Dihydroxylace je chemická reakce, při které se přeměňuje alken na vicinální diol. Lze ji provést více způsoby, nejčastěji se používají sloučeniny přechodných kovů ve vysokých oxidačních číslech (například osmia či manganu). Často se ke stechiometrickému oxidačnímu činidlu přidává kov jako katalyzátor.
350px|střed
Reakce katalyzované osmiem Oxid osmičelý (OsO4) je častým oxidačním činidlem pro dihydroxylace alkenů, protože je spolehlivý a snadno vytváří syn-dioly. Vzhledem k vysokým nákladům a toxicitě této látky se OsO4 používá jako katalyzátor ve spojení se stechiometrickými oxidačními činidly. Spojení OsO4 s dalšími oxidačními činidly využívají Milasova hydroxylace, Upjohnova dihydroxylace, a Sharplessova asymetrická dihydroxylace.
Milasova dihydroxylace, vyvinutá v roce 1930, používá jako stechiometrický oxidant peroxid vodíku. Tímto způsobem lze získat dioly, které jsou ale mnohdy přeoxidovány na dikarbonylové sloučeniny, a tak byl nahrazen Upjohnovou a Sharplessovou dihydroxylací.
Upjohnova dihydroxylace byla popsána roku 1973. Vedle OsO4 jako aktivního katalyzátoru využívá jako oxidační činidlo obnovující osmiový katalyzátor N-methylmorfolin-N-oxid.
Upjohnův postup mívá vysoké výtěžnosti a lze jej použít pro mnoho různých substrátů, nelze s ním ale dihydroxylovat tetrasubstituované alkeny. Za podmínek Upjohnovy reakce je možné přeměňovat allylalkoholy na anti-dioly.
Sharplessova asymetrická dihydroxylace
Sharplessova asymetrická dihydroxylace používá katalytická množství OsO4, jako stechiometrické oxidační činidlo přitom slouží K3[Fe(CN)6]. Do reakce se zapojuje chirální pomocník v podobě dihydrochinidinu nebo dihydrochininu, který určuje faciální selektivitu alkenu, kdy je absolutní konfigurace ligandů opačná.
Katalyzátor, oxidant, a chirální pomocník mohou být pořízeny jako předem připravená směs. V AD-mix-α je přítomen chirální pomocník (DHQ)2PHAL, který vynucuje navazování OsO4 na alfa stranu alkenu; AD-mix-β obsahuje (DHQD)2PHAL a vyvolává vytváření hydroxylových skupin na beta straně.
náhled|350px|střed
náhled|100px|vpravo
Mechanismus náhled|Mechanismus dihydroxylace pomocí oxidu osmičelého|vpravo
V prvním kroku reakce se ligand naváže na kovový katalyzátor, jenž určuje chiralitu produktu. Následně se na alken (3+2) cykloadicí napojí kov a ligand se oddělí od katalyzátoru. Nakonec vznikne hydrolýzou vicinální diol a katalyzátor reaguje se stechiometrickým oxidačním činidlem, čímž se obnovuje.
Na enantiomerní přebytek produktu má velký vliv koncentrace alkenu; je-li příliš vysoká, pak může alken reagovat s dalším katalytickým místem a vytvářet tak druhý enantiomer.
Použití Stereospecifické a vysoce substituované sacharidy lze připravit postupy založenými na Sharplessově dihydroxylaci.
bezrámu|750px|střed
bezrámu|600px|střed
Jiná než osmiová činidla Při dihydroxylacích lze použít oxidační činidla založená na rutheniu. Oxid rutheničelý se obvykle připravuje před použitím z chloridu ruthenitého a jodistanu sodného. Krokem určujícím rychlost reakce je hydrolýza, a tak se za účelem jeho urychlení přidává kyselina sírová.
Popsány jsou také dihydroxylace využívající mangan; ten se často používá v případech, kdy nemají reakce s oxidem osmičelým dobré výsledky. Podobně jako u ruthenia mangan často způsobuje přeoxidování substrátů. Nejběžnějším oxidačním činidlem založeným na manganu je manganistan draselný; vzhledem k jeho nerozpustnosti v organických rozpouštědlech se přidávají katalyzátory fázového přenosu, jako například chlorid benzyltriethylamonný. Přeoxidování se zabrání mírnými podmínkami reakce; příliš teplý nebo příliš koncentrovaný roztok reaktantů by vedl ke štěpení glykolu.
Dihydroxylace arenů Dihydroxylacemi aromatických sloučenin vznikají dihydrokatecholy a podobné produkty. Tyto přeměny mohou být katalyzovány enzymy, například toluendioxygenázami a benzen 1,2-dioxygenázami.
(1)
cis-1,2-Dihydrokatechol je užitečným meziproduktem pro další syntézy.
Prévostova a Woodwardova dihydroxylace bezrámu|Prévostova a Woodwardova dihydroxylační reakce|470px|střed
Na rozdíl od ostatních dihydroxylačních metod využívajících jako katalyzátory přechodné kovy k tomuto u Prévostových a Woodwardových variant slouží jod a stříbrná sůl. Cis-trans-selektivitu lze řídit přidáním vody do reakční směsi. V Prévostově reakci se vytvářejí trans-dioly, často pomocí benzoanu stříbrného; Woodwardova varianta používá octan stříbrný a vede na cis-dioly. U obou těchto reakcí se nejprve naváže jod na alken za tvorby cyklického jodiniového iontu, na nějž se poté napojí nukleofilní substitucí anion stříbrné soli.
bezrámu|První krok Prévostovy a Woodwardovy hydroxylace|500px|střed
V Prévostově reakci proběhne na jodiniovém iontu nukleofilní atak benzoanového aniontu, který odštěpí jodid. Následně druhý benzoanový anion reaguje s takto vzniklým meziproduktem za vzniku anti-substitovaného dibenzoátu, jenž může být hydrolyzován na trans-diol.
bezrámu|Mechanismus Prévostovy reakce|650px|střed
Woodwardova reakce vytváří cis-dioly. Octanový anion reaguje s cyklickým jodiniovým iontem a vytváří oxoniový meziprodukt, který rychle reaguje s vodou na monooctan, následně hydrolyzovaný na cis-diol.
bezrámu|Mechanismus Woodwardovy reakce|650px|střed
Místo stříbrných solí lze jako katalyzátor použít bromid lithný, oxidačním činidlem je přitom jodistan sodný nebo PhI(OAc)2. LiBr vytváří reakcí s NaIO4 a kyselinou octovou octan lithný, který poté reaguje podobně jako octan stříbrný.
bezrámu|600px|střed
Využití Woodwardova a Sharplessova postupu Dihydroxylace lze využít při syntéze steroidů. Brassinosteroidy, využitelné jako insekticidy, mají složité stereochemické uspořádání hydroxylových skupin.
Hydroxyly těchto steroidů se vytvářejí Woodwardovými reakcemi za vzniku cis-diolů na A kruhu steroidu a následnými dihydroxylacemi alkenových řetězců na kruhu D oxidem osmičelým s N-methylmorfolin-N-oxidem jako stechiometrickým oxidačním činidlem.
bezrámu|Woodwardova a Sharplessova dihydroxylace při přípravě brassinosteroidů|900px|střed
Reference
Kategorie:Organické redoxní reakce