有機(jī)合成第六章課件

第六章

還原反應(yīng)（reduction）

一、概述為精細(xì)有機(jī)合成化學(xué)中最廣泛應(yīng)用的單元反應(yīng)之一。與氧化反應(yīng)相反：氧原子減少，氫原子增加，兩者兼有。

氧原子減少兩者兼有特點(diǎn)：較氧化反應(yīng)易于控制。類型：（1）活潑金屬Fe/HCl，Zn/HOAc，Na/ROH,Zn-Hg/HCl，Na-Hg/EtOH等（2）低價(jià)元素的化合物Na2S2O4,NaS,FeCl2,SnCl2,TiCl3,TiCl2等（3）金屬氫化物NaBH4,LiAlH4,（4）催化加氫Pd,Pt,Ni,/H2.(5)有機(jī)金屬還原劑:異丙醇鋁，叔丁醇鋁，甲醛，葡萄糖。（6）非金屬：Me2S，Ph3P二、催化氫化（加氫反應(yīng)）（一）概念：屬間接還原，通過(guò)催化劑的協(xié)助還原底物（烯烴，炔烴，羰基化合物等）多相催化劑過(guò)渡金屬吸附在催化劑的表面催化劑：Pd,Pt,Ni,RaneyNi，PtO2，Rh等，活性：Pd>Rh>Pt>Ni>Ru載體:活性炭,氧化鋁,氧化硅溶劑:EtOH,EtOAc,Et2O,hexanes,etc.底物在金屬表面的吸附能力：炔烴〉雙烯烴〉烯烴〉烷烴

均相催化劑(R3P)3RhCl催化氫化Hydrogenation2.類型催化氫解Hydrogenolysis

均相催化Heterogenous多相催化Homogenous

氫化(Hydrogenation)：使碳-碳，碳-氧，碳-氮等重鍵加氫。

氫解(Hydrogenolysis):在催化氫化的條件下，底物分子被化驗(yàn)裂解成兩個(gè)或兩個(gè)以上的小分子的反應(yīng)。使一些單鍵發(fā)生裂解：如鹵代物，芐醇類，芐胺類，酰鹵類的氫解和脫硫、酯的酯解等.

高壓氫化100~300atm,100~300oC低壓或常壓氫化1~4atm,0~100oCP,壓力：即為壓強(qiáng)，kg/cm2,psi-poundspersquareinch1pound=0.453kg,1inch=2.54cm,1psi=0.07kg/cm2.1atm=1.0332kg/cm2.高RCOClRCHORCH2NO2RCH2NH2

RCH=CHR’（Z，cis）氫化RCH=CHR’RCH2CH2R’RCHORCH2OHRCOR’RCHOHR’ArCH2XArCH3氫解低RCO2R’RCH2OH+R’OHRCONHR’RCH2NHR’

RCH2NH2

（二）加氫反應(yīng)活性炔烴的加氫

順式加氫Lindlar催化劑：Pd/CaCO3，喹啉

反式加氫Na，液氨

炔烴+H2LindlarCatalyst(Pd/BaSO4/quinoline)烯烴部分毒化用于還原反應(yīng)活性高的官能團(tuán)cisolefins(LindlarReduction)酰氯+H2,Pd/BaSO4醛(RosemundReduction)Org.Rxn.1948,4,362烯，炔同時(shí)存在，還原到停留在烯的一步。（2）低壓或高壓加氫反應(yīng)裝置：2．催化劑（1）RaneyNickel蘭尼鎳a.加氫催化：可還原烯烴，－NO2化合物，－CN，C=N-OH,羰基，芳基，鹵代烴制備：鋁鎳合金（1：1）溶于600mL10%NaOH水溶液中，90～95oC0.5h加完，攪拌1h,潷出液體，水洗，乙醇洗，始終有液體覆蓋，酒精中保存，冰箱中保存三個(gè)月。S,P,As,Bi可使之中毒。RaneyNi通常不加載體。

b.脫硫（2）鉑催化劑活性很強(qiáng)可以還原除了酯、羧酸和酰胺外，各種不飽和基團(tuán)均可被還原。如：醛酮、腈、硝基化合物，還原氨化反應(yīng)等。反應(yīng)通常可在較低溫度和較低氫氣壓力下反應(yīng)。

