烯烃臭氧

Organic Chemistry II

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Overview

资料来源: 加州大学欧文分校化学系 Vy 先生和陈先生

这个实验将展示一个例子的臭氧反应合成香草醛从丁香 (图 1)。臭氧烯烃的氧化反应, 是臭氧和烯烃之间的化学反应, 是制备醛、酮和羧酸的常用方法。本实验还演示了臭氧发生器和低温 (−78° c) 反应的使用。

Figure 1
图1。图显示丁香对香草醛的臭氧。

Cite this Video

JoVE Science Education Database. 有机化学 (2). 烯烃臭氧. JoVE, Cambridge, MA, (2018).

Principles

烯烃氧化裂解为两个含羰基基团的化合物称为臭氧反应 (图 2)。建议的机制 (图 3) 以 [3 + 2] 加之间的烯烃1与臭氧生成 molozonide 中间aA不稳定, 并通过两性B重新排列到更稳定的 ozonide C中。C在还原剂 (如二甲基硫醚) 的存在下分解, 以提供两个羰基产品 (23) 和二甲基亚砜。当使用亲核溶剂 (例如, 甲醇) 时, 核攻击中间的B形成过氧化氢e, 当添加二甲基硫醚时分解为产品3 (图 4)。反应通常是在−78° c, 以防止副反应, 并在一个指标的存在, 以确定何时反应是完整的。苏丹 III 是一个常用的指标。最初, 反应混合物是红色的, 变成紫色/蓝色时, 所有的烯烃被消耗。当所有的烯烃反应, 该指标, 有一个 n-氮双键, 反应与臭氧从而给颜色的变化。

Figure 2
图2。图显示了烯烃与还原检查的一般臭氧反应。

Figure 3
图3。图显示了烯烃臭氧的一般机理。

Figure 4
图4。图显示从中间体 B 生成的过氧化氢。

Procedure

  1. 加入200毫克的丁香, 15 毫升的甲醇, 和〜2毫克苏丹 III 至3颈50毫升的圆形底烧瓶, 装有磁性搅拌棒。
  2. 将反应烧瓶连接到氧气罐和起泡。
  3. 打开氧气的流动。
  4. 用干冰/丙酮浴冷却反应混合物。
  5. 在臭氧发生器上切换, 将氧气从油箱转换到进入反应瓶的臭氧。发电机将在氧气罐和反应瓶之间。让反应混合物搅拌, 直到红色的颜色变成紫色/蓝色。
  6. 关闭臭氧发生器, 并允许氧气清除臭氧的反应混合物5分钟。
  7. 拆卸冷却槽, 加入0.2 毫升的二甲基硫醚。
  8. 将反应混合物加热至室温1小时。
  9. 通过旋转蒸发去除溶剂。通过将硅胶放入 chner 漏斗来制造硅胶插头。将10% 乙酸乙酯中的残留物溶解在 hexanes 中, 通过硅胶塞在真空中去除杂质。用10% 乙酸乙酯在 hexanes 清洗硅胶插头2次。收集滤液并通过旋转蒸发除去溶剂, 以获得香兰素为白色固体。
  10. 通过熔点 (mp) 和1H NMR, 计算获得的香草醛的产率, 建立其纯度和同一性。

臭氧是臭氧对有机化合物中不饱和键的氧化作用。

臭氧是最常用的劈烯烃获得两个羰基产品。臭氧也与炔烃和 hydrazones 反应。臭氧用于有机化学研究, 特别是天然产物合成, 以及制药工业规模化的合成。

该视频将说明臭氧烯烃的过程, 并介绍了臭氧在化学中的一些应用。

烯烃的臭氧从碳-碳双键的加开始, 形成一个称为molozonide的不稳定的中间体。molozonide 然后离解成羰基氧化物和羰基。这些碎片重新排列, 将羰基氧从羰基氧化物氧中移开。然后, 这些碎片通过加重新组合成一个更稳定的ozonide, 其中羰基氧与碳原子结合。

ozonide 是 "工作" 将环切割成羰基产品。如果一侧的两个取代基是碳基团, 则无论检查条件如何, 都形成酮。给定一个氢取代基, 过氧化氢的氧化检查将产生一个羧酸。用醋酸或二甲基硫醚还原的锌将产生醛。

烯烃臭氧通常在出现指示器时执行, 以跟踪反应过程。指示器是在反应的不同阶段具有不同视觉外观的化合物。例如, 臭氧的指标苏丹 III 导致颜色从明亮的红色变成深蓝色或紫色。烯烃的臭氧比苏丹 III 更快, 因此颜色变化表明烯烃臭氧反应已经完成。

