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1、第三章第三章 官能团的选择性还原与氧官能团的选择性还原与氧化化选择性还原方法选择性还原方法 催化氢化催化氢化 负氢转移试剂还原负氢转移试剂还原 金属还原金属还原 其它试剂还原其它试剂还原催化氢化催化氢化催化氢化催化氢化：大部分不饱和官能团，如烯基、炔基、羰：大部分不饱和官能团，如烯基、炔基、羰基、羧基、酯基、氰基、硝基和芳基，在适当催化剂基、羧基、酯基、氰基、硝基和芳基，在适当催化剂作用下发生的加氢反应（作用下发生的加氢反应（hydrogenationhydrogenation）。）。催化氢解催化氢解：在催化氢化条件下，一些饱和：在催化氢化条件下，一些饱和C-XC-X键键（X X可可以是以是O
2、 O、N N、S S等杂原子）发生裂解形成等杂原子）发生裂解形成C-HC-H键键的反应的反应( (hydrogenolysishydrogenolysis) )。催化氢化常用的催化剂有铂催化氢化常用的催化剂有铂( (Pt)Pt)、钯钯( (Pd)Pd)、铑铑( (RhRh) )、钌钌( (RuRu) )、镍镍( (Ni)Ni)和亚铬酸酮。和亚铬酸酮。催化氢化所用的溶剂通常为甲醇、乙醇或乙催化氢化所用的溶剂通常为甲醇、乙醇或乙酸。酸。 在催化氢化反应中，不同的官能团的反应活性有很在催化氢化反应中，不同的官能团的反应活性有很大的差异。一般而言，各种官能团的相对反应性由大的差异。一般而言，各种官能团
3、的相对反应性由大到小的次序为：大到小的次序为：RCOClRCOCl RNO RNO2 2 炔炔 RCHO RCHO 烯烯 RCOR PhCHRCOR PhCH2 2OR OR RCN RCN 稠环芳烃稠环芳烃 RCORCO2 2R RCONHR R RCONHR PhH PhH RCOONaRCOONa但在特殊情况下，也会出现例外。但在特殊情况下，也会出现例外。a, ba, b-不饱和羰基化合物的反应不饱和羰基化合物的反应 烯烃的反应烯烃的反应炔烃的反应炔烃的反应负氢转移试剂还原负氢转移试剂还原 负氢转移试剂主要有铝氢负氢转移试剂主要有铝氢试剂和硼氢试剂。试剂和硼氢试剂。 常用的铝氢试剂主要有
4、常用的铝氢试剂主要有LiAlHLiAlH4 4、LiAlHLiAlH(OR)(OR)3 3和二异和二异丁基铝氢丁基铝氢( (DIBAL);DIBAL);硼氢试剂主要有硼氢试剂主要有NaBHNaBH4 4、KBHKBH4 4、NaBHNaBH3 3CNCN和和NaBHRNaBHR3 3等。等。 氢化铝锂是一个还原性很强的负氢转移试剂，可氢化铝锂是一个还原性很强的负氢转移试剂，可以用于醛酮、羧酸及其衍生物、环氧乙烷、硝基化以用于醛酮、羧酸及其衍生物、环氧乙烷、硝基化合物和氰基化合物的还原，以及某些卤代烃的脱卤合物和氰基化合物的还原，以及某些卤代烃的脱卤反应。该试剂一般不与孤立反应。该试剂一般不与孤
