有機(jī)合成化學(xué)

有機(jī)合成化學(xué)第1頁/共626頁課程內(nèi)容第一章緒論第二章氧化反應(yīng)第三章還原反應(yīng)第四章有機(jī)金屬試劑第五章雜環(huán)化合物的合成第六章有機(jī)合成與路線設(shè)計的基礎(chǔ)知識第七章分子的拆開第八章導(dǎo)向基的引入第九章保護(hù)基團(tuán)第十章合成問題的簡化第2頁/共626頁第一章緒論1.1有機(jī)合成的目的和任務(wù)1.2有機(jī)合成的發(fā)展?fàn)顩r1.3有機(jī)合成的現(xiàn)代成就1.4有機(jī)合成的發(fā)展趨勢返回第3頁/共626頁1.1有機(jī)合成的目的和任務(wù)返回1.1.1什么是有機(jī)合成

有機(jī)合成是利用化學(xué)方法將單質(zhì)、簡單的無機(jī)物或簡單的有機(jī)物制備成較復(fù)雜的有機(jī)物的過程。早期的有機(jī)合成，主要是在實驗室內(nèi)仿造自然界中已存在的化學(xué)物質(zhì)。同時，在分子結(jié)構(gòu)上也達(dá)到驗證的作用。現(xiàn)在，人們已可以依據(jù)物質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系規(guī)律，為適應(yīng)國計民生的需要而合成自然界中并不存在的新物質(zhì)。今后的發(fā)展趨勢，也不是盲目地研究合成新的化合物，而是設(shè)計和合成預(yù)期有優(yōu)異性能的或具有重大意義的化合物。因此，有機(jī)合成已經(jīng)成為當(dāng)代化學(xué)研究的主流之一。利用有機(jī)合成可以制造天然化合物，可以確切地確定天然物的結(jié)構(gòu)，可以輔助生物學(xué)的研究以解開自然界的奧秘。利用有機(jī)合成更可以制造非天然的，但預(yù)期會有特殊性能的新化合物。第4頁/共626頁

事實上，有機(jī)合成就是應(yīng)用基本且易得的原料與試劑，加上人類的智慧與技術(shù)來創(chuàng)造更復(fù)雜、更奇特的化合物?？梢赃@樣說：“有機(jī)合成是‘無中生有’”。正如1965年諾貝爾獎獲得者，也是有機(jī)合成的先師Woodward教授所說：“在有機(jī)合成中充滿著興奮、冒險、挑戰(zhàn)和藝術(shù)”。再進(jìn)一步看，邏輯性的歸納和演繹在有機(jī)合成中，特別是在路線設(shè)計中，顯得非常重要，甚至可以運用計算機(jī)程序來輔助合成路線的設(shè)計。1.1.2基本有機(jī)合成工業(yè)和精細(xì)有機(jī)合成工業(yè)

基本有機(jī)合成工業(yè)的任務(wù)是：從價廉易得的天然資源，如煤、石油、天然氣或農(nóng)副產(chǎn)品等，初步加工成一級有機(jī)產(chǎn)品，如甲烷、乙烷、丙烷、乙炔、苯、萘等，再進(jìn)一步加工成二級有機(jī)產(chǎn)品，如乙醇、乙酸、丙酮等。這些一、二級產(chǎn)品的生產(chǎn)稱為“重有機(jī)合成工業(yè)”?；居袡C(jī)合成的特點是：產(chǎn)品量大，質(zhì)量要求稍低，加工相對粗糙，生產(chǎn)操作簡單。第5頁/共626頁

精細(xì)有機(jī)合成工業(yè)的任務(wù)是：以基本有機(jī)合成工業(yè)中得到的一、二級有機(jī)產(chǎn)品為原料，合成一些結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，質(zhì)量要求很高(即較精細(xì))的化合物。其制備過程的操作條件要求嚴(yán)格，步驟較多，一次生產(chǎn)的量比較少但品種比較多。精細(xì)有機(jī)合成主要用在合成藥物、農(nóng)藥、染料、香料等。這種合成的首要任務(wù)常常是合成路線的設(shè)計。這兩類有機(jī)合成工業(yè)對于國計民生都是缺一不可的。沒有精細(xì)有機(jī)合成工業(yè)就沒有滿足人民生活需要的豐富多彩的有機(jī)產(chǎn)品；沒有基本有機(jī)合成工業(yè)，精細(xì)有機(jī)合成工業(yè)也就沒有了根基。

1.1.3有機(jī)合成路線設(shè)計著名的有機(jī)合成化學(xué)家Still曾指出：一個復(fù)雜有機(jī)分子的有效合成路線的設(shè)計是有機(jī)化學(xué)中最困難的問題之一。路線設(shè)計是合成工作的第一步，也是最重要的一步。一條設(shè)計拙劣的合成路線不會得到好的結(jié)果；同樣，一個不具備合成路線設(shè)計能力的人也不是合格的有機(jī)合成人才。第6頁/共626頁

路線設(shè)計不同于數(shù)學(xué)運算，數(shù)學(xué)運算有固定的答案。但任何一條合成路線，只要能合成出所要的化合物，應(yīng)該說都是合理的。當(dāng)然，在合理的路線之間，卻是有差別的。要具有高的路線設(shè)計的能力，首先要有技術(shù)方面的能力，如對各類、各種有機(jī)反應(yīng)的熟悉與掌握，對同一目的、不同有機(jī)合成反應(yīng)在實用上的比較與把握，對各個步驟操作條件的實際掌握，對產(chǎn)品純化和檢測的能力，等等。但這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還要有邏輯思維的能力，以致對各步有機(jī)反應(yīng)的選擇與先后排列能達(dá)到運用自如，以形成一個綜合的，高效的合成能力。這種“戰(zhàn)術(shù)”，在合成化學(xué)中就叫“策略”。下面舉一個具體例子來說明路線設(shè)計的重要性。顛茄酮的合成有兩條不同的路線：

