第九章氧化反應(yīng)

第九章氧化反應(yīng)第1頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月第九章氧化反應(yīng)◆按氧化對象不同，包括：醇羥基和酚羥基的氧化反應(yīng)；烯烴雙鍵的氧化反應(yīng)；酮的氧化反應(yīng)；芳烴側(cè)鏈及烯丙位的氧化反應(yīng).◆氧化反應(yīng)是自然界普遍存在的一類重要反應(yīng)。在有機合成中一般認(rèn)為氧化包括以下幾個方面：（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)。第2頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月9.1醇羥基和酚羥基的氧化反應(yīng)9.1.1

醇羥基的氧化反應(yīng)

①.氧化劑直接氧化法醇羥基氧化方法很多，本節(jié)只介紹一些具有選擇性的實用氧化方法。（1）三氧化鉻—吡啶絡(luò)合物氧化法將三氧化鉻加入吡啶中可以得到該絡(luò)合物，性質(zhì)溫和、易吸濕。制備時不能將吡啶加到三氧化鉻上，易著火。第3頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月◆鉻酸主要用于簡單仲醇氧化成酮的反應(yīng)，要求醇分子中不含對酸敏感的基團(tuán)；三氧化鉻—吡啶絡(luò)合物可選擇氧化伯醇和仲醇為羰基化合物，結(jié)構(gòu)中的烯鍵、硫醚鍵不受影響?！舳嗔u基化合物可通過形成縮醛先保護(hù)其他羥基，選擇性氧化未保護(hù)的一個羥基。第4頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月（2)二氧化錳氧化法◆在室溫、中性溶劑（水、苯、石油醚、氯仿）中，二氧化錳能將伯醇和仲醇氧化成羰基化合物，特別適合于烯丙醇和芐醇羥基的氧化?！舨煌苽浞椒ǖ玫降亩趸i，反應(yīng)活性不同。最好用硫酸錳與KMnO4

在堿性溶液中反應(yīng)來制備?！粝╂I和炔鍵不與該試劑發(fā)生反應(yīng)。第5頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月（3)碳酸銀氧化法

沉淀在硅藻土上的碳酸銀是一種能將伯醇和仲醇以很高的產(chǎn)率氧化成醛和酮的極好試劑，反應(yīng)在溫和的近中性條件下進(jìn)行，一般其他官能團(tuán)不起反應(yīng)。反應(yīng)活性：芐醇（烯丙醇）＞仲醇＞伯醇；高位阻羥基難氧化。第6頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月◆碳酸銀可以將二元醇（1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇）中的一個羥基氧化成羧酸，進(jìn)而轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的內(nèi)酯，這是其他方法不易得到的?！羝渌几鶕?jù)結(jié)構(gòu)不同則生成羥基醛或羥基酮。第7頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）亞硝酸鈉-醋酸酐氧化法

2000年，BabasahebPB等發(fā)現(xiàn)NaNO2-Ac2O新氧化體系在無溶劑和溫和條件下能夠?qū)Ω鞣N伯醇、芐醇、烯丙醇進(jìn)行快速和選擇性氧化，得到相應(yīng)的醛類化合物，產(chǎn)率60~97%。①反應(yīng)快—在所有情況下完成反應(yīng)不超過1min；②沒有過氧化物羧酸生成；③伯脂肪醇、二醇，烯丙醇和芐醇均被選擇性氧化生成相應(yīng)的醛類化合物；④α，β-不飽和醇的氧化沒有雙鍵異構(gòu)現(xiàn)象；⑤分子中存在伯醇羥基和仲醇羥基（包括仲芐基醇）時，伯醇羥基發(fā)生選擇性氧化；⑥在雜環(huán)醇分子中，發(fā)生選擇性氧化，雜原子如N,S不受影響。新氧化體系的特點：第8頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月第9頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月（5）有機五價碘氧化劑

