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键的反应键的反应(hydrogenolysis(hydrogenolysis)。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，各种官能团的相对反应性由大到小的次
3、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 PhHR RCONHR 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。CO2C2H5CO2C2H5CH2OHH2,CuCr2O4160 oC,2.50 MPaH2,Raney Ni50 oC,10 MPaCHPhOH2,Pd-CCH3OH,r tCH2PhOPhCH=CHCO2CH2PhPhCH2CH2CO2CH2PhH2,(Ph
4、3P)3RhClPhH,r tPhCH=CHCHOPhCH=CHCH2OHH2,Os-C100 oC,30 atma,ba,b-不饱和羰基化合物的反应不饱和羰基化合物的反应 H2,PtO2C2H5OH烯烃的反应烯烃的反应CCCCHH2,Pd-CAcOEt,r tCC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NaBH
5、NaBH4 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
6、，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。H3CO2CCO2CH3OCH3H3COH3CO2CCHOOCH3H3CODIBALCH2Cl2,-78 oCOOCNOOCHODIBALPhH,25 oC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BrCH2CH2CO2CH3LiAlH4-AlCl3(1:1)etherBrCH2CH2CH2OHPhCH3OCH3H3COLiAlH4-AlCl3(1:4)etherPhCH3OCH3OLiAlH4,CuITHF,0 oCO 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
7、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、卤代烃、硝基化合物和氰基化合物等。COCH2ClClClNaBH4,CH3OHr tCHCH2ClClClOHOONaBH4(0.25 mol)C2H5OHOHOCOONaBH4,BF3diglymeOOOHMeOH,H2ONaBH4,CeCl3OCHOCO2CH3EtOH,H2ONaBH4,CeCl3OHCHOCO2CH3硼氢化钠复合试剂的反应硼氢化钠复合试剂的反应OPhCH2BrNaBH3CN,HMPA7
8、0 oCOPhCH3C6H5CHO +C2H5NH2pH=6NaBH3CN,CH3OHC6H5CH2NHC2H5C6H5CH2COCO2NaNH4Br,NaBH3CNCH3OHC6H5CH2CHCO2HNH2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。C
9、O2EtCO2H-18 oCCO2EtCH2OHB2H6,THFB2H6,THFO2NCO2HO2NCH2OHO2NCONMe2O2NCH2NMe2B2H6,THF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、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
10、的还原反应影响很大。响很大。n-C3H7CC(CH2)4CHn-C3H7H(CH2)4C1)Na,NH32)NH4ClCHCHC2H5CC(CH2)3COONa1)Na,NH32)NH4ClHC2H5H(CH2)3COOHH3COH3CO Li,NH3,EtOH H3O+OO1)Li,NH3,EtOH2)NH4ClOHH3COH3COHH1)Li,NH3,EtOH2)NH4Cl金属锂的还原反应金属锂的还原反应O+CH3COCH3Mg(Hg)-TiCl4THF,-10 oCOHOHCHOOOHOHMg(Hg)-TiCl4THF,-10 oC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
11、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(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。OAcOZn,AcOHOBrH2COBrHZn,HBrBrH2COOZn,AcOHOOOOOOOHZn,AcOHOOOOOSSCO2EtEtO2CZn,HOAcHSCO2Et
12、NO2Zn,NaOHEtOH,80 oCNH2NH2NH2O2NCHCH3CNFe/NH4ClH2O,95 oCH2NCHCH3CNO2NOHH2NOHFe/NH4ClHNNHOONOHNHFe,H2SO4,40-45 oCpH 3.5-3.8HNNHOONH2NH2金属铁的还原反应金属铁的还原反应Al(OPr-i)3,i-PrOHO2NCOCH3O2NCH(OH)CH3refluxAl(OPr-i)3,i-PrOHCH=CHCHOCH=CHCH2OHrefluxAl(OPr-i)3,i-PrOHCOCH2BrCH(OH)CH2BrrefluxMeerwein-Ponndorf-Verley反
13、应反应其它还原试剂其它还原试剂NO2OOOTiCl3,H2ODME85%CO2C2H5OCO2C2H5OTiCl3,H2ODMEOBrOTiCl3,H2ODME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ONH2HCOONH4180 oCOHCONMe2,HCOOHNMe2PhCH2NH2 +2HCHO +2HCOOHPhCH2NMe2HONO2O2NNa2S,NH4Cl80 oCHONO2H2NHNNHOONO2CO2HNa2S2O4,H2O30-33 oCHNNHOONH2NH2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
