二甲亞砜（Dimethyl Sulfoxide，簡(jiǎn)稱DMSO），是一類十分重要的極性非質(zhì)子溶劑，具有來源廣、毒性低、高極性、高沸點(diǎn)、與水混溶等優(yōu)點(diǎn)，被稱為“萬能溶劑”。除了在有機(jī)合成中作為溶劑被廣泛使用外，DMSO還是一種溫和的氧化劑，可實(shí)現(xiàn)醇、鹵代物、重鍵等的氧化反應(yīng)，例如Swern 氧化、Kornblum 氧化、Parikh-Doering 氧化、Pfitzner–Moffatt 氧化等。
注：本文部分圖片反應(yīng)式參考自網(wǎng)絡(luò)
二甲亞砜的氧化性依賴于它的親核性能，作為親核試劑，分子中氧的親核能力要強(qiáng)于硫，在大多數(shù)反應(yīng)中，在親電試劑活化下，親核試劑進(jìn)攻硫原子得到中間體4，中間體4進(jìn)一步發(fā)生消除丟失一分子二甲硫醚得到雙鍵，從而實(shí)現(xiàn)氧化過程。
DMSO參與的氧化反應(yīng)一般需要在活化劑（E+）的輔助下進(jìn)行，在活化劑的作用下，能夠增強(qiáng)二甲亞砜中氧原子的離去能力，從而得到硫鎓陽(yáng)離子。常見的活化試劑有DCC、草酰氯、乙酸酐、三氟乙酸酐、五氧化二磷、吡啶/三氧化硫絡(luò)合物、乙酰氯、PDCP等，這些試劑各有其特點(diǎn)，可以根據(jù)反應(yīng)條件和要求的不同，選擇不同的活化劑來達(dá)到氧化目的。
1、Swern 氧化
1978年，Daniel Swern 及同事發(fā)現(xiàn)了當(dāng)二甲亞砜和草酰氯在低溫處理以后和一級(jí)醇或者二級(jí)醇反應(yīng)能形成一種中間體，而其繼續(xù)和三乙胺處理以后能得到相應(yīng)高收率的醛酮。反應(yīng)的第一步是低溫下，二甲基亞砜（1a)共振形成（1b）并與草酰氯（2）的親核加成，生成第一個(gè)中間體（3），此中間體迅速的分解為CO2和CO，并生成氯化二甲基氯代锍鹽（4），生成關(guān)鍵的烷氧基锍離子中間體（6）。在加入了兩當(dāng)量的堿后，發(fā)生去質(zhì)子作用生成硫葉立德（7）。通過一個(gè)五元環(huán)的過渡態(tài)，硫葉立德（7）進(jìn)一步分解為二甲基硫醚以及氧化產(chǎn)物（8）。
2、Pfitzner-Moffatt 氧化
1963年 Moffatt 和他的學(xué)生 Pfitzner 發(fā)現(xiàn) DMSO/DCC 組合可用于醇的氧化，該反應(yīng)涉及到一個(gè)烷氧基硫葉立德中間體。
3、Albright-Goldman 氧化
用無水醋酸做DMSO的活性化劑的將醇氧化為醛酮的反應(yīng)。反應(yīng)也可在在室溫下進(jìn)行，延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間至12-24小時(shí)。該反應(yīng)特別對(duì)立體位阻較大的醇的氧化效果較好。
4、Parikh-Doering 氧化
以二甲亞砜為氧化劑，三氧化硫-吡啶絡(luò)合物為活化劑，三乙胺為堿而將伯醇和仲醇轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的醛酮。機(jī)理與swern氧化反應(yīng)類似，二甲亞砜與三氧化硫在0°C或室溫下發(fā)生加成，并受到醇進(jìn)攻，生成關(guān)鍵的烷氧基锍離子中間體，該中間體接下來被堿去質(zhì)子化為相應(yīng)的硫葉立德，然后硫葉立德經(jīng)五元環(huán)過渡態(tài)、釋放二甲硫醚，得到醛酮。
5、Komblum氧化
利用DMSO作為氧化劑將鹵代烷氧化為相應(yīng)的羰基化合物的反應(yīng)被稱為Kornblum氧化。該反應(yīng)首先進(jìn)行SN2取代，產(chǎn)生烷氧基锍離子，然后再用堿（如三乙胺、碳酸氫鈉）消除一個(gè)質(zhì)子和二甲硫醚而得到醛。
