1、第十章第十章 还原反应还原反应 CC+H2催催化化剂剂CCHH一一.催化氢化催化氢化(C6H5)3PRhCl)Pd/CNi 反应活性：反应活性：H2压力（压力（atm，psi，kg/cm2）、反应）、反应 温度、催化剂用量。温度、催化剂用量。Raney Ni（兰尼镍或雷尼镍）（兰尼镍或雷尼镍）Ni(Al)+NaOH Ni +NaAlO2 +H2PtO2（Adams catalyst常用催化剂：常用催化剂：Pd/C、Ru/C、Rh/C(活性炭等负载活性炭等负载)催化氢化反应的相对活性：催化氢化反应的相对活性：l载体载体:活性炭活性炭,氧化铝氧化铝,氧化硅，碳酸钙、硫酸钡等。氧化硅，碳酸钙、硫酸钡
2、等。l溶剂溶剂:EtOH,EtOAc,Et2O,hexanes等。等。注意：空间位阻效应（从位阻较小的方向进攻）注意：空间位阻效应（从位阻较小的方向进攻）HHCH3CH3Pt/H2CH3CH3CH3CH370-8515-30CH3CH3CH3CH3HH主主要要位位阻阻较较小小位位阻阻较较大大Pt/H2+H3CCH3CH3H2Pd/CH3CCH3CH3HHHHHHHHHHHCH3CH3Pt/H2CH3CH3CH3CH370-8515-30CH3CH3CH3CH3HH主主要要位位阻阻较较小小位位阻阻较较大大Pt/H2+H3CCH3CH3H2Pd/CH3CCH3CH3HHHHHHHHHCH3CH3+
3、H2Pt,CH3CH3CH3CH370-8515-30CH3CH2CH3CH3CH3CH37030+H2PtCH2CH3位位阻阻较较大大位位阻阻较较小小H2PtCH3CH3HCH3CH3+H2Pt,CH3CH3CH3CH370-8515-30CH3CH2CH3CH3CH3CH37030+H2PtCH2CH3位位阻阻较较大大位位阻阻较较小小H2PtCH3CH3HCH3H3CCH3HHCH3H3CnotHHCH3H3CH3CH2,PtO2,EtOH100MPa,25 CH3Cu 基团对催化剂的亲和力导致同面进攻。基团对催化剂的亲和力导致同面进攻。u 溶剂也会影响氢化的立体选择性。溶剂也会影响氢化的
4、立体选择性。u 官能团的催化氢化官能团的催化氢化1）不）不饱和烃的氢化还原饱和烃的氢化还原 炔键和烯键炔键和烯键均易催化氢化还原（钯、铂和均易催化氢化还原（钯、铂和Raney镍）镍）一般条件：条件温和一般条件：条件温和(常温常压常温常压)。Raney-Ni/H2Et2ORRHH烯烃的活性：烯烃的活性：l位阻大的烯烃难氢化。位阻大的烯烃难氢化。l通常孤立的烯键的活性大于共轭双键通常孤立的烯键的活性大于共轭双键。(92%)H2/Pd-CEtOAc/HOAcMsOCNMsOCNuRaney-Ni和和Pd/C是烯键选择性氢化的常用催化剂，是烯键选择性氢化的常用催化剂，在酮基、氰基、硝基共存时，烯键优先
5、氢化。在酮基、氰基、硝基共存时，烯键优先氢化。OAcOH2/Pd_CaCO3/EtOH1atm,25_30。cOAcOHRh催化剂：含碳氧和碳碳双键的体系中，优先氢化碳碳双键。催化剂：含碳氧和碳碳双键的体系中，优先氢化碳碳双键。Pt催化剂：优先还原环外双键。催化剂：优先还原环外双键。Raney-Ni/H2 9.81 106PaO120260OHOH注意：条件选择影响氢化产物。注意：条件选择影响氢化产物。碳碳碳叁键比碳碳叁键比碳碳双键相对易氢化还原，但在常用的碳双键相对易氢化还原，但在常用的催化剂如铂、钯、催化剂如铂、钯、Raney镍催化下，炔烃氢化加成，得镍催化下，炔烃氢化加成，得到饱和的烷烃
