Sharpless-Epoxidierung

Die Sharpless-Epoxidierung gehört zur Gruppe der katalytisch asymmetrischen Reaktionen. Die Reaktion liefert 2,3-Epoxyalkohole aus Allylalkoholen in hohen Enantio-/Diastereoselektivitäten.

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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.

Mechanismus

Der Mechanismus ist in der Abbildung gezeigt. Der 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-Butanolatanion 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, wird das Sauerstoffatom von unten auf die Doppelbindung übertragen und entsteht das R,R-Epoxid. Im umgekehrten Fall entsteht das S,S-Epoxid.

Da die Reaktion hoch enantioselektiv verläuft, existiert ein Energieunterschied der isomeren Übergangszustände . 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.