◆

1-羥基碘酰苯（簡稱IBX）及其衍生物—高價碘化物作為一種性能溫和、選擇性高及環(huán)境友好的醇氧化劑在有機合成中得到了廣泛的應(yīng)用?！羝滹@著特點是對底物的化學(xué)選擇性極高，即一般僅氧化醇羥基為羰基，而不會氧化其它易被氧化的官能團(tuán)如氨基、巰基等，所以它在合成一些藥物和天然產(chǎn)物方面具有獨特的優(yōu)勢。應(yīng)用實例如下:第10頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月第11頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月(6)其他氧化法◆Oppenauer氧化法:用異丙醇鋁在丙酮溶劑中溫和氧化仲醇成酮的一種方法。

機理：烷氧基鋁使醇成為醇鋁，醇鋁再與過量丙酮作用，通過形成環(huán)狀過渡態(tài)被氧化。第12頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月◆四醋酸鉛Pb(OAc)4氧化法:用四醋酸鉛在吡啶溶液中能將伯醇、仲醇和烯丙醇氧化為相應(yīng)的羰基化合物?！翥K-氧體系對伯醇和仲醇的選擇催化氧化:室溫，雙鍵保留。廣泛用于選擇性氧化糖類中特殊羥基（伯羥基）。第13頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月◆TNCB新氧化體系【(NO3)3CeBrO3】：在乙腈中回流反應(yīng)，使芐醇、偶姻被氧化成相應(yīng)的羰基化合物。原料反應(yīng)時間（h）產(chǎn)物產(chǎn)率（%）芐醇2.5苯甲醛922-氯芐醇5.52-氯苯甲醛904-氯芐醇54-氯苯甲醛854-溴芐醇7.54-溴苯甲醛864-甲基芐醇6.54-甲基苯甲醛851-芐基乙醇2.5苯乙酮82苯偶姻0.25苯偶酰924，4ˊ-二甲氧基苯偶姻0.254，4ˊ-二甲氧基苯偶酰85糠偶姻0.75糠偶酰90*TNCB用硝酸鈰銨和溴酸鈉作用得到。第14頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月◆

Fe(NO3)3-FeBr3氧化體系：催化空氣氧化仲醇、芐醇得到相應(yīng)的羰基化合物（乙腈，25℃；不氧化伯醇）。

第15頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月②.固載氧化劑氧化法

固載氧化是一類重要合成技術(shù)，具有如下特征：◆易于分離，操作簡化，快速有效；◆充分利用熱力學(xué)和動力學(xué)因素（高溫、過量廉價試劑等）來促進(jìn)反應(yīng)完全；◆改善試劑反應(yīng)活性和選擇性；◆減少或消除環(huán)境污染；◆試劑再生如樹脂再生。因此，試劑的固載化技術(shù)越來越引起人們注意，成為現(xiàn)代有機合成化學(xué)的一個熱點。第16頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）硅膠固載的Cr(Ⅵ)氧化劑H2CrO4/SiO2體系:在適當(dāng)溶劑中于室溫下能對伯醇、仲醇和芐醇進(jìn)行有效氧化，得到相應(yīng)的醛或酮。第17頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月CrO3/NHMe3Cl/SiO2體系:在環(huán)己烷中能對各種醇、尤其是芐醇和烯丙醇的氧化非常有效，得到相應(yīng)的醛或酮。第18頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月（2)硅膠固載的硝酸鹽M(NO3)n

R1=C6H5，環(huán)戊基，C6H4NO2-o；R2=H,環(huán)戊基；氧化劑為：In(NO3)2,Cu(NO3)2,Fe(NO3)3。產(chǎn)率可達(dá)73%-100%。硝酸鹽如硝酸銅、硝酸鋅固載到硅膠上，能有效氧化仲醇或芐醇。第19頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月（3)Al2O3固載的Cr(Ⅵ)和亞鹵酸鈉（NaXO2）氧化劑

