Anwendung von DMSO als „Oxidationsmittel“ in der organischen Synthese!
Der Oxidationsprozess vonDimethylsulfoxid (DMSO) Reagenzqualitätfolgt dem klassischen Schema der elektrophilen Aktivierung, nukleophilen Addition und Eliminierung: Zunächst binden elektrophile Reagenzien (wie Oxalylchlorid, DCC, Schwefeltrioxid-Pyridin-Komplex) an die Schwefel-Sauerstoff-Doppelbindung von Dimethylsulfoxid (DMSO), aktivieren das Sauerstoffatom, um dessen Austritt zu erleichtern, und erzeugen das wichtige Sulfoniumkation als Zwischenprodukt. Anschließend greift das Substrat (wie eine Alkoholhydroxylgruppe oder ein halogenierter Kohlenwasserstoff) das Schwefelatom an und bildet ein Alkoxysulfoniumion. Schließlich erfolgt die Deprotonierung durch die Einwirkung der Base, wodurch ein Schwefelylid-Zwischenprodukt entsteht, das über einen Fünfring-Übergangszustand Dimethylsulfid freisetzt und das Substrat zu Carbonylverbindungen wie Aldehyden und Ketonen oxidiert.
Dieses Verfahren vermeidet die starke Korrosivität herkömmlicher Oxidationsmittel (wie Cr⁶+, MnO₂) und bietet eine milde Reaktionsumgebung für empfindliche funktionelle Gruppen. Es ermöglicht Oxidationsreaktionen von Alkoholen, Halogeniden und schweren Bindungen, wie z. B. die Swern-Oxidation, Kornblum-Oxidation, Parikh-Doering-Oxidation, Pfitzner-Moffatt-Oxidation usw. Diese Reaktionen profitieren stark von der Verwendung vonDMSO für organische Oxidationsreaktionen, und bietet eine bessere Selektivität und Kompatibilität für komplexe organische Substrate.
1. Swern-Oxidation
Das Niedertemperatur-Oxidationssystem (Dimethylsulfoxid (DMSO) Reagenzqualität/Oxalylchlorid/Triethylamin) wurde 1978 von Daniel Swern und seinen Kollegen entwickelt und kann als Wächter empfindlicher Substrate bezeichnet werden.
Die Reaktion wird üblicherweise bei -78 °C durchgeführt. Zunächst reagiert Dimethylsulfoxid (DMSO) mit Oxalylchlorid zu Dimethylchlorsulfoniumchlorid, welches anschließend mit Alkohol zu Alkoxysulfoniumionen reagiert. Nach alkalischer Behandlung zersetzt sich das Sulfoniumylid zu Aldehyden und Ketonen. Der Vorteil dieser Reaktion liegt in den milden Bedingungen und der Vermeidung von Peroxidbildung. Sie eignet sich besonders für die Oxidation von Alkoholen mit säure- oder wärmeempfindlichen Gruppen, beispielsweise zur Umwandlung komplexer zyklischer Alkohole in der Naturstoffsynthese.
2. Pfitzner–Moffatt Oxidation
Im Jahr 1963 entdeckten Moffatt und sein Student Pfitzner, dass dieDMSO-Lösungsmittel in pharmazeutischer QualitätDie Kombination aus DCC und Dimethylsulfoxid (DMSO) kann zur Oxidation von Alkoholen unter schwach sauren Bedingungen eingesetzt werden. Der Reaktionsverlauf ist wie folgt: Zunächst aktiviert protoniertes DCC Dimethylsulfoxid (DMSO) und erzeugt ein aktives Zwischenprodukt. Anschließend reagiert dieses Zwischenprodukt mit Alkohol zu einem Alkoxysulfoniumylid und setzt schließlich N,N-Dicyclohexylharnstoff (DCU) als Nebenprodukt frei.
Die Reaktionsbedingungen sind mild und für empfindliche Alkoholsubstrate geeignet. Die Methode zeichnet sich durch hohe Ausbeute, einfache Handhabung, niedrige Kosten und Kompatibilität mit den meisten funktionellen Gruppen aus. Ungeschützte tertiäre Alkohole neigen jedoch zur Eliminierung. Ein weiterer Nachteil ist, dass sich die Nebenprodukte Dialkylharnstoff und überschüssiges DCC nur schwer vollständig entfernen lassen.
Tipps | Wie entfernt man das Nebenprodukt Dicyclohexylharnstoff (DCU), das bei der Reaktion von DCC entsteht?
3. Albright-Goldman-Oxidation
Die Reaktion oxidierender Alkohole zu Aldehyden und Ketonen mit wasserfreier Essigsäure (Essigsäureanhydrid) undDimethylsulfoxid (DMSO) Reagenzqualitätals Aktivatoren wurde erstmals 1965 von Albright und Goldman systematisch eingeführt. Aufgrund der schwachen Aktivierungsfähigkeit von Essigsäureanhydrid ist die Reaktionszeit im Allgemeinen lang.
Der Vorteil dieser Reaktion liegt in der Durchführbarkeit bei Raumtemperatur und der einfachen Nachbearbeitung, insbesondere bei der Oxidation von Alkoholen mit großer sterischer Hinderung. Der Nachteil besteht darin, dass bei Hydroxygruppen mit geringer sterischer Hinderung Acetylierung und die Bildung von Methylthiomethylether als Nebenreaktionen auftreten können.
4. Parikh-Doering-Oxidation
Die Reaktion der Umwandlung von primären und sekundären Alkoholen in entsprechende Aldehyde und Ketone unter VerwendungDMSO für organische Oxidationsreaktionen, fester Schwefeltrioxid-Pyridin-Komplex als Aktivator und Triethylamin als Base wurde erstmals 1967 von Parikh und Doering beschrieben.
Reaktionsverlauf: Zunächst werden Dimethylsulfoxid (DMSO) und Schwefeltrioxid bei 0 °C oder Raumtemperatur zugegeben. Anschließend wird es von Alkohol angegriffen, wobei ein wichtiges Alkoxysulfoniumion-Zwischenprodukt entsteht. Dieses Zwischenprodukt wird anschließend durch die Base deprotoniert, wodurch das entsprechende Schwefelylid entsteht. Dieses durchläuft einen Übergangszustand eines Fünfrings und setzt Dimethylsulfid frei, wodurch Aldehyde und Ketone entstehen.