總結(jié)：DMSO是最為廣泛使用的亞砜之一，亞砜（S=O）中負(fù)電荷集中在氧上，具有一定的親核性，在各種親電試劑的作用下，氧被離去，亞砜的α-H具有一定的酸性，在堿作用下形成硫葉立德，從而可以實(shí)現(xiàn)醇、環(huán)氧等的氧化反應(yīng)。
DMF（二甲基甲酰胺）是一種高沸點(diǎn)極性非質(zhì)子溶劑，能和水以及大部分有機(jī)溶劑互溶，并且可以促使SN2反應(yīng)的進(jìn)行，是有機(jī)合成最常用的溶劑之一。純二甲基甲酰胺是沒有氣味的，但工業(yè)級(jí)或變質(zhì)的二甲基甲酰胺則有魚腥味，因其含有二甲基胺的不純物，因此在使用DMF做溶劑時(shí)，應(yīng)注意蒸餾純化。
除做溶劑外，DMF也是一種重要的合成子，可以作為親電試劑、親核試劑和自由基試劑，參與多類化學(xué)反應(yīng)，最著名的便是Vilsmeier反應(yīng)，DMF和POCl3作用所形成的Vilsmeier試劑可以實(shí)現(xiàn)各類芳香化合物的甲?；磻?yīng)。此外，DMF作為前體也能實(shí)現(xiàn)氨基羰基化和胺化，甚至可以和苯炔發(fā)生反應(yīng)，本文將對(duì)DMF參與的這些反應(yīng)一一介紹。
1，甲?；磻?yīng)
Vilsmeier試劑是最重要的甲?；噭┲唬虳MSO類似，DMF的O原子具有一定的親核性，在親電試劑POCl3活化下可以離去O，最終得到亞胺結(jié)構(gòu)化合物。
Vilsmeier試劑可以實(shí)現(xiàn)芳環(huán)化合物、雜芳環(huán)化合物以及富電子烯烴的甲酰化反應(yīng)。
除Vilsmeier試劑外，具有強(qiáng)親核性的試劑，可以和DMF發(fā)生類似酰胺的水解反應(yīng)，得到相應(yīng)的甲?；a(chǎn)物，例如鋰試劑與DMF反應(yīng)會(huì)得到二甲基氨基鋰和相應(yīng)的甲?；a(chǎn)物。在咪唑催化下，DMF可以實(shí)現(xiàn)伯胺的甲?；磻?yīng)，在該反應(yīng)中，咪唑?qū)︳驶H核進(jìn)攻，使得二甲胺離去，得到中間體9，中間體9繼續(xù)被伯胺親核進(jìn)攻，最后實(shí)現(xiàn)甲酰化反應(yīng)。
2，胺羰基化反應(yīng)
醛基C-H鍵的鍵解離能和H-Br差不多，可以被各種過氧化合物引發(fā)得到酰基自由基，酰基自由基能以自由基偶聯(lián)等方式實(shí)現(xiàn)胺羰基化反應(yīng)。
在金屬催化的反應(yīng)中，DMF常常作為配體，有時(shí)也會(huì)參與反應(yīng)，鹵代芳烴與鈀發(fā)生氧化加成，與DMF/MeONa復(fù)合物配位，然后釋放出甲醇，經(jīng)歷還原消除，可實(shí)現(xiàn)鹵代芳烴的胺羰基化反應(yīng)。
DMF作為金屬中心的配體，也可以接受外來試劑的進(jìn)攻，實(shí)現(xiàn)各類底物的胺羰基化反應(yīng)。
3，胺化反應(yīng)
DMF是二甲胺基的重要來源之一，可以實(shí)現(xiàn)各種鹵代烴的二甲胺基化反應(yīng)，DMF形成二甲胺基主要有以下兩種方式：a）DMF與鹵代烴底物作用，N有一定的親核性，與R-X作用得到季銨鹽，該季銨鹽可以釋放出CO和HX，從而實(shí)現(xiàn)二甲胺化反應(yīng)；b）DMF脫去一分子CO先形成二甲胺，再與R-X發(fā)生反應(yīng)。
在銅催化下，DMF可以作為二甲胺源，實(shí)現(xiàn)苯并惡唑類化合物與二甲胺的氧化偶聯(lián)反應(yīng)。
4，和苯炔反應(yīng)
DMF可以和苯炔發(fā)生類似[2+2]環(huán)加成的反應(yīng)，得到苯并四元氧雜環(huán)，該中間體能夠視為雙烯等價(jià)體，與一些親雙烯體發(fā)生D-A反應(yīng)，也能發(fā)生一些類似Michael加成的反應(yīng)。
5，總結(jié)