(1)Willstatter在1896年推出了一條顛茄酮合成路線。他是1915年諾貝爾獎獲得者。此路線前后經(jīng)歷21步之多：第7頁/共626頁第8頁/共626頁這一路線總的收率只有0.75％。盡管路線中每一步的收率均較高，但由于步驟太多，使總收率大大降低。第9頁/共626頁(2)21年后，Robinsen(1947年獲諾貝爾獎)于1917年設(shè)計出另一條顛茄酮合成路線，既合理，又簡捷，僅用了3步，總收率達(dá)90％：第三步即得目標(biāo)物。由此可見，必須首先要有一個好的思維路線，才能設(shè)計出一條好的合成路線。第10頁/共626頁1.2有機(jī)合成的發(fā)展?fàn)顩r1.2.1有機(jī)合成的回顧最早的有機(jī)化學(xué)是對天然物質(zhì)，如樹皮、血液、酵母和蝸牛等進(jìn)行研究而建立起來的。當(dāng)時沒有什么合成，就靠生命物質(zhì)本身制備各種各樣性質(zhì)不同、結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度不同的物質(zhì)。早期的化學(xué)家基本上是從天然來源的混合物中提取比較純的化合物。早期的化學(xué)家認(rèn)為機(jī)體具有特殊的“生命力”，因而能夠制成有機(jī)物質(zhì)，而在試管中是無法合成這些有機(jī)物質(zhì)的。幸虧Wohler在1828年偶然發(fā)現(xiàn)了一個化學(xué)反應(yīng)——加熱氰酸銨得到尿素：這是一個典型的由無機(jī)物合成生物代謝有機(jī)產(chǎn)物的例子。這樣就打破了“生命力”學(xué)說。通常認(rèn)為這個反應(yīng)是有機(jī)合成的開始。第11頁/共626頁1.2.2有機(jī)合成與整體有機(jī)化學(xué)的關(guān)系從上述反應(yīng)開始，在試管中(即在玻璃儀器中)制備有機(jī)物質(zhì)的活動就與整個有機(jī)化學(xué)的發(fā)展緊密聯(lián)系在一起了。每當(dāng)有機(jī)化學(xué)在理論和基礎(chǔ)知識方面取得進(jìn)展時，都可以發(fā)現(xiàn)合成在其中所起的作用，而新理論、新技術(shù)又必然引起合成的進(jìn)一步發(fā)展。例如，合成幫助確定異構(gòu)體的數(shù)目及其結(jié)構(gòu)，從而對Kekule早期理論做出了貢獻(xiàn)；從奎寧實驗式出發(fā)的推理，使Perkin提出合成奎寧的假設(shè)，而又根據(jù)這個假設(shè)所做的努力，導(dǎo)致合成染料的發(fā)現(xiàn)。因此，現(xiàn)在要解開發(fā)展過程中相互滲透的這種復(fù)雜關(guān)系，說合成影響了有機(jī)化學(xué)其他方面，還是其他方面影響了合成，都是非常困難的。但十分清楚的是，合成起了下述各個方面的重要作用：第一，合成可以邏輯式地裝配已確定結(jié)構(gòu)的分子。第二，合成能夠提供自然界沒有的物質(zhì)，從此開辟出一個新穎的領(lǐng)域。第三，解決理論問題需要合成。第12頁/共626頁1.2.3天然物質(zhì)可由有機(jī)合成制備人們首先合成的是天然物質(zhì)降解物，發(fā)展到后來，結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜的天然物質(zhì)也都可以合成了。20世紀(jì)下半葉最有影響的有機(jī)合成化學(xué)家無疑是Woodward。他在27歲時就合成了奎寧。1960年他又完成了葉綠素的合成。接著他又合成了維生素VB12。

奎寧的結(jié)構(gòu)葉綠素的結(jié)構(gòu)第13頁/共626頁維生素B12第14頁/共626頁Woodward在1981年還合成了紅霉素。分子中有18個手性中心，可想而知異構(gòu)體的數(shù)目為218。紅霉素對于這樣一些復(fù)雜對象，若不能對它的立體化學(xué)、構(gòu)象分析、有關(guān)的有機(jī)合成單元反應(yīng)有極為精細(xì)的理解，要完成立體專一的反應(yīng)是不可能的。第15頁/共626頁1.2.4為了驗證并擴(kuò)充化學(xué)理論而合成新化合物合成計劃的成功證實了某些理論，也導(dǎo)致對另一些理論的修正，同時還制造出一些未曾有過的化合物。這些新化合物有些可能已經(jīng)有某種用途，但有些在當(dāng)時還不知道有什么用途，只是由于結(jié)構(gòu)新奇引起合成化學(xué)家的興趣而合成的。這也是允許的，因為當(dāng)初至少在理論上是有一定目的的。這類化合物叫“化學(xué)珍品”(chemicalcuriosity)，如某些環(huán)蕃(cyclophanes)?；瘜W(xué)珍品首先在理論上是有意義的。由于它們有結(jié)構(gòu)上的特點，必然有性質(zhì)上的特點，因此推斷會有特殊的用途，只是一時未被認(rèn)識而已。香港中文大學(xué)黃乃正等人成功地合成了1，2，7，8-二苯并[2，2]環(huán)蕃。這是一個有張力的由4個苯環(huán)連接而成的一種環(huán)蕃類有機(jī)物。環(huán)蕃中還有很多有趣的化合物。兩個或兩個以上的苯環(huán)，以飽和或不飽和的碳碳鍵對位相接，形成各種不同的、幾個苯環(huán)成平行面的結(jié)構(gòu)：第16頁/共626頁第17頁/共626頁Cook合成了十字四烯(Stauren-tetraene)。對這個化合物的興趣在于探討中心碳原子的4根鍵是否是平鋪的。還有一種化合物叫窗烷(fenestrane)。對它不僅有理論上的意義，而且在自然界中確實存在一種二萜類化合物，其分子中具有窗烷的結(jié)構(gòu)骨架：十字四烯的結(jié)構(gòu)窗烷二萜第18頁/共626頁

還有一類化合物叫體烷(fullerene)，其品種繁多，它們都有分子式(CH)n。在理論上，當(dāng)n＝4，分子是四面體烷；當(dāng)n＝6時，分子是八面體烷；當(dāng)n＝8時，分子是立方體烷：

由此類推，碳原子數(shù)愈來愈大，多面體的面愈來愈多，每個頂都是CH。發(fā)展到后面就成球型。碳原子愈多，碳碳鍵的張力愈小，分子愈穩(wěn)定。四面體烷至今未得到，十二面體烷(C20)在1982年由Paquette合成得到。他在1996年因C60的體烷合成成功而獲得了諾貝爾獎。這一分子引起了化學(xué)家極大的興趣。它的大小已進(jìn)入納米為長度單位的范圍內(nèi)，故稱納米球，在發(fā)展納米技術(shù)中起很大的作用。

四面體烷立方體烷八面體烷十二面體烷第19頁/共626頁1.2.5先想象適合于應(yīng)用的分子結(jié)構(gòu)，再合成所需的分子為了某種用途，化學(xué)家可以想象一種分子結(jié)構(gòu)，然后設(shè)計合成路線，精心合成此化合物以達(dá)到所定的用途目標(biāo)。這種例子還是不少的。如可以想象有一類化合物的結(jié)構(gòu)里，有一金屬原子夾在兩個環(huán)烯之間。環(huán)烯有活潑電子可供金屬原子用，形成配合。這種金屬原子又是多價的。環(huán)烯的配合造成金屬價數(shù)的多變。又由于價數(shù)的多變，使其具有引起其他化合物發(fā)生氧化或還原反應(yīng)的能力。因此，這種結(jié)構(gòu)的化合物是一類很好的催化劑，我們熟悉的二茂鐵就是常用的一種催化劑。此類金屬有機(jī)催化劑品種繁多，應(yīng)用很廣。由于催化劑的大發(fā)展，推動了一類非常有用的有機(jī)的工業(yè)材料——高分子的開發(fā)。高分子是許多小分子(單元)用鍵連接起來的、分子量很大的分子。有了高效的催化劑就可以用人工的方法將某些小分子連接成人造的高分子，其結(jié)構(gòu)也完全可以按所需要的性能來設(shè)計。第20頁/共626頁1.3有機(jī)合成的現(xiàn)代成就

