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経路（求電子活性化→求核付加→脱離）を辿ります。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。次に、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ます。これは五員環遷移状態を経てジメチルスルフィドを放出し、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+、マンガンO₂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。アルコール、ハロゲン化物、重結合の酸化反応（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）を可能にします。これらの反応は、有機酸化反応のためのDMSO複雑な有機基質に対する選択性と適合性が向上します。

1. スワーン酸化

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1978 年に ダニエル スワーン 氏とその同僚によって開発された、(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いえます。

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）は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形成し、これは次に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形成します。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、モファットと彼の弟子のフィッツナーは、医薬品グレードのDMSO溶媒/DCCの組み合わせは、弱酸性条件下でのアルコールの酸化に使用できます。反応経路は以下のとおりです。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します。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）を生成します。

反応条件は穏やかで、敏感なアルコール基質に適しています。高収率、簡便な操作、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を備えています。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の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 の反応によって生成された副産物のジシクロヘキシル尿素 (DCU) を除去するにはどうすればよいですか?

3. オルブライト・ゴールドマン酸化

無水酢酸（無水酢酸）を用いてアルコールをアルデヒドおよびケトンに酸化する反応。ジメチルスルホキシド（DMSO）試薬グレード活性化剤としての無水酢酸は、1965年にオルブライトとゴールドマンによって初めて体系的に導入されました。無水酢酸の活性化能力は弱いため、反応時間は一般的に長くなります。

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なことです。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形成が起こる可能性があることです。

4. パリク・ドーリング酸化

第一級アルコールと第二級アルコールを対応するアルデヒドとケトンに変換する反応。有機酸化反応のためのDMSO固体の三酸化硫黄-ピリジン錯体を活性剤として、トリエチルアミンを塩基として使用する方法は、1967 年にパリクとドーリングによって初めて報告されました。

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℃または室温で加えます。次にアルコールを反応させて、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。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。