烯烃的反应
OsO4(四氧化锇)用于烯烃的二羟基化
最后更新:2023年2月22日
四氧化锇,OsO4
- 四氧化锇(OsO4)是一种有用的试剂dihydroxylation的烯烃
- 这些反应的产物是1,2-二元醇(“邻近”二元醇)，其中两个C-O键形成在碳的同一面烯烃通过协调一致的机制。
- Dihydroxylation的烯烃与OsO4功能上等同于冷的碱性KMnO的双羟基化作用4。
- OsO4不是双羟基化吗炔烃！
- 邻近的二醇可以随后被NaIO裂解4提供与通过臭氧分解获得的产品相同的产品。
目录
1.四氧化锇，OsO4和烯烃的二羟基化
四氧化锇(OsO4)是一种非常有用的双羟基化试剂烯烃［注1]。在这个反应中，
- 碳碳(π)键断裂
- 两个碳氧键在相邻的碳上形成
- 两个新的C-O键交付syn，也就是说，在相同的脸的烯烃。
例如，的反应环己烯与OsO4给了专门独联体-cyclohexan-1,可没有一个的反式二醇形成的。
因为我们破坏了一个C-C键，形成了两个C-O键，这是一个氧化反应的例子(见文章:有机化学中的氧化与还原“，）
两个烯烃只在构型上有所不同(例如立体异构体)独联体- - -反式-戊烯-2-烯)产生的产物本身就是立体异构体。
这符合a的定义立体定向反应，如IUPAC。
手性分子具有完全相反的(R,S)命名对映体。至少在一个手性中心具有相同构型而在另一个手性中心具有不同构型的手性分子称为非对映体。欲了解更多，请参阅文章:异构体的种类）
注意，在每种情况下，两个新的C-OH键形成在相同脸烯烃。
2.OsO催化烯烃二羟基化反应机理4
的机理烯烃二羟基化反应是协调一致的环加成反应，碳碳π键与两个Os=O键结合，形成五元环结构，称为锇酸盐酯。(注意在osmate中酯氧是+6氧化态而不是+8氧化态OsO4）
这种协调的机制很好地解释了独联体在二羟基化过程中观察到立体化学环己烯。
Osmate酯类是相当稳定的产物，可以被分离。［注2然而，由于我们通常更感兴趣的是二醇，一种试剂，如亚硫酸氢钾(KHSO3.)或亚硫酸氢钠(NaHSO3.)通常用于破坏Os-O键并释放二醇。
只是一个提示-在入门课程中，这第二种试剂可能包括，也可能不包括。它的目的只是为了去除锇。
（现在使用催化剂要普遍得多OsO4以及氧化剂的化学计量量，如n -甲基吗啡啉n -氧化物(NMO)或H2O2重新生成OsO4Os(VI)种。在这些情况下，KHSO3.不需要。参见下面的部分。）
作为一种相当缺乏电子的试剂，与OsO4随着利率的增加烯烃变得更富电子。
实际上，这意味着
有可能选择性地将富电子二羟基化烯烃在其他人面前烯烃。有关一些示例，请参见注3在下面。
3.二羟基化产物立体化学的预测
独联体- - -反式-烯烃可以各备从吗炔烃，取决于还原所用的试剂。
- 炔烃在氨(NH)中用钠(Na)处理3.)给反式-烯烃。（参见文章-Na/NH部分还原炔烃3.）
- 炔烃处理Lindlar的催化剂（钯的活性通过加入铅和喹啉而降低)在氢存在的情况下独联体-烯烃（参见文章-Lindlar的催化剂）
为什么现在这很重要?