有機(jī)合成化學(xué)是當(dāng)前有機(jī)化學(xué)中最富有活力的一門分支學(xué)科。在有機(jī)合成方法研究中，有時是有意識地尋找，有時則是無意識地發(fā)現(xiàn)了某一現(xiàn)象，再有意識地跟蹤。這樣，無論在合成反應(yīng)方面，還是在試劑或技術(shù)方面，都取得了豐碩的成果：

(1)已研究清楚的有機(jī)反應(yīng)多達(dá)3000個以上，其中有普遍應(yīng)用價值的反應(yīng)就有200多個。

(2)國內(nèi)外已商品化的試劑有5萬多種。

(3)具有產(chǎn)率高，反應(yīng)條件溫和，選擇性和立體定向性好的新反應(yīng)大量出現(xiàn)，如光化反應(yīng)、微生物反應(yīng)、模擬酶合成等。

(4)元素有機(jī)化學(xué)的發(fā)展使有機(jī)合成大放光彩。第21頁/共626頁(5)新試劑、新型催化劑，特別是固相酶新技術(shù)的應(yīng)用可使催化劑穩(wěn)定，能長期使用并能使生產(chǎn)連續(xù)化。它們通常具有使反應(yīng)速度快，條件溫和，選擇性好，合成工藝簡化等優(yōu)點。(6)合成方法的研究也是有機(jī)合成發(fā)展的一個重要方面。良好的合成路線設(shè)計能夠合理而巧妙地解決復(fù)雜的合成問題，使合成路線既具有科學(xué)性，又具有藝術(shù)性。這一點已在許多復(fù)雜分子合成中顯示了巨大的潛力和廣闊的應(yīng)用前景。第22頁/共626頁1.4有機(jī)合成的發(fā)展趨勢1.4.1有機(jī)合成今后發(fā)展的良好客觀條件和改進(jìn)方向綜上所述，明顯地可以看到，有機(jī)合成不論在天然物質(zhì)，還是非天然物質(zhì)方面，都已經(jīng)取得了十分輝煌的成就。尤其是現(xiàn)代科學(xué)的進(jìn)展，已為有機(jī)合成今后發(fā)展建立了良好的客觀條件。大致有下列幾個方面：

(1)理論方面現(xiàn)代有機(jī)合成化學(xué)已建立在堅實的理論有機(jī)化學(xué)和量子化學(xué)的基礎(chǔ)上。在深度上將對反應(yīng)的歷程和本質(zhì)作進(jìn)一步深入的研究，從而在控制反應(yīng)的方向與速度、產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與純度以及提高反應(yīng)的收率等方面取得更多的主動權(quán)。

(2)方法方面近年來，對新型有機(jī)合成方法，如生物化學(xué)法、超聲法、高壓法、輻射法等，特別是酶化學(xué)和酶模擬合成方法的研究，獲得重大的突破，從而為合成方法帶來更大的變革。第23頁/共626頁(3)測試方面近代物理測試方法，如紅外、紫外、核磁共振、色質(zhì)聯(lián)用、高效液相色譜、元素自動分析、X射線衍射等，已普遍配合應(yīng)用，有力地促進(jìn)了有機(jī)合成的迅速發(fā)展。(4)人工智能方面使用計算機(jī)來輔助合成路線設(shè)計將大大加快合成路線設(shè)計的速度。為此，人們已注意到了全面分析和總結(jié)復(fù)雜分子的合成規(guī)律與邏輯，使合成工藝變得更加嚴(yán)格而系統(tǒng)化，以此為基礎(chǔ)，編制有機(jī)合成路線的計算機(jī)輔助設(shè)計程序，逐步達(dá)到路線設(shè)計的計算機(jī)化。有機(jī)合成雖然有了很大的發(fā)展，但自然界和人類本身的發(fā)展又不斷地向合成化學(xué)家提出了新的挑戰(zhàn)。在有機(jī)合成反應(yīng)上，雖可以舉出很多高選擇性方面卓有成效的工作，但局限性仍然很多。從日益發(fā)展的精細(xì)化工品的需求來說，必然會要求更加理想的高選擇性反應(yīng)，更加溫和的反應(yīng)條件，同時又要不惡化人類生存的地球環(huán)境。第24頁/共626頁1.4.2有機(jī)合成化學(xué)與其他科學(xué)相結(jié)合的發(fā)展趨勢任何學(xué)科的發(fā)展都不是孤立的，與其他相關(guān)學(xué)科互相結(jié)合往往發(fā)展更快。有機(jī)合成也不例外，結(jié)合的方面是很多的。僅舉較明顯的與生命科學(xué)和與材料科學(xué)相結(jié)合的兩個方面為例。1．與生命科學(xué)相結(jié)合的有機(jī)合成化學(xué)與生命科學(xué)相結(jié)合有幾層不同的含義：一是有機(jī)合成要選擇生命科學(xué)中的重要物質(zhì)為合成對象；二是將生物化學(xué)方法用于有機(jī)合成；三是二者的巧妙結(jié)合產(chǎn)生一些全新的科學(xué)分支領(lǐng)域。核酸與蛋白質(zhì)化學(xué)中就有很多是合成化學(xué)。不論在蛋白質(zhì)，還是在核酸的合成中，有機(jī)合成從來就是非常重要的基礎(chǔ)。蛋白質(zhì)、多肽的合成中，關(guān)鍵的反應(yīng)就是酰胺鍵的形成或羧基的活化；其次則是眾多保護(hù)基的應(yīng)用和脫除。核酸或脫氧核酸的合成中磷?；幕罨土姿狨サ男纬梢彩莻€核心問題。第25頁/共626頁

值得介紹的是：有一種催化性的抗體，能進(jìn)行位置專一性的誘變反應(yīng)。我們已經(jīng)知道，酶是一類很重要的催化劑，尤其是它們有位置專一性的誘變作用。酶與抗體原來是有差別的。酶是選擇性地與反應(yīng)過渡態(tài)分子相結(jié)合，而抗體則是與基態(tài)分子相結(jié)合。如果抗體也能與過渡態(tài)的穩(wěn)定的類似物相結(jié)合，也就是說，抗體也能發(fā)揮酶一樣的作用。在單克隆技術(shù)發(fā)展以后，首次成功地得到了能加速酯水解的抗體，其加速作用可達(dá)103-106倍。在酰胺鍵的水解中也有催化性抗體出現(xiàn)，甚至Claisen重排反應(yīng)、雙烯加成反應(yīng)等都有催化性抗體。催化性抗體不僅像酶一樣進(jìn)行位置專一性誘變反應(yīng)，而且還能進(jìn)一步按照人們的意愿去進(jìn)行預(yù)計的專一性的催化反應(yīng)。近年來，大量的反應(yīng)(從酰胺鍵的斷裂到碳碳鍵的生成)都實現(xiàn)了抗體的催化。這種反應(yīng)選擇性好，加速快(最高可達(dá)百萬倍)。預(yù)期這方面還會有新的突破。第26頁/共626頁本章結(jié)束返回2．與材料科學(xué)相結(jié)合的有機(jī)合成化學(xué)在材料科學(xué)的新發(fā)展中，很多新材料本身都是合成的新品種，實用性能很好。對作為有機(jī)導(dǎo)體的聚乙炔一類物質(zhì)的研究受到很大的重視。近年來，還有一些新的方法用于這類化合物的合成。美國加州理工學(xué)院發(fā)展了金屬催化的卡賓中間體開環(huán)復(fù)分解聚合法。相對分子質(zhì)量可達(dá)13700，用碘摻雜后順反式產(chǎn)品都有不同的、合乎要求的導(dǎo)電率。這一化合物溶于苯、四氯化碳等，使之便于加工。利用有機(jī)鉻催化劑可聚合全氟丁炔-2，也有一定的導(dǎo)電率。有機(jī)合成化學(xué)的研究歷來是與理論有機(jī)化學(xué)的研究緊密結(jié)合的。有機(jī)合成的研究能促進(jìn)有機(jī)反應(yīng)機(jī)理中一系列理論問題的研究，有助于人們對各類各種有機(jī)反應(yīng)規(guī)律的理解與掌握。第27頁/共626頁

