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1、醇选择性氧化合成醛酮胡信全8/21/20241浙江工业大学化学工程与材料学院醇氧化通式：2浙江工业大学化学工程与材料学院第一部分化学氧化3浙江工业大学化学工程与材料学院1.铬试剂作氧化剂的氧化反应2.活化的二甲基亚砜作氧化剂的氧化反应3.高价态碘化合物作氧化剂的氧化反应4.钌化合物作氧化剂/催化剂的氧化反应5.TEMPO以及其他稳定氮氧自由基催化的氧化反应6.金属烷氧化物催化的氢转移氧化反应7.担载在特殊的硅藻土上的碳酸银的氧化反应8.饱和醇存在下选择性氧化烯丙醇和苄醇9.仲醇存在下选择性氧化伯醇10.伯醇存在下选择性氧化仲醇4浙江工业大学化学工程与材料学院醇选择性氧化合成醛酮1.铬化合物作氧
2、化剂的氧化反应8/21/20245浙江工业大学化学工程与材料学院三氧化铬是一个强氧化剂。在有限的有机溶剂：叔丁醇、吡啶、醋酐等溶解，但有爆炸的趋向。6浙江工业大学化学工程与材料学院Jones Oxidation7浙江工业大学化学工程与材料学院Jones试剂醇氧化机理（CrO3作为氧化剂的通用机理）：因此，Jones试剂是一个氧化仲醇的有效氧化剂8浙江工业大学化学工程与材料学院Jones Oxidation-Examples9浙江工业大学化学工程与材料学院Jones Oxidation-Examples10浙江工业大学化学工程与材料学院Jones Oxidation-Examples11浙江工业
3、大学化学工程与材料学院Jones Oxidation-Examples12浙江工业大学化学工程与材料学院Jones Oxidation-Examples13浙江工业大学化学工程与材料学院Jones Oxidation-Examples14浙江工业大学化学工程与材料学院Jones Oxidation-Examples15浙江工业大学化学工程与材料学院Protecting Group Sensitivity to Jones Oxidation 16浙江工业大学化学工程与材料学院Protecting Group Sensitivity to Jones Oxidation 17浙江工业大学化学工程
4、与材料学院Functional Group Sensitivity to Jones Oxidation 18浙江工业大学化学工程与材料学院Jones Oxidation去保护基同时醇氧化Examples 19浙江工业大学化学工程与材料学院Jones Oxidation去保护基同时醇氧化Examples 20浙江工业大学化学工程与材料学院Jones Oxidation去保护基同时醇氧化Examples 21浙江工业大学化学工程与材料学院Jones Oxidation副反应 22浙江工业大学化学工程与材料学院Jones Oxidation副反应 23浙江工业大学化学工程与材料学院Jones Ox
5、idation副反应 24浙江工业大学化学工程与材料学院Jones Oxidation副反应 25浙江工业大学化学工程与材料学院Sarett和Collins试剂三氧化铬加入到吡啶中形成CrO3 2Py结晶。CrO3 2Py的吡啶溶液Sarett试剂。是一个很有效的仲醇氧化成酮的试剂；在无水条件下也可以把伯醇氧化成醛。CrO3 2Py的二氯甲烷溶液Collins试剂。条件更温和。制备这两种试剂要特别小心，必须把CrO3加入到吡啶中，否则会发生爆炸。改进方法：将三氧化铬加入到搅拌下的吡啶/二氯甲烷溶液中。这几乎是目前使用CrO3 2Py络合物的唯一做法。建议，在实验操作之前，要仔细阅读有关文献和安
6、全数据26浙江工业大学化学工程与材料学院27浙江工业大学化学工程与材料学院重铬酸吡啶盐（PDC）把吡啶加入到三氧化铬的水溶液中，析出的亮橙黄色晶体即是PDC。因为，PDC不怕水，溶于有机溶剂，因而使用保存方便。通常在室温下在二氯甲烷中使用，分别将伯醇和仲醇氧化成响应的醛和酮。28浙江工业大学化学工程与材料学院29浙江工业大学化学工程与材料学院氯铬酸吡啶盐（PCC）三氧化铬在水存在下与氯化氢作用形成氯铬酸。加入吡啶则析出黄到橙黄色晶体即为氯铬酸吡啶盐（PCC）。PCC和PDC有很多相似之处。使用更方便。30浙江工业大学化学工程与材料学院31浙江工业大学化学工程与材料学院醇选择性氧化合成醛酮2.