现在你了解了烯烃的臭氧原理, 让我们通过一个臭氧的丁香的过程, 在商业香草醛合成的先驱反应之一。

开始的过程中, 结合200毫克的丁香, 15 毫升的甲醇, 和大约2毫克的指标苏丹 III 在3颈圆底烧瓶装备了轰动酒吧。

把瓶子放在搅拌盘上的烟罩里。确保臭氧发生器关闭, 然后将烧瓶连接到发电机和油起泡。

打开搅拌马达以混合解决方案。确保红色指示器在整个反应混合物中均匀分布。然后, 在丙酮中准备一个干冰冷却浴。

通过臭氧发生器启动氧气流。将冷却槽放在实验室千斤顶上, 并将浴缸抬高以冷却反应混合物。一旦混合物冷却, 启动臭氧发生器。

监测反应混合物, 因为它搅拌, 直到混合物变成蓝色到紫色的外观。然后, 关闭臭氧发生器, 用双原子氧清除反应混合物5分钟。

一旦清洗完成, 关闭氧气流, 并降低冷却浴缸从下烧瓶。为了开始还原检查, 在烧瓶中加入0.2 毫升的二甲基硫醚。在搅拌1小时时, 允许混合物在室温下加热。

然后, 用旋转蒸发器除去多余的溶剂。一旦完成, 溶解在10毫升的10% 乙酸乙酯在 hexanes 的残留物。

将真空过滤瓶连接到真空线。在烧瓶中固定一个 chner 漏斗, 用硅胶将漏斗装入。

通过真空过滤净化产品混合物。在 hexanes 中用两份10% 乙酸乙酯的硅胶清洗产品。

将滤液转移到圆底烧瓶。再用旋转蒸发器除去溶剂, 以获得香草醛为黄色至白色结晶针。

计算出产量的百分比, 确定熔点, 并获得一个质子核磁共振谱的产品。

香草醛是作为一个白色结晶固体获得。在文学的熔点范围是81到83度。质子核磁共振谱可以与以前的文献报告进行比较。

臭氧广泛应用于化学和生物学。让我们看几个例子。

臭氧是许多工业合成药物的一个步骤。例如, 抗生素布和孢是由一个普通的中间体产品的臭氧的一个终端烯烃到一个酮的访问。中间酮产品可互换烯形式。烯羟基随后在其余的步骤对两种抗生素进行不同的反应。

臭氧可以是 stereoselectively 烷醛和酮的α碳的技术的最后一步。在这个反应中, 一个吡咯烷试剂通过形成一个阻笨重的腙来控制碳-碳键形成的立体。在α碳的烷基化后, 腙的碳氮双键可以通过臭氧在还原检查后再生酮或醛。

你刚刚看了朱庇特的介绍臭氧。

你现在应该了解臭氧的基本原理, 臭氧烯烃的过程, 以及在有机化学中如何使用臭氧的几个例子。谢谢收看!

Results

香草醛获得了作为白色固体 (150 毫克, 76% 产量);mp 76-79 ° c;1H 核磁共振 (400 兆赫, CDCl3) δ 9.82 (br s, 1H), 7.43-7. 41 (m, 2H), 7.04 (d, J = 8.8 Hz, 1H), 6.30 (s, 1H), 3.96 (s, 3H)。

Applications and Summary

在本实验中, 我们展示了用臭氧反应合成香兰素的丁香。此外, 使用臭氧发生器, 同时执行低温反应显示。

臭氧是从烯烃中制备醛、酮和羧酸的有用反应。它已应用于天然产物合成和工业规模化制剂的制药。青蒿素是一种强力抗疟剂, 是2015诺贝尔医学奖中公认的天然产物之一。在从 (R)-(+)-薄荷的10步合成中, 在最后一步中使用了臭氧来制作自然产品 (图 5)。布和孢是在工业规模上生产的头孢菌素抗生素。一个商业路线使用臭氧访问一个共同的关键中间, 可以被阐明对两个化合物 (图 6)。

Figure 5
图 5.图显示臭氧是青蒿素合成的最后一步.

Figure 6
图 6.图显示臭氧在孢和布的发散合成中准备一个关键中间体.

  1. 加入200毫克的丁香, 15 毫升的甲醇, 和〜2毫克苏丹 III 至3颈50毫升的圆形底烧瓶, 装有磁性搅拌棒。
  2. 将反应烧瓶连接到氧气罐和起泡。
  3. 打开氧气的流动。
  4. 用干冰/丙酮浴冷却反应混合物。
  5. 在臭氧发生器上切换, 将氧气从油箱转换到进入反应瓶的臭氧。发电机将在氧气罐和反应瓶之间。让反应混合物搅拌, 直到红色的颜色变成紫色/蓝色。
  6. 关闭臭氧发生器, 并允许氧气清除臭氧的反应混合物5分钟。
  7. 拆卸冷却槽, 加入0.2 毫升的二甲基硫醚。
  8. 将反应混合物加热至室温1小时。
  9. 通过旋转蒸发去除溶剂。通过将硅胶放入 chner 漏斗来制造硅胶插头。将10% 乙酸乙酯中的残留物溶解在 hexanes 中, 通过硅胶塞在真空中去除杂质。用10% 乙酸乙酯在 hexanes 清洗硅胶插头2次。收集滤液并通过旋转蒸发除去溶剂, 以获得香兰素为白色固体。
  10. 通过熔点 (mp) 和1H NMR, 计算获得的香草醛的产率, 建立其纯度和同一性。