第二章氧化反應(yīng)2.1烯烴的氧化2.2醛、酮的氧化2.3羧酸的氧化2.4醇類的氧化2.5σ-碳原子上的氧化2.6在非活化部位的氧化返回第28頁/共626頁

氧化還原反應(yīng)是有機(jī)化學(xué)中的一類十分重要的反應(yīng)。這類反應(yīng)不僅在石油化工中能使簡單的烷，烯，炔烴轉(zhuǎn)化生成具有化學(xué)活性的醇、醛，酮，羧酸等，而且是精細(xì)有機(jī)合成中官能團(tuán)互相轉(zhuǎn)換的必不可少的反應(yīng)過程。在有機(jī)合成研究和工業(yè)生產(chǎn)中常用到氧化反應(yīng)。通過氧化反應(yīng)不但可以變換化合物的基團(tuán)以適應(yīng)各種合成上的需要，而且可將化學(xué)活性不大的化合物(如烴類)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂谢瘜W(xué)活性的物質(zhì)。例如。從乙烷氧化脫氫獲得具有活性的中間體乙烯，丙烷經(jīng)同樣的方法可得到丙烯，而從2-丁烯經(jīng)一系列的氧化及還原過程得到一系列的活性中間體和有用的試劑。氧化劑的種類很多，可以是氧氣、氯氣、過氧化氫、高價位的金屬化合物或有機(jī)過氧酸化合物等。在氧化反應(yīng)后，氧化劑本身是被還原，那么不難了解大部分的氧化劑都是親電子試劑。一般的有機(jī)化合物僅需0-0.6V電位以進(jìn)行氧化反應(yīng)。通常的無機(jī)物進(jìn)行氧化反應(yīng)的氧化還原電位約1.0V。第29頁/共626頁

以作用的類型來分，有機(jī)化合物的氧化反應(yīng)可以分為以下3種類型：

1．在官能團(tuán)的部位氧化第30頁/共626頁2．在σ-碳的部位氧化第31頁/共626頁3．在非活化部位氧化

選擇適當(dāng)?shù)难趸瘎┦呛苤匾?。雖然至今仍依賴經(jīng)驗法則選擇氧化劑，但若能從下列各種因素去探討，并加以歸納與演繹，則有助于對氧化反應(yīng)的了解和選擇：①氧化劑本身的化學(xué)性質(zhì)；②被作用化合物的性質(zhì)；③使用的溶劑與反應(yīng)條件；④氧化反應(yīng)的機(jī)理。最常見的烯烴類氧化反應(yīng)是轉(zhuǎn)變成環(huán)氧化合物，二醇或斷鍵成為兩個羰基化合物。下面按幾類不同化合物的生成，討論各種氧化劑的選擇以及反應(yīng)條件的控制等，并按氧化劑出現(xiàn)的先后，對幾類氧化劑進(jìn)行重點介紹。第32頁/共626頁

2.1烯烴的氧化2.1.1環(huán)氧化合物的生成2.1.2烯烴的二羥基化反應(yīng)2.1.3烯烴類化合物的氧化性切斷返回第33頁/共626頁2.1.1環(huán)氧化合物的生成

在工業(yè)生產(chǎn)和實驗室中，以烯烴為原料，經(jīng)氧化制備環(huán)氧化合物是重要的途徑之一。依氧化劑的不同有：有機(jī)過氧酸氧化環(huán)化，有機(jī)過氧化氫(或過氧化氫)氧化環(huán)化以及銀催化的空氣氧化環(huán)化等方法。一.用有機(jī)過氧酸氧化環(huán)化有機(jī)過氧酸是一個典型的親電性試劑，它與烯烴的環(huán)氧化反應(yīng)屬親電加成過程。在反應(yīng)中，兩個C-O鍵是同時生成的。其反應(yīng)機(jī)理如下：

RCOOOH→RCOO-+OH+(親電試劑)第34頁/共626頁1.有機(jī)過氧酸的制備

有機(jī)過氧酸,現(xiàn)巳成為一類典型的有機(jī)酸衍生物。幾乎每一種有機(jī)酸都可以轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的有機(jī)過氧酸。例如，過苯甲酸就是以相應(yīng)的苯甲酸為原料，用H2O2氧化而制得。

其次，從苯甲酰氯也可氧化制得過苯甲酸。這一制備方法可推廣到許多其他過酸的制備。例如，以乙酐為原料，可制備無水過氧乙酸。第35頁/共626頁

這一方法適宜實驗室制取過氧酸。但為了滿足大量的需要，工業(yè)生產(chǎn)一般以乙醛為原料，以鉆、錳、鐵等金屬鹽或臭氧、紫外光的催化作用下與空氣中的氧反應(yīng)而制得。

但必須注意，由于過氧酸不穩(wěn)定，一般都是需要用的時候，臨時制取，及時用掉。m-CPBA(m-C1-PhCO3H)，是一較穩(wěn)定的過氧酸，在冰箱中能夠長期保存。2.有機(jī)過氧酸的性質(zhì)酸性:有機(jī)過氧酸與酸相比，酸性較弱。從下面的兩數(shù)據(jù)即可看出。

酸PKa

酸PkaHCOOH3.7CH3COOH4.8HCOOOH7.1CH3COOOH8.2

第36頁/共626頁氫鍵：有機(jī)過氧酸隨著溶劑性質(zhì)的不同而以不同的形式存在于溶液中。如果與溶劑不形成氫鍵，則過酸可形成分子內(nèi)氫鍵。即分子內(nèi)羥基上的氫與羰基上的氧締合，成為一五員環(huán)。在形成氫鍵的液劑中,如丙酮，則過酸與溶劑形成分子間氫鍵。第37頁/共626頁

這樣，過氧酸在不同的溶劑中的反應(yīng)能力就可能不同。例如：苯甲醛氧化制備過苯甲酸時，只能在丙酮溶劑中獲得。而在不與過氧酸形成氫鍵的溶劑中,則生成的過氧酸很快與原料苯甲醛作用，而生成甲酸苯酯。

過氧酸和其它過氧化合物一樣，在高濃度時遇熱容易分解，發(fā)生爆炸。過苯二甲酸等穩(wěn)定性較好。近年來，以高聚物為栽體的過氧酸，既能起到很好的氧化效果，也能克服以上的不足之處。第38頁/共626頁3.有機(jī)過氧酸氧化環(huán)化實例一般來說，烯類都可以用過氧酸氧化得到環(huán)氧化合物?！?8-83﹪69-75﹪73﹪第39頁/共626頁

