有機(jī)反應(yīng)-還原反應(yīng)

1、第六章 還原(hun yun)反應(yīng)（reduction） 共一百一十頁一、概述 為精細(xì)有機(jī)合成化學(xué)中最廣泛應(yīng)用的單元反應(yīng)之一。 與氧化反應(yīng)相反：氧原子減少(jinsho)，氫原子增加，兩者兼有。 共一百一十頁氧原子減少(jinsho)共一百一十頁氫原子增加(zngji)共一百一十頁兩者兼有共一百一十頁特點(diǎn)：較氧化反應(yīng)易于控制。類型：（1）活潑(hu po)金屬Fe/HCl， Zn/HOAc，Na/ROH, Zn-Hg/HCl，Na-Hg/EtOH等（2）低價(jià)元素的化合物 Na2S2O4, NaS, FeCl2, SnCl2, TiCl3, TiCl2等（3）金屬氫化物 NaBH4, LiAlH

2、4,（4）催化加氫 Pd, Pt, Ni, /H2. (5) 有機(jī)金屬還原劑: 異丙醇鋁，叔丁醇鋁，甲醛，葡萄糖。（6）非金屬：Me2S， Ph3P 共一百一十頁二、催化氫化（加氫反應(yīng)）（一）概念：屬間接還原，通過催化劑的協(xié)助(xizh)還原底物（烯烴，炔烴，羰基化合物等）多相催化劑過渡金屬吸附在催化劑的表面催化劑：Pd, Pt, Ni, Raney Ni，PtO2，Rh等，活性：PdRhPtNiRu 載體(zit): 活性炭, 氧化鋁, 氧化硅溶劑: EtOH, EtOAc, Et2O, hexanes, etc. 底物在金屬表面的吸附能力：炔烴雙烯烴烯烴烷烴 均相催化劑 (R3P)3RhC

3、l共一百一十頁多相催化 :在不溶于反應(yīng)體系中的固體催化劑的作用下，氫氣還原(hun yun)在液相中的底物的反應(yīng)。1機(jī)理(j l)共一百一十頁催化氫化 Hydrogenation 2. 類型(lixng)催化(cu hu)氫解 Hydrogenolysis 均相催化 Heterogenous多相催化 Homogenous共一百一十頁氫化 (Hydrogenation)：使碳-碳，碳-氧，碳-氮等重鍵加氫。 氫解 (Hydrogenolysis) :在催化氫化的條件下，底物分子(fnz)被化驗(yàn)裂解成兩個(gè)或兩個(gè)以上的小分子(fnz)的反應(yīng)。使一些單鍵發(fā)生裂解：如鹵代物，芐醇類，芐胺類，酰鹵類的氫解

4、和脫硫、酯的酯解等 .共一百一十頁高壓(goy)氫化 100300atm, 100300oC 低壓(dy)或常壓氫化 14atm,0100oCP, 壓力：即為壓強(qiáng)，kg/cm2, psi-pounds per square inch 1pound=0.453kg, 1inch=2.54cm, 1psi=0.07kg/cm2.1atm=1.0332kg/cm2. 共一百一十頁立體化學(xué)：在環(huán)狀烯烴化合物中，主要生產(chǎn)順式產(chǎn)物(chnw)。因?yàn)椴伙柡突衔锓肿右钥臻g效益較小的一面吸附到催化劑表面，與吸附在催化劑表面的清進(jìn)行順式加成。共一百一十頁高 RCOCl RCHO RCH2NO2 RCH2NH2

5、RCH=CHR（Z，cis） 氫化 RCH=CHR RCH2CH2R RCHO RCH2OH RCOR RCHOHR ArCH2X ArCH3 氫解低 RCO2R RCH2OH + ROH RCONHR RCH2NHR RCH2NH2 （二）加氫反應(yīng)(fnyng)活性共一百一十頁炔烴的加氫 順式加氫 Lindlar 催化劑：Pd/CaCO3， 喹啉(ku ln) 反式加氫 Na， 液氨炔烴 + H2 Lindlar Catalyst ( Pd/ BaSO4/ quinoline) 烯烴(xtng) 部分毒化用于還原反應(yīng)活性高的官能團(tuán)cis olefins (Lindlar Reduction)

6、酰氯+ H2, Pd/BaSO4 醛 (Rosemund Reduction)Org. Rxn. 1948, 4, 362共一百一十頁烯，炔同時(shí)(tngsh)存在，還原到停留在烯的一步。共一百一十頁(三) 不同(b tn)催化劑催化氫化反應(yīng)1裝置：（1）常壓或低壓氫化反應(yīng)裝置共一百一十頁（2）低壓或高壓(goy)加氫反應(yīng)裝置：共一百一十頁2催化劑（1）Raney Nickel蘭尼鎳a.加氫催化：可還原烯烴，NO2化合物，CN， C=N-OH, 羰基，芳基，鹵代烴制備：鋁鎳合金（1：1）溶于600mL10%NaOH水溶液中，9095oC0.5h加完，攪拌1h,潷出液體，水洗，乙醇洗，始終有液體覆

