第2章氧化反應(yīng)2013

第2

章氧化反應(yīng)

氧化反應(yīng)是自然界普遍存在的一類重要反應(yīng)。在有機合成中，多數(shù)有機化學(xué)家認(rèn)為，它應(yīng)包括下列幾個方面：（1）氧對底物的加成，如乙烯轉(zhuǎn)化為環(huán)氧乙烷的反應(yīng)；（2）脫氫，如乙醇氧化為乙醛的反應(yīng)；（3）從分子中除去一個電子，如酚氧負(fù)離子轉(zhuǎn)化為酚氧自由基的反應(yīng)。醇羥基和酚羥基的氧化反應(yīng)醛、酮的氧化反應(yīng)烯烴雙鍵的氧化反應(yīng)芳烴側(cè)鏈烯丙位的氧化反應(yīng)第一節(jié)醇的氧化伯醇氧化→醛→酸仲醇氧化→酮叔醇很難氧化

介紹3大類金屬氧化劑和2類有機氧化劑

一、Cr(Ⅵ)氧化劑

(Chromium-basedOxidationReagents)

1.酸性條件

JonesReagent:H2CrO4-H2SO4-Me2CO

①

Acetonesolventservestoprotectsubstratefromoveroxidation.---丙酮溶劑的作用是防止底物進(jìn)一步氧化。②Acidicmedia!!NotagoodmethodforH+sensitivegroupsandcompounds.---酸性催化劑，對那些對酸敏感的化合物不適用。③

2°alcoholsareoxidizedtoketones.---2級醇被氧化成酮。④

Saturated1°alcoholsareoxidizedtocarboxylicacids.---飽和的1級醇被氧化成羧酸。用鉻酸氧化伯醇通常都不是理想的方法：①

醛會繼續(xù)氧化成羧酸。②

醛會和還沒有反應(yīng)的醇形成半縮醛進(jìn)一步氧化成酯。

2.弱酸性條件

PCC:CrO3-Py-HCl/CH2Cl2

①

Stable,commerciallyavailablereagent.---穩(wěn)定、易得的氧化劑。②

ReactionusuallycarriedoutinCH2Cl2

nooveroxidation.---此氧化反應(yīng)通常在CH2Cl2中進(jìn)行，不會發(fā)生過度氧化，伯醇被氧化成醛類，不會破壞四氫呋喃的部分。③

Usuallyonlyneed1~2equivofCr(VI)reagent(Jones&Collinsusuallyrequire6equiv)---Cr(VI)試劑通常只需要1~2個當(dāng)量，相對較少。④

PCCslightlyacidicwhichcancausesidereactions,ToavoidH+catalyzedsidereaction,usesodiumacetatebuffer.---為了避免PCC弱酸性條件引起的副反應(yīng)，使用NaOAc做緩沖劑。⑤反應(yīng)速率：烯丙醇>伯醇、仲醇3.中性條件

PDC:Na2Cr2O7·2H2O-HCl-2Py/CH2Cl2→Py2Cr2O7---穩(wěn)定，商業(yè)化試劑；---與PCC不同，不具有酸性；---與其他氧化劑相比，氧化速度比較慢；---通過調(diào)整溶劑，可以控制1°醇氧化程度，氧化成醛或酸；---2°醇氧化很慢，有時需要一個酸性催化劑（如CF3COOPy或3?MS）3.弱堿性條件

CollinsReagent

:CrO3-2Py-CH2Cl2（無水條件）①1°and2°alcoholsareoxidizedtoaldehydesandketonesinnon-aqueoussolution(CH2Cl2)(withoutover-oxidationdisadvantage)---在無水二氯甲烷中1°and2°醇被氧化成醛和酮，不會進(jìn)一步氧化成羧酸，也可避免雙鍵轉(zhuǎn)移成共軛雙烯。②Collinsreagentcanbepreparedandisolatedorgeneratedinsitu.Isolationofthereagentoftenleadstoimprovedyields.---Collins試劑現(xiàn)制現(xiàn)用，及時地分離產(chǎn)物有利于提高收率。③UsefulfortheoxidationofH+sensitivecmpds.---適用于對酸敏感的化合物④Notparticularlybasicoracidic.⑤Mustusealargeexcessofthergt.（disadvantage）---不足：用量很大。二、MnO2氧化劑

(ManganeseDioxide)

