アリルアルコールのエポキシ化

アリルアルコールのエポキシ化は、有機化学におけるエポキシ化反応の一種である。この反応の1つの具体例として、シャープレスエポキシ化がある。初期の研究では、メタクロロ過安息香酸（m-CPBA）を酸化剤として使用すると、アリルアルコールは面選択性を示すことが示された。アリルアルコールをアセチル化すると、この選択性は逆転した。この発見から、水素結合が選択性に重要な役割を果たしているという結論に至り、次のモデルが提案された。^[1]

環状アリルアルコールの場合、アルコールが擬似エクアトリアル位に固定されているときの方が擬似アキシャル位に固定されているときよりも選択性が高くなる。^[2]しかし、バナジウムをベースにしたような金属触媒系では、ヒドロキシル基がアキシャル位にあると反応速度が34倍加速されることがわかった。擬似エクアトリアル位に固定された基質は酸化されてエンオンを形成することが示された。バナジウム触媒エポキシ化の両方の場合において、エポキシ化生成物はシンジアステレオマーに対して優れた選択性を示した。^[3]

水素結合がない場合、立体効果により過酸化物は反対面へ直接付加される。しかし、過フッ素過酸は保護されたアルコールと水素結合することができ、過酸に存在する水素と通常の選​​択性を与える。^[4]

アリルアルコールの存在は立体選択性の向上につながるが、これらの反応の速度はアルコールを含まない系よりも遅くなる。しかし、水素結合基を持つ基質の反応速度は、同等の保護基を持つ基質よりも速い。この観察結果は、2つの要因のバランスによるものである。1つ目は、水素結合の結果としての遷移状態の安定化である。2つ目は、酸素の電子吸引性であり、アルケンから電子密度を引き離し、その反応性を低下させる。^[5]

非環式アリルアルコールも優れた選択性を示す。これらのシステムでは、A ^1,2（ビニルとの立体的相互作用）とA ^1,3ひずみの両方が考慮される。120 度の二面角が、配向基と水素結合する基質を最もよく配向することが示されている。この形状により、過酸化物が適切に配置されるとともに、CC πからCOシグマスターへの供与が最小限に抑えられる。^[6]この供与により、アルケンの電子密度が低下し、反応が不活性化される。しかし、バナジウム錯体は基質と水素結合しない。代わりに、アルコールと配位する。つまり、40 度の二面角により、過酸化物シグマスター軌道の理想的な位置が可能になる。^[7]

水素結合するシステムでは、必要な形状により、アリル置換基はいずれも強い A 1,3 相互作用を強いられるが、 A 1,2 は回避されるため、 A 1,3 ひずみがより大きな役割を果たします。これにより、得られたエポキシドのシン付加が起こります。バナジウムの場合、必要な形状により強い A ^1,2相互作用^が起こります^が、 A ^1,3は回避され、配向基に対して反エポキシドの形成が起こります。バナジウム触媒によるエポキシ化は、ビニル基の立体的かさに非常に敏感であることが示されている。^{[8] [9] [10]}

ホモアリルアルコールは、水素結合を示す基質に対して、環状および非環状系の両方でエポキシ化に効果的な配向基である。しかし、これらの反応は選択性が低い傾向がある。^{[11] [12]}

水素結合基質はアリルおよびホモアリルの場合に同じタイプの選択性を与えますが、バナジウム触媒の場合はその逆になります。

Mihelich によって提案された遷移状態は、これらの反応において、選択性の原動力は擬似椅子型構造における A ^{1,3ひずみを最小化することにあることを示しています。}

提案された遷移状態は、基質がアリルひずみを最小にする立体配座をとろうとすることを示している。これを行うために、最も立体的にかさばらないR基が回転してR4の位置をとる。^[13]

過酸と金属触媒エポキシ化は非環式系では異なる選択性を示すが、環式系では比較的同様の選択性を示す。7環以下または10環以上の環式系では、同様の選択性パターンが観察される。しかし、中サイズの環（8環と9環）では、過酸酸化剤は逆選択性を示すのに対し、バナジウム触媒反応では引き続きsynエポキシドの形成を示すことが示されている。^[14]

バナジウムはエポキシ化に対する最も反応性の低い金属触媒であるが、アリルアルコールを含むアルケンに対しては選択性が高い。シャープレスによる初期の研究では、バナジウムは、より置換された電子密度の高いアルケンよりもアリルアルコールを含むアルケンとの反応を好むことが示された。この場合、バナジウムは、m-CPBA とより反応性の高いモリブデン種の両方に対して逆の位置選択性を示した。バナジウムは一般に他の金属錯体よりも反応性が低いが、アリルアルコールが存在すると、エポキシ化に対して最も反応性の高い金属であるモリブデンよりも反応速度が加速される。^[15]