活化能基本相同。因此,通常情況下,在反應中使用催化劑可以同時促進上述兩個步驟的進行。

反應機理 反應機理

基團遷移順序

如果沒有特殊的立體電子效應存在,與羰基相連基團的遷移順序主要由基團自身的遷移能力所決定。

根據B—V反應的機理可知,能夠穩定正電荷的基團優先發生遷移。因此,富電子基團以及大位阻基團優先遷移。通常情況下烴基的遷移順序為:叔烷基>環己基>仲烷基≈苄基>苯基>伯烷基>環戊基≈環丙基>甲基。對於α-位連有含氧基團的碳原子,其遷移順序為苄氧基>甲氧基>縮醛氧基>>醯氧基≈甲基。由於甲基是最難遷移的基團,幾乎所有甲基酮化合物的B—V反應都是生成乙酸酯產物。

反應條件綜述

1、常用的有機過氧酸

很多種類的有機過氧酸都可以用於B—V反應。對於一個具體的反應,可以根據底物的結構性質以及過氧酸的氧化能力進行選擇。

常見有機過氧酸的氧化能力順序為:三氟過氧乙酸(TFPAA)>單過氧馬來酸(PMA)>單過氧鄰苯二甲酸(MPAA)>3,5-二硝基過氧苯甲酸>對硝基過氧苯甲酸(p-MPBA)>間氯過氧苯甲酸(m-CPBA)≈過氧甲酸>過氧苯甲酸(PBA)>過氧乙酸(PAA)。其中最常用的是90%的TFPAA和85%的m-CPBA。使用弱過氧酸(例如:PAA)為氧化劑,通常可以使B—V反應具有更高的區域選擇性。

有機過氧酸的氧化性較強,以其為氧化劑的B—V反應大多不需要額外使用催化劑。為了減少產物發生酯交換或者水解等副反應,這類反應通常在CHCONa、NaHPO4或者NaCO等緩衝體系中進行。使用有機過氧酸進行的反應需要保證充分的攪拌,可以在惰性氣體保護下進行。如果反應的時間較長,應保持體系避光以避免有機過氧酸的分解。在反應結束後,必須首先分解體系中過量的過氧酸,然後再進行後處理操作。

2、B—V反應區域選擇性

以稠環酮為例:對於含環丁酮結構的稠環酮,在B—V反應中通常是橋頭碳原子優先遷移。

反應方程式 反應方程式

但是,如果在非橋頭α-碳原子上帶有鄰苯二甲醯亞胺基或甲氧基時,該碳原子將優先於橋頭碳遷移。如圖中3所示:在m-CPBA的存在下,化合物37被氧化主要生成產物38。特別是但R為NMETs時,38是B—V反應的唯一產物。

反應方程式 反應方程式

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