第五节 烯烃的其他氧化反应
烯烃硼氢化-氧化 (Brown反应) 也可以制备羰基化合物。
中间体三烃基硼被碱性过氧化氢氧化生成醇,是制备醇的方法之一,但用铬酸或PCC氧化时,则生成酮。氧化钌、高碘酸钠和乙酸钠的混合物也可以将仲烷基硼烷氧化为酮。
端基烯烃可以被多种氧化剂如硝酸铊、铬酰氯-锌等氧化为醛,提供了由端基烯直接合成醛或双取代醛的有效方法。
端基烯在甲醇中,可以被硝酸铊室温氧化重排生成醛。例如:
用铊盐进行烯烃氧化的可能的反应机理如下 (图2-9)。
图2-9 铊盐进行烯烃氧化机理示意
首先烯烃与铊 (Tl3+) 生成烷基铊 (Tl3+) 化合物 (例如1),1非常不稳定,碳-铊键分解经过的过渡态具有碳正离子的性质 (例如2)。继续反应或者生成乙二醇类化合物,或者生成羰基化合物。生成羰基化合物需要发生类似于Wagner-Meerwein重排反应,中间可能经过了碳正离子2。另一方面,乙二醇类可以经1和2生成。如果由1经SN2生成乙二醇类化合物的反应速率很小,则由2生成碳正离子并发生重排的速率可能很大,水解后主要生成羰基化合物。
环己烯在硫酸汞存在下会被氧化,重排生成环戊基甲醛,其为麻醉剂盐酸氯胺酮(Ketamine Hydrochloride)等的中间体。
环戊基甲醛 (Cyclopentanecarbaldehyde),C6H10O,98.14。无色液体。bp 74~76℃/13.2kPa。
制法Grummitt O, Liska J, Greull G.Org Synth, 1973, Coll Vol 5:320.
于安有搅拌器、温度计、回流冷凝器,通气导管的5L反应瓶中,加入3L水,慢慢加入浓硫酸80g (43.5mL,0.82mol),氮气保护,搅拌下加入试剂级硫酸汞740g (2.49mol),生成深黄色悬浮液碱式硫酸汞。加热至55℃,一次加入环己烯82g(101 mL,1 mol),于55~60℃搅拌反应1h,其间颜色由深黄色变为环己烯-硫酸汞配合物的浅黄色。
改为蒸馏装置,氮气保护下蒸馏,蒸出约300mL馏出液,约需2h。分出有机层,水层用乙醚提取(50mL×3)。合并有机层,无水硫酸钠干燥。过滤,蒸出乙醚,减压蒸馏,收集74~76℃/13.2kPa的馏分,得化合物(1)45~52g,收率46%~53%。
环己烯也可以被硝酸铊或三氟醋酸铊氧化为环戊基甲醛。其他环烯也可以被氧化为缩环的环烷基甲醛 (Mckillop A, et al.J Am Chem Soc,1973,95:3635)。
2,2-二取代端基烯于0~5℃与铬酰氯反应,而后用锌粉还原水解,可以以70%~78%的收率得到用其他方法难以得到的α-取代醛。
在温和的条件下,苯乙烯可以被高锰酸钾氧化为苯甲酰基甲酸(14)。(14)是胃病治疗药格隆溴铵 (Glycopyrronium Bromide) 等的中间体。
硝酸铈铵 (NH4)2Ce(NO3)6在酸性条件下是一种强氧化剂,起主要作用的是Ce4+,是一种单电子氧化剂,反应后生成Ce3+。有时也可以使用硫酸铈。硝酸铈铵可以氧化多种有机官能团。烯烃化合物用硝酸铈铵处理,可以生成邻二硝酸酯。例如:
此类反应的反应机理如下:
烯烃用醋酸锰 (Ⅲ) 在羧酸中处理可以生成内酯,该方法最好使用端基烯和醋酸,反应后生成γ-丁内酯。醋酸锰(Ⅲ) 可以通过醋酸锰 (Ⅱ) 与高锰酸钾原位产生 (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。
该类反应属于自由基型反应。羧酸首先热裂生成羧甲基自由基,而后与双键进行自由基加成反应生成新的自由基,后者与Mn3+作用生成碳正离子,羧基中的羟基与碳正离子结合生成内酯。
该反应可以使用的烯类化合物包括端基烯、非端基烯、环烯、共轭二烯等,使用的羧酸除了乙酸外,还可以使用其他羧酸,如烃基取代的乙酸、氰基乙酸、β-羰基酸、丁二酸等。能够使羧甲基自由基稳定的羧酸更有利于反应的进行。