臭氧是臭氧对有机化合物中不饱和键的氧化作用。

臭氧是最常用的劈烯烃获得两个羰基产品。臭氧也与炔烃和 hydrazones 反应。臭氧用于有机化学研究, 特别是天然产物合成, 以及制药工业规模化的合成。

该视频将说明臭氧烯烃的过程, 并介绍了臭氧在化学中的一些应用。

烯烃的臭氧从碳-碳双键的加开始, 形成一个称为molozonide的不稳定的中间体。molozonide 然后离解成羰基氧化物和羰基。这些碎片重新排列, 将羰基氧从羰基氧化物氧中移开。然后, 这些碎片通过加重新组合成一个更稳定的ozonide, 其中羰基氧与碳原子结合。

ozonide 是 "工作" 将环切割成羰基产品。如果一侧的两个取代基是碳基团, 则无论检查条件如何, 都形成酮。给定一个氢取代基, 过氧化氢的氧化检查将产生一个羧酸。用醋酸或二甲基硫醚还原的锌将产生醛。

烯烃臭氧通常在出现指示器时执行, 以跟踪反应过程。指示器是在反应的不同阶段具有不同视觉外观的化合物。例如, 臭氧的指标苏丹 III 导致颜色从明亮的红色变成深蓝色或紫色。烯烃的臭氧比苏丹 III 更快, 因此颜色变化表明烯烃臭氧反应已经完成。

现在你了解了烯烃的臭氧原理, 让我们通过一个臭氧的丁香的过程, 在商业香草醛合成的先驱反应之一。

开始的过程中, 结合200毫克的丁香, 15 毫升的甲醇, 和大约2毫克的指标苏丹 III 在3颈圆底烧瓶装备了轰动酒吧。

把瓶子放在搅拌盘上的烟罩里。确保臭氧发生器关闭, 然后将烧瓶连接到发电机和油起泡。

打开搅拌马达以混合解决方案。确保红色指示器在整个反应混合物中均匀分布。然后, 在丙酮中准备一个干冰冷却浴。

通过臭氧发生器启动氧气流。将冷却槽放在实验室千斤顶上, 并将浴缸抬高以冷却反应混合物。一旦混合物冷却, 启动臭氧发生器。

监测反应混合物, 因为它搅拌, 直到混合物变成蓝色到紫色的外观。然后, 关闭臭氧发生器, 用双原子氧清除反应混合物5分钟。

一旦清洗完成, 关闭氧气流, 并降低冷却浴缸从下烧瓶。为了开始还原检查, 在烧瓶中加入0.2 毫升的二甲基硫醚。在搅拌1小时时, 允许混合物在室温下加热。

然后, 用旋转蒸发器除去多余的溶剂。一旦完成, 溶解在10毫升的10% 乙酸乙酯在 hexanes 的残留物。

将真空过滤瓶连接到真空线。在烧瓶中固定一个 chner 漏斗, 用硅胶将漏斗装入。

通过真空过滤净化产品混合物。在 hexanes 中用两份10% 乙酸乙酯的硅胶清洗产品。

将滤液转移到圆底烧瓶。再用旋转蒸发器除去溶剂, 以获得香草醛为黄色至白色结晶针。

计算出产量的百分比, 确定熔点, 并获得一个质子核磁共振谱的产品。

香草醛是作为一个白色结晶固体获得。在文学的熔点范围是81到83度。质子核磁共振谱可以与以前的文献报告进行比较。

臭氧广泛应用于化学和生物学。让我们看几个例子。

臭氧是许多工业合成药物的一个步骤。例如, 抗生素布和孢是由一个普通的中间体产品的臭氧的一个终端烯烃到一个酮的访问。中间酮产品可互换烯形式。烯羟基随后在其余的步骤对两种抗生素进行不同的反应。

臭氧可以是 stereoselectively 烷醛和酮的α碳的技术的最后一步。在这个反应中, 一个吡咯烷试剂通过形成一个阻笨重的腙来控制碳-碳键形成的立体。在α碳的烷基化后, 腙的碳氮双键可以通过臭氧在还原检查后再生酮或醛。

你刚刚看了朱庇特的介绍臭氧。

你现在应该了解臭氧的基本原理, 臭氧烯烃的过程, 以及在有机化学中如何使用臭氧的几个例子。谢谢收看!

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