七还原反应(精)

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1、,第七章 还原反应,Chapter 7,Reduction Reaction,有机物分子中碳原子总的氧化态(Oxidation Stete)降低的反应为还原反应，即加上H或减少O。三大类： 催化氢化多相催化氢化(Heterogeneous Hydrogenation)均相催化氢化(Homogeneous Hydrogenation) 化学还原 生物还原,一、电子反应机理亲核加成（1）金属复氢化物对羰基化合物的还原LAH NaBH4 LiBH4 KBH4 NaBH3CN 各种烷氧基硼氢化物,第一节 还原反应机理,（2）金属复氢化物对含氮化合物的还原脂肪族硝基化合物可被LAH还原为胺；芳香族硝基化

2、合物可被LAH还原为偶氮化合物；硫代硼氢化钠可还原硝基化合物为胺；硼氢化钠可还原亚胺、烯胺。,（3）烷氧基铝对羰基化何物的还原 即Meerwein-Ponndorf-Verley Reduction（4）甲酸及其衍生物对羰基化合物的还原 胺化 经过Shiff碱后还原（5）水合肼对醛、酮的还原 即Wolff-Kishner Reduction,2. 亲电加成 硼烷 THF optimally provides uncomplexed, monomeric BH3 available for reduction (or other reactions).In ether (B2H6), or in

3、 the presence of amines (BH3NR3), less reactive borane-complexes are formed,（1）硼烷对烯烃的还原顺式加成，四中心过渡态，硼原子加到取代较少的碳上。,（2）硼烷对羰基化合物及含氮化合物的还原,二 自由基反应机理电子转移还原氢化还原机理,氢解还原机理,（1）碱金属对芳香族化合物的还原 即Birch还原（2）活泼金属对羰基化何物的还原 Clemmensen还原、Blanc还原、偶姻缩合、Pinacol偶联（3）活泼金属对含氮化合物的还原 硝基化合物、肟、偶氮化合物等,（4）硫化物或含氧硫化物对含氮化合物的还原 前者为电子供

4、体（5）活泼金属作用下的氢解反应2. 自由基取代还原 R3SnH作用，使碳卤键断裂，氢原子取代卤原子,三 非均相催化氢化反应,1 基本原理,非均相催化氢化的五个连续步骤:作用物分子向催化剂界面扩散;:作用物分子向催化剂表面吸附(物理和化学);:作用物分子向催化剂表面发生化学反应;:产物分子在催化剂表面解吸;:产物分子由催化剂界面向介质扩展。,一般决速步骤主要为吸附和解吸两步：,(1) 物理吸附和化学吸附:,物理吸附(范德华吸附):作用物分子在cat表面浓集，为物理作用力，无选择性多分子吸附。,化学吸附：化学键引起，形成新的化学键，生成活化吸附中间物，降低活化能，使氢化进行。,2. 活化中心ca

5、t表面晶格上有很高活性的特定部位，如：原子、离子、有若干原子有规则排列而成的一个小区域。作用物分子结构与活性中心结构间有一定的几何对应关系，才能发生化学吸附，表现出催化活性。,3. 多相催化氢化反应历程,(1) H2在cat表面活性中心发生化学吸附;(2) C=C+cat -络合物;(3) 活化的H 半氢化状态中间物;(4) H2进行顺式加成 烷烃。,Polyani历程:,Bond历程:,(H转移),(歧化),Bond历程较Polyani历程进步，可以解释H交换，C=C位置异构及顺反异构现象。但不能解释活性中心的本质及不同cat具有不同活性的结果。,1. 催化氢化H2/Raney Ni; H2

6、/CuCr2O4; PtO2; (Ph3P)RhClLindlar: Pd/CaCO3/Pb(OAc)2,重点内容讲解,Wilkinson cat.,(Ph3P)RhCl-通常只还原位阻最小的双键；加入Ph3P不但能够促进催化剂在有机溶剂中的溶解度，而且使其更具空间效应。,2. 溶解金属还原金属+酸： Clemmensen reduction,金属+ NH3 (l): 一般溶解金属还原；对炔烃还原为反式烯金属 + NH3 (l) + 质子溶剂：Birch还原金属+醇：Blanc reduction、Pinacol Coupling,Pinacol Coupling,Blanc Reductio

7、n,溶解金属还原的一般过程：双电子化，双质子化。,伯奇还原,金属钠溶解在液氨中可得到一种蓝色的溶液，它在醇的存在下，可将芳香化合物还原成1，4-环己二烯化合物，该还原反应称为伯奇还原。,Na NH3(l) C2H5OH,1 K、Li能代替Na，乙胺能代替氨；2 卤素、硝基、醛基、酮羰基等对反应有干扰。,反应机理：,Na + NH3,Na+ + （e-) NH3,CH3OH -CH3O-,(e-) NH3,CH3OH,自由基负离子,溶剂化电子,自由基,负离子,环上有给电子取代基时，反应速率减慢。 环上有吸电子取代基时，反应速率加快。,金属钠溶解在液氨中可得到一种蓝色的溶液，这是由钠与液氨作用生成

8、的溶剂化电子引起的,Mechanism,金属+非质子溶剂Acyloin Condensation,Benzene/Toluene,Mechanism,Example,3. 氢转移试剂还原,（1）LAH,羰基-醇,酯-醇Lactone-diol,Amide-AmineCarbamate-Methylated Amine,Epoxide-olNitrile-Amine,Aliphatic Nitro-AmineHalolide-alkane,DIBAL,低温下将酯、内酯、腈还原为醛：,（2）Red-Al,NaAlH2(OCH2CH2OMe)2 = REDAL-H,（3）NaBH4,NaBH4+Ce