嗯,因为独联体- - -反式- - - - - -烯烃双羟基化产物是彼此的立体异构体，双羟基化反应为考试题目提供了很好的素材，挑战了你对立体化学的理解。
看看你是否能回答这个经典的测试问题:
点击翻转
对于解决这类立体化学问题的复习，请参见article -对映异构体，非对映异构体或相同？
和确定产物的立体化学一样重要的是能够向后的工作从二羟基化产物开始烯烃。
对于线性产品(相对于循环产品)，这更具挑战性，因为它要求您成功地执行键旋转。
看看你能不能从这个二醇倒推到最开始烯烃：
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下面是一个类似的例子:
点击翻转
4.OsO4与KMnO4作为双羟基化试剂
类似于OsO4也能进行二羟基化的是高锰酸钾KMnO4。
治疗烯烃冷碱性KMnO4也会导致邻近的二元醇。
比如这个反应OsO4，这也通过一个循环的，协调的过渡状态，导致一个循环的金属物种(这一次称为“锰酯”)。
关键的区别在于，除非锰酯会不会进一步反应出产物的氧化乳沟除非氢氧根离子HO(-)存在水解Mn-O键并释放附近的二醇。这通常不是一个问题OsO4。
这也是KMnO保持低温的原因4氧化反应。
KMnO的产量4倾向于较低的KMnO4对醇类和醛类等敏感官能团的耐受性也较差。
与KMnO4的二羟基化常与相转移催化剂一起使用。
5.使用化学计量氧化剂催化OsO4
用化学计量量的四氧化锇在纸上写下反应是一回事。
在实验室里进行完全是另一回事。
一方面，OsO4是昂贵的- - - - - -332美元/克据我所知，如果你大量购买，会便宜一些。另一件事是，它是一种蒸汽压低的剧毒液体，应该非常小心地对待。
尤其值得注意的是它可能导致失明ll,视黄醇在你的角膜里充满了多汁的双键OsO4会喜欢羟基化。
关于1952年首次合成皮质醇的报告(见注3下图)有一个使用68.48 g的反应OsO4。让我看看…美元22768年价值的OsO4以今天的价格。
肯定有更好的办法吧?值得庆幸的是,是的。
的Upjohn过程中使用的催化量OsO4(通常约1-2 mol%)，在化学计量量氧化剂的存在下，将Os(VI)产物转换回OsO4。氧化剂的选择一般为N-甲基吗啡啉n -氧化物(NMO)，尽管各种其他氧化剂也可以使用。
原论文是在这里Org Synth. 1978, 58, 43 -并有有用的表，比较氧化剂及其性能与KMnO4]
通常产率高，反应温和。此外，不需要添加KHSO3.从ossmate开始酯在这些条件下被裂解。
甚至可以对an进行羟基化反应烯烃不影响炔烃,因为OsO4没有反应炔烃。
一种对映选择性的双羟基化反应被称为夏普斯不对称双羟基化反应。它也使用催化锇(渗透酸钾)存在的化学计量量的氧化剂。详情请参阅[注意4］．
6.邻二醇与NaIO4的裂解反应
邻近的二元醇可以经历氧化乳沟用各种试剂来破坏碳碳键，形成两个新的碳氧键。
最常用的试剂是碘酸钠(NaIO)4),四醋酸铅Pb (OAc)4，尽管之前我们也提到了这是与KMnO4进行双羟基化反应时的一个突出副反应。
按顺序处理双键OsO4生成二醇，然后与NaIO氧化裂解4或Pb (OAc)4给出臭氧分解(还原工作)的功能等效物。
(稍后在Org 2中，您将了解到二元醇会与醛和酮反应生成缩醛树脂-参见文章:水合物，半缩醛和缩醛）
7.总结
让我们总结一下已经讨论过的要点OsO4。
- OsO4将转换烯烃通过协同反应形成邻近的二元醇(1,2-二元醇)syn除了
- 一个还原剂比如KHSO3.常用于从锇酸盐中解放二醇酯。
- 二醇可以用NaIO等试剂进行氧化裂解4或Pb (OAc)4生成醛/酮。
- 使用氧化剂n -甲基吗啉n -氧化物(NMO)可以催化锇的使用。
- 在多重的存在下烯烃，OsO4会和最富电子的反应烯烃。
- 相关试剂为冷碱性KMnO4这也会产生近处的syn二醇。与KMnO4然而，由此产生的二醇发生氧化裂解的风险增加。
笔记
注1。OsO4是通过在纯氧气氛中燃烧金属锇制备的。布劳尔的制备无机化学手册(学术出版社，1963年，纽约)。(第1603页)
“纯OsO4最好用干法制备。锇粉在放置在玻璃或石英管中的船中加热，干氧流通过该管。金属烧成OsO4它沉积在管子的加热区域之外，或者更好的是，沉积在与管子熔合并在冰中冷却的灯泡中。沉积物由白色有光泽的晶体组成，虽然一开始它可能是液体(偶尔呈淡黄色)，但冷却后会形成结晶固体。”
注2。锇酸盐的许多晶体结构酯类是已知的。在这里这是锇的例子吗酯腺苷。［裁判- - - - - -j。化学。Soc。1974，96, 7152)
注3。如果一个分子含有多个呢烯烃？哪一个烯烃将OsO4反应吗?