6、。到饱和的烷烃。u 炔烃的氢化还原炔烃的氢化还原 OHCH2CH2COOEt1atm,25。cOHCCCOOEtHOHOH2/RaneyNi/EtOH,Ph=8特殊催化剂：特殊催化剂：Lindlar催化剂得顺式烯烃催化剂得顺式烯烃 l常用催化剂是铂或铑，反应条件温和，常用催化剂是铂或铑，反应条件温和，Raney镍催化则需镍催化则需要加热、加压才能反应，要加热、加压才能反应，Ru碳也可以催化氢化苯环。碳也可以催化氢化苯环。l催化还原苯的催化活性：催化还原苯的催化活性：RhRuPtPd NiCoH2/Ni300Kg/cm2 140H2/Ni100Kg/cm2 200COOHNH2COOHNH2H2
7、,Rh/C5Kg/cm2u 芳香杂环化合物的氢化还原芳香杂环化合物的氢化还原 注意：注意：含硫化合物的毒性、苯酚和苯胺类化合物的毒性含硫化合物的毒性、苯酚和苯胺类化合物的毒性 l 醛、酮根据催化剂及反应条件的不同，可氢化还原成醇醛、酮根据催化剂及反应条件的不同，可氢化还原成醇 或还原脱氧成烃或还原脱氧成烃。l 锇锇-碳、碳、Raney镍镍-铬催化剂选择性氢化还原醛成醇铬催化剂选择性氢化还原醛成醇(可保留双键可保留双键)。2）羰基的氢化还原）羰基的氢化还原 u 酰氯的催化氢化酰氯的催化氢化醛醛Rosenmund （罗森蒙德）反应：（罗森蒙德）反应：硝基、卤素、酯基等硝基、卤素、酯基等 基团不受影
8、响。基团不受影响。RCClORCHOH2/Pd-BaSO4喹啉-硫/二甲苯O2NOC2H5Raney Ni,H26kg/cm2,130140H2NOC2H53）含氮官能团的还原）含氮官能团的还原 u 硝基、氰基、叠氮基团的还原硝基、氰基、叠氮基团的还原(引入氨基的常用方法引入氨基的常用方法)O2NOC2H5Raney Ni,H26kg/cm2,130140H2NOC2H590kg/cm2OCH2NH2OCHONH3CH3OHRaney Ni,H290kg/cm2OCH2NH2OCHONH3CH3OHRaney Ni,H2Raney Ni,H2CNCOOCH3CH2NH2COOCH3NH3CH3
9、OH1atm,25注意：注意：其它氢源试剂其它氢源试剂转移催化氢化反应转移催化氢化反应供氢体：供氢体：不饱和脂环烃、不饱和萜类及醇类，不饱和脂环烃、不饱和萜类及醇类，如环已烯、环已二烯、四氢化萘、如环已烯、环已二烯、四氢化萘、-蒎烯、蒎烯、乙醇、异丙醇、环已醇等。乙醇、异丙醇、环已醇等。2、氢解反应、氢解反应结构特征：结构特征：烯丙位、苄位烯丙位、苄位CO键，键，CN键易发生氢解反应。键易发生氢解反应。含有含有CX、CS单键的化合物也可发生氢解反应。单键的化合物也可发生氢解反应。NN、NO、OO单键单键 小环小环CC键、三元杂环的键、三元杂环的CO、CN键均可发生氢解反应。键均可发生氢解反应。
10、Pd/c是断裂苄是断裂苄-氧、苄氧、苄-氮键的有效试剂氮键的有效试剂 示例：示例：l Raney Ni是断裂是断裂C-S键的有效试剂键的有效试剂 HRRO+HSSHRRSSRaney NiH2RR+NiS+CH3CH3HH通过缩硫酮还原通过缩硫酮还原 (中性中性条件条件)均相催化剂均相催化剂:铑、钌和铱配位催化剂，如(Ph3P)3RhCl、(Ph3P)3RuHCl、(Ph3P)2I r(CO)C1 有点：避免烯烃异构化及氢解等副反应。3、均相催化氢化、均相催化氢化机理：机理：还原末端双键还原末端双键 不易氢解不易氢解 金属金属/供质子剂还原（包括酸、醇、碱等）还原供质子剂还原（包括酸、醇、碱等
11、）还原二、溶解金属还原二、溶解金属还原 常用的金属：常用的金属：碱金属：碱金属：Li,Na,K 碱土金属：碱土金属：Ca,Mg,其它金属：其它金属：Zn,Al,Sn，Fe,汞齐汞齐 供质子剂：盐酸，供质子剂：盐酸，ROH，NH3等等 电子从金属表面转移到有机分子中，生成电子从金属表面转移到有机分子中，生成“自由基负离自由基负离子子”；与质子结合生成自由基，后者再从金属表面接受一；与质子结合生成自由基，后者再从金属表面接受一个电子形成负离子，负离子从供质子剂中取得质子完成还个电子形成负离子，负离子从供质子剂中取得质子完成还原反应。原反应。u 金属与供质子剂还原反应机理金属与供质子剂还原反应机理