7、蓋，酒精(jijng)中保存，冰箱中保存三個(gè)月。S, P, As, Bi可使之中毒。Raney Ni通常不加載體。 共一百一十頁共一百一十頁共一百一十頁b.脫硫共一百一十頁（2）鉑催化劑活性很強(qiáng)可以還原除了酯、羧酸和酰胺外，各種不飽和基團(tuán)均可被還原。如：醛酮、腈、硝基化合物，還原氨化反應(yīng)(fnyng)等。反應(yīng)通?？稍谳^低溫度和較低氫氣壓力下反應(yīng)。 鉑黑、鉑炭、二氧化鉑等。共一百一十頁二氧化鉑催化劑的制備: 在一小燒杯中放3.5克鉑氯酸和10毫開水加入純硝酸鈉，用小火蒸發(fā)至干。加大火焰，十分鐘內(nèi)溫度升到350370oC，到十五分鐘，反應(yīng)物熔融產(chǎn)生氣體。溫度升到400oC后，氣體發(fā)生(fshng)

8、漸慢，在二十分鐘時(shí)，溫度升到500550oC，這時(shí)氣體放出比較溫和。在這溫度維持到三十分鐘。冷卻，用50毫升水處理，放置傾去水液，留下棕色沉淀，再用水洗幾次濾過，用水洗到無硝酸根離子在干燥器中干燥，得催化劑1.571.6克。 比較(bjio)最常用的是二氧化鉑（PtO2），（Adams catalyst）, 在使用時(shí)被還原成鉑。共一百一十頁載體(zit)鉑催化劑：Pt/C酸能促進(jìn)鉑的催化氫化。缺點(diǎn)：價(jià)格昂貴。共一百一十頁共一百一十頁（3）鈀催化劑對烯烴(xtng)、炔烴加氫活性高，還原酮、腈、硝基化合物，還原氨化反應(yīng)等，氫解活性也很強(qiáng)。為最常用的催化劑之一，可制成氧化鈀、鈀黑和載體鈀（Pd/C

9、） 共一百一十頁鈀碳催化劑(10)的制備在200ml燒杯中加入5.0氯化鈀，65ml水和8.8mL濃鹽酸，加熱助溶。呈棕色溶液，待用。在1000ml三口瓶中放人250g粉狀活性碳(化學(xué)純)和200mL水。加熱煮沸15 min。在攪拌下加入上述棕色氯化鈀溶液。在劇烈攪拌下，維持溫度在9095oC之間，徐徐加入22m1甲醛(40)。加畢，繼續(xù)攪拌15min。然后冷卻到20oC以下，在攪拌下慢慢加入30氫氧化鉀水溶液，使反應(yīng)混合液的pH=56。再攪拌20mL 過濾，水洗二、三次，轉(zhuǎn)移到燒杯中，用5%硝酸浸泡過夜，或更長時(shí)間。過濾，水洗至中性，取出干燥，密閉(mb)保存，待用。共一百一十頁鈀硫酸鋇催化

10、劑，Pd，BaSO4(5%鈀/BaSO4)的制備8.2克氯化鈀溶在20毫升濃鹽酸和50毫升水中另溶126.2克氫氧化鋇八水合物于1.2升水中，加熱在80oC快速攪拌一次加入120毫升6N硫酸，井繼續(xù)(jx)加入硫酸直到溶液呈酸性在攪拌中加入上面的氯化鈀溶液和8毫升37%甲醛水溶液，并用30氫氧化鈉溶液中和使反應(yīng)物對石蕊紙呈堿性繼續(xù)攪拌五分鐘，放置使催化劑下沉傾去上層清液，加入水到原有體積，再快速攪拌，放置，傾瀉如是重復(fù)八到十次最后用直徑90毫米中等細(xì)度的砂芯漏斗過濾，并用250毫升水分五次洗滌最后一次盡量吸千在烘箱中烘干，重9398克，磨細(xì)，在緊塞玻瓶中保存。 共一百一十頁共一百一十頁共一百一