◆CrO3固載到Al2O3上組成的氧化體系既能氧化簡單醇，又能氧化多官能團(tuán)醇，立體選擇性好。在無溶劑、微波輻射條件下，氧化時間大幅縮短?！鬘aXO2/Al2O3體系可有效氧化脂肪仲醇、芐醇：第20頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）粘土固載氧化劑

粘土固載的酸性工業(yè)催化劑成本低、反應(yīng)快、產(chǎn)率高、可重復(fù)使用。蒙脫土固載的硝酸鉍是一種性能優(yōu)良的氧化劑，室溫下可將除伯醇外的醇氧化成相應(yīng)的羰基化合物。第21頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月9.1.2酚羥基的氧化反應(yīng)◆酚環(huán)對單電子氧化劑非常敏感，去掉一個質(zhì)子后給出離域的芳基氧自由基。◆例如，2-萘酚在堿性條件下用K3Fe(CN)6氧化得到聯(lián)二萘酚。第22頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月9.2碳-碳雙鍵的氧化反應(yīng)9.2.1氧化劑直接氧化反應(yīng)烯烴雙鍵被氧化產(chǎn)生多羥基化合物或環(huán)氧化物。（1）過氧酸氧化反應(yīng)

常用過氧酸：過氧苯甲酸、過氧甲酸、過氧乙酸等?！暨^氧酸與烯烴雙鍵反應(yīng)時一般先形成環(huán)氧化物，需要選擇反應(yīng)條件控制環(huán)氧化物直接轉(zhuǎn)化為鄰二醇的?；苌?。第23頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月◆一般認(rèn)為是由過氧酸對雙鍵的親電進(jìn)攻引起的，因此雙鍵連有供電子基團(tuán)或過氧酸連有吸電子基團(tuán)，環(huán)氧化速率加快。端烯烴位阻小多烷基取代低溫第24頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月◆烯烴雙鍵與不飽和羰基共軛時，環(huán)氧化速率降低。此時需要更強的過氧酸如過氧三氟乙酸、間氯過氧苯甲酸進(jìn)行環(huán)氧化?！粲眠^氧酸進(jìn)行環(huán)氧化反應(yīng)是順式加成，有很高的立體選擇性。順-9.10-環(huán)氧硬脂酸反-9.10-環(huán)氧硬脂酸第25頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月◆具有剛性構(gòu)象的環(huán)狀烯烴，試劑通常從位阻小的一側(cè)進(jìn)攻。降冰片烯94%6%◆柔性較高的分子氧化時立體化學(xué)結(jié)果預(yù)測視情況而定。3-乙酰氧基環(huán)己烯反式順式順式3-羥基環(huán)己烯第26頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）高錳酸鉀氧化法◆KMnO4能使烯烴在堿性體系中氧化得到順式雙羥基化合物。第27頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月◆反應(yīng)機理：●通過環(huán)狀錳酸酯的形成控制兩個羥基順式加成，18O結(jié)果發(fā)現(xiàn)MnO4-中的氧轉(zhuǎn)換到底物上，是對形成環(huán)狀內(nèi)酯的有力支持?！癍h(huán)開裂是羥基作用的結(jié)果，因此反應(yīng)需要控制pH值?！襁^量高錳酸鉀能導(dǎo)致副反應(yīng)甚至雙鍵斷裂。第28頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）臭氧氧化法