7、活化的二甲基亚砜作氧化剂的氧化反应8/21/202432浙江工业大学化学工程与材料学院二甲基亚砜：CH3SOCH3, DMSO活化的二甲基亚砜：33浙江工业大学化学工程与材料学院Pfitzner-Moffatt氧化（羰基双亚胺促进的Moffatt氧化）DMSO-DCC/弱酸体系34浙江工业大学化学工程与材料学院35浙江工业大学化学工程与材料学院Albright-Goldman氧化（醋酐促进的Moffatt氧化）DMSO/Ac2O体系 / 室温36浙江工业大学化学工程与材料学院Albright-Onodera氧化（五氧化二磷促进的Moffatt氧化）DMSO / P2O5体系室温37浙江工业大学
8、化学工程与材料学院Perkin/Doering氧化（SO3促进的Moffatt氧化）DMSO / SO3Py / 三乙胺体系室温38浙江工业大学化学工程与材料学院Omura-Sharma-Swern氧化（三氟乙酸促进的Moffatt氧化）DMSO / TFAA / 有机胺体系低温39浙江工业大学化学工程与材料学院Swern氧化（草酰氯促进的Moffatt氧化）DMSO / 草酰氯 / 三乙胺体系低温40浙江工业大学化学工程与材料学院Swern氧化（草酰氯促进的Moffatt氧化）41浙江工业大学化学工程与材料学院Corey-Kim氧化Corey-Kim氧化体系是唯一不用DMSO的活化二甲基亚砜
9、氧化体系42浙江工业大学化学工程与材料学院醇选择性氧化合成醛酮3. 高价碘氧化物8/21/202443浙江工业大学化学工程与材料学院44浙江工业大学化学工程与材料学院Dess-Martin Periodinane氧化NMPNMP是一个爆炸性的化合物。其实是由于其中的杂质引起。使用时一定要小心。45浙江工业大学化学工程与材料学院过量的DMP使得反应速度慢；过量的醇使得收率低。46浙江工业大学化学工程与材料学院解决的办法是用叔丁醇作为反应的溶剂缺点是产物的分离又增加了麻烦。47浙江工业大学化学工程与材料学院48浙江工业大学化学工程与材料学院o-Iodoxybenzoic Acid (IBX)IBX
10、 IS EXPLOSIVEIBX只在DMSO中溶解，浓度可以达到0.5M。这个溶液是醇高效的、高选择性的氧化剂。将1,2-二醇氧化成-双羰基化合物，不会把C-C键氧化断裂；将1,4-二醇氧化成内酯，而不会进一步氧化；将4-含氮的醇氧化氨基醛，而不会过度氧化成内酰胺；同一分子内的氨基不干扰，包含有强烈氧化倾向的伯胺。49浙江工业大学化学工程与材料学院IBX氧化作用机理50浙江工业大学化学工程与材料学院醇选择性氧化合成醛酮4.钌化合物作氧化剂/催化剂的氧化反应8/21/202451浙江工业大学化学工程与材料学院四氧化钌（RuO4）化学计量氧化四氧化钌有毒，低熔点（25度），易溶于非极性溶剂。四氧化
11、钌非常高的氧化活性，宜在CCl4, CHCl3, CH2Cl2等溶剂中进行。四氧化钌迅速将仲醇，即使位阻很大，氧化成酮；将伯醇氧化成酸。52浙江工业大学化学工程与材料学院四氧化钌（RuO4）作催化剂的氧化RuO4用水合RuO2或RuCl3代替，机理一样通常用高碘酸钠作化学氧化剂；水有机溶剂两相反应；相转移催化剂。53浙江工业大学化学工程与材料学院TPAP（过钌酸四正丙铵盐Ley氧化）Tetra-n-Propylammonium PerruthenateTPAP容易制备；在二氯甲烷中反应；使用催化量TPAP；N-甲基吗啉（N-methyl Morpholine，NMM）作氧化剂；有时也可以用空气
12、或氧气作为氧化剂条件温和伯醇和仲醇氧化成相应的醛和酮54浙江工业大学化学工程与材料学院55浙江工业大学化学工程与材料学院醇选择性氧化合成醛酮5. TEMPO以及其他稳定氮氧自由基催化的氧化反应（Anelli氧化）8/21/202456浙江工业大学化学工程与材料学院最早（70s）的研究是希望获得羟基自由基；mCPBA不是一个将醇氧化成羰基的好氧化剂；自由基在醇氧化中起了主要作用；TEMPO/mCPBACH2Cl2的醇氧化体系。mCPBA 间氯过氧苯甲酸57浙江工业大学化学工程与材料学院TEMPO/mCPBA氧化过程58浙江工业大学化学工程与材料学院1987年，Anelli等人报道了TEMPO催化