11、十頁共一百一十頁小結(jié)(xioji)： 烯、炔：常壓或低壓，H2，Ni，Pd，Pt醛、酮H2，Ni、加熱，加壓酸、酯 高溫，高壓，Ni，Pd，Pt 200oC酰胺，腈NiRh, 500-100oC, 高壓酰鹵Pd/BaSO4NO2 常壓，Pd，Ni，PtNOH, NH室溫14atmAr10-20Mpa,100-200oC共一百一十頁三、直接還原（一）堿金屬的還原作用：堿金屬：外層(wi cn)電子具有“親核試劑”的性質(zhì)，對缺電子的部位進(jìn)行親核加成。 共一百一十頁1Na，醇（1）將酯還原(hun yun)為相應(yīng)的醇共一百一十頁（2）將肟還原成相應(yīng)(xingyng)的胺共一百一十頁（3）萘的還原(h

12、un yun)共一百一十頁（4）雜環(huán)共一百一十頁2Na/非質(zhì)子溶劑(rngj)制環(huán)狀a-羥基酮共一百一十頁共一百一十頁3Mg， MgHg，MgZn共一百一十頁共一百一十頁4Birch還原(hun yun) Li， Na， K， NH3（l）（1）還原芳環(huán) 共一百一十頁共一百一十頁共一百一十頁（2）炔烴得到(d do)反式烯烴共一百一十頁（二）其它(qt)金屬1Fe, HCl(30%)共一百一十頁2. Sn, HCl共一百一十頁3.Zn-Hg, 濃鹽酸， Clemmensen 還原(hun yun)Organic Reactions 1975, 22, 401Comprehensive Orga

13、nic Synthesis 1991, vol 8, 307.還原酮到飽和烷烴共一百一十頁4. Wolff-Kishner Reduction Organic Reactions 1948, 4, 378Comprehensive Organic Synthesis 1991, vol. 8, 327.還原(hun yun)酮到飽和烷烴共一百一十頁（三）金屬(jnsh)氫化物的還原Aluminium Hydrides1. LiAlH42. AlH33. Li (tBuO)3AlH4. (iBu)2AlH DIBAL-H5. Na (MeOCH2CH2O)2AlH2 REDAL共一百一十頁1Li

14、AlH4Lithium Aluminium Hydride- LiAlH4 (LAH) Chem. Rev. 1986, 86, 763 Org. Rxn. 1951, 6, 469.很強(qiáng)的還原劑懸浮在ether or THF中可還原羰基，羧基(su j)，酰氯，酸酐和酯基到醇。還原硝基，酰胺,肟，亞胺，重氮化合物和芳香族硝基化合物到胺對環(huán)氧化合物開環(huán)還原 C-X 鍵到 C-H還原炔基醇到 反式烯丙醇共一百一十頁共一百一十頁共一百一十頁還原(hun yun)活性從高到低：CO COOR CN CONR2 C-NO2 CHBr CH2OSO2Ar 共一百一十頁制備(zhbi)： 遇水分解(fnj

15、i)：共一百一十頁（1）用1M氫化鋁鋰溶液進(jìn)行還原時(shí)很方便（2）用較少量溶劑和粉狀鋁氫化鋰混合成稀糊狀直接應(yīng)用此時(shí)要注意氫化鋁鋰用量，至少要過量10，以保證有足夠的純LiAlH4進(jìn)行反應(yīng)在特殊的情況下有時(shí)甚至過量24倍，才能使反應(yīng)進(jìn)行完全。反應(yīng)完畢后，首先要破壞掉過量的鋁氫化鋰可以加入含水乙醚，乙醇一乙醚，乙醇，或直接加水(小心!)但由于這些方法都產(chǎn)生大量氫氣，必需注意安全!如果(rgu)要避免氫氣的發(fā)生，可用醋酸乙酯來分解過量的氫化鋁鋰 共一百一十頁反應(yīng)(fnyng)機(jī)理：共一百一十頁立體化學(xué)：受甲基的位阻影響，使H的進(jìn)攻比較容易(rngy)從內(nèi)側(cè)進(jìn)行： 共一百一十頁氫化鋰鋁還原羰基的重要特

16、征之一是非對映選擇性。當(dāng)與羰基直接相連的取代基是手性基團(tuán)(j tun)，通常用氫化鋰鋁還原羰基時(shí)負(fù)氫離子加到立體位阻較小的一面。 共一百一十頁Cram規(guī)則(guz)： 共一百一十頁如果與羰基直接相連的取代基是可旋轉(zhuǎn)手性基團(tuán)，視手性碳原子所連接的基團(tuán)的大小差別，其中在一面進(jìn)攻占優(yōu)勢，產(chǎn)生不對稱還原(hun yun)。反應(yīng)的主要產(chǎn)物可由Cram規(guī)則預(yù)測。例如3苯基戊2酮經(jīng)氫化鋰鋁還原(hun yun)，優(yōu)勢產(chǎn)物是蘇式的醇。 共一百一十頁羰基化合物的a-碳連有極性基團(tuán)，則不遵守Cram規(guī)則。例如。a-鹵代酮進(jìn)行反應(yīng)時(shí)，由于鹵原子與羰基的氧原于靜電相斥作用超過立體效應(yīng)，因此鹵原子與羰基的氧處于反式有利