12、关于供质子剂：关于供质子剂：金属与供质子剂的反应越激烈，还原反应的效果越差。如，金属与供质子剂的反应越激烈，还原反应的效果越差。如，钠与醇还原体系中甲醇、乙醇作溶剂时，还原效果不如丁钠与醇还原体系中甲醇、乙醇作溶剂时，还原效果不如丁醇、戊醇作溶剂时好。原因是氢都以氢气的形成逸出了。醇、戊醇作溶剂时好。原因是氢都以氢气的形成逸出了。关于金属关于金属 CCRRCCRRHHNa or LiNH3(液)78oCNa +NH3Na+e(NH3)CCRReCCRRCCRReCCRRHHHCCRRHNH2HNH2NH2HNH2n 钠的液氨溶液的制备钠的液氨溶液的制备 Na +NH3(l)Na+e-(NH3)
13、Li,K C2H5NH2 蓝色溶液蓝色溶液n 反应体系不能有水，因为钠与水会发生反应反应体系不能有水，因为钠与水会发生反应。n 与制与制NaNH2区别区别 Na+NH3(液液)NaNH2低温低温蓝色是溶蓝色是溶剂化电子剂化电子引起的引起的Fe3+2、Birch还原还原Na or Li/NH3（液液）C2H5OH机：机：C2H5OHC2H5OHHHHC2H5OHHHHNa自自由由基基负负离离子子对对位位最最稳稳定定C2H5OHNaH 吸电子基使反应速度加快；推电子基使反应速度减慢吸电子基使反应速度加快；推电子基使反应速度减慢COOHNa/NH3（液液）C2H5OHRNa/NH3（液液）C2H5O
14、HRORNa/NH3（液液）C2H5OHOR吸吸电电子子基基：推推电电子子基基：HOOC中中间间体体的的稳稳定定性性比比较较：COOHRR较较稳稳定定较较稳稳定定COOHNa or Li/NH3（液液）C2H5OHCH3CH3Na or Li/NH3（液液）C2H5OHCH3CH3CH3CH3C2H5OHCH3OCH3C2H5OHCH3OCH3Na or Li/NH3（液液）Na or Li/NH3（液液）OCH3CH3OCH3CH3三三取取代代二二取取代代四四取取代代二二取取代代四四取取代代二二取取代代三三取取代代三三取取代代(推电子基取代苯，易生成多取代烯烃推电子基取代苯，易生成多取代烯烃
15、)经伯奇还原，制备经伯奇还原，制备，不饱和酮。不饱和酮。Na or Li/NH3（液液）C2H5OHCH3CH3Na or Li/NH3（液液）C2H5OHCH3CH3CH3CH3C2H5OHCH3OCH3C2H5OHCH3OCH3Na or Li/NH3（液液）Na or Li/NH3（液液）OCH3CH3OCH3CH3三三取取代代二二取取代代四四取取代代二二取取代代四四取取代代二二取取代代三三取取代代三三取取代代XNO2COR(H)Na/NH3（液液）C2H5OHNa/NH3（液液）C2H5OHNa/NH3（液液）C2H5OH双键对双键对 Birch 还原的影响还原的影响不能进行不能进行B
16、irch还原的化合物还原的化合物(官能团也被还原官能团也被还原)共轭双键共轭双键 孤立双键孤立双键Li or Na or KRCR(H)ORCHR(H)OHNH3(l)HS（溶溶剂剂）RCORNaRCORH2ONaNaRCORNaRCHORNaRCHHOR3、羰基化合物的还原、羰基化合物的还原 存在共轭双键时，优先还原双键存在共轭双键时，优先还原双键机理：机理：R1COR2OCR2R1+Mg(Hg)H2OR1CCR2R2R1OHOHCH3CCCH3H3CCH3OHOH频频哪哪醇醇 PinacolH3CCH3OOMg-HgOHCH3CH3OH81%TiCl4R1COR2MgR1COR2R1COR
