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ジヒドロキシル化は、アルケンをビシナル ジオールに変換するプロセスです。この酸化を達成する方法は多数ありますが、最も一般的で直接的なプロセスでは、高酸化状態の遷移金属（通常はオスミウムまたはマンガン）を使用します。この金属は、他の化学量論的酸化剤とともに触媒として使用されることがよくあります。[1] さらに、他の遷移金属および非遷移金属法が開発され、反応を触媒するために使用されています。
オスミウム触媒反応
四酸化オスミウム（OsO 4）は、シンジオールを生成する際の信頼性と効率性のため、アルケンのジヒドロキシル化に使用される一般的な酸化剤です。高価で毒性があるため、触媒量のOsO 4が化学量論的酸化剤と組み合わせて使用されます。[2] [3] ミラス水酸化、アップジョンジヒドロキシル化、およびシャープレス不斉ジヒドロキシル化反応はすべて、オスミウムを触媒として、およびさまざまな二次酸化剤を使用します。
ミラスのジヒドロキシル化は1930年に導入され、過酸化水素を化学量論的酸化剤として使用します。[4] この方法ではジオールを生成できますが、ジカルボニル化合物への過剰酸化により、隣接ジオールの単離が困難になりました。[4]そのため、ミラスのプロトコルは、アップジョンとシャープレスの不斉ジヒドロキシル化に置き換えられました。
アップジョン二水酸化は1973年に報告され、二水酸化手順で活性触媒としてOsO 4を使用する。また、オスミウム触媒を再生するための化学量論的酸化剤としてN-メチルモルホリンN-オキシド（NMO）を使用し、触媒量のオスミウムを使用できるようにする。[2] [5]アップジョンプロトコルは、ビシナルジオールへの高い変換率をもたらし、多くの基質を許容する。しかし、このプロトコルでは四置換アルケンを二水酸化することはできない。[2] アップジョン条件は、岸と同僚によって実証されているように、アリルアルコールからアンチジオールを合成するために使用できる。[6]
シャープレス非対称
シャープレス不斉ジヒドロキシル化[7]は、K. バリー シャープレスによって、触媒量の OsO 4と化学量論的酸化剤 K 3 [Fe(CN) 6 ] を使用するように開発されました。[1] [2] [8] この反応は、キラル助剤の存在下で行われます。 キラル助剤としてジヒドロキニジン (DHQD) またはジヒドロキニン (DHQ) を選択すると、配位子の絶対配置が反対であるため、オレフィンの面選択性が決まります。[2] [8] [9]触媒、酸化剤、およびキラル助剤は、選択的ジヒドロキシル化用に事前に混合された状態で購入できます。 AD-mix-α には、オレフィンのアルファ面にOsO 4を配置する キラル助剤 (DHQ) 2 PHAL が含まれています。 AD-mix-β には、ベータ面にヒドロキシル基を供給する(DHQD) 2 PHAL が含まれています。 [1] [10] シャープレス不斉ジヒドロキシル化は、キラル補助基の種類を変えることで基質選択性を大きく広げることができる。[8]
シャープレス法の応用
高度に置換された立体特異的な糖の合成はシャープレス法に基づいて達成されている。カケロケロースがその具体例である。[11]
機構
ジヒドロキシル化機構では、まず配位子が金属触媒（オスミウムとして図示）に配位し、これがオレフィンのキラル選択性を決定します。次にアルケンが（3+2）環化付加反応により金属に配位し、配位子が金属触媒から解離します。 次にオレフィンの加水分解によりビシナルジオールが生成され、触媒が化学量論的酸化剤によって酸化されると金属触媒が再生され、サイクルが繰り返されます。[2] オレフィンの濃度はジオールのエナンチオマー過剰率に極めて重要です。アルケンの濃度が高いと、他の触媒部位と結合して他のエナンチオマーが生成される可能性があるためです。[3]
その他のバリエーション