17、。此時(shí)，負(fù)氫優(yōu)先進(jìn)攻其余(qy)兩個(gè)基團(tuán)中較小的一邊。共一百一十頁 a羥基或 a氨基取代酮與氫化鋰鋁反應(yīng)時(shí)，由于金屬與相鄰兩個(gè)帶孤對電子的原子的螯合形成一個(gè)(y )固定的環(huán)狀中間體，負(fù)氫由位阻較小的一邊進(jìn)功赤式構(gòu)型為優(yōu)勢產(chǎn)物。共一百一十頁4叔丁基環(huán)己酮與氫化鋰鋁反應(yīng)，優(yōu)勢產(chǎn)物是比較穩(wěn)定的e鍵醇。反應(yīng)起主導(dǎo)作用的是加成過程中CO鍵與兩個(gè)相鄰碳原子上e-鍵CH鍵之間的位阻。當(dāng)負(fù)氫由e鍵方向進(jìn)攻，則CO鍵轉(zhuǎn)變成a鍵的過程中會(huì)與兩個(gè)e鍵的CH鍵重疊(chngdi)，能量上不利；而由a鍵進(jìn)攻時(shí)，則CO鍵與兩個(gè)e鍵的C-H鍵距離逐漸增加，能量上有利。則優(yōu)先生成e鍵醇。共一百一十頁還原(hun yun)醛共

18、一百一十頁還原(hun yun)酮共一百一十頁還原(hun yun)醌類化合物共一百一十頁 還原(hun yun)縮酮共一百一十頁還原(hun yun)羧酸及其衍生物：還原酸：比酯難，多消耗0.75mol的氫化鋁鋰，酯消耗0.5mol的氫化鋁鋰. 共一百一十頁 還原(hun yun)酸酐：共一百一十頁還原(hun yun)酯：共一百一十頁還原(hun yun)內(nèi)酯：共一百一十頁 還原(hun yun)酰氯:共一百一十頁還原(hun yun)酰胺：共一百一十頁 還原(hun yun)內(nèi)酰胺：共一百一十頁 還原(hun yun)腈：共一百一十頁還原環(huán)氧化合物：負(fù)氫離子進(jìn)攻(jngng)位阻小的一邊

19、。 共一百一十頁 還原(hun yun)硝基化合物：共一百一十頁 還原(hun yun)肟：共一百一十頁還原(hun yun)亞胺：共一百一十頁 還原(hun yun)鹵代烷：共一百一十頁60還原(hun yun)磺酸酯：可切斷CO鍵，使醇脫氧。共一百一十頁2. Li (tBuO)3AlHLithium Tri(t-Butoxy)aluminium Hydride Li+ (tBuO)3AlH位阻較大，可選擇性還原(hun yun)位阻小的一邊。共一百一十頁3. (iBu)2AlHDiisobutyl Aluminium Hydride DIBAL 或 DIBAL-H還原(hun yun)酮和

20、醛到醇共一百一十頁 還原(hun yun)酯到醇，醛共一百一十頁共一百一十頁還原(hun yun)內(nèi)酯到半縮醛。共一百一十頁還原(hun yun)腈到醛：共一百一十頁98 只進(jìn)行(jnxng)1，2還原反應(yīng)：共一百一十頁還原(hun yun)肟：共一百一十頁4Sodium Bis(2-Methoxyethoxy)Aluminium Hydride REDALOrganic Reactions 1988, 36, 249 Organic Reactions 1985, 36, 1.雙（甲氧乙氧基）鋁氫化物（紅鋁），還原能力(nngl)和氫化鋁鋰接近。熱穩(wěn)定性好，對干燥空氣穩(wěn)定。共一百一十頁共一百一十頁II 硼氫化物 Boron Hydrides Review: Chem. Rev. 1986, 86 , 763.NaBH4 還原(hun yun)酮、醛、酯和環(huán)氧化物。Na(AcO)3BH 還原酮和醛活性較低。Na(CN)BH3 還原亞胺鹽、酮和醛共一百一十頁1NaBH4 Sodium Borohydride還原(hun yun)醛和酮到醇，還原(hun yun)酰氯到醇，不還原(hun yun)酸，酯，內(nèi)酯，環(huán)氧化合物或硝基化合物。不還原孤立的烯基，炔基，硝基，腈基，鹵代物。 共一百一十頁共一百一十頁共一百一十頁共一百一十頁NaBH4 / CeCl3 Luche Reduc