13、的醇氧化，是这个领域的里程碑。1%TEMPO过量的次氯酸钠水溶液(Bleach, NaClO)KBr助催化剂，转化为氧化性更强的HBrONaHCO3调节体系pHCH2Cl2 / H2O两相体系0oC下，3分钟将伯醇氧化成醛；醛氧化成酸的速度很慢； 7-10分钟将仲醇氧化成酮。59浙江工业大学化学工程与材料学院TEMPO的类型60浙江工业大学化学工程与材料学院61浙江工业大学化学工程与材料学院改进的Anelli氧化TEMPO/PhI(OAc)2体系62浙江工业大学化学工程与材料学院改进的TEMPO/PhI(OAc)2氧化体系J. Am. Chem. Soc., 2006, 128, 84 63浙
14、江工业大学化学工程与材料学院醇选择性氧化合成醛酮6.金属烷氧化物催化的氢转移氧化反应8/21/202464浙江工业大学化学工程与材料学院20世纪初，用这种方法，在水解生成的烷氧基铝之后，醛或酮被还原成相应的醇。这个反应被称为Meerwein-Ponndorf-Verley还原反应用催化的方法，并且脱去沸点低的酮可以使平衡移动65浙江工业大学化学工程与材料学院Oppenauer氧化从实验的角度看，将醇氧化成羰基化合物比将羰基化合物还原成醇更符合需要。因此，更希望平衡往另一个方向移动。然而用价廉的醛或酮作氧化剂，除去生成的醇以促使平衡移动就遇到了世实际问题，即：通常醇的沸点比其相应的醛或酮的沸点高
15、。直到1937年Oppenauer解决了这个困惑。66浙江工业大学化学工程与材料学院Oppenauer氧化在氧化甾醇时特别成功体化合物。但是，最早的方法几乎只局限于这个领域，在醇氧化成醛的反应方面，热力学和副反应都限制了这个反应更多的应用。进一步研究用环己酮作氧化剂，Oppenauer氧化在合成酮的领域中有广泛的应用。67浙江工业大学化学工程与材料学院早期的Oppenauer氧化反应都采用Al的烷氧化合物。后来研究表明，其他金属化合物也可以很好地进行这个氧化反应。比如，Na, K等碱金属。68浙江工业大学化学工程与材料学院Mukaiyama氧化1968年，Mukaiyama发现格氏试剂与醛反应
16、生成的烷氧基镁化合物直接用ADD处理可以即进行醇的氧化反应。69浙江工业大学化学工程与材料学院Mukaiyama氧化经过努力，烷氧基镁化合物可以更方便地由正丙基溴化镁或叔丁氧基溴化镁交换可以获得同样的效果。70浙江工业大学化学工程与材料学院尽管Mukaiyama氧化反应在平常的醇氧化中应用得并不是很普遍，但是这个反应方法在一些不稳定的金属有机化合物的应用却很成功，通常这些化合物用大多数氧化方法都可能失败。71浙江工业大学化学工程与材料学院醇选择性氧化合成醛酮7.担载在特殊的硅藻土上的碳酸银的氧化反应8/21/202472浙江工业大学化学工程与材料学院Fetizon试剂：担载在硅藻土上的碳酸银1
17、955年，发现用硝酸银和碳酸氢钠水溶液制备的碳酸银在回流的苯中在中性条件下能够把一些醇氧化。但是后处理特别费时。1961年，发现商品化的碳酸银在回流的甲苯、二甲苯中有同样的活性。1968年Fetizon发现在硅藻土存在时，用硝酸银和碳酸氢钠水溶液制备的碳酸银，后处理特别方便。这样称为Fetizon试剂。尽管作为氧化剂很昂贵，由于它的氧化条件温和、中性、选择性还是广泛应用。73浙江工业大学化学工程与材料学院74浙江工业大学化学工程与材料学院75浙江工业大学化学工程与材料学院醇选择性氧化合成醛酮8.饱和醇存在下选择性氧化烯丙醇和苄醇8/21/202476浙江工业大学化学工程与材料学院课题的提出活性
