摘要：虽然在手性配体的存在下，OsO4/NMO与外消旋非环状烯烃可以发生对映体选择性顺式二羟基化反应，但难以达到令人满意的程度。催化量OsO4 与烯烃反应后被还原成低价态的锇酸，然后被NMO 氧化成OsO4后再次参与和烯烃反应，构成了一个催化循环体系[1]。

【英文名称】Osmium Tetroxide-N-Methylmorpholine N-Oxide

（四氧化锇-N-甲基吗啉-N-氧化物）

【分子量】254.20 (OsO4), 117.15 (NMO)

【CA登录号】[20816-12-0] (OsO4) [7529-22-8] (NMO)

【缩写和别名】OsO4/NMO

【物理性质】四氧化锇:bp 130 oC，mp 39.5~41oC，d 4.900 g/cm3；溶于水和大多数有机溶剂，可在多种有机溶剂中使用。NMO 一般以一合

水的形式存在，mp 73~76 oC，溶于水和大多数有机溶剂，可在多种有机溶剂中使用。

【制备和商品】四氧化锇为浅黄色固体，国内外化学试剂公司有销售。为了方便催化量使用时用量准确，国外化学试剂公司也销售四氧化锇的水溶液或者叔丁醇溶液。NMO·H2O 为无色晶体，国外大型化学试剂公司有销售。

【注意事项】四氧化锇属于剧毒化学品，而且具有较大的挥发性。N-甲基吗啉-N-氧化物也具有较大的腐蚀性。因此，这些试剂需要储存在阴凉处。需要戴防护手套之后，在通风橱中操作和使用。

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OsO4/NMO是一个组合试剂，在有机合成中主要被用于烯烃的顺式二羟基化反应。在手性配体的存在下，可以与烯烃发生具有高度立体选择性的顺式二羟基化反应。

OsO4本身是一个亲电试剂，能够与烯烃发生反应生成五元环的锇酸酯，然后经还原水解得到1,2-二羟基化合物。由于剧毒和价格昂贵,OsO4参与的计量反应缺乏应用价值。从20世纪初人们就开始探索使用KClO3、H2O2或者t-BuO2H 等作为OsO4 的共氧化剂，实现了催化量使用OsO4 的目的，但存在有产物容易被过度氧化和使用不方便的缺点。选用NMO 作为共氧化剂与OsO4 组成的组合试剂克服了前面试剂的缺点。催化量OsO4 与烯烃反应后被还原成低价态的锇酸，然后被NMO 氧化成OsO4后再次参与和烯烃反应，构成了一个催化循环体系[1]。

在 OsO4/NMO 与烯烃的反应中，OsO4的用量在一般5% 以下，丙酮-水混合物是反应的优选溶剂。该反应具有生成顺式1,2-二羟基化合物的特点，不同取代类型的烯烃均可得到较高的反应收率。OsO4/NMO与手性烯烃的反应，一般会得到高度立体选择性的顺式1,2-二羟基产物 (式1)[2,3]。该反应条件非常温和，一般不会对烯烃以外的官能团产生影响，硅醚保护基、缩醛和酯基均可在反应中保持不变 (式2，式3)[4~6]。

由于α,β-不饱和羧酸酯中烯键受到酯基拉电子的影响而表现出缺电子性质，所以当它与其它烯键共存在同一个底物中时，与OsO4-NMO 的反应具有高度的区域选择性(式4)[7]。选择适当的不饱和羧酸酯，使用该反

应还可以直接制备内酯化合物[8]。在顺式1,2-二羟基化反应后，将生成的1,2-二羟基化合物用NaIO4处理发生C-C键的断裂反应是该试剂的另一个特色反应 (式5)[9,10]。

虽然在手性配体的存在下，OsO4/NMO与外消旋非环状烯烃可以发生对映体选择性顺式二羟基化反应，但难以达到令人满意的程度。反应机理研究显示：该反应过程存在两个循环，一个是高对映体选择性循环，另一个是一个低对映体选择性循环。在后一个循环中，第二个烯烃参与生成锇酸酯2的反应时，中间体1中的手性配体被迫与锇金属发生解离，这可能是降低产物对映体选择性的主要原因 (式6)[11]。通过降低反应体系中烯烃的浓度来减少锇酸酯2的生成或者通过加入甲基磺酰胺促进中间体1的快速分解均可显著改善该反应的对映体选择性。但是，目前OsO4-K3Fe(CN)6

[12]组合试剂更适合用于外消旋非环状烯烃的对映体选择性二羟基化反应。

参考文献

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94, 2483. (c) Johnson, R. A.; Sharpless, K. B. in Catalytic Asymmetric Synthesis, Ojima, I, Ed.; Wiley-VCH, 2000, pp 357.

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8. Pabba, J.; Vasella, A. Tetrahedron Lett., 2005, 46, 3619.

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10. Davies, H. M. L.; Loe, O.; Stafford, D. G. Org. Lett., 2005, 7,5561.

11. Wai, J. S. M.; Marko, I.; Svendsen, J. S.; Finn, M. G.;Jacobsen, E. N.; Sharpless, K. B. J. Am. Chem. Soc., 1989,111, 1123.

12. Minato,M.; Yamamoto, K.; Tsuji, J. J. Org. Chem., 1990, 55, 766.

相关反应

Prévost反式双羟化反应

C. Prévost报道了利用苯甲酸银和碘氧化苯乙烯反应生成相应二醇的苯甲酸酯，水解从而得到1,2-二醇的反应。这种两步把烯烃转化为1,2-反式二醇的反应称为Prévost反应。

Woodward顺位双羟化反应

反应机理和Prévost 反式双羟化反应。1933年，C. Prévost报道了利用苯甲酸银和碘氧化苯乙烯反应生成相应二醇的苯甲酸酯，水解从而得到1,2-二醇的反应。这种两步把烯烃转化为1,2-反式二醇的反应称为Prévost反应。此反应最重要的改进为Woodward and Brutcher改进法，他们利用乙酸和水作为溶剂得到了顺式-1,2-二醇。

四氧化锇氧化

由于四氧化锇价贵且有毒，实验中常用催化量的四氧化锇和其他的氧化剂，如与氯酸盐、碘酸盐、过氧化氢等共用，或者用挥发度较低的锇酸钾代替。作为共氧化剂、处理操作方便的固体试剂N-甲基-N-氧化吗啉(NMO)是最常用的（Upjohn法）。其他的氧化剂如氧化三甲胺（Me3NO）、t-BuOOH（Milas法）、OsCl3-K3Fe(CN)6等也被使用。用高碘酸钠(NaIO4)做共氧化剂时，生成的二醇会被继续氧化断裂，生成相应的羰基化合物(Lemieux-Johnson酸化)。

烯烃双羟化反应