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二氧杂环戊烷的环氧化是指使用三元环状过氧化物（也称为二氧杂环戊烷）从烯烃合成环氧化物。
介绍
二恶烷是含有弱氧 - 氧键的三元环状过氧化物。虽然它们能够影响杂原子官能团甚至碳 - 氢键的氧化[2]，但它们最广泛地用作烯烃的环氧化剂。二恶烷是亲电子氧化剂，其对富电子的反应比电子贫乏的双键反应更快; 但是，两类基材都可以在合理的时间范围内进行环氧化。二恶烷可以由酮和过氧单硫酸钾（Oxone）原位制备和分离或原位产生。就地制剂可以在酮中催化，如果酮是手性的，则发生对映选择性环氧化。二恶烷的官能团相容性受到一定限制，因为胺和硫化物的侧向氧化很快。尽管如此，二氧杂环丙烷氧化的方案完全不含金属。用于合成的最常见的二氧杂环戊烷是二甲基二环氧乙烷（DMD）和甲基（三氟甲基）二氧杂环丙烷（TFD）。
（1）
机制和立体化学
流行机制
用二氧杂环戊烷环氧化的机理最可能涉及通过螺旋过渡态的协同氧转移。[3]当氧转移发生时，环氧乙烷的平面垂直于并平分烯烃π系统的平面。烯烃的构型保留在产品中，排除了长寿命的自由基中间体。此外，螺旋过渡态已被用于解释用手性酮对映选择性环氧化的选择性。[4]
（2）
立体选择性变体
非对映选择性环氧化可以通过使用具有非对映表面的烯烃起始材料来实现。当外消旋3-异丙基环己烯进行DMD氧化时，反式环氧化物是主要产物，其受到双键受阻较小的面的攻击。[5]
（3）
使用二氧杂环戊烷的对映选择性环氧化采用以下两种策略之一：（1）通过DMD氧化手性金属催化剂，然后环氧化，或（2）通过手性二恶烷环氧化，其由催化量的酮和化学计量的量原位生成。末端氧化剂）。[4] Mn-salen配合物已成功用于实现第一种策略。[6]
（4）
第二种策略中许多最好的酮来自碳水化合物。例如，Shi的催化剂1衍生自果糖，并且以高对映选择性环氧化二取代和三取代的烯烃。[4]。
（5）
范围和限制
二恶烷可以预先制备或就地生成用于环氧化反应。在大多数情况下，必须建立两相系统用于原位环氧化，因为KHSO 5不溶于有机溶剂。因此，对水解敏感的底物或产物将不能在原位环氧化中存活。[7]本节描述了具有给电子或取代取代基的烯烃的环氧化条件，这两种取代基都可以化学计量或催化模式用二氧杂环戊烷环氧化。
尽管二氧杂环戊烷具有高度亲电性，但它们以高产率环氧化富电子和贫电子烯烃（尽管后者的反应速度要慢得多）。电子不足的环氧化物产品也表现出增强的水解稳定性，这意味着它们通常可以在原位条件下存活。富电子双键的环氧化产生了Rubottom氧化的中间体。水解后，这些甲氧基环氧化物产生α-羟基酮。[8]
（6）
电子贫乏的双键需要更长的时间才能进行环氧化。尽管反应温度不应超过50℃，但加热可用于促进氧化，以避免二氧杂环丙烷分解。[9]
（7）
与吸电子和取代基团结合的烯烃倾向于表现得像前者，需要长的氧化时间并且偶尔需要一些加热。与缺电子的环氧化物一样，来自这类底物的环氧化物产物在水解方面通常是稳定的。[10]
（8）
在含有多个双键的基材中，最富电子的双键通常可以选择性地环氧化。[11]
（9）
如果必须使用专门的二氧杂环丙烷（如在不对称应用中）或如果分离二氧杂环丙烷是不方便的，则使用含水的Oxone和催化量的酮的环氧化是方便的。可以使用环氧化产物的水解分解以获得良好的优点。[12]
（10）
合成应用
手性不饱和酮的非对映选择性DMD环氧化应用于疣原-2β-醇的合成。[13]
（11）
对映选择性二氧杂环丙烷环氧化在合成序列中是关键的，导致类似于glabrescol。该序列仅在两个步骤中产生了35％总产率的glabrescol类似物。[14]
（12）
与其他方法比较
二氧杂环丙烷环氧化是高度通用的，并且在许多方面与相关的过酸氧化相比是有利的。过酸产生酸性副产物，这意味着必须避免酸不稳定的底物和产物。[15]使用分离的氧化剂双环氧乙烷的环氧化反应可以在中性条件下，而不需要缓冲水溶液中进行。然而，催化的二氧杂环丙烷氧化确实需要水并且不适用于水解不稳定的底物。
一些方法非常适合于富电子或贫电子双键的氧化，但是对于两类基质和二氧杂环戊烷都很少有效。Weitz-Scheffer条件（NaOCl，H 2 O 2 / KOH，tBuO 2 H / KOH）对于贫电子双键的氧化效果良好[16]，磺酰基取代的氧氮丙啶对富电子双键有效。[17]
金属基氧化剂通常比催化模式中的二氧杂环丙烷氧化更有效; 然而，通常产生对环境不友好的副产物。在不对称环氧化的领域，Sharpless-Katsuki。[18]和Jacobsen [19]环氧化作用在对映选择性方面超过了不对称的二氧杂环丙烷氧化。另外，酶促环氧化比基于二氧杂环丙烷的方法更具对映选择性; 然而，操作困难和低产量有时与酶促氧化有关[20]
实验条件和程序
典型条件
通过将酮前体与缓冲的KHSO 5水溶液合并产生二恶烷。通过蒸馏粗反应混合物分离挥发性二氧杂环戊烷DMD和TFD。Baeyer-Villiger氧化可能与二氧杂环丙烷形成竞争。分离后，将二氧杂环戊烷保持在相应酮的溶液中并用分子筛干燥。除非基质或产品对空气敏感或水解不稳定，否则惰性气氛是不必要的，并且大多数氧化在锥形瓶中在露天进行。
使用原位产生的二氧杂环己烷的氧化比分离方法更方便，条件是底物对水解稳定。反应可以在真正的双相介质中进行机械搅拌，或者在衍生自水和可混溶的有机溶剂（如乙腈）的均相介质中进行。不对称环氧化通常在后一种条件下进行。一些酮催化剂在略微碱性的均相条件下更持久。
示例程序[21]
（12）
向磁力搅拌的反式二苯乙烯（0.724g，4.02mmol）在125mL带塞锥形瓶中的5mL丙酮溶液中加入DMD的丙酮溶液（0.062M，66mL，4.09mmol）。在室温下（约20°）。通过GLC分析跟踪反应进程，表明反式二苯乙烯在6小时内转化为氧化物。在旋转蒸发器（20℃，15mmHg）上除去过量的丙酮，得到白色结晶固体。将固体溶解在CH 2 Cl 2（30mL）中并经无水Na 2 SO 4干燥。过滤除去干燥剂并用CH 2 Cl 2洗涤。将溶液在旋转蒸发器上浓缩，除去剩余的溶剂（20°，15mmHg），得到分析纯的氧化物样品（0.788g，100％）。从EtOH水溶液中结晶，得到白色板，熔点69-70°; IR（CHCl 3）3076,3036,2989,1603,1497,1457,870cm -1 ; 1 H NMR（300MHz，CDCl 3）：δ3.86（s，2H），7.26-7.45（m，10H）; 13 C NMR（75MHz，CDCl 3）：δ62.8（d），125.4（d），128.2（d），128.4（d），137.0（s）。
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