5、立C=CC=C和和C C C C键发生还原反键发生还原反应。三烷氧基氢化铝锂的还原性比氢化铝锂温和得应。三烷氧基氢化铝锂的还原性比氢化铝锂温和得多，可以将醛酮还原成醇，可以选择性地将酰氯还多，可以将醛酮还原成醇，可以选择性地将酰氯还原成醛。原成醛。 二异丁基铝氢二异丁基铝氢( (DIBAL)DIBAL)的反应的反应氢化铝锂复合试剂的反应氢化铝锂复合试剂的反应 硼氢化钠是一个比氢化铝锂温和的常用负氢转移试硼氢化钠是一个比氢化铝锂温和的常用负氢转移试剂。它一般只还原醛酮的羰基，而不能还原羧酸、酯、剂。它一般只还原醛酮的羰基，而不能还原羧酸、酯、环氧乙烷、卤代烃、硝基化合物和氰基化合物等。环氧乙烷、
6、卤代烃、硝基化合物和氰基化合物等。 硼氢化钠复合试剂的反应硼氢化钠复合试剂的反应氰基硼氢化钠的反应氰基硼氢化钠的反应乙硼烷的反应乙硼烷的反应 乙硼烷乙硼烷B B2 2H H6 6是一种温和的高选择性还原试剂，易是一种温和的高选择性还原试剂，易与烯烃、炔烃、环氧化合物、醛、酮发生负氢加成与烯烃、炔烃、环氧化合物、醛、酮发生负氢加成反应，与硝基化合物、卤代烃和苄醚等几乎不发生反应，与硝基化合物、卤代烃和苄醚等几乎不发生反应。氰基硼氢化钠的反应。反应。氰基硼氢化钠的反应。金属还原反应金属还原反应活性金属主要有锂、钠、镁、锌、锡和铁等。活活性金属主要有锂、钠、镁、锌、锡和铁等。活性金属与烯烃、末端炔烃
7、、烷基醚、羧酸以及酰性金属与烯烃、末端炔烃、烷基醚、羧酸以及酰胺的还原性较低，而对中间炔烃、苄醚、卤代烃、胺的还原性较低，而对中间炔烃、苄醚、卤代烃、环氧化合物、醛、酮、硝基化合物和氰基化合物环氧化合物、醛、酮、硝基化合物和氰基化合物等的还原性较高。反应介质对金属的还原反应影等的还原性较高。反应介质对金属的还原反应影响很大。响很大。 金属锂的还原反应金属锂的还原反应金属镁汞齐与四氯化钛的复合试剂金属镁汞齐与四氯化钛的复合试剂的还原反应的还原反应金属锌的还原反应金属锌的还原反应金属锌汞齐在酸性介质中可以选择性地将芳香酮的金属锌汞齐在酸性介质中可以选择性地将芳香酮的羰基还原成饱和烃羰基还原成饱和烃
8、( (ClemmensenClemmensen反应反应) )，分子内羧基，分子内羧基或酯基不受影响。锌或酯基不受影响。锌- -乙酸体系可以选择性地将酮羰乙酸体系可以选择性地将酮羰基邻位的乙酰氧基、羟基和卤素进行还原消除。基邻位的乙酰氧基、羟基和卤素进行还原消除。 金属铁的还原反应金属铁的还原反应Meerwein-Ponndorf-Verley反应反应其它还原试剂其它还原试剂三氯化钛的还原反应三氯化钛的还原反应甲酸铵类试剂的还原反应甲酸铵类试剂的还原反应硫化物的还原反应硫化物的还原反应三丁基锡化氢的还原反应三丁基锡化氢的还原反应官能团的选择性还原与氧化官能团的选择性还原与氧化选择性氧化选择性氧化
