8.10: Ossidazione degli alcheni: diidrossilazione sin con tetraossido di osmio

Gli alcheni vengono convertiti in 1,2-dioli o glicoli attraverso un processo chiamato diidrossilazione. Questo processo implica l’aggiunta di due gruppi idrossilici attraverso il doppio legame con due diversi approcci stereochimici, vale a dire anti e syn. La diidrossilazione utilizzando il tetrossido di osmio progredisce con la stereochimica sin.

Meccanismo di diidrossilazione sin

La reazione comprende un meccanismo in due fasi. Inizia con l’aggiunta di tetrossido di osmio attraverso il doppio legame dell’alchene in modo concertato formando un estere osmato ciclico a cinque membri come intermedio, che può essere isolato e caratterizzato. Il tetrossido di osmio è di natura elettrofila e funge da forte agente ossidante. Accetta una coppia di elettroni dal legame alchenico π subendo una riduzione da +VIII a +VI.

Nella fase successiva, l’estere ciclico dell’osmato reagisce con un agente riducente come il bisolfito di sodio che scinde il legame Os–O producendo un glicole cis con ritenzione della stereochimica sin dei due legami C–O appena formati.

Uno dei principali svantaggi del metodo è l’uso del tetrossido di osmio, tossico e costoso. Per superare questo problema, il tetrossido di osmio viene spesso utilizzato come catalizzatore insieme a co-ossidanti come N-metilmorfolina N-ossido (NMO) o tert-butil idroperossido (TBHP). I co-ossidanti riossidano la specie di osmio +VI in +VIII, rigenerando così il tetrossido di osmio per un’ulteriore ossidazione degli alcheni rimanenti.

Risultato stereochimico

Poiché l’ossidazione degli alcheni utilizzando il tetrossido di osmio è un processo di addizione sin stereospecifica, i due ossigeni del tetrossido di osmio vengono aggiunti simultaneamente alla stessa faccia del legame π dell’alchene. Sulla base di ciò, la diidrossilazione di (E)-es-3-ene produce una coppia di enantiomeri, mentre (Z)-es-3-ene dà un meso composto.

Diidrossilazione asimmetrica Sharpless

È interessante notare che Karl Barry Sharpless sviluppò un metodo enantioselettivo per la diidrossilazione sin degli alcheni, per il quale gli fu assegnato il premio Nobel. Questo metodo è noto come diidrossilazione asimmetrica Sharpless che viene eseguita utilizzando tetrossido di osmio, una quantità stechiometrica del co-ossidante e un ligando amminico chirale.