18、MnO2通过MnSO4和KMnO4水溶液反应制备得到77浙江工业大学化学工程与材料学院MnO2很快就在烯丙醇和苄醇氧化成为醛和酮的标准氧化剂。如果不是在很高的温度下反应，这个氧化的选择性特别好。另一方面，反应的后处理很方便。MnO2的另一特性是在饱和醇存在下，对烯丙醇和苄醇的选择性氧化。尽管长时间加热，它也可以氧化饱和醇，但对烯丙醇和苄醇室温下只要几个小时就完成了。78浙江工业大学化学工程与材料学院DDQ（2,3-Dichloro-5,6-dicyano-quinone，2,3-二氯-5,6-二氰基苯醌）也能够在饱和醇存在下在二氧六环或苯中将烯丙醇选择性氧化。79浙江工业大学化学工程与材料学院
19、DDQ类似物80浙江工业大学化学工程与材料学院DDQ作用机理81浙江工业大学化学工程与材料学院醇选择性氧化合成醛酮9.仲醇存在下选择性氧化伯醇8/21/202482浙江工业大学化学工程与材料学院通常情况下，由于伯醇的空间位阻明显比仲醇小，因此，不考虑电子因素影响，有许多氧化剂，比如，TPAP，PCC，Dess-Martin，IBX，Swern，可以选择性地在仲醇存在时将伯醇氧化。83浙江工业大学化学工程与材料学院必须指出，IBX对伯醇氧化形成羟基醛，表现为内酯醇（半缩醛），是特别有效的选择性氧化剂。84浙江工业大学化学工程与材料学院TEMPO促进的选择性氧化。85浙江工业大学化学工程与材料学院
20、RuCl2(PPh3)3在苯中使用化学计量的RuCl2(PPh3)3能够选择性氧化伯醇86浙江工业大学化学工程与材料学院醇选择性氧化合成醛酮10.伯醇存在下选择性氧化仲醇8/21/202487浙江工业大学化学工程与材料学院由于伯醇的空间位阻明显比仲醇小，因此，看起来，在伯醇存在下选择性氧化仲醇有些矛盾。但是，氧化生成醛的能垒比氧化成酮的要大一些。这就意味着在温和条件下热力学上对氧化成酮有利一些。当然还有一些其他因素。Corey-Kim氧化、TFAA-活化DMSO、Collins试剂、PDC等有一定的仲醇氧化选择性。88浙江工业大学化学工程与材料学院在普通的醇氧化剂中，Fetizon试剂特别适合
21、仲醇的选择性氧化，因为条件温和。但是，另一方面，Fetizon试剂对空间位阻要求特别高。在许多复杂底物中没有选择性。89浙江工业大学化学工程与材料学院亲电性的卤代试剂N-溴代乙酰胺（NBA）。90浙江工业大学化学工程与材料学院亲电性的卤代试剂NaClO/AcOH。91浙江工业大学化学工程与材料学院烷基锡氧化物1,2二醇的氧化92浙江工业大学化学工程与材料学院一些钼的化合物：MoO(O2)(PhCONPhO)2，tris(cetylpyridium）12-molybdophosphate / H2O2，钼酸铵 / H2O2，benzyltrimethylammonium tetrabromoxo
22、molybdate / t-BuOOH六羰基钼 / 催化量十六烷基吡啶氯化铵 / 过氧叔丁醇一些类似的钨的化合物，和钼的情况相似。铈化合物；钒化合物等等。93浙江工业大学化学工程与材料学院保护伯醇的同时氧化仲醇94浙江工业大学化学工程与材料学院第二部分分子氧氧化95浙江工业大学化学工程与材料学院Cu催化的醇氧化反应I. E. Marko等, Science, 1996, 274, 2044.96浙江工业大学化学工程与材料学院97浙江工业大学化学工程与材料学院Pd催化的醇氧化反应R. A. Sheldon等, Science, 2000, 287, 1636.98浙江工业大学化学工程与材料学院R
23、u-TEMPO化学计量的醇氧化反应过程99浙江工业大学化学工程与材料学院Ru-TEMPO催化的醇氧化反应过程R. A. Sheldon等， Acc. Chem. Res. 2002, 35, 774100浙江工业大学化学工程与材料学院Fe-TEMPO催化的醇氧化反应过程Liang等， Chem. Commun., 2005, 5322101浙江工业大学化学工程与材料学院102浙江工业大学化学工程与材料学院Au催化的醇氧化反应过程Shi等，J. Am. Chem. Soc., 2005, 127, 18004.（北京大学）103浙江工业大学化学工程与材料学院不含过渡金属的醇氧化反应（大连化物所）