例如1952年的可的松经典合成，请注意OsO4优先攻击被隔离对象烯烃而且不会碰到共轭到C=O上的电子贫乏的二烯。
伍德沃德和他的团队使用了68.5克OsO4在61.5 g的基材上。以目前的市场价格计算，这一反应将花费23,105美元(奥尔德里奇支票)。谢天谢地，用了这么多OsO4已完全不需要使用共氧化剂n -甲基吗啉n -氧化物(动）.
OsO4能变得更有反应性甚至能与极低的电子反应吗烯烃通过添加吡啶它与锇相协调，使锇更富电子。［裁判]
注4。通过斯克里普斯的K. Barry Sharpless教授研究小组的工作，二羟基化反应变得更加有用。使用手性胺为了配合锇和一种化学计量氧化剂，斯克里普斯的K. Barry Sharpless教授团队成功地开发了一种有用的催化对映选择性双羟基化反应。
Sharpless不对称双羟基化反应(Sharpless AD)对广泛的肿瘤有疗效烯烃。为方便起见，氧化剂、锇盐和手性配体都以“AD-mix α”和“AD-mix β”的形式出售。使用下面的助记符，可以选择使用两种试剂中的哪一种，以获得所需的手性二醇。
要了解更多细节，请看这张讲义安德鲁·迈尔斯教授在哈佛的化学115课程或者参考夏普莱斯的诺贝尔演讲。
测试你自己!
(测试)
(高级)参考资料和进一步阅读
比如反应OsO4,请参阅:
- 四氧化锇,OsO4。有机合成试剂百科全书， vol. 6 (N-Sin)。利奥·帕奎特，埃德·威利。
- Carey & Sundberg。《高级有机化学》B:反应与合成。第十二章，氧化，Kluwer第四版。
- 关于夏普勒斯不对称双羟基化反应和主要参考文献的例子，请参阅哈佛大学Andrew G. Myers教授为化学115提供的讲义。链接。
- 铜绿溶液中残留的黑色粉末中发现的两种金属
史密森坦南特
英国皇家学会哲学汇刊，1804, 411年
链接(JStor)
这是对后来被称为OsO41804年，史密森·坦南特(Smithson Tennant)发现，锇的氧化物“会把皮肤染成一种无法抹去的深色”。在这篇杰出的论文中，他还给后来被称为铱和锇的物质命名。 Zur Kenntnis des锇
Makowka, O。
化学。的误码率。1908， 41,943
DOI:10.1002 / cber.190804101182
被认为是最早的应用OsO4的二羟基化反应烯烃从1908年开始。- 锇及其化合物
w·p·格里菲斯
问:化学。Soc。, 1965,19, 254 - 273
DOI:10.1039 / QR9651900254
锇及其一些反应概述。类似的评论(来自Johnson-Mathey网站)也被发现在这里。 -
V.范雷宁，d.y.查和W. M.哈特利
Org。Synth。1978，58, 43岁
DOI:orgsyn.058.0043
二羟基化的“厄普约翰法”烯烃使用催化OsO4有机合成中的化学计量NMO (n -甲基吗啉n -氧化物)。 - 类固醇的全合成
r·b·伍德沃德，弗朗茨·桑德海默，大卫·陶博，卡尔·赫斯勒和w·m·麦克拉莫尔
- 诺贝尔演讲
巴里·夏普莱斯
链接
巴里·夏普莱斯教授因不对称催化的发展而获得2001年诺贝尔化学奖。他在2001年诺贝尔奖演讲中描述了使不对称二羟基化成为有用过程的途径(从第11页开始)。 - 锇tetraoxide独联体不饱和基质的羟基化作用
马丁·施罗德
化学评论198080(2), 187 - 213
DOI：10.1021 / cr60324a003
二羟基化的研究进展烯烃与OsO4直到1980年。 不对称双羟基化的实验和理论动力学同位素效应。支持限制速率的“(3 + 2)”环加法的证据
Albert J. DelMonte, Jan Haller, K. N. Houk, K. Barry Sharpless, Daniel A. Singleton, Thomas Strassner和Allen A. Thomas
美国化学学会杂志1997119(41), 9907 - 9908
DOI:10.1021 / ja971650e
二羟基化作用机理的研究烯烃它支持[3+2]vs[2+2]机制。
如果加入牺牲氧化剂n -吗啉氧化物(NMO)，就可以使用OsO4催化。我有几个实验室伙伴使用了催化NMO，没有发生事故。
噢,是的。我的观点(也许不是很好)是，本科教学实验室不太可能是学习如何使用OsO4的地方。但也许其他地方有这样的人?