17、2R1COR2COMgR2R1H2OR1CHOR2COHR2R1酮的双分子还原酮的双分子还原RCR(H)ORCH2R(H)Zn(Hg)HClArHCClROAlCl3ArCROZn(Hg)HClArCH2RFriedel-Crafts酰酰基基化化Clemmensen还原还原(酸性酸性条件条件)NH2NH2,Na 200oCN2+RCRORCH2RNH2NH2,NaOHN2+RCRORCH2R(HOCH2CH2)2O,Wolff-Kishner还原还原(碱性碱性条件条件)黄鸣龙改良法黄鸣龙改良法(Huang-Minlong modification)RCRONH2NH2RCRONHNH2HRCR
18、OHNNH2HOHOHRCRNNHHOHRCRNNHRCRNNHHRCH2RRCHRNNHOHRCHR N2OHH机理机理 2、还原裂解反应、还原裂解反应 可溶性金属用于还原裂解反应，尤其是切断苄基可溶性金属用于还原裂解反应，尤其是切断苄基氧键或氧键或苄基苄基氮键。苄基及烯丙基的卤化物、醚、酯，甚至醇均氮键。苄基及烯丙基的卤化物、醚、酯，甚至醇均可被可溶性还原试剂还原裂解。可被可溶性还原试剂还原裂解。示例：示例：正电荷有利于裂解正电荷有利于裂解 还原脱卤还原脱卤 三、负氢转移反应三、负氢转移反应 LiAlH4，NaBH4（Li，K）注意：注意：CaH2，NaH2常作为碱常作为碱 AlH3，BH
19、3u 概述：金属氢化物概述：金属氢化物 亲核亲核性负氢转移试剂性负氢转移试剂 亲电亲电性负氢转移试剂性负氢转移试剂 Quenching:Adding water,methanol,saturated NH4Cl or AcOH in the reaction system to stop the reaction。1LiAlH4（Lithium Aluminium Hydride-LAH)特点：四个氢原子均能参与反应，特点：四个氢原子均能参与反应，活性依次降低。活性依次降低。u 与卤代烃反应与卤代烃反应（SN2）l 芳香族氯代物不反应，叔卤易消除。芳香族氯代物不反应，叔卤易消除。u 与醇反应与
20、醇反应LAH作为碱，不攻击作为碱，不攻击a碳；反应溶剂、底物官能团问题碳；反应溶剂、底物官能团问题l LAH脱醇羟基需要间接脱除。脱醇羟基需要间接脱除。Hu 与醛酮反应与醛酮反应反应机理反应机理 底物的反应活性：主要是位阻影响。底物的反应活性：主要是位阻影响。,不饱和羰基化合物的还原。不饱和羰基化合物的还原。立体选择性：立体选择性：羰基与羰基与a碳之间碳碳之间碳-碳键可以旋转时，反应按碳键可以旋转时，反应按Cram规则进行。规则进行。Cram规则：规则：u当羰基与当羰基与a碳之间碳碳之间碳-碳键被碳键被“固定固定”而不能自由旋转时，而不能自由旋转时，负氢由位阻小的一侧进攻。负氢由位阻小的一侧进
21、攻。环酮的还原环酮的还原 a-羟基酮的还原羟基酮的还原 ORH3CH3C1,LiAlH4 or NaBH42,H2ORH3CH3CRH3CH3C+OHHOHH进攻位阻小反应活化能低产物较稳定当R=H时,b为主产物;当RH时,a为主产物ababu 环己酮还原的立体化学环己酮还原的立体化学 u LAH还原羧酸、酰卤、酸酐、酯成醇。还原羧酸、酰卤、酸酐、酯成醇。u LAH还原酰胺成胺还原酰胺成胺 三级酰胺三级酰胺还原机理还原机理 亚胺盐中间体，亚胺盐中间体，还原得三级胺。还原得三级胺。氰基还原氰基还原亚胺盐机理亚胺盐机理l 叠氮化合物的还原叠氮化合物的还原胺胺 l 环氧化合物的还原环氧化合物的还原位
