有機合成における「酸化剤」としてのDMSOの応用！

酸化プロセスジメチルスルホキシド（DMSO）試薬グレード古典的な求電子活性化-求核付加-脱離の経路に従います。まず、求電子試薬（塩化オキサリル、DCC、三酸化硫黄-ピリジン錯体など）がジメチルスルホキシド（DMSO）の硫黄-酸素二重結合に結合し、酸素原子を活性化して脱離しやすくし、重要な中間体であるスルホニウムカチオンを生成します。続いて、基質（アルコールのヒドロキシル基やハロゲン化炭化水素など）が硫黄原子を攻撃してアルコキシスルホニウムイオンを形成します。最後に、塩基の作用により脱プロトン化が起こり、硫黄イリド中間体が生成され、5員環遷移状態を経てジメチルスルフィドが放出され、基質はアルデヒドやケトンなどのカルボニル化合物に酸化されます。

このプロセスは、従来の酸化剤（Cr⁶⁺、MnO₂など）の強い腐食性を回避し、敏感な官能基に対して穏やかな反応環境を提供します。これにより、アルコール、ハロゲン化物、およびスワーン酸化、コーンブルム酸化、パリク・ドーリング酸化、フィッツナー・モファット酸化などの重い結合の酸化反応が可能になります。これらの反応は、DMSO有機酸化反応において、より優れた選択性と複雑な有機基質との適合性を提供する。

1. スワーン酸化

1978年にダニエル・スウェルンとその同僚によって開発された低温酸化システム（ジメチルスルホキシド（DMSO）試薬グレード/塩化オキサリル/トリエチルアミン）は、敏感な基質の守護者と呼べる。

この反応は通常-78℃で行われます。まず、ジメチルスルホキシド（DMSO）が塩化オキサリルと反応してジメチルクロロスルホニウムクロリドを生成し、これがアルコールと反応してアルコキシスルホニウムイオンを生成します。アルカリ処理後、スルホニウムイリドは分解してアルデヒドとケトンを生成します。この反応の利点は、反応条件が穏やかで過酸化物の生成を回避できることです。特に、酸に敏感な基や熱に敏感な基を含むアルコールの酸化、例えば天然物合成における複雑な環状アルコールの変換などに適しています。

2. プフィッツナー・モファット酸化

1963年、モファットと彼の教え子であるフィッツナーは、医薬品グレードのDMSO溶媒とDCCの組み合わせが弱酸性条件下でのアルコールの酸化に利用できることを発見した。反応経路は以下の通りである。まず、プロトン化されたDCCがジメチルスルホキシドDMSOを活性化して活性中間体を生成する。次に、この中間体がアルコールと反応してアルコキシスルホニウムイリドを形成し、最後に副生成物としてN,N-ジシクロヘキシル尿素（DCU）が放出される。

反応条件は穏やかで、敏感なアルコール基質にも適しています。高収率、簡単な操作、低コスト、そしてほとんどの官能基との適合性といった特徴があります。しかしながら、保護されていない第三級アルコールは脱離しやすいという欠点があります。また、副生成物であるジアルキル尿素と過剰なDCCを完全に除去することが難しいという欠点もあります。

ヒント｜DCC反応で生成される副生成物であるジシクロヘキシル尿素（DCU）を除去する方法は？

3. オルブライト・ゴールドマン酸化

アルコールを無水酢酸（無水酢酸）とジメチルスルホキシド（DMSO）試薬級を活性化剤として用いてアルデヒドやケトンに酸化する反応は、1965年にAlbrightとGoldmanによって初めて体系的に紹介された。無水酢酸の活性化能力が弱いため、反応時間は一般的に長い。

この反応の利点は、室温で実施でき、特に立体障害の大きいアルコールの酸化において、後処理が容易である点である。欠点は、立体障害の小さいヒドロキシル基の場合、副反応としてアセチル化やメチルチオメチルエーテルの生成が起こる可能性があることである。

4. パリク・ドーリング酸化

第一級および第二級アルコールを対応するアルデヒドおよびケトンに変換する反応DMSO有機酸化反応において、活性剤として固体三酸化硫黄-ピリジン錯体、塩基としてトリエチルアミンを用いる方法は、1967年にParikhとDoeringによって初めて報告された。

反応経路：まず、ジメチルスルホキシド（DMSO）と三酸化硫黄を0℃または室温で添加します。次に、アルコールがDMSOを攻撃し、重要なアルコキシスルホニウムイオン中間体を形成します。この中間体は塩基によって脱プロトン化され、対応する硫黄イリドが得られます。この硫黄イリドは五員環遷移状態を経てジメチルスルフィドを放出し、アルデヒドとケトンを生成します。