Utlenianie Swern'a / Swern Oxidation

Selektywne utlenianie alkoholi do aldehydów czy ketonów może być zrealizowane dzięki grupie reakcji opartej na aktywacji dimetylosulfotlenku (DMSO) przez wybrany reagent elektrofilowy. Takim reagentem może być dicykloheksylokarbodiimid (DCC), bezwodnik octowy, bezwodnik trifluorooctowy, chlorek oksalilu, czy też trójtlenek siarki [1]. Oczywiście w zależności od elektrofila mamy w literaturze reakcje imienne, i tak DCC jest używany w reakcji Pfitzner-Moffatt'a, chlorek oksalilu w reakcji Swern'a, a trójtlenek siarki na pirydynie w reakcji Parikh-Doering'a. Dzisiaj jednak skupimy się na najpopularniejszej wersji tego utleniania używanej w dzisiejszych laboratoriach chemii organicznej, tj. utlenianiu Swern'a.

Ogólny schemat reakcji jest przedstawiony poniżej [2]. Jak widać, produktem reakcji jest nie tylko pożądany związek karbonylowy, ale równiez niskocząsteczkowe gazy i kwas solny.

Zaproponowany w literaturze mechanizm polega w pierwszej kolejności na reakcji pomiędzy DMSO i czynnikiem elektrofilowym, tutaj chlorkiem oksalilu. Naładowany ujemnie atom tlenu w sulfotlenku atakuje grupę karbonylową chlorku oksalilu, co w rezultacie daje elektrofilowy związek siarki - czynnik aktywny w reakcji z alkoholem. Zauważ, że (1) w czasie tworzenia się jonu chlorosiarczkowego 'oksalilowa' grupa odchodząca rozpada się na CO i CO2, oraz że (2) alkohol nie uczesniczy w żadnym z tych przekształceń.

Wytworzona sól chlorosiarczkowa jest w wystarczającym stopniu stabilna aby zareagować z substratem reakcji (alkohol) do nowego rodzaju soli siarczkowej, która następnie jest zdeprotonowana przez obecną w roztworze zasadę (trietyloamina).

W praktyce tę reakcję wg oryginalnej procedury Swern'a [3] wykonuje się następująco:

Roztwór chlorku oksalilu (1 ml, 11 mmol) w CH2Cl2 (25 ml) umieszcza się w 100-ml czteroszyjnej kolbie okrągłodennej zaopatrzonej w termometr, rurkę ze środkiem suszącym (CaSO4), oraz dwa wkraplacze z wyrównaniem ciśnienia zawierające kolejno w pierwszym DMSO (1.7 ml, 22 mmol) rozpuszczony w 5 ml CH2Cl2, oraz w drugim alkohol (10 mmol) in 10 ml of CH2Cl2. Całość jest umieszczona na mieszadle magnetycznym w łaźni chłodzącej utrzymującej temperaturę bliską -78 st. C (aceton + suchy lód). W pierwszej kolejności DMSO jest dodany to mieszanego roztworu chlorku oksalilu, i całość mieszana przez 2 min. Następnie alkohol jest wkraplany w ciągu 5 min, i całość jest mieszana przez kolejne 15 min. Wówczas trietyloamina (7 ml, 50 mmol) jest dodana i całość się miesza przez 5 min, po czym zdejmuje się łaźnię chłodzącą i pozwala reakcji na ogrzanie się do temperatury pokojowej. Następnie dodaje się wodę (50 ml), i w rozdzielaczu odseparowuje się fazę organiczną, a fazę wodną dodatkowo się ekstrahuje porcją CH2Cl2 (50 ml). Połączone fazy organiczne przemywa się solanką, 1% kwasem solnym, wodą, 5% roztworem Na2CO3, i znowu wodą, po czym suszy nad MgSO4. Odfiltrowany roztwór zatęża się na wyparce do otrzymania surowego produktu, który może być poddany dalszemu oczyszczaniu.

 Literatura:

1. F. A. Carey and R. J. Sundberg, Advanced Organic Chemistry - Part B: Reactions and Synthesis, 5th Edition edn., Springer - Verlag, New York, NY, 2007, pp. 1070-1072.
2. J. Clayden, N. Greeves, S. Warren and P. Wothers, Organic Chemistry, Oxford University Press, 2000, pp. 1271-1272.
3. A. J. Mancuso, S.-L. Huang and D. Swern, The Journal of Organic Chemistry, 1978, 43, pp. 2480-2482. Lunk do publikacji znajdziesz tutaj.