22、阻因素位阻因素 酯键影响区域选择性酯键影响区域选择性 Lithium aluminium hydide(LiAlH4,LAH)It can react with proton solvent such as water,methanol et al,and it can be used in toluene,ether or THF.HighLowSubstrateProductC=OCHOHCOOR(H,Alkyl,Aryl)CH2OHCNCH2NH2CONR2CH2NR2C-NO2CNH2CHBrCH2CH2OSO2ArCH3l（三乙氧基）氢化铝锂：（三乙氧基）氢化铝锂：酰胺、氰化合物酰胺
23、、氰化合物醛、醛、内酯内酯半缩醛半缩醛 l（三叔丁氧基）氢化铝锂（三叔丁氧基）氢化铝锂选择性还原醛酮选择性还原醛酮 卤素不被还原卤素不被还原 l Sodium Bis(2-Methoxyethoxy)Aluminium Hydride REDAL双（甲氧乙氧基）铝氢化物双（甲氧乙氧基）铝氢化物(红铝红铝)u 还原能力和氢化铝锂接近。热稳定性好，对干燥空气稳定。还原能力和氢化铝锂接近。热稳定性好，对干燥空气稳定。l红铝红铝苄醇氢解苄醇氢解 红铝在低温条件下，还原产物可停留在中间态。红铝在低温条件下，还原产物可停留在中间态。l Diisobutyl Aluminium Hydride（DIBAL，
24、DIBAL-H）OHOOHOHDIBAL还原酮和醛到醇还原酮和醛到醇 (iBu)2AlHOOCNOOC N AlOOCHO1 mol DIBAL(C2H5)2O,-78 oCH3O+2、Sodium borohydride(NaBH4)活性较低，可用醇作溶剂；活性较低，可用醇作溶剂；通常只能还原羰基化合物（醛、酮、酰氯）成醇，不能还通常只能还原羰基化合物（醛、酮、酰氯）成醇，不能还原羧酸和卤代烃。原羧酸和卤代烃。CO2CH3OBrCO2CH3HOBrNaBH4CH3OHu 优先还原孤立的酮羰基优先还原孤立的酮羰基 u a位有吸电子基团时，酯基可用被还原。位有吸电子基团时，酯基可用被还原。u 还
25、原酰亚胺成羟基酰胺还原酰亚胺成羟基酰胺 u 还原亚胺成胺还原亚胺成胺 u LiBH4 还原性强于还原性强于NaBH4 还可以通过加入其它的过渡金属盐使其还原性增加。还可以通过加入其它的过渡金属盐使其还原性增加。TiCl4,NiCl2,CoCl2.NaBH4/CeCl3 还原还原，-不饱和酮的不饱和酮的1，2-位为烯丙醇。位为烯丙醇。硼氢化钠硼氢化钠氯化锌在乙醚中可选择性还原氯化锌在乙醚中可选择性还原,不饱和醛、不饱和醛、酮的羰基。酮的羰基。超氢化物最重要的用途是卤代烃的脱卤超氢化物最重要的用途是卤代烃的脱卤 增加烃基的位阻，选择性提高，如三仲丁基硼氢化物增加烃基的位阻，选择性提高，如三仲丁基硼
26、氢化物 酰氧基硼氢化物酰氧基硼氢化物活性比硼氢化钠低，选择性增强。活性比硼氢化钠低，选择性增强。Na(CN)BH3 还原胺化还原胺化 l该试剂稳定性好，溶解性好（四氢呋喃、甲醇、水、HMPA、DMF等）。l氰基硼氢化钠在HMPA溶剂中能还原碘化物、溴化物和磺酸酯，得到烃。硼烷还原醛、酮、羧酸、酯、腈基和酰胺。硼烷还原醛、酮、羧酸、酯、腈基和酰胺。3、硼烷、硼烷BH3 3NaBH4 +4BF32B2H6 +3NaBF4BBHHHHHH(Diborane)Borane(B2H6)HighLowSubstrateProductRCOOHRCH2OHRCH=CHRRCH2CH2RR2C=OR2CHOHRCNRCH2NR2epoxideR1R2CC(OH)R1R2RCO2RRCH2OH/ROH注意硼烷与硼氢化钠的区别注意硼烷与硼氢化钠的区别 还原酮羰基，不还原酯还原酮羰基，不还原酯 硼烷主要用于还原羧酸硼烷主要用于还原羧酸 9-BBN 4 4、其它还原试剂、其它还原试剂烷基硅烷还原烷基硅烷还原不饱和键加成不饱和键加成 偶胺还原偶胺还原还原对称的不饱和键还原对称的不饱和键