你的观点带来了另一个问题-我想知道有多少教师在教双羟基化反应时包括NMO。
我愿意:)
我和几十所学校的学生一起工作过，我找不到另一个这样做的老师的例子(尽管吉姆·图尔教猫。OsO4和H2O2)。你，我的好人，是为数不多的一个!干得好。
他们在我上大学的地方。明尼苏达)。我的教授提到使用NMO是因为OsO4贵得离谱，而NMO把它变成了催化剂，所以你不需要那么多。但她没有提到眼睛灼烧的部分。
很高兴知道!
我的一个朋友曾经用10毫升的OsO4做了一个反应。疯了。
NMO在McMurray，第8版(被SUNY Geneseo的3个部分中的1个使用)。
很有帮助。谢谢你! !
俄亥俄州有机化学教授使用它和俄亥俄州迈阿密大学
课堂上的例题。
一个烯烃——OSO4 (cat.)， NMO——>对映体
(旁注:如果可能的话，在评论中添加一个图像附件选项)
哇，我不知道它曾经在合成中被如此大规模地使用过!不幸的是，厄普约翰催化手术直到20年后才被报道出来。我似乎记得熊本的甲基激酶C合成和科里的新雷公特利福素也在化学计量学上使用它，尽管没有接近这个规模。我曾经在一个非常古老的Tet中看到过1,4-环己二烯中一个键的选择性双羟基化。列托人。使用化学计量学OsO4。当我尝试用NMO作为终端氧化剂时，芳香化是一个主要问题，所以我改变了我的路线。我从来没有勇气尝试1.1当量报告，所以我总是想知道它是否会起作用。不出意外的话，OsO4也非常昂贵(Aldrich的价格为300美元/克)。
在我目前所在的大学(我可以告诉你它在英国，如果你不能从我的拼写中猜出来的话)，三年级的本科生可以做Sharpless AD，尽管显然是用的是渗透酸钾，它的挥发性/危害性要小得多。尽管如此，它们确实在反应过程中产生了OsO4，而且它们只需要错误地熄灭OsO4(这并非不可能)，就会发生潜在的坏事情。实验开始的时候我很紧张。
哇!第三年的无锐化广告?这太棒了。我想，广告组合让它变得非常简单。向你的学校致敬。在我去过的“高级有机化学”实验室里，在我们使用的程序上，似乎总是有一种30年或更长时间的灰尘。这本身没有错，但它并没有给你做一些前沿的兴奋感。
当二醇与OsO4反应时会发生什么?
为什么环己烯的立体异构体没有画出来(侧题)?我觉得答案就在我嘴边，但我不太明白。
"对映体"的定义是什么?: -)
既然其中一个反应会产生多种产物(对映体)，而另一个反应只会产生一种产物，那么这个反应一般来说是立体选择性的?
