介紹
羥基甲苯磺酰碘苯（[Hydroxy (tosyloxy) iodo] benzene，簡稱 HTIB，俗稱 Koser 試劑）是有機合成中應(yīng)用最廣泛的三價高價碘試劑之一。作為一種環(huán)境友好的非金屬氧化劑與官能化試劑，具有反應(yīng)條件溫和、選擇性優(yōu)異、官能團兼容性好及無重金屬殘留等優(yōu)勢，逐步替代了傳統(tǒng)的有毒重金屬試劑，成為羰基化合物 α- 官能化、烯烴雙官能化等反應(yīng)的首選試劑。HTIB的分子式為C??H??IO?S，易溶于二氯甲烷、氯仿、丙酮等極性有機溶劑，微溶于乙醚和石油醚，幾乎不溶于水。其分子中的碘原子處于三價氧化態(tài)，帶有一個羥基和一個對甲苯磺酰氧基（OTs），具有較強的親電性，能夠與富電子的碳碳雙鍵、羰基烯醇式等發(fā)生反應(yīng)。
圖一 羥基甲苯磺酰碘苯
制備方法
羥基甲苯磺酰碘苯的合成工藝成熟，實驗室最常用的方法是通過碘苯的氧化反應(yīng)制備：將碘苯與對甲苯磺酸一水合物混合，以過氧乙酸或 30% 過氧化氫為氧化劑，在二氯甲烷 - 水兩相體系中室溫反應(yīng)數(shù)小時，即可得到高純度的 HTIB，產(chǎn)率可達 85% 以上。該方法反應(yīng)條件溫和，原料易得，產(chǎn)物無需復(fù)雜純化即可用于后續(xù)反應(yīng)。工業(yè)上則采用連續(xù)流工藝進行大規(guī)模生產(chǎn)，進一步降低了成本并提高了安全性。
化學(xué)反應(yīng)類型
羥基甲苯磺酰碘苯的反應(yīng)活性主要源于其分子中高價碘原子的親電性及易離去性。在反應(yīng)中，HTIB 通常作為對甲苯磺酰氧基正離子（OTs?）的等價物，與親核底物發(fā)生反應(yīng)，同時生成副產(chǎn)物碘苯。其核心反應(yīng)類型主要包括以下幾類：
羰基化合物的α- 對甲苯磺酰氧基化
這是羥基甲苯磺酰碘苯最經(jīng)典、應(yīng)用最廣泛的反應(yīng)。對于含有 α- 氫的酮、醛及 β- 二羰基化合物，HTIB 能夠在溫和條件下將對甲苯磺酰氧基引入羰基的 α 位。反應(yīng)機理為：羰基化合物首先互變異構(gòu)為烯醇式，富電子的烯醇雙鍵進攻 HTIB 分子中的親電碘原子，形成碘鎓鹽中間體；隨后中間體發(fā)生消除反應(yīng)，脫去一分子碘苯，生成 α- 對甲苯磺酰氧基羰基化合物。該反應(yīng)具有區(qū)域選擇性，對于不對稱酮，優(yōu)先在取代基較多的 α 位發(fā)生反應(yīng)。
烯烴的雙對甲苯磺酰氧基化
羥基甲苯磺酰碘苯能夠與烯烴發(fā)生立體專一性的順式雙對甲苯磺酰氧基化反應(yīng)，生成鄰二對甲苯磺酸酯。該反應(yīng)具有高度的立體選擇性，順式烯烴生成蘇式產(chǎn)物，反式烯烴生成赤式產(chǎn)物。反應(yīng)生成的鄰二對甲苯磺酸酯可進一步水解為鄰二醇，是合成順式鄰二醇的重要方法。此外，HTIB 還可與炔烴發(fā)生加成反應(yīng)，生成 α,β- 二對甲苯磺酰氧基烯烴。
α,β-不飽和酮的選擇性α-對甲苯磺酰氧基化
以苯亞甲基丙酮及其衍生物為底物，與 1.1 當(dāng)量的羥基甲苯磺酰碘苯在二氯甲烷中室溫攪拌 3-4 小時，反應(yīng)完成后減壓蒸除溶劑，粗品用石油醚研磨除去副產(chǎn)物碘苯，再用水洗滌除去生成的對甲苯磺酸，最后經(jīng)乙腈重結(jié)晶得到純品。7 種不同取代基（H、CH?、OCH?、Br、Cl、F、NO?）的苯亞甲基丙酮均能順利發(fā)生反應(yīng)，生成單一的 α- 對甲苯磺酰氧基苯亞甲基丙酮產(chǎn)物，產(chǎn)率在 57%-75% 之間。
選擇性機制
該反應(yīng)的高選擇性源于底物結(jié)構(gòu)與反應(yīng)活性的差異。苯亞甲基丙酮分子中同時存在兩個潛在的反應(yīng)位點：酮羰基的 α- 亞甲基和共軛碳碳雙鍵。對于查耳酮類 α,β- 不飽和酮（無 α- 亞甲基），羥基甲苯磺酰碘苯會與雙鍵發(fā)生雙對甲苯磺酰氧基化反應(yīng)；而對于苯亞甲基丙酮，其 α- 亞甲基具有較強的酸性，容易在反應(yīng)條件下互變異構(gòu)為烯醇式。烯醇式的碳碳雙鍵具有更高的電子云密度，親核性遠強于共軛雙鍵，因此優(yōu)先與親電的 HTIB 發(fā)生反應(yīng)。此外，反應(yīng)在室溫下進行，條件溫和，避免了雙鍵加成等副反應(yīng)的發(fā)生[1]。
圖二 α,β-不飽和酮的選擇性α-對甲苯磺酰氧基化
參考文獻
[1] PRAKASH O, SHARMA N, RANJAN P. [Hydroxy(tosyloxy)iodo]benzene: A tosyloxylating agent with selectivity for ketones in the reactions with benzalacetones[J]. Synthetic Communications, 2010, 40(19): 2875-2879. https://doi.org/10.1080/00397910903321090.