9、 碳氢化合物的氧化碳氢化合物的氧化 醇的氧化醇的氧化 醛酮的氧化醛酮的氧化 双键的氧化双键的氧化 卤代烃的氧化卤代烃的氧化碳氢化合物的氧化碳氢化合物的氧化饱和烃分子内不含有官能团，通常这类化合物的氧化饱和烃分子内不含有官能团，通常这类化合物的氧化反应很难进行。目前较有效的氧化饱和烃的方法是利反应很难进行。目前较有效的氧化饱和烃的方法是利用过渡金属的催化氧化，过氧化物诱导的自由基氧化用过渡金属的催化氧化，过氧化物诱导的自由基氧化和微生物氧化，其中叔和微生物氧化，其中叔C-HC-H最易被氧化，仲最易被氧化，仲C-HC-H次之，次之，伯伯C-HC-H最难。最难。饱当饱当C-HC-H键处于不饱和键的键
10、处于不饱和键的a a- -位时，其反应性明显位时，其反应性明显提高。芳环侧链的提高。芳环侧链的a a- -位位C-HC-H键可以分别被氧化成醇、键可以分别被氧化成醇、酯、醛酮或羧酸。酯、醛酮或羧酸。 铬酸酐铬酸酐-吡啶（吡啶（Collins试剂）、铬酸钾和氯铬酸吡啶试剂）、铬酸钾和氯铬酸吡啶盐（盐（pyridinium chlorochromate, PPC）也能选择性地也能选择性地氧氧化烯丙基化烯丙基a-a-位位C-H键。键。 对于炔丙位亚甲基的氧化，只需在催化量的上述铬氧对于炔丙位亚甲基的氧化，只需在催化量的上述铬氧化剂存在下，用叔丁基过氧化氢就能完成。化剂存在下，用叔丁基过氧化氢就能完成
11、。 羰基和羧基的羰基和羧基的a a- -位位C-HC-H键在适当的氧化剂作用下，可以键在适当的氧化剂作用下，可以选择性地转化成羟基或酯基。选择性地转化成羟基或酯基。醇的氧化醇的氧化铬系氧化剂的氧化铬系氧化剂的氧化锰系氧化剂的氧化锰系氧化剂的氧化碳酸银的氧化碳酸银的氧化二甲亚砜二甲亚砜-脱水剂氧化体系脱水剂氧化体系Oppenauer氧化氧化其他氧化剂其他氧化剂铬系氧化剂的氧化铬系氧化剂的氧化除了重铬酸盐外，选择性较高的铬系氧化剂主要有除了重铬酸盐外，选择性较高的铬系氧化剂主要有CrOCrO3 3-H-H2 2SOSO4 4- -丙酮（丙酮（JonesJones试剂），试剂），CrOCrO3 3-
12、2Py-2Py（CollinsCollins试剂）和氯铬酸吡啶盐（试剂）和氯铬酸吡啶盐（PCCPCC）。）。 Collins Collins试剂可以选择性地将醇氧化成醛或酮。试剂可以选择性地将醇氧化成醛或酮。该试剂的主要缺点是易吸潮、很不稳定、不易保存、该试剂的主要缺点是易吸潮、很不稳定、不易保存、需在无水条件下反应、用量大（过量需在无水条件下反应、用量大（过量5 5倍）以及配制倍）以及配制时易着火。时易着火。 1975年年Corey等报道氯铬酸吡啶盐（等报道氯铬酸吡啶盐（PCC）、）、重铬酸重铬酸吡啶盐（吡啶盐（PDC）的氧化法以来，的氧化法以来，PCC已成为目前使用已成为目前使用最广泛的氧
13、化伯醇和仲醇成醛酮的氧化剂最广泛的氧化伯醇和仲醇成醛酮的氧化剂 。PCCPCC法氧法氧化一般在弱酸性介质中进行，若分子内含有对酸敏感化一般在弱酸性介质中进行，若分子内含有对酸敏感的基团，则可以加入乙酸钠。的基团，则可以加入乙酸钠。 除了吡啶外，可以用其它有机碱与氯铬酸除了吡啶外，可以用其它有机碱与氯铬酸（ClCrO3H）组合成各种氧化剂。如与组合成各种氧化剂。如与4-二甲胺基吡二甲胺基吡啶（啶（DMAP）组合的氧化剂使用更方便，且可高选择组合的氧化剂使用更方便，且可高选择性地氧化烯丙醇和苄醇。性地氧化烯丙醇和苄醇。 锰系氧化剂的氧化锰系氧化剂的氧化 在锰系氧化剂中，新制的二氧化锰是一种在锰系氧