但由于該反應(yīng)過程是親電加成，這就與烯烴和過酸的自身結(jié)構(gòu)有關(guān)系。若烯烴分子中含有氨基、羥基等易被氧化的基團(tuán)存在時，結(jié)果不太好，有時甚至不能應(yīng)用此法，對于σ，β-烯酮在環(huán)氧化時常伴隨著羰基的酯化反應(yīng)，有些情況下甚至只發(fā)生酯化反應(yīng)。71％而鹵代烯烴在環(huán)氧化時發(fā)生重排，烯醇醚或烯醇酯也是這樣。第40頁/共626頁第41頁/共626頁61％49％4.用有機(jī)過氧酸氧化環(huán)化的特點

反應(yīng)物結(jié)構(gòu)對反應(yīng)速率的影響：由于過氧酸與烯烴的環(huán)氧化反應(yīng)是典型的親電加成過程，所以，反應(yīng)物分子中雙鍵碳原子上連有推電子取代基的烯烴反應(yīng)速率大于連有拉電子取代基的烯烴。而對于烷基取代多的烯烴比取代基少的烯烴反應(yīng)速率大。如下表所列數(shù)據(jù)：第42頁/共626頁

烯烴用過氧乙酸氧化的相對速度烯烴相對速度

CH2＝CH21CH2＝CH2一CH321C2H5一CH＝CH256CH3—CH＝CH—CH3450(CH3)2C＝CH—CH35600

又因為過氧酸與烯烴的加成是立體定向的反應(yīng)，所以當(dāng)環(huán)狀烯烴參與反應(yīng)時，生成環(huán)氧物的氧原子占據(jù)著軸向的位置，而在分子空間位阻的情況下，π-鍵則從具有較少阻力的方向被進(jìn)攻。若有羥基存在，由于其感應(yīng)作用，則形成與羥基在同一邊的環(huán)氧化物：例如，3-羥基環(huán)已烯的環(huán)氧化產(chǎn)物主要為順式環(huán)氧化物。而3-乙酰氧基環(huán)已烯的環(huán)氧化則得到反式環(huán)氧化物。第43頁/共626頁受羥基的影響，可能經(jīng)過的過渡態(tài)：第44頁/共626頁第45頁/共626頁

其中以烯丙基和高烯丙基(homoallyl)的影響效應(yīng)最明顯，即使對非環(huán)狀化合物也是有選擇性的反應(yīng)：

過氧酸的氧化能力與對應(yīng)酸的強(qiáng)度成正比，即其氧化能力順序如下：

溶劑對反應(yīng)速率的影響：除醋酸外，極性溶劑參與的反應(yīng)要比非極性溶劑參與的反應(yīng)速率慢。第46頁/共626頁

有些烯烴用過氧酸環(huán)氧化結(jié)果不太好，但用過氧化氧或有機(jī)過氧化氫氧化，具有一定的選擇性。如以上提到的σ,β-不飽和酮中的烯烴環(huán)氧化，若用過氧化氫氧化，則得到比較好的結(jié)果。二.用過氧化氫和有機(jī)過氧化氫的氧化環(huán)化70-72％73％第47頁/共626頁

上述反應(yīng)被認(rèn)為是通過過氧化氫負(fù)離子在不飽和酮的β-碳原子上親核加成，然后通過分子內(nèi)的對羥基離子的取代進(jìn)行的。（親核）第48頁/共626頁

使用類似的反應(yīng)條件，還可以使σ、β-不飽和的硝基化合物，σ、β-不飽和砜及瞵酸乙烯脂環(huán)氧化。而σ-氰基烯烴在這樣的條件下，與雙鍵環(huán)氧化的同時，氰基水解生成酰胺。67％61％23％第49頁/共626頁

堿性H2O2和過酸的環(huán)氧化反應(yīng)的差別，在于前者不是立體專一的（即反應(yīng)物和產(chǎn)物的立體化學(xué)彼此沒有肯定的關(guān)系），而是立體選擇的（即只生成一個立體異構(gòu)的產(chǎn)物，并與反應(yīng)物的立體化學(xué)沒有肯定的關(guān)系）。第50頁/共626頁

使用叔丁基過氧化氫時，需用Ti(Ⅳ)，V(V)，W(Ⅵ)或Mo(Ⅵ)等作為催化劑，先形成類似的金屬過氧酸：常用的催化劑如:Ti(OPr-i)4，VO(AcAc)2和Mo(CO)6。

另外，烯烴還可在金屬銀催化下空氣氧化海備環(huán)氧化合物。雖然需要貴重的金屬銀，但由于它的催化選擇性好，目前工業(yè)上仍繼續(xù)延用。如乙烯氧化制環(huán)氧乙烷，工業(yè)方法仍是用銀作催化劑。第51頁/共626頁三.環(huán)氧化合物在有機(jī)合成中的用途1.環(huán)氧化物的開環(huán)反應(yīng)親核性開環(huán)發(fā)生在酸性或堿性水介質(zhì)中，環(huán)氧物被打開成具有立體專一性的反式鄰二醇，這是反式加成的過程。第52頁/共626頁堿催化開環(huán)時，親核試劑一般涉及取代基較少的碳，如：53％100％63％第53頁/共626頁b.酸性開環(huán)時，親核試劑一般涉及取代基較多的碳，如：76％2.環(huán)氧化合物可經(jīng)氫化鋰鋁(LiAlH4)還原得到相應(yīng)的醇；99％第54頁/共626頁3.環(huán)氧化合物與Lewis酸如BF3作用得到羰基化合物；100％75％第55頁/共626頁4.環(huán)氧化合物與二甲亞砜（DMSO）作用可制得α-羥基酮。第56頁/共626頁2.1.2烯烴的二羥基化反應(yīng)1．形成反式二醇類通常將烯類環(huán)氧化后產(chǎn)物以酸水解即得反式二醇類：2．形成順式二醇類使用不同的氧化劑，也可形成順式二醇類。一般使用的氧化劑有：①高錳酸鉀；②四氧化鋨OsO4；③碘及濕AgOAc。

(1)以KMnO4為氧化劑時，條件控制十分重要，否則形成的二醇類會進(jìn)一步氧化裂解：第57頁/共626頁其反應(yīng)機(jī)理如下：第58頁/共626頁

從上機(jī)理可看出,環(huán)狀的錳酸酯被OH-離子的開環(huán)反應(yīng)和被MnO4-進(jìn)一步氧化之間進(jìn)行競爭，產(chǎn)物的分配明顯受到溶液的pH值的影響。結(jié)果是：依溶液pH值的不同，可得到順式二醇或σ-羥基酮。如：38％54-66％40％反應(yīng)的酸堿度也會影響產(chǎn)物：第59頁/共626頁

若有機(jī)化合物不溶于水時，常加入相轉(zhuǎn)移劑，如季銨鹽等，使反應(yīng)在有機(jī)溶劑中進(jìn)行：7％50％第60頁/共626頁(2)用四氧化鋨(OsO4)為氧化劑，這是將烯烴氧化為順-二羥基化最可靠的方法。它比高錳酸鉀有更好的選擇性。四氧化鋨與雙鍵反應(yīng)形成環(huán)狀鋨酸酯，經(jīng)水解得鄰二醇。是較好的制備鄰二醇的試劑。第61頁/共626頁70％90％第62頁/共626頁

