Sharpless-Epoxidierung
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Die Sharpless-Epoxidierung gehört zur Gruppe der asymmetrisch katalysierten Reaktionen. Die Reaktion liefert 2,3-Epoxyalkohole aus Allylalkoholen in hohen Enantio-/Diastereoselektivitäten.
[Bearbeiten] Reaktionsbedingungen
Typischerweise wird die Sharpless-Epoxidierung bei -78°C in Methylenchlorid durchgeführt. Das Substrat ist ein primärer oder sekundärer Allylalkohol. Das oxidierende Agens ist ein Hydroperoxid, meistens das tert-Butylhydroperoxid. Der Komplex, der die Stereoselektivität induziert, bildet sich aus in katalytischen Mengen zugesetztem Titan(IV)isopropylalkoholat (Titan(IV)isopropoxid) (5 bis 10 mol %) und enantiomerenreinen Weinsäurediethylester (Diethyltartrat (DET)) (6 bis 12 mol %). Der Zusatz von Molekularsieb (3 oder 4 Å) verringert erstaunlicherweise die Menge an Katalysator, die eingesetzt werden muss.
Man legt in -78 °C kaltem Methylenchlorid, Molsieb, Titanisopropoxid und Tartrat vor, rührt eine Weile und gibt dann tert-Butylhydroperoxidlösung und das Substrat zu. Nach der Reaktion wird mit schwach saurer, reduzierender Lösung gequencht. Hierfür eignet sich z. B. Fe(II)Cl2 und Weinsäure in Wasser. Das Eisen reduziert Peroxide, während die Weinsäure Titan komplexieren und in die wässrige Phase überführen kann. Stark saure Aufarbeitung kann zur Epoxidöffnung führen.
[Bearbeiten] Mechanismus
Der Mechanismus ist in der Abbildung gezeigt. Das terminale O des deprotonierten, an Ti(IV) gebundenen Hydroperoxids greift das Olefin nucleophil an, wobei das Elektronenpaar der Doppelbindung im selben Schritt zu eben diesem O klappt. Das tert-Butanolat verlässt den Komplex als Abgangsgruppe.
Die jeweilige Stereoinduktion entsteht aufgrund der Art der Anbindung des Hydoperoxids an den Dititan-Tartrat-Komplex. Dies sei hier am Beispiel der Verwendung von L-(+)-DET (wie im Bild) illustriert. Koordiniert es von unten und der Allylalkohol von oben, wie im Bild gezeigt, entsteht das R,R-Epoxid. Im umgekehrten Fall das S,S-Epoxid. Da die Reaktion ja hoch enantioselektiv verläuft, muss ein Energieunterschied der isomeren Übergangszustände vorhanden sein. Der Grund hierfür ist die sterische Wechselwirkung der Estergruppen des Tartrats mit dem sperrigen tert-Butylrest des Hydroperoxids: In β-Stellung zum rechten Titanion sind drei dieser Estergruppen vorhanden, von denen zwei nach oben hin ausgerichtet sind. Dadurch ist der obere Halbraum sterisch im Vergleich belasteter, sodass das Hydroperoxid von unten koordiniert. Im Verlauf der Reaktion wird deswegen das O-Atom von unten an die Doppelbindung addiert. Bei der Verwendung von D-(-)-DET verhält es sich entsprechend genau umgekehrt.