14、化剂中，新制的二氧化锰是一种很有用的高选择性氧化剂。在有机溶剂中，很有用的高选择性氧化剂。在有机溶剂中，二氧化锰在温和条件下可将烯丙醇、炔丙醇二氧化锰在温和条件下可将烯丙醇、炔丙醇或苄醇选择性地氧化成高收率的醛，常用溶或苄醇选择性地氧化成高收率的醛，常用溶剂有丙酮、二氯甲烷、苯、乙醚和氯仿等剂有丙酮、二氯甲烷、苯、乙醚和氯仿等。 新制的碳酸银是一种温和的氧化剂，可以将伯醇新制的碳酸银是一种温和的氧化剂，可以将伯醇和仲醇分别氧化成高收率的醛和酮。目前使用的碳酸和仲醇分别氧化成高收率的醛和酮。目前使用的碳酸银一般沉积在硅藻土上，易于过滤分离。氧化作用有银一般沉积在硅藻土上，易于过滤分离。氧化作用有
15、一定的选择性，位阻大的醇羟基不易被氧化，仲醇比一定的选择性，位阻大的醇羟基不易被氧化，仲醇比伯醇更容易被氧化，但烯丙位伯醇比饱和仲醇优先被伯醇更容易被氧化，但烯丙位伯醇比饱和仲醇优先被氧化。氧化。 碳酸银的氧化碳酸银的氧化二甲亚砜二甲亚砜-脱水剂氧化体系脱水剂氧化体系常用的亲电试剂有：二环己基碳二亚胺（常用的亲电试剂有：二环己基碳二亚胺（DCC）、）、乙乙酸酐、三氟乙酸酐、二氯亚砜和草酰氯等。酸酐、三氟乙酸酐、二氯亚砜和草酰氯等。 Oppenauer氧化氧化四醋酸铅的氧化四醋酸铅的氧化四醋酸铅在回流的苯、正己烷或氯仿中可将不含四醋酸铅在回流的苯、正己烷或氯仿中可将不含d d-H的的伯醇和仲醇氧
16、化成相应的醛和酮。对含有伯醇和仲醇氧化成相应的醛和酮。对含有d d-H的伯醇和的伯醇和仲醇，则反应通过自由基机理会产生四氢呋喃衍生物。仲醇，则反应通过自由基机理会产生四氢呋喃衍生物。 2, 3-二氯二氯-5, 6-二氰基对苯二醌（二氰基对苯二醌（DDQ）是一种是一种高选择性的氧化剂，只氧化烯丙醇或苄醇类化合物，高选择性的氧化剂，只氧化烯丙醇或苄醇类化合物，不影响饱和醇。不影响饱和醇。 二元醇的氧化二元醇的氧化四醋酸铅的氧化四醋酸铅的氧化高碘酸的氧化高碘酸的氧化铬酸的氧化铬酸的氧化四醋酸铅的氧化四醋酸铅的氧化四乙酸铅分别与四乙酸铅分别与1, 2-氨基醇、氨基醇、a-a-羟基酸、羟基酸、a-a-酮
17、酸、酮酸、a-a-氨基酸和乙二胺都可以发生类似的碳碳键断裂的氨基酸和乙二胺都可以发生类似的碳碳键断裂的氧化反应氧化反应 。高碘酸的氧化高碘酸的氧化 铬酸也可以氧化二个叔羟基构成的铬酸也可以氧化二个叔羟基构成的1, 2-二醇，二醇，碳碳键断裂后形成羰基化合物。碳碳键断裂后形成羰基化合物。1, 2-二甲基二甲基-1,2-环环戊二醇用铬酸氧化时，顺式异构体的反应速率比反戊二醇用铬酸氧化时，顺式异构体的反应速率比反式异构体的快式异构体的快1700倍，因此被认为生成了环状中间倍，因此被认为生成了环状中间体。体。非叔醇羟基在此条件下易被氧化成羰基，因此不会非叔醇羟基在此条件下易被氧化成羰基，因此不会发生碳