9、Cl3,能区别醛羰基和酮羰基，选择性还原活性小的羰基。通常认为醛基先作为水合物被保护，这种水合物通过与铈离子络合而稳定。,思考题：,（4）BH3,4. Amalgam-derived Reducing Agents(1) NaHg,Julia Olefin Synthesis,(2) AlHg,Cyclic ketones and aldehydes are reduced. Acyclic ketones are inert.,Myers Aldehyde Syn.,(3) Zn-Hg,5. Other Reduction Methods,(1) Diimide Reduction,Form

10、ation (generation) of reagents (diimide),（2） Wolff-Kishner reduction,the use of DMSO instead of glycols as the reaction medium containing KOt-Bu, followed by the slow addition of preformedhydrazones, allows the reduction to take place at room temperature (Cram modification),（3）Rosenmund还原(4) 硫代缩醛/缩酮

11、用Raney Ni还原,（5）Nef 反应,第二节 不饱和烃的还原,一 炔、烯的还原,1 多相催化氢化,常用的氧化cat有：Ni(骨架)、Pd、Pt、载体Pd/C 及Pt/C。,(维生素A中间体),喹啉为抑制剂，可使 C=C而不进一步还原,a：毒剂(Poisons)和抑制剂(Inhibitors),(1) 影响氢化反应速度和选择性的因素,b:反应温度和压力,c:溶剂的影响,溶剂: EtOH 53% 47% EtOH/HCl/H2O 93% 7% EtOH/KOH 35-50% 65-50%,(2) 炔、烯的选择性加氢及立体化学,(避孕药双炔失磺酯中间体),(位阻小的一面加氢),(乙醇中制备P-

12、2型，水中制备P-1型),顺式加氢,(3) 转移氢化,(安宫黄体酮),用肼或二酰亚胺还原,(C=C取代基增多，氢化明显下降),(用其他方法还原多导致二硫键断裂),选择性还原末端及环外双键,2 均相催化氢化,(饱和烃),3 硼氢化反应,注:,(1),反应速度:abc,(2),X=-OCH3 91% 9%,当X为供电子基时，更有利单硼化物生成,57% 43% 95% 5%,当烯烃碳原子上取代基数目相等时，取代基的位阻对反应结果影响较大。,(3) 利用上述性质可制备醇或酮,二 芳烃的还原,1 催化氢化还原,(抗胆碱药安胃灵中间体),供电子基双键在2，5位形成吸电子基双键在1，4位形成且吸电子基有利于

13、还原，故为C 离子历程。,2 化学还原法,第三节 醛酮的还原反应,一 还原成烃的反应,1 Clemmensen反应 (Zn+HgCl2 5-10%),有两种机理(略),(1) -酮酸及其酯还原成-OH， 、 -酮酸及其酯类还原成CH2,(2) 孤立双键不受影响，与 共轭双键被还原,2 Wolff-（Kishner）-黄鸣龙还原,注：(1) 黄鸣龙改进:加二聚醇乙二醇(DEG)或三聚乙二醇(TEG)将生成的水带出，使收率提高许多。,(80%),(85%),(2) 对高温或强碱敏感的基团，不能采用上述方法。先转变成腙，再还原。,二 还原成醛的反应 1 金属氢化物还原剂,(邻氯喘息定中间体),(避孕

14、药炔诺酮中间体),(酮的反应活性大于 、 -不饱和醛、酮),9-BBN：9-硼双环3，3，1壬烷，可迅速还原 、 -不饱和醛、酮，而不影响分子中其他易还原基因,反应机理：,其他氢化物，如：LiAlH4与之机理相同,2 醇铝还原剂(Meerwein-Ponndorf-Verley反应),(92%),(天麻素中间体),3 催化氢化还原,第四节 羧酸及其衍生物的还原,一 酰卤的还原,二 酯和酰胺的还原,1 还原成醛,(心血管药物乳酸心可定中间体),2 还原成醛,(96%),3 双分子酯还原成偶姻,(氯苯达诺),(地恩丙胺中间体),4 酰胺还原成胺,三 腈的还原,(凝血酸中间体),(VB6中间体),(

15、不影响-NO2),四 羧酸及酸酐的还原,(加AlCl3起催化剂作用，否则不还原),(B2H6可还原COOH-CH2OH，对其他官能团无影响),电解还原,(双氯咪唑青霉素钠中间体),第五节 硝基化合物的还原,一 活泼金属还原剂,1 Fe还原剂,(甲氧非那明中间体),(痢特灵中间体),(不影响其他不饱和官能团),2 其他金属还原剂,(多巴胺中间体),(驱虫药甲胺苯脒中间体),二 含硫化合物为还原剂,(只还原一个-NO2，而保留另一个-NO2),三 催化氢化还原,(甲砜霉素中间体),(异硫氰酸荧光素中间体),第六节 氢解反应,一 脱卤氢解,活性位置的卤素易发生氢解,N吸电子作用使4位C电子云密度较7位低，易氢解,二 脱苄氢解,脱苄活性顺序：,(前列腺素F2 中间体),58%),三 开环氢解,四 脱硫氢解,第七节 不对称还原反应,一 -手性醛、酮的不对称还原(Cram规则),最优势构象，原因：对O结合，增加了体积，因而使C=O-，Z位于M、S中间而与L成反式，此时构象最稳定。,若羰基 -手性碳上有-OH、-NH2等富电子基团，则可通过氢键与羰基成环。,