二氧化錳是一種能將伯醇和仲醇氧化成羰基化合物的常用的溫和試劑，它特別適合于烯丙醇和芐醇羥基的氧化，反應(yīng)在室溫下，中性溶劑（水、苯、石油醚、氯仿）中即可進(jìn)行。常用的方法是將醇與MnO2在溶劑中攪拌幾個小時即可完成。二氧化錳要經(jīng)特殊方法制備才能具有最高活性，最好的方法是讓硫酸錳與KMnO4在堿性溶液中反應(yīng)來制備。烯鍵和炔鍵不與該試劑發(fā)生反應(yīng)。-Verymildoxidizingreagent.-Selectivelyoxidizesallylicandbenzylicalcoholstoaldehydeorketone.-Requiresnonpolarsolvent(CH2Cl2,CHCl3,pentane,benzene,etc.),RT.-Oxidizingreagent:substrate=10:1(10wt.equiv).-itisbesttopreparethemanganesedioxideimmediatelypriortouse.--非常溫和的氧化劑，需要制備活性高的MnO2；---選擇性地氧化烯丙基醇和芐基醇成醛或酮；---需要非極性溶劑，如CH2Cl2、CHCl3、苯或環(huán)己烷）；----氧化劑:底物=10:1（質(zhì)量比）；----次氧化劑需要現(xiàn)有現(xiàn)制。①Noisomerizationofconjugateddoublebond.Cr-basedreagentwillcauseproblemduetoH+catalysis.---不會引起共軛雙鍵的異構(gòu)化。而Cr氧化劑因為有H+催化會引起異構(gòu)。②Hydoxylgroupadjacenttotriplebondsandcyclopropaneringsarealsoeasilyoxidized.---連在三鍵或環(huán)丙烷上的-OH也很容易被氧化。在以下條件下，可以將醇轉(zhuǎn)變?yōu)轷ィ灰餋=C異構(gòu)化（CoreyandGanem

J.Am.Chem.Soc.1968,90,5616）三、AgCO3氧化劑Fetizon’sreagent

Silivercarbonateprecipitated（沉淀）oncelite（硅藻土）①Iscarriedoutinrefluxingsolventsuchasbenzene.---將碳酸銀負(fù)載在硅藻土上；在溶劑（苯）回流狀態(tài)下進(jìn)行反應(yīng)。②

Ishighlychemoselectiveandotherfunctionalgroupsarenormallyunaffected.oxidationofonlythemostreactivehydroxyl。---具有很高的化學(xué)選擇性，其他官能團(tuán)一般不受影響，只氧化活性最高的OH。

---Oxidationof2°alcoholovera1°alcohol③Treatmentofadiolwithsilvercarbonatenormallypromotesoxidationofonlyofthehydroxylgroups.---氧化二醇時，通常會發(fā)生進(jìn)一步的氧化。Williams,W.;Sun,X.;Jebaratnam,D.*J.Org.Chem.,1997,62,4364-4369.

Li,etal.Org.Lett.2005,7,2917四、有機氧化劑1.DMSO①DMSO-DCC

Moffatt

氧化反應(yīng)

DCC為脫水劑，酸為催化劑

-----1°醇氧化為醛

二環(huán)己基碳二亞胺

1,3-二環(huán)己基脲

dicyclohexylcarbodiimide②DMSO-(COCl)2

----Swern氧化反應(yīng)條件溫和，適用范圍廣泛，也是有機合成中第一個不依靠含金屬氧化劑的氧化反應(yīng)。2.Oppenauer

反應(yīng)酮（丙酮、環(huán)己酮）+三異丙基氧化鋁Al(PriO)3

氧化劑

催化劑逆反應(yīng)Meerwein-Ponndorf

反應(yīng)+Oppenauer,Recl.Trav.Chim.Pays.-Bas1937,56,137.Djerassi,Org.React.1951,6,207.---Sincethereactionconditionsarenonacidic,thismethodisvaluableforacid-sensitivemolecules.因為反應(yīng)為非酸性條件，所以，非常適用于對酸敏感的物質(zhì)的氧化。---Onedrawbackofthemethodisthatofoxidationisratherslowandthereforethemixtureisnormallyheatedinasolventsuchastoluene.因為此法相對反應(yīng)速度很慢，所以通常用甲苯當(dāng)溶劑，來加熱反應(yīng)。第二節(jié)醛、酮的氧化一、醛類氧化成羧酸1.Ag2O2.MnO23.NaClO2

亞氯酸鈉可以氧化醛成酸，而不破壞雙鍵。二、甲基酮被次鹵酸氧化甲基酮被次鹵酸氧化成縮短一個碳原子的羧酸-----鹵仿反應(yīng)如果是進(jìn)行鑒別，則使用次碘酸鈉，因為產(chǎn)物碘仿帶有顏色，易識別。三、酮被氧化成酯Baeyer-Villiger反應(yīng)氧化劑：過氧酸、雙氧水-酸親核性重排，遷移基團(tuán)的大體排序：叔烷基>（環(huán)己基、烷基、芐基、苯基）>伯烷基>甲基雙氧水-酸四、Beckmann反應(yīng)醛酮+羥胺→E-肟→內(nèi)酰胺第三節(jié)烯烴的氧化環(huán)氧化合物二醇羰基化合物烯烴一、環(huán)氧化反應(yīng)(EpoxidationReactions)過氧酸(Oxidationwithperoxy-acids）m-CPBA---（m-氯代過氧化苯甲酸）

叔丁基過氧化氫（需金屬催化劑Ti+4、V+5）①過氧酸是親電試劑，吸電子基團(tuán)引入有利反應(yīng)；②雙鍵上有給電子基團(tuán)對反應(yīng)有利；③共軛烯烴降低環(huán)氧化反應(yīng)速率。