前述のように、アリルアルコールからアンチジオールを合成する能力は、NMOを化学量論的酸化剤として使用することで達成できます。[6]テトラメチレンジアミン（TMEDA） を配位子として使用すると、岸のプロトコルと比較して好ましいジアステレオマー比のシンジオールが生成されました。ただし、化学量論的オスミウムが使用されています。シン選択性は、アリルアルコールの水素結合供与能力とジアミンの受容体能力によるものです。[12] [13] [14]これはその後、ホモアリル系に適用されました。[15] [16]
Osベースの試薬の代替品
ルテニウムベースの試薬は反応が速い。[17] 通常、四酸化ルテニウムは三塩化ルテニウムと酸化剤NaIO 4からその場で生成される。反応のターンオーバーを制限する段階は加水分解段階であるため、この段階の速度を上げるために硫酸が添加される。[17] [18]
マンガンもジヒドロキシル化に使用され、四酸化オスミウム法で良い結果が得られない場合によく選ばれる。[18] ルテニウムと同様にマンガンの酸化電位は高く、基質の過剰酸化につながる。過マンガン酸カリウムはジヒドロキシル化の酸化剤としてよく使用されるが、有機溶媒への溶解性が低いため、ジヒドロキシル化の基質の数を増やすために相間移動触媒（ベンジルトリエチルアンモニウムクロリド、TEBAClなど）も添加される。[18]過剰酸化を避けるには温和な条件が必要である。特に、溶液が温かすぎたり、酸性が強すぎたり、濃度が高すぎたりすると、グリコールが分解される。 [19]
アレーンジヒドロキシル化
芳香族化合物のジヒドロキシル化により、ジヒドロカテコールおよび関連誘導体が生成されます。この変換は、トルエンジオキシゲナーゼ(TD) やベンゼン 1,2-ジオキシゲナーゼなどのいくつかの酵素によって触媒されます。
（１）
シス-1,2-ジヒドロカテコールは多用途の合成中間体である。 [20]
プレヴォーとウッドワードのジヒドロキシ化
遷移金属を触媒として使用する他の方法とは異なり、プレボ法とウッドワード法ではヨウ素と銀塩を使用する。しかし、反応に水を加えると、ヒドロキシル基のシスおよびトランス付加が誘導される。プレボ反応では通常、銀安息香酸を使用してトランスジオールを生成する。プレボ反応のウッドワード修正では、銀酢酸を使用してシスジオールを生成する。プレボ反応とウッドワード反応の両方で、最初にヨウ素がアルケンに添加され、環状ヨウ素イオンが生成される。次に、対応する銀塩のアニオンが求核置換によってヨウ素イオンに付加される。[21]
プレヴォースト反応では、ヨウ素イオンが安息香酸アニオンによる求核攻撃を受ける。安息香酸アニオンは再び求核剤として働き、隣接基参加機構によってヨウ化物を置換する。2番目の安息香酸アニオンが中間体と反応してアンチ置換ジベンゾエート生成物を生成し、これが加水分解されてトランスジオールを生成する。[21]
プレヴォスト反応のウッドワード修正により、シス-ジオールが得られる。酢酸アニオンは環状ヨウ素イオンと反応してオキソニウムイオン中間体を生成する。これは水と容易に反応してモノ酢酸塩となり、これを加水分解するとシス-ジオールが得られる[22]
銀塩の必要性をなくすために、スダライと同僚はプレヴォスト・ウッドワード反応を改良した。この反応はLiBrで触媒され、酸化剤としてNaIO 4とPhI(OAc) 2を使用する。[23] LiBrはNaIO 4と酢酸 と反応して酢酸リチウムを生成し、これは前述のように反応を進めることができる。このプロトコルは、選択した酸化剤に応じて、対応するジオールのdrを高くした。
ウッドワード法とシャープレス法の両方の応用
ステロイドの合成にはジヒドロキシル化法が研究されてきた。殺虫剤としての可能性を秘めたブラシノステロイドは、立体化学的に豊富なヒドロキシ置換基を有する。[24]ステロイド中のヒドロキシル基は、両方のウッドワード条件を使用してステロイドのA環にシスジオールを生成することができる。次に、D環のアルケン鎖をジヒドロキシ化し、OsO 4とNMOを化学量論的酸化剤として使用して2番目のシスジオールを生成する。[25]
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