การประยุกต์ใช้ DMSO เป็น "สารออกซิไดซ์" ในการสังเคราะห์สารอินทรีย์!
กระบวนการออกซิเดชันของไดเมทิลซัลฟอกไซด์ (DMSO) เกรดรีเอเจนต์กระบวนการนี้เป็นไปตามขั้นตอนคลาสสิกของการกระตุ้นด้วยอิเล็กโทรฟิล การเติมด้วยนิวคลีโอฟิล และการกำจัด: ขั้นแรก สารอิเล็กโทรฟิล (เช่น ออกซาลิลคลอไรด์, DCC, สารประกอบซัลเฟอร์ไตรออกไซด์-ไพริดีน) จะจับกับพันธะคู่ซัลเฟอร์-ออกซิเจนของไดเมทิลซัลฟอกไซด์ (DMSO) กระตุ้นอะตอมออกซิเจนเพื่อให้หลุดออกได้ง่ายขึ้น และสร้างไอออนซัลโฟเนียมซึ่งเป็นสารตัวกลางที่สำคัญ ต่อมา สารตั้งต้น (เช่น หมู่ไฮดรอกซิลของแอลกอฮอล์หรือไฮโดรคาร์บอนที่มีฮาโลเจน) จะเข้าโจมตีอะตอมซัลเฟอร์เพื่อสร้างไอออนอัลคอกซีซัลโฟเนียม สุดท้าย การกำจัดโปรตอนจะเกิดขึ้นภายใต้การทำงานของเบสเพื่อสร้างสารตัวกลางซัลเฟอร์ไยไลด์ ซึ่งจะปล่อยไดเมทิลซัลไฟด์ผ่านสถานะเปลี่ยนผ่านแบบวงแหวนห้าเหลี่ยม และสารตั้งต้นจะถูกออกซิไดซ์เป็นสารประกอบคาร์บอนิล เช่น อัลดีไฮด์และคีโตน
กระบวนการนี้หลีกเลี่ยงการกัดกร่อนอย่างรุนแรงของสารออกซิไดซ์แบบดั้งเดิม (เช่น Cr⁶+, MnO₂) และให้สภาพแวดล้อมปฏิกิริยาที่ไม่รุนแรงสำหรับหมู่ฟังก์ชันที่ไวต่อปฏิกิริยา ช่วยให้เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันของแอลกอฮอล์ เฮไลด์ และพันธะหนัก เช่น ปฏิกิริยาออกซิเดชันของ Swern, ปฏิกิริยาออกซิเดชันของ Kornblum, ปฏิกิริยาออกซิเดชันของ Parikh-Doering, ปฏิกิริยาออกซิเดชันของ Pfitzner–Moffatt เป็นต้น ปฏิกิริยาเหล่านี้ได้รับประโยชน์อย่างมากจากการใช้กระบวนการนี้ดีเอ็มเอสโอสำหรับปฏิกิริยาออกซิเดชันอินทรีย์ ให้ประสิทธิภาพในการเลือกปฏิกิริยาและเข้ากันได้ดีกว่าสำหรับสารตั้งต้นอินทรีย์ที่ซับซ้อน
1. การออกซิเดชันแบบสเวิร์น
ระบบออกซิเดชันที่อุณหภูมิต่ำ (ไดเมทิลซัลฟอกไซด์ (DMSO) เกรดรีเอเจนต์/ออกซาลิลคลอไรด์/ไตรเอทิลอะมีน) ที่พัฒนาโดยแดเนียล สเวิร์นและเพื่อนร่วมงานของเขาในปี 1978 สามารถเรียกได้ว่าเป็นผู้พิทักษ์ของสารตั้งต้นที่ไวต่อปฏิกิริยา
โดยปกติปฏิกิริยาจะดำเนินการที่อุณหภูมิ -78°C ขั้นแรก ไดเมทิลซัลฟอกไซด์ (DMSO) ทำปฏิกิริยากับออกซาลิลคลอไรด์เพื่อสร้างไดเมทิลคลอโรซัลโฟเนียมคลอไรด์ จากนั้นจะทำปฏิกิริยากับแอลกอฮอล์เพื่อสร้างไอออนอัลคอกซีซัลโฟเนียม หลังจากบำบัดด้วยด่าง ซัลโฟเนียมไยไลด์จะสลายตัวเพื่อให้ได้อัลดีไฮด์และคีโตน ข้อดีของปฏิกิริยานี้คือสภาวะไม่รุนแรงและสามารถหลีกเลี่ยงการเกิดเปอร์ออกไซด์ได้ เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการออกซิเดชันของแอลกอฮอล์ที่มีหมู่ที่ไวต่อกรดหรือความร้อน เช่น การเปลี่ยนแปลงของแอลกอฮอล์วงแหวนที่ซับซ้อนในการสังเคราะห์ผลิตภัณฑ์ธรรมชาติ
2. ออกซิเดชันของไฟซ์เนอร์–มอฟแฟตต์