(delocalisationoftheπ

electrons)雙鍵電子云密度低時，用CF3CO3H。④立體化學(xué)Stereochemistry

a.Stereochemistryofolefinismaintained:diastereospecific.(Cisadditiontothedoublebondofthealkene

順式加成)環(huán)氧丙烷結(jié)構(gòu)的形成，不改變原來雙鍵的立體構(gòu)型。b.Reactionrateisinsensitivetosolventpolarityimplyingconcertedmechanismwithoutintermediacyofionicintermediates.反應(yīng)速率對溶劑極性不敏感，協(xié)同反應(yīng)。c.Lesshinderedfaceofolefinisepoxidized.在空阻較小的一側(cè)成環(huán)。PeracidReactivity過氧酸的酸性比相應(yīng)的羧酸弱(pKa8.2vs4.8)

BrownJ.Am.Chem.Soc.

1970，92,6914.----化學(xué)選擇性Electrophilicreagent:mostnucleophilicC=Creactsfastest.

WoodwardTetrahedron

1958,2,1烯丙醇結(jié)構(gòu)的氧化：

Hydrogen-bondingcandirectepoxidations.氫鍵可以指導(dǎo)環(huán)氧化反應(yīng)。#H-bondingtoproximalperoxide

oxygendirects

epoxidationtothesamefaceasOHgroupandaccelerates/facilitatesthereaction.由于氫鍵的形成使環(huán)氧化發(fā)生在OH的一側(cè)，同時，OH可促進(jìn)反應(yīng)。#Metal-catalyzedepoxidationsofallylicalcoholsexhibitamorepowerfuldirectingeffectandrateacceleration(ca.1000×).Metalboundsubstrate(asanalkoxide)deliversolefintometalboundperoxide(tighterassociationthanH-bonding).烯丙醇結(jié)構(gòu)被金屬催化而過氧化，表現(xiàn)出更有效的導(dǎo)向作用，反應(yīng)速度提高（大約1000倍）。ScopeandLimitationsa.Olefingeometryismaintained.b.Reactionisdiastereospecific:thestereochemistryofthereactantandproductbearadefiniterelationshiptooneanother.反應(yīng)是非立體選擇性的：反應(yīng)物與產(chǎn)物的立體化學(xué)之間存在一定的關(guān)聯(lián)。c.Reactioncanbebufferedtopreventepoxideopening.反應(yīng)可被緩沖，以防開環(huán)。ThepKaofparentacidismuchlowerthanthatoftheperacid,andtheperacidisnotnearlyasacidic.Reactionrequirestheprotonated

peracidsothebuffermustnotdeprotonatetheperacidbutshoulddeprotonatetheproductcarboxylicacid.羧酸是反應(yīng)的副產(chǎn)物，一般需要用NaHCO3作為緩沖液。Thesereagentscanbeusedasabufferwhentheperacidsareusedasepoxidationreagents.當(dāng)用過酸當(dāng)環(huán)氧化劑時，這些試劑可以用作緩沖劑:Na2CO3/NaHCO3CH3COOH/NaOAcCF3CO3H/Na2HPO4-NaH2PO4

#Whenperacidsareusedtooxidizeolefinstoepoxidesinthepresenceofcarbonylfunctionality(ketonesoraldehydes),protectionofthecarbonylgroupmaybenecessary.

當(dāng)體系中存在羰基時，在對烯烴進(jìn)行環(huán)氧化時，對羰基的保護(hù)是必要的，否則會發(fā)生Baeyer–Villiger反應(yīng)。Baeyer–Villigerreactionsofketonesandaldehydes：2.Dimethyl

Dioxirane（DMDO）

Amildneutralreagent

3.次鹵酸（HOX）

3.次鹵酸（HOX）

4.H2O2，NaOH

二、二羥基化（Dihydroxylation）

1.生成反式二醇①烯烴環(huán)氧化后產(chǎn)物以酸水解即得到反式二醇。

(或烯烴與HOX加成，后分子內(nèi)親核取代)②Prevost反應(yīng)I2+RCOOAg(無水)2.生成順式二醇①KMnO4pH值對反應(yīng)影響很大：1～3%高錳酸鉀水溶液，有機相/水相，pH>12，生成順式二醇。②OsO4---OsO4isanelectrophilicreagent,anditbehavesasalargereagent.OsO4是親電試劑，而且體積大。---Strained,unhinderedolefinsreactfasterthanunstrained,stericallyhinderedolefins.

張力大的、沒有空間位阻的烯烴反應(yīng)更快。---Electron-richolefinsreactfasterthanelectrondeficientolefins.

烯烴電子云密度越大----反應(yīng)活性越高。---Diastereospecific,withattackontheC=Cfromtheleasthinderedface.

非對映選擇性，從C=C空阻小的一側(cè)進(jìn)攻。---variousimprovements:***onlycatalyticamountofOsO4used.

只需要催化量***useofanequivalentosmiumsalt.

使用等量的鋨鹽(K2OsO2(OH)4)---ButOsO4isexpensive,