锇催化烯烃双羟基化的反应原理与立体选择性摘要介绍了四氧化锇催化不对称烯烃双羟基化的反应原理和以 N 甲
基吗啉 N 氧化物（ N methylmorpholine N oxide，NMO）、
铁氰化钾K3［Fe（CN） 6］为氧化剂时烯烃双羟基化反应的催化循环；此外，
还介绍了该催化反应立体选择性的机理和一些研究进展以及催化体系中手性配体的选择。
关键词四氧化锇烯烃双羟基化反应立体选择性
四氧化锇（OsO4）催化的烯烃双羟基化反应是烯烃的一个重要反应，它在有机和天然产物的合成中有着广泛的应用［1，2］。
例如，利用烯烃双羟基化反应可以方便地制备重要的精细化工原料和有机合成中间体——邻二醇，该反应也可以应用于绿色高分子材料的合成等［3］。
OsO4催化烯烃双羟基化反应的一个非常有趣的特点是在合适配体的存在下将表现出很高的立体选择性。
1980年，Sharpless发现手性配体可以诱导该反应的立体选择性［4］，从而开创了烯烃不对称双羟基化反应的先河。
之后，Sharpless的研究小组又发现了具有高立体选择性的配体金鸡纳碱衍生物［5］，进一步完善了烯烃不对称双羟基化反应，Sharpless 因在这方面的突出贡献荣获了2001年的诺贝尔化学奖［6］。
烯烃的不对称双羟基化反应已成为现代有机合成化学中最重要的反应之一，相关课题仍然是当今化学研究的一个活跃领域［7，8］。
本文介绍OsO4催化烯烃双羟基化的反应原理和立体选择性。
1 化学反应原理
1.1 反应历程
烯烃双羟基化反应使用的催化剂通常有锇、钌和锰的氧化物，其中OsO4对烯烃加成的选择性和可靠性最高［9］。
OsO4催化烯烃双羟基化反应的反应过程可以用图1表示。
在没有配体存在时，OsO4与烯烃加成应形成锇酸酯，当反应体系有三级胺配体存在时，则形成锇酸酯与胺的配合物；然后，这些锇酸酯中间产物经过氧化或还原水解后即生成邻二醇。
还原水解使用的还原剂有亚硫酸钠、四氢铝锂、硫化氢等，锇酸酯经还原后其中的锇（VI）变成金属锇析出，所以还原水解时，OsO4与烯烃的反应是化学计量的，即生成1摩尔产物需要消耗1摩
尔的OsO4。
由于OsO4价格昂贵，易挥发，毒性很大，还原水解法在合成上意义不大。
氧化水解可使用的氧化剂很多，不同的氧化剂具有不同的特点。
锇酸酯氧化水解时，其中的锇（VI）又变回OsO4，反应体系就变成了催化反应，使用催化剂量的OsO4就可以了，同时亲核配体和某些叔胺的存在可以明显加快催化反应的速度。
对于OsO4与烯烃的环加成反应，开始人们提出了［3+2］和［2+2］环加成2种假设机理（图2）［1］，而且为此争论了很长时间。
后来，经过几个
研究小组系统的实验和理论研究，证明 ［3+2］环加成（路径A）才是合理的
［10］，环加成机理问题的争论才告一段落。
理论研究还表明，胺配体与OsO4的配位可以降低［3+2］环加成反应的活化能［11］，故能加快催化反应的速度。
锇催化不对称双羟基化反应主要特点是：（1）与不对称环氧化和氢化不同，不需要有一个影响的官能团；Sharpless不对称环氧化需有一个烯丙位羟基，不对称氢化需有邻近碳上的官能团。
芳香烯烃的不对称双羟基化得到的结果较好；由于配体的加速作用，只需要极小量的锇催化剂（50 000底物分子/每个催化剂分子）。
（2）2种易得的金鸡纳生物碱的非对映异构体DHQD和DHQ具有好的对映选择性，生物碱还可以回收。
（3）反应对空气和水都不敏感，高浓度下的反应得到的结果较好。
（4）操作步骤简单，任何规模反应都可以实行。
锇催化不对称双羟基化反应值得注意的研究动向有以下几个方面，一是以分子氧或空气为氧化剂的高效绿色催化氧化链的研究；二是能够回收和重复使用的固定化OsO4催化剂的研究［25］；三是不对称催化机理的理论研究和新型高效手性配体的分子设计与合成。
图10 不对称双羟基化反应在药物合成中的应用
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