反應(yīng)都是遵循空間效應(yīng)，從阻礙小的一面作用。又因為OsO4系親電子性，所以反應(yīng)不在氫較少的雙鍵發(fā)生：第63頁/共626頁

四氧化鋨價格昂貴，因此應(yīng)用上受到限制。克服這一缺點的辦法是使用催化量四氧化鋨，并加入氧化劑令其再生。氧化劑可用高氯酸鹽或氮氧化物等。常用叔胺氧化物是：N-甲基嗎啉-N-氧化物,簡稱NMO,為白色片狀結(jié)晶。此化合物制備方法比較容易，也易保存，反應(yīng)如下：第64頁/共626頁(3)以碘和濕的醋酸銀為氧化劑，用這種方法可以獲得空間位阻較大一面的順式—鄰二醇：其反應(yīng)機(jī)理如下：第65頁/共626頁第66頁/共626頁2.1.3烯烴類化合物的氧化性切斷1.高碘酸HIO4和四醋酸鉛Pb(OAc)4氧化鄰位二醇可進(jìn)一步氧化斷裂碳-碳鍵。常用的氧化劑是四醋酸鉛和高碘酸。氧化機(jī)制是雙電子過程。使六價鉛變成四價鉛，七價碘變成五價碘。例如：第67頁/共626頁

用過碘酸氧化糖類化合物中的鄰二醇，以測定其結(jié)構(gòu)，曾是一個十分有用的反應(yīng)。cis-二醇較trans-二醇易于氧化。(環(huán)已烷1，2-二醇的氧化中，cis-二醇比trans-二醇快25倍。)非環(huán)狀trans—二醇則以下述機(jī)制進(jìn)行：α-氨基醇、α-酮醇以及α-二羰基化合物均可被高碘酸氧化。第68頁/共626頁2.使用KMn04-Nal04混合氧化劑利用KMnO4將烯烴類轉(zhuǎn)變成二醇類，再用Nal04將醇類氧化物切斷，并進(jìn)一步氧化成為羧酸。由于KMnO4作用后產(chǎn)生的MnO2可以被NaIO4氧化回到KMnO4

，故只需使用催化劑量的KMnO4。

若改用OsO4-NaIO4為混合氧化劑(OsO4為催化劑量)，則可以得到醛類。第69頁/共626頁3.臭氧的氧化當(dāng)含有臭氧(O3，6-8％)的氧氣和烯烴作用時，臭氧很快地被烯烴吸收，生成臭氧化物(Ozonide)：

臭氧化物是一類不穩(wěn)定的化合物，容易發(fā)生爆炸。因此，通常都不把它分離出來而直接在溶液里使它進(jìn)行下一步反應(yīng)，或加水分解。第70頁/共626頁臭氧化物水解后的產(chǎn)物是醛、酮和過氧化氫。

為了避免生成的醛再被過氧化氫氧化，所以通常在臭氧化物水解時還加一個還原劑，如二甲硫醚、鋅粉或三苯基膦。例如：第71頁/共626頁

如果同時加入過氧化氫，雙鍵臭氧化則轉(zhuǎn)化成酸類化合物。例如：第72頁/共626頁4.高錳酸鉀和鉻酸氧化十分穩(wěn)定的烯烴，即沒有其它敏感基團(tuán)的烯烴，也可用高錳酸鉀進(jìn)行氧化。鉻酸也能完成碳-碳雙鍵的氧化反應(yīng)。例如：第73頁/共626頁2.2醛、酮的氧化2.2.1醛類氧化成羧酸2.2.2甲基酮被次鹵酸氧化2.2.3酮被氧化成酯或內(nèi)酯2.2.4Beckmann重排反應(yīng)2.2.5用過渡金屬氧化物氧化第74頁/共626頁2.2.1醛類氧化成羧酸

通常使用氧化銀(Ag20，以AgNO3在堿中制備)。若是σ，β-不飽和醛，可以用MnO2，在甲醇和氰氫酸作催化劑的條件下，直接氧化成甲酯：此反應(yīng)首先將醛轉(zhuǎn)變成為氰醇，然后二氧化錳將氰醇氧化成為酸與氰鹽，最后酸被甲醇轉(zhuǎn)變成為甲酯。第75頁/共626頁2.2.2甲基酮被次鹵酸氧化

通常酮類不會被氧化成羧酸，但甲基酮類可被次鹵酸氧化成降解一個碳的羧酸。同時，甲基被氧化成為鹵仿，此反應(yīng)稱為鹵仿反應(yīng)：第76頁/共626頁2.2.3酮被氧化成酯或內(nèi)酯

將酮類氧化成酯類或內(nèi)酯是有用的合成反應(yīng)，稱做Baeyer—Villiger反應(yīng)，常以過氧酸為氧化劑：第77頁/共626頁

在對稱酮的氧化中，產(chǎn)物比較單一?；旌贤难趸磻?yīng)中，需兩個羰基相連基團(tuán)相差比較懸殊才好。由于是向正性氧上面的遷移，取代較多的烴基容易重排。遷移基團(tuán)中有手性原子時，構(gòu)型保持，這說明重排是與過氧鍵斷裂協(xié)同發(fā)生的。故BaeyeVilliger反應(yīng)氧化的產(chǎn)物是可預(yù)期其立體結(jié)構(gòu)的。一般說來，在這類反應(yīng)中轉(zhuǎn)移次序是取決于遷移基團(tuán)的親核性，大致的次序是：

叔烷基>(環(huán)己基、S—烷基、芐基、苯基)>伯烷基>甲基，凡芳香基上含有供電子基的基團(tuán)容易遷移。例如:第78頁/共626頁第79頁/共626頁第80頁/共626頁用過氧硫酸H2SO5也可進(jìn)行此反應(yīng)。90％第81頁/共626頁2.2.4Beckmann重排反應(yīng)

利用羥胺(NH2OH)可將醛酮氧化成E式肟。由于空間位阻的結(jié)果，不易形成Z式異構(gòu)體：

在上述重排中有兩個現(xiàn)象。首先遷移基團(tuán)是肟分子中與氮原子上羥基處于反式的烴基發(fā)生遷移。另外，如果這個遷移基團(tuán)具有手性時，則其構(gòu)型在遷移中維持不變。這說明BecKmann重排反應(yīng)中也是協(xié)同進(jìn)行的。第82頁/共626頁

將羥基活化成TsO的離去基，經(jīng)Beckmann重排則產(chǎn)生內(nèi)酰胺?？梢鹬嘏诺脑噭┦謴V泛。例如硫酸、鹽酸、聚磷酸、五氯化磷、氧氯化磷以及磺酰氯等均可。它在用來制備酰胺時常需在兩個烴基對稱，或遷移能力相差懸殊才有實用價值。第83頁/共626頁2.2.5用過渡金屬氧化物氧化