ในปี 1963 มอฟแฟตต์และนักศึกษาของเขา ฟิตซ์เนอร์ ค้นพบว่าตัวทำละลาย DMSO เกรดเภสัชกรรม/DCC สามารถใช้ในการออกซิเดชันของแอลกอฮอล์ภายใต้สภาวะที่เป็นกรดอ่อนได้ เส้นทางการเกิดปฏิกิริยาเป็นดังนี้: ขั้นแรก DCC ที่ถูกโปรตอนจะกระตุ้นไดเมทิลซัลฟอกไซด์ DMSO เพื่อสร้างสารตัวกลางที่ออกฤทธิ์ ขั้นที่สอง สารตัวกลางจะทำปฏิกิริยากับแอลกอฮอล์เพื่อสร้างอัลคอกซีซัลโฟเนียมไยไลด์ และสุดท้ายจะปล่อย N,N-ไดไซโคลเฮกซิลยูเรีย (DCU) ออกมาเป็นผลพลอยได้
สภาวะปฏิกิริยาไม่รุนแรงและเหมาะสมสำหรับสารตั้งต้นแอลกอฮอล์ที่ไวต่อปฏิกิริยา มีลักษณะเด่นคือให้ผลผลิตสูง ใช้งานง่าย ต้นทุนต่ำ และเข้ากันได้กับหมู่ฟังก์ชันส่วนใหญ่ อย่างไรก็ตาม แอลกอฮอล์ตติยภูมิที่ไม่มีการป้องกันมีแนวโน้มที่จะเกิดการกำจัดได้ง่าย ข้อเสียอีกประการหนึ่งคือ ไดอัลคิลยูเรียที่เป็นผลพลอยได้และ DCC ส่วนเกินนั้นยากที่จะกำจัดออกไปได้อย่างสมบูรณ์
เคล็ดลับ | วิธีขจัดสารไดไซโคลเฮกซิลยูเรีย (DCU) ซึ่งเป็นผลพลอยได้จากปฏิกิริยาของ DCC ได้อย่างไร?
3. การออกซิเดชันแบบอัลไบรท์-โกลด์แมน
ปฏิกิริยาการออกซิไดซ์แอลกอฮอล์ให้กลายเป็นอัลดีไฮด์และคีโตนโดยใช้กรดอะซิติกปราศจากน้ำ (อะซิติกแอนไฮไดรด์) และไดเมทิลซัลฟอกไซด์ (DMSO) เกรดรีเอเจนต์เป็นตัวกระตุ้นนั้น ได้รับการนำเสนออย่างเป็นระบบครั้งแรกโดย Albright และ Goldman ในปี 1965 เนื่องจากอะซิติกแอนไฮไดรด์มีประสิทธิภาพในการกระตุ้นต่ำ ทำให้โดยทั่วไปแล้วปฏิกิริยาจะใช้เวลานาน
ข้อดีของปฏิกิริยานี้คือสามารถดำเนินการได้ที่อุณหภูมิห้องและง่ายต่อการดำเนินการหลังปฏิกิริยา โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการออกซิเดชันของแอลกอฮอล์ที่มีอุปสรรคทางสเตอริกสูง ข้อเสียคือสำหรับหมู่ไฮดรอกซิลที่มีอุปสรรคทางสเตอริกต่ำ อาจเกิดปฏิกิริยาอะเซทิเลชันและการเกิดเมทิลไทโอเมทิลอีเทอร์เป็นปฏิกิริยาข้างเคียงได้
4. ปฏิกิริยาออกซิเดชันของ Parikh–Doering
ปฏิกิริยาการเปลี่ยนแอลกอฮอล์ปฐมภูมิและทุติยภูมิให้เป็นอัลดีไฮด์และคีโตนที่สอดคล้องกันโดยใช้ดีเอ็มเอสโอสำหรับปฏิกิริยาออกซิเดชันอินทรีย์ สารเชิงซ้อนซัลเฟอร์ไตรออกไซด์-ไพริดีนที่เป็นของแข็งทำหน้าที่เป็นตัวกระตุ้น และไตรเอทิลอะมีนเป็นเบส ได้รับการรายงานครั้งแรกโดย Parikh และ Doering ในปี 1967
เส้นทางการเกิดปฏิกิริยา: ขั้นแรก เติมไดเมทิลซัลฟอกไซด์ (DMSO) และซัลเฟอร์ไตรออกไซด์ที่อุณหภูมิ 0°C หรืออุณหภูมิห้อง จากนั้นแอลกอฮอล์จะทำปฏิกิริยากับสารตัวกลางเพื่อสร้างไอออนอัลคอกซีซัลโฟเนียมที่สำคัญ สารตัวกลางนี้จะถูกกำจัดโปรตอนโดยเบสเพื่อให้ได้ซัลเฟอร์ไยไลด์ที่สอดคล้องกัน ซึ่งจะผ่านสถานะเปลี่ยนผ่านแบบวงแหวนห้าสมาชิกและปลดปล่อยไดเมทิลซัลไฟด์ ทำให้เกิดอัลดีไฮด์และคีโตน