Sharpless-Epoxidierung

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• vernünftige Erläuterungen im Text für Si-/Re-Seite, dem Satz zur koordinativen Bindung und generell besser verständlich schreiben.
• eine Erklärung, warum der linke Komplex in der Zeichnung Datei:Sharpless Epoxidierung3.svg benachteiligt ist (wo genau ist die abstoßende WW?)

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Die Sharpless-Epoxidierung, auch Sharpless-Katsuki-Epoxidierung (im Englischen oft abgekürzt als SAE für Sharpless Asymmetric Epoxidation^[1]) ist eine Namensreaktion in der organischen Synthese-Chemie. Sie gehört zur Gruppe der katalytisch asymmetrischen Reaktionen. Ausgehend von prochiralen Verbindungen kann selektiv nur ein Enantiomer des Produktes gebildet werden; es handelt sich um eine enantio- und diastereoselektive Reaktion. Die Reaktion liefert 2,3-Epoxyalkohole aus Allylalkoholen. Diese Produkte enthalten sowohl Epoxid- als auch Alkoholgruppen und können als Startmaterialien für die Synthese zahlreicher weiterer Stoffe dienen.

Barry Sharpless erhielt für die Erforschung asymmetrischer Oxidationsreaktionen im Jahr 2001 den Nobelpreis für Chemie, welchen er sich mit William S. Knowles und Ryoji Noyori teilte.

Typischerweise wird die Sharpless-Epoxidierung^[2] bei −78 °C in Dichlormethan 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 Tetraisopropylorthotitanat (Titan(IV)-isopropoxid, 5 bis 10 mol %) und enantiomerenreinen Weinsäurediethylester (Diethyltartrat [DET], 6 bis 12 mol %). Spuren von Wasser können mit dem Katalysator reagieren und diesen desaktivieren. Der Zusatz von Molekularsieb (3 oder 4 Å) kann somit die eingesetzte Katalysatormenge verringern.^[3]

Die enantioselektive Epoxidierung verläuft ausgehend von einem achiralen/prochiralen Edukt (Allylalkohol) mit Hilfe eines chiralen Katalysators, bestehend aus DET und Titan(IV)-isopropylat (Titantetraisopropoxid).

Dazu wird zunächst aus Titan(IV)-isopropylat und dem optisch aktiven Weinsäurediethylester, im Bildbeispiel rechts (R,R), bzw. L-(+)-DET, der höchstwahrscheinlich als Dimer vorliegende chirale Katalysator generiert, wobei zwei Äquivalente Isopropanol freigesetzt werden. Die beiden verbliebenen Isopropanolat-Reste werden im folgenden Reaktionsverlauf durch das Oxidationsmittel (tert-Butylhydroperoxid) und den Allylalkohol substituiert, wodurch ein „Komplex“ aus chiralen Katalysator, Allylalkohol und Epoxidierungsreagenz entsteht. Dieser Komplex hat eine bevorzugte Geometrie (rechts im Bild). Die links gezeigte Geometrie ist aufgrund sterischer Hinderung zwischen tert-Butyl-Rest und Ethylestergruppe nicht bevorzugt.^[5] Die beiden Geometrien unterscheiden sich für den Allylalkohol insofern, als jeweils eine Epoxidierung von unterschiedlicher Seite möglich wäre. Die Titan(IV)-alkoxid-Spezies wirkt als Lewis-Säure, indem es mit beiden Sauerstoffatomen aus der Peroxogruppe eine koordinative Bindung eingeht und somit elektrophil aktiviert, da die Lewis-Säure Elektronendichte des Sauerstoffs aufnimmt. Das dem tert-Butyl-Rest ferne Peroxosauerstoffatom wird an die Doppelbindung addiert. Nach wässriger Aufarbeitung (Hydrolyse) wird das (2S)-Epoxid sowie tert-Butanol erhalten. Alternativ gelangt man zum (2R)-Epoxid durch Verwendung von (S,S)-Weinsäurediethylester.

Da sich die Sharpless-Epoxidierung ausschließlich auf Allylalkohole beschränkt, können gewöhnliche, nicht funktionalisierte Olefine (Alkene) alternativ durch die Jacobsen-Katsuki-Epoxidierung mit optisch aktiven Mn(III)-Komplexen oder die Shi-Epoxidierung zu Epoxiden (Oxiranen) umgesetzt werden.

• Jacobsen-Epoxidierung
• Johnson-Corey-Chaykovsky-Epoxidierung
• Prileschajew-Reaktion
• Shi-Epoxidierung
• Darzens-Glycidester-Kondensation

Andere Reaktionen von Barry Sharpless

• Sharpless Asymmetrische Dihydroxylierung (SAD)
• Sharpless Asymmetrische Aminohydroxylierung (SAA)

• Herbert Waldmann: Organic synthesis highlights II. Ausgabe 2, Wiley-VCH, 1995, ISBN 3-527-29378-7, S. 3–8 (Digitalisat).
• Jie Jack Li: Sharpless asymmetric epoxidation, in: Name Reactions, Springer, Berlin/Heidelberg 2006, ISBN 978-3-540-30031-1, 533–535, doi:10.1007/3-540-30031-7_243.

Commons: Sharpless-Epoxidierung – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Sharpless-Epoxidierung unter organische-chemie.ch (deutsch)
• Sharpless-Epoxidierung unter organic-chemistry.org (englisch)

1. ↑ Laszlo Kurti, Barbara Czako: Strategic Applications of Named Reactions in Organic Synthesis: Background and Detailed Mechanisms. Elsevier Academic Press, ISBN 978-0-12-429785-2, S. 408. 
2. ↑ Tsutomu Katsuki, K. Barry Sharpless: The first practical method for asymmetric epoxidation. In: Journal of the American Chemical Society. Band 102, Nr. 18, 1980, S. 5974–5976, doi:10.1021/ja00538a077. 
3. ↑ Yun Gao, Janice M. Klunder, Robert M. Hanson, Hiroko Masamune, Soo Y. Ko: Catalytic asymmetric epoxidation and kinetic resolution: modified procedures including in situ derivatization. In: Journal of the American Chemical Society. Band 109, Nr. 19, 1. September 1987, S. 5765–5780, doi:10.1021/ja00253a032. 
4. ↑ Asymmetrische Epoxidierungen, Vortrag im Rahmen des Seminars zum Praktikum für Fortgeschrittene, Leibniz Universität Hannover, Magnus Pfaffenbach, 2. Mai 2011.
5. ↑ Brückner, Reinhard.: Reaktionsmechanismen : organische Reaktionen, Stereochemie, moderne Synthesemethoden. 3. Aufl., aktualisiert und überarb. Elsevier, Spektrum, Akad. Verl, München 2004, ISBN 3-8274-1579-9, S. 139 f.