DMF是一種實(shí)驗(yàn)室以及工業(yè)上常用的溶劑，也可以作為甲?；?、胺化以及胺羰基化反應(yīng)的前體，在這些反應(yīng)的基礎(chǔ)上可以方便的制備醛、酮、胺、酰胺和氰等化合物。溶劑是有機(jī)反應(yīng)中十分重要的一環(huán)，有時(shí)甚至是關(guān)鍵性地因素，能影響反應(yīng)的產(chǎn)率、化學(xué)選擇性、立體選擇性，甚至決定了反應(yīng)是否進(jìn)行，在選用反應(yīng)溶劑時(shí)，我們有必要對(duì)溶劑的物理性質(zhì)以及反應(yīng)性有一定的了解。
單質(zhì)碘是有機(jī)化學(xué)中結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單的反應(yīng)試劑之一，具有氧化性, 酸性和親電性3類基本化學(xué)性質(zhì)，基于這三個(gè)性質(zhì)，單質(zhì)碘廣泛用于有機(jī)合成之中。
碘元素雖然在自然界豐度不高(豐度在地殼中排第47位), 但分布十分廣泛, 普遍存在于無機(jī)礦石和有機(jī)生物體內(nèi)。目前世界上所使用的碘元素主要有兩個(gè)來源，一種是海洋中富含碘元素的無機(jī)鹽；另一種是來源于智利的含有碘酸鹽的礦石。
目前世界上對(duì)碘元素的需求大概如下圖所示，其中用于有機(jī)合成領(lǐng)域的比例高達(dá)35%（有機(jī)化學(xué)反應(yīng)試劑19%+制藥及藥物中間體16%）。本文將基于碘單質(zhì)的三個(gè)基本性質(zhì)對(duì)其在有機(jī)合成中的應(yīng)用進(jìn)行介紹。
一、氧化性
1、 醇或醛的氧化
在相應(yīng)的親核試劑存在下, 單質(zhì)碘可以將醇或者醛氧化成酯、酰胺或者脲類化合物。下圖是醛在醇存在下被氧化為酯和醇在氨存在下被氧化為氰的兩個(gè)例子。
2、硫醚氧化
單質(zhì)碘作為消毒殺菌劑的機(jī)制就是將病毒或細(xì)菌結(jié)構(gòu)中半胱氨酸的巰基氧化成二硫化物，使蛋白質(zhì)變性，從而起到滅毒殺菌的效果。在有機(jī)合成中，也常用碘單質(zhì)的這個(gè)特性將硫醇或硫酚轉(zhuǎn)變?yōu)槎蚧?。另外，硫醚在水溶液中可被碘單質(zhì)氧化為亞砜。
3、氧化形成 C—C鍵
單質(zhì)碘在甲醇鈉的作用下可促進(jìn)對(duì)溴苯乙腈的脫氫二聚反應(yīng)，反應(yīng)歷程依次經(jīng)歷拔氫、單質(zhì)碘氧化形成自由基、自由基偶聯(lián)、碘化，最后消除HI得到產(chǎn)物。
二、酸性
單質(zhì)碘在質(zhì)子溶劑中一般起到Br?nsted酸的作用，而在非質(zhì)子溶劑中起到lewis酸的作用。
1、Lewis 酸催化劑
單質(zhì)碘因其外軌道接受電子而可作為Lewis酸催化劑，單質(zhì)碘催化劑具有價(jià)格便宜、對(duì)空氣水不敏感、后處理簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，在Aldol反應(yīng)、Michael加成反應(yīng)、Mannich反應(yīng)等的催化中都有較好的應(yīng)用。使用催化量的碘就可對(duì)羰基、亞胺等進(jìn)行活化，從而實(shí)現(xiàn)親核試劑對(duì)這些官能團(tuán)的親核進(jìn)攻。
2、Br?nsted酸催化劑
碘單質(zhì)作為Br?nsted酸催化劑主要是在質(zhì)子溶劑中生成的HI起作用，可用于羰基等的活化、去保護(hù)等反應(yīng)中。
三、親電性
碘單質(zhì)具有親電性，在親核試劑的作用下，可以實(shí)現(xiàn)烯烴等的雙官能團(tuán)化。該反應(yīng)可能經(jīng)歷一個(gè)電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物或碘鎓離子歷程。
四、總結(jié)
單質(zhì)碘是一種簡(jiǎn)單易得、綠色高效的催化劑，圍繞著其氧化性、酸性、親電性這三大基本性質(zhì)可設(shè)計(jì)開發(fā)一系列新反應(yīng)。
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