18、碳键的断裂。发生碳碳键的断裂。 铬酸的氧化铬酸的氧化醛酮的氧化醛酮的氧化氧化银的氧化氧化银的氧化过氧酸的氧化过氧酸的氧化二氧化硒的氧化二氧化硒的氧化其他氧化剂的氧化其他氧化剂的氧化氧化银的氧化氧化银的氧化 醛在通常情况下易被氧化成羧酸。常用的氧化试醛在通常情况下易被氧化成羧酸。常用的氧化试剂有铬酸、高锰酸钾和氧化银等。在这几种氧化剂中，剂有铬酸、高锰酸钾和氧化银等。在这几种氧化剂中，新制的氧化银的氧化能力较弱，具有很高的氧化选择新制的氧化银的氧化能力较弱，具有很高的氧化选择性，不影响双键等基团。性，不影响双键等基团。 过氧酸的氧化过氧酸的氧化 烃基的迁移能力的大小次序一般为：叔烷基烃基的迁移能
19、力的大小次序一般为：叔烷基环环己基己基仲烷基仲烷基苄基苄基苯基苯基伯烷基伯烷基甲基。取代苯基的迁甲基。取代苯基的迁移能力取决于取代基的给电子能力，给电子能力越强，移能力取决于取代基的给电子能力，给电子能力越强，迁移倾向越大。也有少数例外：迁移倾向越大。也有少数例外： 二氧化硒的氧化二氧化硒的氧化含有含有a a-H的酮可以被二氧化硒氧化成的酮可以被二氧化硒氧化成1, 2-二酮，在碱二酮，在碱性条件下也可以被氧气氧化成性条件下也可以被氧气氧化成a a-羟基酮。羟基酮。 其他氧化剂的氧化其他氧化剂的氧化 甲基酮衍生物在碱性条件下经卤代和水解反应，甲基酮衍生物在碱性条件下经卤代和水解反应，发生碳碳键的
20、断裂生成羧酸和卤仿。有时可以用四氯发生碳碳键的断裂生成羧酸和卤仿。有时可以用四氯化碳代替卤素进行卤代反应化碳代替卤素进行卤代反应。含有含有a a-羟基的酮可以被一些高价的金属盐类和氧化物羟基的酮可以被一些高价的金属盐类和氧化物氧化成氧化成1, 2-二酮，常见的氧化剂有三氧化铋，乙酸酮，二酮，常见的氧化剂有三氧化铋，乙酸酮，铁氰酸钾和溴酸钾等，氧化产率一般很高。铁氰酸钾和溴酸钾等，氧化产率一般很高。 双键的氧化双键的氧化环氧化反应环氧化反应(epoxidation)过羟基化反应过羟基化反应(perhydroxylation)断裂氧化断裂氧化(cleavage oxidation)环氧化反应环氧化
21、反应环氧化反应常用的氧化剂有三类：过氧酸、过氧化环氧化反应常用的氧化剂有三类：过氧酸、过氧化氢和烷基过氧化氢。在实验室中使用的过氧酸主要氢和烷基过氧化氢。在实验室中使用的过氧酸主要有过氧乙酸、三氟过氧乙酸、过氧苯甲酸和间氯过有过氧乙酸、三氟过氧乙酸、过氧苯甲酸和间氯过氧苯甲酸。具有选择性高，顺式氧化等特点氧苯甲酸。具有选择性高，顺式氧化等特点 。烯丙位羟基对环氧化反应的立体化学影响较大。烯丙位羟基对环氧化反应的立体化学影响较大。 a, b a, b-不饱和羰基化合物也可以被过氧酸氧化，生不饱和羰基化合物也可以被过氧酸氧化，生成成C=C键被环氧化的产物。由于过氧酸的氧化性较强，键被环氧化的产物。