14、OClCln-Bu3SnHPhCH3,r tOHClOOIOAcCH2OCH3OOHOAcCH2OCH3n-Bu3SnHPhCH3,r t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 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
15、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。CH3PhCH2NEt3MnO4AcOH,3 oCCH3OHCH3O+72%3%饱当饱当C-HC-H键处于不饱和键的键处于不饱和键的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。86%Na2Cr2O7,H2SO4CH3O2NCO2HO2NCH320%HNO3(aq)CO2HCH3CH361%CH3(N
16、H4)2Ce(NO3)6HOAC(aq),80 oCCHOH3CH3CH3CH3CCH3CrO3,Ac2OCHOH3COHCH2SO4CH(OAc)2(AcO)2HCH2SO4,H2O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：OCH3CO3HCH3CO2HOO100%OCH3CO3HCH3CO2HO94%O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
17、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。p-CH3OC6H4COCH2Php-CH3OC6H4COCOPh83%dioxane,H2OSeO2COCH3 O2,t-BuOK Zn,AcOHCOCH3OOHCOCH3OH78%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。Ph2CHCOCH3CCl4,KOH,t-BuOH,
18、H2O25-80 oCPh2CHCOOH70%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、
19、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。CH3CH3m-ClC6H4CO3HCHCl3CH3CH3O80%HCH3(CH2)7(CH2)7CO2HHC6H5CO3HHCH3(CH2)7(CH2)7CO2HHO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。OHOCOCH3OHOCOCH3OOC6H5CO3HPhH,0 oCC6H5CO3HPh
20、H,0 oC 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。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。常见有在过渡金属
21、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。反应优的催化剂有钼、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。先在电子密度高的双键上进行。t-BuOOHMo(CO)6O92%O8%+CHMe2CHMe2Ot-BuOOHMo(CO)6OHt-BuOOHMo(CO)6OHO98%cis90%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CH2OHt-C4H9OOHVO(acac)2,PhHCH2OHO93%手性试剂的氧化手性试剂的氧化Salen-Mn(III)H2O2O84%eeO62%eeSalen-Mn(III)H2O2BuOOHt-BuOOHT
22、i(OPr-i)4,(+)-DETBuOOHO99:1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。HCH3(CH2)7(CH2)7CO2HH1)I2,AcOAg,PhH2)KOH,EtOH,H2O75%CH3(CH2)7(CH2)7CO2HH
23、HHOOH 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
24、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OHO1)OsO4,Py2)NaHSO3(aq)OHOOHOH86%OCO2MeCO2Me1)OsO4(cat),H2O2,t-BuOH2)NaHSO3(aq)OCO2MeCO2MeHOHO+TsNClN
25、a1%OsO4t-BuOH,60 oCHONHTsNa,NH3(liq.)HONH2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n-C8H17CH=CH2KMnO4,n-C8H17NMe3ClPhH,40 oCn-C8H17COOH91%KMnO4,H2O,AcOHPhH,0 oCn-C8H17CH=CH2n-C8H17C
26、OOH85%KMnO4,Bu4NClCH2Cl2,0 oCCHOCHO81%臭氧的断裂氧化臭氧的断裂氧化O3-50 oCOOOP(OCH3)3CHOCHOCH3CO3HCO2HCO2H85%90%O1)O3,-60 oC2)P(OCH3)3CHOCHOO80%HOCH3OCH=CHCH31)O3,CH2Cl22)Zn,HOAcHOCH3OCHO71%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CH2=CH(CH2)6CH2IDMSO,NaHCO3150 oCCH2=CH(CH2)6CHO83%DMSO,NaHCO3r tBrCOCH2BrBrCOCHO84%CH3(CH2)7CH2OTsDMSO,NaHCO3150 oCCH3(CH2)7CHO74%CH3SOCH3 +RCH2XS+ORX-BS+ORCH2-X-HRCHO +CH3SCH3二甲亚砜二甲亚砜-碱试剂的氧化碱试剂的氧化PhCH2Br+N+O-NaOHPhCHO95%CH3CH2BrMe2C=NO2NaEtOHCH3CHO70%卤化苄型化合物可以与六亚甲基四胺（乌洛托品）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。反应，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