鉑黑、鉑炭、二氧化鉑等。二氧化鉑催化劑的制備:在一小燒杯中放3.5克鉑氯酸和10毫開(kāi)水．加入純硝酸鈉，用小火蒸發(fā)至干。加大火焰，十分鐘內(nèi)溫度升到350—370oC，到十五分鐘，反應(yīng)物熔融產(chǎn)生氣體。溫度升到400oC后，氣體發(fā)生漸慢，在二十分鐘時(shí)，溫度升到500—550oC，這時(shí)氣體放出比較溫和。在這溫度維持到三十分鐘。冷卻，用50毫升水處理，放置．傾去水液，留下棕色沉淀，再用水洗幾次．濾過(guò)，用水洗到無(wú)硝酸根離子．在干燥器中干燥，得催化劑1.57—1.6克。

比較最常用的是二氧化鉑（PtO2），（Adamscatalyst）,在使用時(shí)被還原成鉑。（3）鈀催化劑對(duì)烯烴、炔烴加氫活性高，還原酮、腈、硝基化合物，還原氨化反應(yīng)等，氫解活性也很強(qiáng)。為最常用的催化劑之一，可制成氧化鈀、鈀黑和載體鈀（Pd/C）

小結(jié)：烯、炔：常壓或低壓，H2，Ni，Pd，Pt醛、酮H2，Ni、加熱，加壓酸、酯高溫，高壓，Ni，Pd，Pt200oC酰胺，腈Ni>Rh,500-100oC,高壓酰鹵Pd/BaSO4－NO2常壓，Pd，Ni，Pt＝NOH,＝NH室溫1～4atm－Ar10-20Mpa,100-200oC三、直接還原（一）堿金屬的還原作用：堿金屬：外層電子－具有“親核試劑”的性質(zhì)，對(duì)缺電子的部位進(jìn)行親核加成。

1．Na，醇（1）將酯還原為相應(yīng)的醇（2）將肟還原成相應(yīng)的胺（3）萘的還原（4）雜環(huán)2．Na/非質(zhì)子溶劑制環(huán)狀a-羥基酮3．Mg，Mg－Hg，Mg－Zn4．Birch還原Li，Na，K，NH3（l）（1）還原芳環(huán)

（2）炔烴得到反式烯烴（二）其它金屬1．Fe,HCl(30%)2.Sn,HCl3.Zn-Hg,濃鹽酸，Clemmensen還原OrganicReactions1975,22,401ComprehensiveOrganicSynthesis1991,vol8,307.還原酮到飽和烷烴4.Wolff-KishnerReductionOrganicReactions1948,4,378ComprehensiveOrganicSynthesis1991,vol.8,327.還原酮到飽和烷烴（三）金屬氫化物的還原AluminiumHydrides1.LiAlH42.AlH33.Li(tBuO)3AlH4.(iBu)2AlHDIBAL-H5.Na(MeOCH2CH2O)2AlH2REDAL1．LiAlH4LithiumAluminiumHydride----LiAlH4(LAH)Chem.Rev.1986,86,763Org.Rxn.1951,6,469.很強(qiáng)的還原劑懸浮在etherorTHF中可還原羰基，羧基，酰氯，酸酐和酯基到醇。還原硝基，酰胺,肟，亞胺，重氮化合物和芳香族硝基化合物到胺對(duì)環(huán)氧化合物開(kāi)環(huán)還原C-X鍵到C-H還原炔基醇到反式烯丙醇還原活性從高到低：C＝O>COOR>CN>CONR2>C-NO2>CHBr>CH2OSO2Ar

制備：

遇水分解：（1）用1M氫化鋁鋰溶液進(jìn)行還原時(shí)很方便．（2）用較少量溶劑和粉狀鋁氫化鋰混合成稀糊狀直接應(yīng)用．此時(shí)要注意氫化鋁鋰用量，至少要過(guò)量10％，以保證有足夠的純LiAlH4進(jìn)行反應(yīng)．在特殊的情況下有時(shí)甚至過(guò)量2—4倍，才能使反應(yīng)進(jìn)行完全。反應(yīng)完畢后，首先要破壞掉過(guò)量的鋁氫化鋰．可以加入含水乙醚，乙醇一乙醚，乙醇，或直接加水(小心!)．但由于這些方法都產(chǎn)生大量氫氣，必需注意安全!如果要避免氫氣的發(fā)生，可用醋酸乙酯來(lái)分解過(guò)量的氫化鋁鋰．

反應(yīng)機(jī)理：立體化學(xué)：受甲基的位阻影響，使H－的進(jìn)攻比較容易從內(nèi)側(cè)進(jìn)行：

氫化鋰鋁還原羰基的重要特征之一是非對(duì)映選擇性。當(dāng)與羰基直接相連的取代基是手性基團(tuán)，通常用氫化鋰鋁還原羰基時(shí)負(fù)氫離子加到立體位阻較小的一面。