24、胡信全等，J. Am. Chem. Soc., 2004, 126, 4112胡信全等，J. Org. Chem.; 2005, 70, 729104浙江工业大学化学工程与材料学院不含过渡金属的醇氧化反应（浙江工业大学）胡信全等，J. Org. Chem., 2007, 72, 4288胡信全等，Adv. Synth. & Catal., 2009, 351, 89105浙江工业大学化学工程与材料学院醇氧化代表性文献体系醇氧化代表性文献体系1. TEMPO （自由基）自由基）/ NaClO（化学计量氧化剂）化学计量氧化剂）2.高效、条件温和高效、条件温和3.2. Pd （过渡金属，如过渡金属，
25、如Ru, Cu, Co）/ O2（空气）空气）3. TEMPO / O2 / Ru（其他过渡金属）其他过渡金属） 高选择性、清洁高选择性、清洁匀相催化氧化匀相催化氧化106浙江工业大学化学工程与材料学院氧化体系分析氧化体系分析非非金金属属催催化化剂剂在在化化学学计计量量的的氧氧化化反反应应中中显显示示了了温温和和条条件件下下的的高高选择性和广泛的底物适用性，但是选择性和广泛的底物适用性，但是废物多且后处理复杂。废物多且后处理复杂。而金属催化剂固有的局限性：而金属催化剂固有的局限性：催化剂昂贵并且催化剂回收困难；催化剂昂贵并且催化剂回收困难；对含杂原子底物效率低、对含杂原子底物效率低、易被体系中
26、的水失活。易被体系中的水失活。因此工业化应用的例子不多。因此工业化应用的例子不多。107浙江工业大学化学工程与材料学院化学计量醇氧化化学计量醇氧化文献过程文献过程/想法想法如果能够用分子如果能够用分子O2把把HBr原位氧化成原位氧化成Br2, 那么，只要用催化量的那么，只要用催化量的Br2就可以实现催化循环就可以实现催化循环108浙江工业大学化学工程与材料学院分子氧醇氧化分子氧醇氧化最初设想最初设想1mol% TEMPO 和和4mol%Br2，100 oC, 0.5MPa O2，1小时，小时，8%转化率；转化率；5小时，小时，21%转化率转化率109浙江工业大学化学工程与材料学院匀相催化氧化匀
27、相催化氧化- -助催化剂的选择助催化剂的选择需要寻找一个助催化剂加速反应需要寻找一个助催化剂加速反应助催化剂必须具有以下特点：助催化剂必须具有以下特点：还原态容易被氧气氧化；还原态容易被氧气氧化；氧化态能氧化氧化态能氧化HBr生成生成Br2又回到原还原态。又回到原还原态。2002年年第第4期期Chemical Review专专题题讨讨论论NO在在生生物物体体内内的的作作用用，并说明其独特的并说明其独特的RedOx性能，引起我们的关注。性能，引起我们的关注。110浙江工业大学化学工程与材料学院匀相催化氧化匀相催化氧化在技术上，加入催化量的在技术上，加入催化量的NO有难度。有难度。而在酸性条件下，
28、而在酸性条件下，NaNO2是是NO的等价物。的等价物。当当把把催催化化量量的的Br2和和NaNO2同同时时加加入入到到反反应应体体系系中中，一一个个高高效效的的不含过渡金属的、高选择性的催化氧化体系就出现了。不含过渡金属的、高选择性的催化氧化体系就出现了。TEMPO / Br2 / NaNO2111浙江工业大学化学工程与材料学院选择性氧化选择性氧化助催化剂作用助催化剂作用在在100 oC, 0.5MPa的的O2下，不发生反应下，不发生反应112浙江工业大学化学工程与材料学院选择性氧化选择性氧化总包反应机理总包反应机理113浙江工业大学化学工程与材料学院不含过渡金属的醇氧化反应Liu等，Adv. Catal. Synth.，2005, 347, 1333（兰州大学）114浙江工业大学化学工程与材料学院D. Lenoir, Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 3206115浙江工业大学化学工程与材料学院结论1.没有一个氧化反应体系能同时满足所有底物的要求；2.没有一个氧化反应体系能同时满足经济性、环境友好的要求；开发新的氧化体系，无论是化学氧化、催化氧化（化学氧化剂或分子氧），在醇的选择性氧化领域，仍然是有机化学研究的热点。116浙江工业大学化学工程与材料学院