22、由于过氧酸的氧化性较强，a, ba, b-不饱和酮的羰基同时还会发生不饱和酮的羰基同时还会发生Baeyer-Villiger氧化氧化反应，使产物复杂化。若用氧化性较弱的过氧化氢碱反应，使产物复杂化。若用氧化性较弱的过氧化氢碱性溶液氧化，则可以避免羰基的氧化。性溶液氧化，则可以避免羰基的氧化。 过氧化氢和烷基过氧化氢与简单烯烃的反应只有过氧化氢和烷基过氧化氢与简单烯烃的反应只有在过渡金属络合物的催化下才能顺利进行。常见的催在过渡金属络合物的催化下才能顺利进行。常见的催化剂有钼、钒和钛等过渡金属络合物。反应优先在电化剂有钼、钒和钛等过渡金属络合物。反应优先在电子密度高的双键上进行。子密度高的双键上
23、进行。 取代基对产物的立体化学的影响取代基对产物的立体化学的影响手性试剂的氧化手性试剂的氧化过羟基化反应过羟基化反应 环氧化合物在碱性介质中水解生成反式环氧化合物在碱性介质中水解生成反式1, 2-二醇。二醇。反式二醇还可以通过反式二醇还可以通过Prevost反应得到，该反应条件温反应得到，该反应条件温和，不影响其它敏感基团。和，不影响其它敏感基团。 若氧化反应在水若氧化反应在水- -乙酸中而不是在无水苯中进行，乙酸中而不是在无水苯中进行，则得到顺式则得到顺式1, 2-1, 2-二醇的单酯。二醇的单酯。 烯烃在烯烃在1-3 %的高锰酸钾碱性溶液（的高锰酸钾碱性溶液（pH 12）作用下，可以生成较
24、高产率的顺式作用下，可以生成较高产率的顺式1, 2-二醇。此法特别二醇。此法特别适用于不饱和羧酸适用于不饱和羧酸，如油酸，如油酸的顺式羟基化反应。的顺式羟基化反应。 对不溶于水的烯烃，加入相转移催化剂对不溶于水的烯烃，加入相转移催化剂可以大大提高反应的产率。例如，顺可以大大提高反应的产率。例如，顺-环辛烯环辛烯在无相转移催化剂存在下，用高锰酸钾氧化在无相转移催化剂存在下，用高锰酸钾氧化时只得到时只得到5 %的二醇，而在氯化三甲基苄基的二醇，而在氯化三甲基苄基铵存在下，产率提高为铵存在下，产率提高为50 %。 高锰酸钾的过氧化高锰酸钾的过氧化 四氧化锇是另一种有效的能将四氧化锇是另一种有效的能将
25、C=C健进行顺式氧健进行顺式氧化的氧化剂，反应条件温和，收率较高。叔胺或吡啶化的氧化剂，反应条件温和，收率较高。叔胺或吡啶可以明显加速此反应。对环状烯烃，四氧化锇一般从可以明显加速此反应。对环状烯烃，四氧化锇一般从位阻小的一侧对双键进行氧化。位阻小的一侧对双键进行氧化。 四氧化锇的过氧化四氧化锇的过氧化改进型四氧化锇的过氧化改进型四氧化锇的过氧化 这种四氧化锇催化氧化体系在手性配体的存在下，这种四氧化锇催化氧化体系在手性配体的存在下，如奎宁或奎宁定，可以对烯烃进行对映选择性氧化，如奎宁或奎宁定，可以对烯烃进行对映选择性氧化，得到较高光学纯的顺得到较高光学纯的顺-1, 2-二醇。二醇。 高锰酸钾的断裂氧化高锰酸钾的断裂氧化臭氧的断裂氧化臭氧的断裂氧化卤代烃的氧化卤代烃的氧化二甲亚砜二甲亚砜-碱试剂的氧化碱试剂的氧化其它氧化反应其它氧化反应二甲亚砜二甲亚砜-碱试剂的氧化碱试剂的氧化卤化苄型化合物可以与六亚甲基四胺（乌洛托品）反卤化苄型化合物可以与六亚甲基四胺（乌洛托品）反应，然后水解得到芳醛。应，然后水解得到芳醛。 氧化叔胺、硝基烷烃的钠盐对卤代烃的氧化反应氧化叔胺、硝基烷烃的钠盐对卤代烃的氧化反应