由于Cr(Ⅵ)化合物氧化能力較強(qiáng)，會發(fā)生C--C斷鍵：第84頁/共626頁2.3羧酸的氧化

羧酸類極不容易被氧化，但與過氧化氫(H2O2)作用產(chǎn)生過氧酸。若是鄰二羧酸類，則可以在四乙酸鉛Pb(OAc)4作用下，發(fā)生氧化性脫羧反應(yīng)：第85頁/共626頁

羧酸與四醋酸鉛和碘作用形成酰基次碘酸，這個化合物很易發(fā)生均裂反應(yīng)。最后生成碘化物和二氧化碳。例如：

羧酸鹽和銀鹽交換形成的羧酸銀鹽在四氯化碳溶液中與溴回流加熱，則脫去羧基形成少一個碳原子的鹵化物。反應(yīng)也是自由基反應(yīng)，經(jīng)過?；嘻u酸中間體，即羧酸與次鹵酸的酸酐，加熱脫去羧基。例如：第86頁/共626頁

羧酸銀鹽的脫羧反應(yīng)通常用于脂肪鹵化物的制備，稱Hansdiecker反應(yīng)。例如：第87頁/共626頁2.4醇類的氧化2.4.1鉻[Cr(Ⅵ)]的氧化物2.4.2碳酸銀2.4.3錳化合物的應(yīng)用2.4.4有機(jī)氧化劑2.4.5酚類的氧化返回第88頁/共626頁2.4.1鉻[Cr(Ⅵ)]的氧化物

一級醇氧化得醛，然后繼續(xù)氧化得羧酸；第二級醇氧化得酮；三級醇是耐氧化的，除非條件極為激烈時，才發(fā)生碳碳鍵的斷裂。通常在基礎(chǔ)有機(jī)課上，較少講氧化反應(yīng)的選擇性，使用的試劑一般都是熱的高錳酸鉀或熱的鉻酸。在這里我們按氧化劑的不同種類分別討論。把醇選擇性地氧化成羰基化合物的各種方法。

這是最常用的氧化劑，它的氧化機(jī)理如下：

存在形式：CrO3+OH-，HCrO4-，Cr2O72-+H2O

鉻(Ⅵ)與醇的反應(yīng)：

R2CHOH+HCrO4-+H+→R2C＝O+HCrO3-+H+

碳的氧化數(shù)由0增加到+2；鉻的氧化數(shù)由+6減小到+4。第89頁/共626頁

鉻(Ⅵ)氧化劑的種類繁多：酸性試劑：(1)鉻酸(H2CrO4)、氧化鉻(CrO3)(2)JOne’s試劑(H2CrO4-H2SO4-Me2CO)微堿性試劑：(3)Sarett試劑(CrO3／吡啶)(4)Co11ins試劑(CrO3-2吡啶／CH2Cl2)微酸性試劑:(5)PCC試劑(CrO3-Py-HCl/CH2Cl2

，鉻酸吡啶)中性試劑:(6)PDC試劑(H2Cr2O7-2Py，重鉻酸吡啶)

其中，Sarett試劑、Collins試劑、PCC和PDC試劑是溫和的氧化劑，可使一級醇氧化成為醛類，而不再進(jìn)一步被氧化成羧酸。醇與重鉻酸在無水溶劑中，或與鉻酐反應(yīng)時，均經(jīng)中間體鉻酸酯。例如：第90頁/共626頁

鉻酸酯分解，六價鉻形成四價鉻，醇轉(zhuǎn)化為醛或酮。(1)當(dāng)化合物在酸性條件下穩(wěn)定時，可用Jone’s試劑：第91頁/共626頁(2)使用微堿性Collins試劑，避免雙鍵轉(zhuǎn)移成共軛雙烯，也可避免進(jìn)一步氧化成羧酸：第92頁/共626頁(3)有時候，溶劑的影響很大，例如使用中性的PDC試劑(H2Cr2O7-2Py)，在極性溶劑，如二甲基甲酰胺(DMF)中，醇可生成羧酸。一般說來，在極性溶劑中反應(yīng)較激烈，而使用非極性溶劑，如正己烷，反應(yīng)溫和，但可能發(fā)生不溶解的現(xiàn)象：第93頁/共626頁(4)PCC常用來將一級醇(如下列反應(yīng)中的醇)氧化成醛類，不會破壞四氫吡喃的部分。此時，烯丙醇則氧化成σ，β-不飽和醛(酮)，反應(yīng)對烯不起作用。45％第94頁/共626頁85％83％第95頁/共626頁2.4.2碳酸銀

另一個氧化伯，仲醇為醛，酮的試劑是附積在一類硅藻土上的Ag2CO3

。該氧化反應(yīng)條件溫和，反應(yīng)干凈利索，付反應(yīng)少，產(chǎn)率高，后處理簡單等優(yōu)點，有些還可以進(jìn)行選擇性氧化。第96頁/共626頁

在苯溶劑中，也可將一級醇氧化成醛。在下列反應(yīng)中不影響環(huán)丙烷(對酸不穩(wěn)定)：第97頁/共626頁

對于某些二醇來說，由于它們的結(jié)構(gòu)特點，1.4-丁二醇，1.5-戊二醇，1.6-己二醇等，用Ag2CO3氧化得到γ-，δ-和ε-內(nèi)酯。如：95％第98頁/共626頁

對于乙二醇，環(huán)己二醇反應(yīng)得到σ-羥基酮或σ-羥基醛。如：而1.3-丁二醇則形成4-羥基-2-丁酮。45％第99頁/共626頁2.4.3錳化合物的應(yīng)用

高錳酸鉀由于氧化能力強(qiáng)很少用于醇的氧化，常用活性二氧化錳(MnO2)。它是一種緩和的氧化劑，但需活化，即利用高錳酸鉀(Ⅶ)與硫酸錳(Ⅱ)在堿溶液中新制備出來的二氧化錳(Ⅳ)。反應(yīng)中錳由+4價還原到+2價。反應(yīng)對烯不起作用，可用于烯丙醇等有活性基團(tuán)的醇類化合物氧化。94％第100頁/共626頁2.4.4有機(jī)氧化劑

常用的有機(jī)氧化劑有下列幾種：

1.Moffatt氧化反應(yīng)和Swern氧化反應(yīng)由二甲基亞砜與另一個親電性試劑反應(yīng)可形成多種復(fù)合氧化劑?？商峁┯H電試劑的化合物有三氟醋酐、二環(huán)已基碳二亞胺(DCC)、草酰氯及三氧化硫等。適用于有對酸敏感基團(tuán)的醇類的氧化，反應(yīng)條件比較溫合，可將一級醇氧化成醛：第101頁/共626頁第102頁/共626頁第103頁/共626頁

草酰氯與DMSO作氧化劑的反應(yīng)尤其常用，稱Swern氧化。例如：第104頁/共626頁2.Oppenauer氧化反應(yīng)此類反應(yīng)系以酮類(如丙酮、環(huán)己酮)為氧化劑，以三異丙基氧化鋁為催化劑，可將醇類氧化成醛酮，而氧化劑酮則被還原為醇(如丙酮在反應(yīng)后生成異丙醇)，如:

這是一個酮與一個醇的互相交叉氧化還原反應(yīng)，所以反應(yīng)的進(jìn)行方向由所加酮(氧化劑)或醇(還原劑)的用量而定。氧化劑酮過量則反應(yīng)向右進(jìn)行。第105頁/共626頁Oppenauer氧化反應(yīng)的機(jī)理如下：

