氧化反应——TPAP氧化伯醇或仲醇到醛或酮

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在有机合成化学中，将伯醇或仲醇氧化成对应的醛或酮是有很多种方法的，比如实验室中常用到的Swern氧化、Parikh-Doering氧化、Dess-Martin氧化以及MnO2氧化等等。今天我们将着重介绍一个很实用但却很少被实验者注意到且被用的人名反应——Ley-Griffith氧化。Ley-Griffith氧化，又被称为TPAP氧化，TPAP是一个深绿色的氧化剂，化学名称是四(正)丙基高钌酸铵（Tetrapropylammonium Perruthenate），分子式为n-Pr4NRuO4，结构式如下图所示：


      早期制备它的方法是将四氧化钌（RuO4）溶于四丙基氢氧化铵（Pr4NOH）溶液中而获得。后来人们又开发一个更方便有效、一锅法就得到TPAP的合成方法——首先是RuCl3·nH2O被过量的无水溴酸钠（NaBrO3）氧化，紧接着加入四丙基氢氧化铵（Pr4NOH）即可得到一个深绿色的结晶固体。



      TPAP同其它氧化剂相比，具有很多特殊的性质，因此在应用方面较其它氧化剂有优势。特殊性质：

  1. 对空气、水分稳定，能溶于水和有机溶剂；

  2. TPAP比RuO4氧化力要弱，底物中若含双键，不会被氧化断裂；

  3. 伯醇仅氧化到醛，不会过度氧化为羧酸；

  4.  实验步骤简单，反应进行的非常快（自催化过程）；

  5. 反应条件温和（室温），反应为均相，常用于对复杂分子的氧化；

  6. 高度的化学选择性，对如：烯键、炔键、内酯、环氧，缩醛、硅醚、四氢吡醚无影响；

  7. TPAP催化量（5-10%），助氧化剂通常为N-甲基吗菲林-N-氧化物（NMO）, 氧化三甲胺（TMAO）或过氧化氢物（hydroproxides）。


在用TPAP对伯醇或仲醇氧化时，投料及反应过程中需要注意的细节：

1、使用DCM或MeCN或它们的混合溶剂时反应效果会更好；

2、水分会抑制该自催化的速率或进程，因此反应体系需加入4A分子筛除水；

3、氧化过程瞬间很剧烈，TPAP应分批且缓慢加入，放大更需降温操作；

4、若DCM作溶剂时反应不完全，此时加入10%体积的MeCN可完全转化。


建议的反应后处理方法：

<方法一>

当溶剂是DCM时，反应液用硅藻土或短柱子过滤一遍，再用DCM或EtOAc冲洗两遍，滤液浓缩再纯化；

<方法二>

当溶剂是MeCN时，最好先将反应液中的MeCN浓缩掉，再将the residue 溶于DCM中后重复操作方法一；

<方法三>

当溶剂是DCM/MeCN混合溶剂时，后处理操作方法同方法二。

Notes: 以上方法中当溶剂中有MeCN参与时，后处理过程一般都要事先将反应液过滤一遍，这是因为MeCN的存在can co-elute some residual TPAP, which contaminates the product。


       前文提到该氧化反应是一个自催化的过程，也就是说，反应一旦开始，就会很快完成。那么，TPAP的氧化机理到底是什么过程呢？由于the mechanism of Ley oxidation is complex, 所以至今没有一个很确切的机理过程。现在最被普遍接受的是下面这个环状催化机理过程：






参考文献：

Reviews: Ley, Synthesis, 1994, 639

有机化学人名反应——Ley oxidation


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