Cram規(guī)則：如果與羰基直接相連的取代基是可旋轉(zhuǎn)手性基團(tuán)，視手性碳原子所連接的基團(tuán)的大小差別，其中在一面進(jìn)攻占優(yōu)勢(shì)，產(chǎn)生不對(duì)稱還原。反應(yīng)的主要產(chǎn)物可由Cram規(guī)則預(yù)測(cè)。例如3—苯基—戊—2—酮經(jīng)氫化鋰鋁還原，優(yōu)勢(shì)產(chǎn)物是蘇式的醇。羰基化合物的a-碳連有極性基團(tuán)，則不遵守Cram規(guī)則。例如。a-鹵代酮進(jìn)行反應(yīng)時(shí)，由于鹵原子與羰基的氧原于靜電相斥作用超過(guò)立體效應(yīng)，因此鹵原子與羰基的氧處于反式有利。此時(shí)，負(fù)氫優(yōu)先進(jìn)攻其余兩個(gè)基團(tuán)中較小的一邊。a—羥基或a—氨基取代酮與氫化鋰鋁反應(yīng)時(shí)，由于金屬與相鄰兩個(gè)帶孤對(duì)電子的原子的螯合形成一個(gè)固定的環(huán)狀中間體，負(fù)氫由位阻較小的一邊進(jìn)功赤式構(gòu)型為優(yōu)勢(shì)產(chǎn)物。4—叔丁基—環(huán)己酮與氫化鋰鋁反應(yīng)，優(yōu)勢(shì)產(chǎn)物是比較穩(wěn)定的e鍵醇。反應(yīng)起主導(dǎo)作用的是加成過(guò)程中C—O鍵與兩個(gè)相鄰碳原子上e-鍵C—H鍵之間的位阻。當(dāng)負(fù)氫由e鍵方向進(jìn)攻，則C—O鍵轉(zhuǎn)變成a鍵的過(guò)程中會(huì)與兩個(gè)e鍵的C—H鍵重疊，能量上不利；而由a鍵進(jìn)攻時(shí)，則C—O鍵與兩個(gè)e鍵的C-H鍵距離逐漸增加，能量上有利。則優(yōu)先生成e鍵醇。還原醛還原酮還原醌類化合物

還原縮酮還原羧酸及其衍生物：還原酸：比酯難，多消耗0.75mol的氫化鋁鋰，酯消耗0.5mol的氫化鋁鋰.

還原酸酐：

還原酸酐：還原酯：還原內(nèi)酯：

還原酰氯:還原酰胺：

還原內(nèi)酰胺：

還原腈：還原環(huán)氧化合物：負(fù)氫離子進(jìn)攻位阻小的一邊。

還原硝基化合物：

還原肟：還原亞胺：

還原鹵代烷：60％還原磺酸酯：可切斷C－O鍵，使醇脫氧。2.Li(t－BuO)3AlHLithiumTri(t-Butoxy)aluminiumHydrideLi+(tBuO)3AlH位阻較大，可選擇性還原位阻小的一邊。

3.(iBu)2AlHDiisobutylAluminiumHydrideDIBAL或DIBAL-H還原酮和醛到醇

還原酯到醇，醛還原內(nèi)酯到半縮醛。還原腈到醛：98％

只進(jìn)行1，2－還原反應(yīng)：還原肟：4．SodiumBis(2-Methoxyethoxy)AluminiumHydrideREDALOrganicReactions1988,36,249OrganicReactions1985,36,1.雙（甲氧乙氧基）鋁氫化物（紅鋁），還原能力和氫化鋁鋰接近。熱穩(wěn)定性好，對(duì)干燥空氣穩(wěn)定。II．硼氫化物BoronHydridesReview:Chem.Rev.1986,86,763.LiBH4還原酮、醛、酯和環(huán)氧化物。Na(AcO)3BH還原酮和醛活性較低。Na(CN)BH3還原亞胺鹽、酮和醛1．NaBH4SodiumBorohydride還原醛和酮到醇，還原酰氯到醇，不還原酸，酯，內(nèi)酯，環(huán)氧化合物或硝基化合物。不還原孤立的烯基，炔基，硝基，腈基，鹵代物。

NaBH4/CeCl3LucheReduction還原a,b-不保和酮的1，2－位為烯丙醇。還可以通過(guò)加入其它的過(guò)渡金屬鹽使其還原