◆臭氧分解是使烯烴氧化裂解的簡便方法。臭氧的共振雜化結(jié)構(gòu)如下:◆臭氧是一個親電試劑，與烯烴作用形成臭氧化合物，經(jīng)氧化或還原裂解得到醛、酮或羧酸。第29頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月◆臭氧化物進(jìn)行還原分解時可得到醛、酮。還原方法：鋅加酸法、二甲硫醚法、催化氫化法、亞磷酸三乙酯法等。胡椒醛◆臭氧化物用LiAlH4進(jìn)行還原分解得到醇。第30頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月◆臭氧化反應(yīng)機理：1975年Criegee提出：裂解再結(jié)合臭氧與烯烴雙鍵先發(fā)生1，3-偶極加成得到不穩(wěn)定的初級臭氧化物（Ⅰ）（Ⅰ）發(fā)生開環(huán)轉(zhuǎn)變成兩性離子（Ⅱ）（Ⅱ）裂解成醛或酮及另外一個兩性離子（Ⅲ）（Ⅲ）與羰基化合物再化合得到二級臭氧化物（Ⅳ）第31頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）碘和羧酸銀氧化法◆由碘的四氯化碳溶液與等物質(zhì)量的醋酸銀或苯甲酸銀組成的試劑叫Prevost試劑。在Prevost條件下（無水），烯烴氧化可以直接得到反式二醇的二?；苌?；在woodward條件下（有水），得到順式二醇的單脂。第32頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月9.2.2鈀催化氧化反應(yīng)Wacker反應(yīng)：PdCl2-CuCl2的鹽酸水溶液中將乙烯氧化為乙醛.Pd（0）與Pd（2+）之間的氧化還原循環(huán)。烯烴的反式羥鈀化β-消除氫離子轉(zhuǎn)移機理：第33頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月◆Wacker反應(yīng)最適合于末端烯烴氧化制備甲基酮，反應(yīng)對末端雙鍵具有選擇性?！鬢acker反應(yīng)可制備1，4-二羰基化合物。接著用堿處理，經(jīng)分子內(nèi)羥醛縮合（Robinson成環(huán)反應(yīng)）,得到環(huán)戊烯酮。第34頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月9.3酮的氧化反應(yīng)9.3.1經(jīng)α-苯硒基羰基化合物的氧化反應(yīng)通過α位控制氧化，使分子不發(fā)生斷裂，生成α,β-不飽和酮、α-羥基酮(偶姻)或內(nèi)酯是酮氧化比較重要的反應(yīng)。α-苯硒基羰基化合物苯基鹵化硒氧化硒氧化物的β-消除α,β-不飽和酮◆由于雙鍵易于聚合，且對親核試劑敏感，其它方法難于得到這樣的α,β-不飽和酮。苯丙酮第35頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月例如：α,β-不飽和內(nèi)酯或酯的制備。分子中的雙鍵、醇羥基、酯基等不受影響。◆α,β-不飽和酮經(jīng)酮鋰試劑、苯基鹵化硒反應(yīng)能夠轉(zhuǎn)化成β-烷基衍生物。第36頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月9.3.2

二氧化硒氧化法◆二氧化硒能實現(xiàn)選擇性氧化（Riley氧化法），氧化后本身還原為硒，經(jīng)氧氣氧化為SeO2重復(fù)使用?！粼摲ㄌ攸c有三：①將羰基化合物α位的-CH2基或-CH3基氧化成相應(yīng)的鄰二羰基化合物；②將烯丙位的活潑氫氧化生成相應(yīng)的羥基化合物；③將兩個芳環(huán)中間的次甲基氧化為酮基。第37頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月◆機理及其證明：

先由亞硒酸對烯烴（酮式與烯醇式轉(zhuǎn)換）進(jìn)行親電進(jìn)攻形成β-酮基亞硒酸，重排形成短壽命硒化物，迅速轉(zhuǎn)化為二酮；SeO2氧化反應(yīng)中檢測到有α,β-不飽和羰基化合物形成，此現(xiàn)象可由酮基亞硒酸的β-消去反應(yīng)解釋。β-酮基亞硒酸第38頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月9.3.3

酮的Baeyer-villiger氧化反應(yīng)◆Baeyer-Villiger發(fā)現(xiàn)，許多環(huán)酮與過氧硫酸（H2SO5）反應(yīng)時生成內(nèi)酯。使用有機過氧酸如間氯過氧苯甲酸、過氧苯甲酸，過氧乙酸等進(jìn)行氧化，反應(yīng)條件溫和，產(chǎn)率更高。第39頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月◆Baeyer-Villiger氧化機理：

羰基的一個碳（烴基）遷移到缺電子