你得到的是单一产物还是对映体/非对映体的混合物取决于你从哪个烯烃开始。
例如，乙烯的二羟基化反应只能产生一种产物。
反应本身具有立体选择性。从环己烯开始，得到一个产物-顺式1,2-环己烷二醇，没有反式。如果从环己烯中随机得到顺式和反式1,2-二醇的混合物，那么它就不具有立体选择性。
这超出了你的要求，但这个反应不仅是立体选择性的，而且是立体特异性的。
这是为什么。
以两个非对映体烯烃为例。顺-2-丁烯和反-2-丁烯。
现在用OsO4处理它们。
顺-2-丁烯会生成单一产物(S,R)-2,3-丁二醇(内消旋物)。
2-丁烯会生成二醇的外消旋混合物。(S,S)-2,3-丁二醇和(R,R)-2,3-丁二醇。它们都是(S,R)-丁二醇的非对映体。
所以两个非对映烯烃得到两个非对映产物。这是IUPAC对立体定向的定义。
我还是不明白……
这是内消旋化合物。它有一个对称平面，因此是非手性分子。
有机化学硕士课做得好。半岛赛事体育它干净、简单、有用。
嗨，只是想知道在什么情况下OsO4会失败?某些烯烃?那烯酮呢(我看到它做了一些烯酮，但想知道是否有些情况会失败)?除了K2OsO4含有水合物，不能用于对水分敏感的反应外，OsO4和K2OsO4之间的反应有什么不同?谢谢!
H2O2对OSO4的作用有什么影响?
反应完成后，“H2O2”将OsO2(OH)2重新氧化为OsO4。它是一种再氧化剂，可以催化氧化OsO4。更常用的试剂是N-甲基吗啉N-氧化物(NMO)。
嘿，谢谢你对进一步教育的帮助和奉献。非常感谢您对这些页面的帮助。在这期间，还有离合器预科的人，我正在上有机化学的课，迫不及待地想上明年八月的orgo II、生物化学和药剂学。
欢呼:)
你好,詹姆斯,
H2O2是如何水解中间的5元环的?它会把一个质子贡献给碳氧键中的氧吗?如果是的话，为什么氧要形成O-H键而不是留在环上呢?
为什么HIO4不能与烯烃反应
好问题。它就是没有。尽管它和二元醇反应很好。
嘿,詹姆斯,
烯烃与冷KMnO4和OsO4反应生成顺式二醇，是否有反式二醇的反应????
是的，Woodward-Prevost二羟基化反应。首先生成一个碘离子，然后羧酸盐进行双重置换得到一个5元环，然后水解。https://www.organic-chemistry.org/namedreactions/woodward-reaction.shtm
詹姆斯，我正在寻找在高温下从HNO3, H2SO4, HCl消化的强酸混合物中回收锇。由于酸+热=破坏的络合剂，没有幸运地与硫脲络合。我主要是想防止OsO4的形成，并恢复低水平的Os峰值。任何帮助都将不胜感激。问候
对不起，我真的不知道。在土壤和溶液中的重金属修复方面已经做了很多工作，但我不知道它们对强酸的耐受程度如何。如。http://www.chem.ccu.edu.tw/~joyce/C%26EN-NEWS/PDF/J.%20Am.%20Chem.%20Soc.%202005,%20127,%2010045-10050.pdf
我不相信例1中的产物是由syn加成产生的内消旋化合物。它们看起来很像反加法的产物。如果添加在同一侧，两个-OH组应该是楔形的或虚线的。在这里，它们是一样的，但在不同的方面。如果你旋转，它们看起来肯定像反加成的产物(线性烯烃的羟基化反应)。
大家好，在这个例子中并没有说它们是内消旋化合物，而是说它们是对映异构体的混合物。
但是，例子2呢?
亲爱的詹姆斯
如果我们有一个同时含有烯烃和醛的分子我们想要制备二醇。四氧化锇会氧化醛皮吗?如果是，你能建议我如何在不氧化akdehide的情况下得到二醇吗?
你好，Ptachia，我不会用无保护的醛做双羟基化反应。太多事情都可能出错。要么把它保持在被保护的醇阶段，然后氧化，要么把醛保存为缩醛，然后进行二羟基化。
亲爱的博士
詹姆斯
我想我找到了一种不保护醛的方法。我很想听听你的意见
第一阶段:与过氧化氢反应生成环氧化物
第二阶段:酸化
在不知道结构的情况下，很难说。它是不饱和醛吗?环氧化可能起作用，但过氧化物可能最终氧化乙醛。
醛类是对氧化和其他副反应最敏感的官能团之一。我一般会建议它们是受保护的，除非你有充分的理由相信它不会受到OsO4或其共氧化剂的影响。
感谢你分享这篇博文。再次感谢。酷。