Swern氧化反應

Swern氧化反應，也稱作斯文氧化反應，是用二甲基亞碸作氧化劑，在鹼性和低溫條件下與草醯氯（或三氟乙酸酐）協同作用將醇氧化成醛或酮的反應。

底物中的醇為一級醇或二級醇，鹼通常用三乙胺。該反應需要在無水條件下進行，反應條件較為溫和。同時產率很高，而且雙鍵不受影響，可以將敏感的醇（如烯丙醇）氧化為α,β-不飽和醛。

基本介紹

• 中文名：Swern氧化反應
• 外文名：Swern oxidation
• 所屬學科：有機化學
• 別名：斯文氧化反應
• 產物：醛或酮
• 反應類別：有機人名反應
• 底物：一級醇或二級醇
• 條件：二甲基亞碸+草醯氯/三氟乙酸酐+三乙胺
• 發現者：D. Swern
• 發現時間：1976年、1978年

發展歷史

1976年，D. Swern等人報導了在低於-50°C時，在二氯甲烷中用三氟乙酸酐（TFAA）處理二甲基亞碸（DMSO）會生成三氟乙醯氧基二甲基鋶三氟乙酸鹽，能夠迅速與一級醇和二級醇發生反應。同時他們發現，通過加入三乙胺之後得到的中間體烷氧基二甲基鋶鹽，可以生成相應的醛和酮，而且產率很高。

1978年，D. Swern等人發現草醯氯在醇的氧化反應中作為二甲基亞碸的活化劑比三氟乙酸酐更高效。後來人們將在一級醇和二級醇的氧化過程中，使用二甲基亞碸和三氟乙酸酐（或草醯氯）的反應稱為Swern氧化反應。

反應內容

定義

首先用二甲基亞碸和草醯氯（或三氟乙酸酐）反應生成烷氧基鋶鹽，然後用有機鹼（通常用三乙胺）處理，可以在溫和條件下氧化一級醇或二級醇生成相應的羰基化合物（醛或酮），這個反應一般被稱為Swern氧化反應。

Swern氧化反應

反應特徵

⑴Swern氧化反應最常用的溶劑是二氯甲烷（DCM）。如果不使用溶劑，二甲基亞碸與三氟乙酸酐（或草醯氯）會發生劇烈反應（爆炸），因此在進行反應時應格外小心。

⑵當使用三氟乙酸酐時，初始中間體在-30°C以上不穩定，會通過Pummerer重排反應形成副產物。當使用草醯氯時，初始中間體在-60℃以上不穩定，所以氧化反應通常在-78°C下進行。三氟乙酸酐的使用可能會導致三氟乙酸酯副產物的產生，而用草醯氯代替三氟乙酸酐時，副反應極為罕見。

⑶加料順序通常是先讓二甲基亞碸與三氟乙酸酐（或草醯氯）在低溫下開始反應，然後緩慢加入醇，最後加入叔胺。加入叔胺（如二異丙胺、三乙胺）的目的是促進烷氧基鋶鹽分解。

⑷Swern氧化反應的效率不受底物空間位阻的影響。

反應機理

三氟乙酸酐

當使用三氟乙酸酐時，首先是二甲基亞碸的活化過程，在低於-30℃的條件下得到三氟乙醯氧基二甲基鋶三氟乙酸鹽活性中間體。若高於-30℃，該中間體可能會發生Pummerer重排反應生成副產物三氟乙酸酯。

TFAA活化DMSO

然後醇作為親核試劑進攻該中間體，在脫去一分子三氟乙酸之後，得到烷氧基鋶鹽，繼續與三乙胺作用脫質子，形成烷氧基鋶葉立德。最後進一步發生質子轉移，得到產物醛或酮，以及二甲硫醚。

醇的活化及產物的生成

草醯氯

當使用草醯氯時，首先是二甲基亞碸的活化過程，與草醯氯作用發生S-醯基化，隨後失去一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO₂）而得到中間體氯化二甲基氯化鋶。

草醯氯活化DMSO

然後醇作為親核試劑進攻該中間體，在脫去一分子氯化氫之後，得到烷氧基鋶鹽，繼續與三乙胺作用脫質子，形成烷氧基鋶葉立德。最後質子轉移到葉立德碳上，同時O—S鍵裂解而生成羰基化合物（醛或酮）和二甲硫醚。

醇的活化及產物的生成

意義價值

Swern氧化反應條件溫和，官能團耐受性好，適用範圍廣泛，是有機合成中第一個不含金屬氧化劑的氧化反應。許多不同的醇可以在溫和的條件下被氧化成相應的羰基化合物，並且產率較高。Swern氧化反應是氧化醇的最好方法之一，它幾乎對所有的一級醇和二級醇都有效，包括敏感的底物像烯丙基醇，氧化可以得到α,β-不飽和醛。另外，由於反應中沒有常見的烯醇化作用發生，所以對於生成的醛中含有α手性中心的化合物，其立體化學完整性不會損失。

Swern氧化反應不影響雙鍵及立體構型

反應舉例

1999年，S.F. Martin等人在合成ircinal A和相關的manzamine類生物鹼時使用了雙Swern氧化反應。高級三環二醇中間體首先在-78°C下進行Swern氧化反應，以使相應的二醛有較高的產率。下一步，二醛在無鹽條件下與過量的Wittig試劑作用，形成兩個末端烯烴。

manzamine類生物鹼的合成

2003年，D.R. Williams等人首次報導了海兔烷型二萜類化合物(+)-4,5-Deoxyneodolabelline的全合成。在合成反應的最後一步中，需要將1,2-二醇中二級醇的官能團氧化，從而得到相應的α-羥基酮。這種1,2-二醇在大多數氧化條件下是不穩定的，並且經常可以觀察到乙二醇的裂解。事實上，當研究者嘗試用Dess-Martin氧化反應和Ley氧化反應進行氧化時，底物發生了碳-碳鍵斷裂，實驗都失敗了。但是在Swern氧化反應的條件下，底物分離後目標產物α-羥基酮的產率高達65%。有意思的是，底物是四種不可分離的非對映體二醇混合物（在McMurry反應中獲得），而產生了兩種易於分離的酮的混合物，其中之一就是天然二萜產物。

(+)-4,5-Deoxyneodolabelline的合成

2003年，J.K. Cha等人報導了真菌毒素(+)-asteltoxin的全合成。兩個主要片段的偶聯是通過雙（四氫呋喃）醛與 α-吡喃酮膦酸酯的HWE烯化實現的，而雙（四氫呋喃）醛是通過相應的雙（四氫呋喃）伯醇發生Swern氧化反應製備的。有趣的是，在氧化條件下，α-立體中心沒有差向異構化，但在HWE烯化過程中形成了少量的C₈差向異構體。

(+)-asteltoxin的合成