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第五節 烯烴的其他氧化反應

烯烴硼氫化-氧化 (Brown反應) 也可以制備羰基化合物。

中間體三烴基硼被堿性過氧化氫氧化生成醇,是制備醇的方法之一,但用鉻酸或PCC氧化時,則生成酮。氧化釕、高碘酸鈉和乙酸鈉的混合物也可以將仲烷基硼烷氧化為酮。

端基烯烴可以被多種氧化劑如硝酸鉈、鉻酰氯-鋅等氧化為醛,提供了由端基烯直接合成醛或雙取代醛的有效方法。

端基烯在甲醇中,可以被硝酸鉈室溫氧化重排生成醛。例如:

用鉈鹽進行烯烴氧化的可能的反應機理如下 (圖2-9)。

圖2-9 鉈鹽進行烯烴氧化機理示意

首先烯烴與鉈 (Tl3+) 生成烷基鉈 (Tl3+) 化合物 (例如1),1非常不穩定,碳-鉈鍵分解經過的過渡態具有碳正離子的性質 (例如2)。繼續反應或者生成乙二醇類化合物,或者生成羰基化合物。生成羰基化合物需要發生類似于Wagner-Meerwein重排反應,中間可能經過了碳正離子2。另一方面,乙二醇類可以經1和2生成。如果由1經SN2生成乙二醇類化合物的反應速率很小,則由2生成碳正離子并發生重排的速率可能很大,水解后主要生成羰基化合物。

環己烯在硫酸汞存在下會被氧化,重排生成環戊基甲醛,其為麻醉劑鹽酸氯胺酮(Ketamine Hydrochloride)等的中間體。

環戊基甲醛 (Cyclopentanecarbaldehyde),C6H10O,98.14。無色液體。bp 74~76℃/13.2kPa。

制法Grummitt O, Liska J, Greull G.Org Synth, 1973, Coll Vol 5:320.

于安有攪拌器、溫度計、回流冷凝器,通氣導管的5L反應瓶中,加入3L水,慢慢加入濃硫酸80g (43.5mL,0.82mol),氮氣保護,攪拌下加入試劑級硫酸汞740g (2.49mol),生成深黃色懸浮液堿式硫酸汞。加熱至55℃,一次加入環己烯82g(101 mL,1 mol),于55~60℃攪拌反應1h,其間顏色由深黃色變為環己烯-硫酸汞配合物的淺黃色。

改為蒸餾裝置,氮氣保護下蒸餾,蒸出約300mL餾出液,約需2h。分出有機層,水層用乙醚提取(50mL×3)。合并有機層,無水硫酸鈉干燥。過濾,蒸出乙醚,減壓蒸餾,收集74~76℃/13.2kPa的餾分,得化合物(1)45~52g,收率46%~53%。

環己烯也可以被硝酸鉈或三氟醋酸鉈氧化為環戊基甲醛。其他環烯也可以被氧化為縮環的環烷基甲醛 (Mckillop A, et al.J Am Chem Soc,1973,95:3635)。

2,2-二取代端基烯于0~5℃與鉻酰氯反應,而后用鋅粉還原水解,可以以70%~78%的收率得到用其他方法難以得到的α-取代醛。

在溫和的條件下,苯乙烯可以被高錳酸鉀氧化為苯甲酰基甲酸(14)。(14)是胃病治療藥格隆溴銨 (Glycopyrronium Bromide) 等的中間體。

硝酸鈰銨 (NH42Ce(NO36在酸性條件下是一種強氧化劑,起主要作用的是Ce4+,是一種單電子氧化劑,反應后生成Ce3+。有時也可以使用硫酸鈰。硝酸鈰銨可以氧化多種有機官能團。烯烴化合物用硝酸鈰銨處理,可以生成鄰二硝酸酯。例如:

此類反應的反應機理如下:

烯烴用醋酸錳 (Ⅲ) 在羧酸中處理可以生成內酯,該方法最好使用端基烯和醋酸,反應后生成γ-丁內酯。醋酸錳(Ⅲ) 可以通過醋酸錳 (Ⅱ) 與高錳酸鉀原位產生 (Heiba E I, Dessau R M, Rodewald P G.J Am Chem Soc, 1974,96:7977)。也可以直接使用Mn(OAc)3,Ce4+、V5+等也具有相同的作用。

該類反應屬于自由基型反應。羧酸首先熱裂生成羧甲基自由基,而后與雙鍵進行自由基加成反應生成新的自由基,后者與Mn3+作用生成碳正離子,羧基中的羥基與碳正離子結合生成內酯。

該反應可以使用的烯類化合物包括端基烯、非端基烯、環烯、共軛二烯等,使用的羧酸除了乙酸外,還可以使用其他羧酸,如烴基取代的乙酸、氰基乙酸、β-羰基酸、丁二酸等。能夠使羧甲基自由基穩定的羧酸更有利于反應的進行。

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