從這里可以看出三異丙基氧鋁的催化作用，進(jìn)行的是氫負(fù)離子的轉(zhuǎn)移，而不是產(chǎn)生低價的一價鋁。

這個反應(yīng)只氧化仲醇，不能氧化伯醇。對于其它易被氧化的基團(tuán)也極少受干擾。一般，烯丙醇、芐醇的活性比一級醇、二級醇的活性高，更容易被氧化。第106頁/共626頁第107頁/共626頁3.Pb(OAc)4氧化反應(yīng)

Pb(OAc)4在C6H6,CHCl3等中回流，對伯、仲醇氧化生成醛、酮也是一種良好試劑。而以吡啶為溶劑，室溫下對下列化合物的氧化，能得到較好的產(chǎn)率。89％第108頁/共626頁2.4.5酚類的氧化酚類極容易被氧化，通常的氧化劑足以破壞酚類化合物。選擇性地將酚類轉(zhuǎn)變成二氫醌，可用過硫酸鉀(K2S2O8)；而將酚類轉(zhuǎn)變成醌則可用ON(SO3K)2(Fremy’ssalt)：第109頁/共626頁2.5σ-碳原子上的氧化2.5.1使用二氧化硒2.5.2使用N-溴代丁二酰亞胺(NBS)2.5.3以鉻酸類為氧化劑2.5.4以KMnO4為氧化劑2.5.5用強(qiáng)堿脫去σ-氫2.5.6用O2氧化第110頁/共626頁2.5.1使用二氧化硒

使用二氧化硒(SeO2)，可將烯類氧化成烯丙醇或σ，β-不飽和醛，前者僅只需0.5mol，而后者需1.Omol的SeO2

。反應(yīng)的位置選擇有時并不理想：第111頁/共626頁

反應(yīng)機(jī)制是二氧化硒向烯烴進(jìn)行親電加成反應(yīng)，脫去σ-位碳原子上的氫，形成相鄰烯烴的硒酸。繼續(xù)進(jìn)行分子內(nèi)重排成為亞硒酸酯，經(jīng)水解生成烯丙醇。如果進(jìn)一步氧化，形成σ，β-不飽和羰基化合物。

二氧化硒氧化三取代烯烴時，與碳-碳雙鍵中取代較多碳原子相連的烴基上的σ-碳-氫鍵被氧化。這種選擇性與上述二氧化硒親電加成的機(jī)制有關(guān)。第112頁/共626頁

碳-碳雙鍵烯丙位碳?xì)滏I還可經(jīng)芳基硒化物氧化。氧化時首先在碳-碳雙鍵上加成，加成產(chǎn)物進(jìn)一步被氧化為硒氧化物。經(jīng)Syn-消除而形成移位烯烴。反應(yīng)的結(jié)果使原有碳-碳雙鍵上引入含氧基團(tuán)。例如：第113頁/共626頁高價硒化物也能將芳環(huán)上甲基側(cè)鍵氧化控制在醛的階段。例如：第114頁/共626頁

使用二氧化硒也可將酮類化合物的σ-氫氧化成羰基，它是制備σ-二酮的方法。其氧化機(jī)制也是通過烯醇式進(jìn)行的。例如：第115頁/共626頁2.5.2使用N-溴代丁二酰亞胺(NBS)

在無水條件下，光照或采用其他自由基反應(yīng)，將烯類氧化成烯丙基溴化物或?qū)⑷〈窖趸善S溴化合物，有時反應(yīng)的位置選擇也是不理想：第116頁/共626頁

反應(yīng)若在水溶液中進(jìn)行，則先以溴陽離子Br+與雙鍵作用，結(jié)果產(chǎn)生溴醇：第117頁/共626頁2.5.3以鉻酸類為氧化劑

如K2CrO4，CrO3·吡啶和CrO2(O-Bu-t)2等，可選擇性的將烯丙位碳?xì)滏I氧化成羰基：第118頁/共626頁

鉻酐／吡啶在二氯甲烷中也可將烯丙位碳?xì)滏I氧化成羰基。實驗證明這種氧化為自由基反應(yīng)。反應(yīng)時，也有用3，5-二甲基吡啶代替吡啶的。例如：第119頁/共626頁65-66％

另外一種易于被氧化的碳?xì)滏I就是芳環(huán)上的甲基，或芐基碳?xì)滏I。鉻酐-醋酐混合物可因生成雙醋酸酯，而停止在氧化成醛的階段。例如：

鉻酰氯（CrO2Cl2）又名艾托試劑，在CS2,CCl4以及CH2Cl2溶液中與芳環(huán)側(cè)鏈甲基作用，生成復(fù)合物沉淀。在NaHCO3,FeSO4,Zn+H2O等體系中水解，避免生成的醛進(jìn)一步被氧化得醛。第120頁/共626頁

控制CrO2Cl2的摩爾比，可使同一分子中的兩個甲基只氧化一個而保留另一個。若分子中同時存在-NO2,-OCH3基時，氧化不受影響。90％第121頁/共626頁2.5.4以KMnO4為氧化劑在高錳酸鉀溶液中芳環(huán)上的甲基，或芐基碳?xì)滏I可氧化。如：第122頁/共626頁2.5.5用強(qiáng)堿脫去σ-氫

使用強(qiáng)堿將羰基化合物的σ-氫脫去，再加入適當(dāng)?shù)难趸瘎瑒t可得到σ-X取代產(chǎn)物(X＝OOH，OH，Br，SR，SeR等):σ-X取代的羰(羥)基化合物，進(jìn)一步進(jìn)行脫去反應(yīng)產(chǎn)生雙鍵，而獲得σ，β-不飽和羰(羥)基化合物。其中脫鹵化氫HBr是經(jīng)由反式消去，而脫亞硒酸PhSeOH是經(jīng)由同側(cè)脫去。因此，產(chǎn)生的雙鍵的位置與化合物的立體結(jié)構(gòu)相關(guān)：第123頁/共626頁第124頁/共626頁第125頁/共626頁2.5.6用O2氧化

另外一種用單線態(tài)氧的氧化。單線態(tài)氧的產(chǎn)生方法如下：

PS(光敏試劑)+hv→1[PS]*→3[PS]*

烯丙位上的碳?xì)滏I有一定的活潑性,能夠被氧化。在有自由基引發(fā)劑存在時，可形成烯丙基自由基，與氧作用產(chǎn)生烯丙基過氧化物，水解后得醇，此類型反應(yīng)在基本有機(jī)合成工業(yè)中很重要，可將烯烴轉(zhuǎn)化為有用的含氧化合物。例如：第126頁/共626頁

如有O2(普通的氧分子，三線態(tài))存在，則

3O2+3[PS]*→1O2+PS也可由下列反應(yīng)生成：

H2O2+-OCl→1O2+H2O+Cl-單線態(tài)氧對于共軛雙烯則進(jìn)行類似Diels—Alder的反應(yīng)，產(chǎn)生的內(nèi)過氧化物經(jīng)還原可得二醇類，經(jīng)堿處理可得羥酮類：第127頁/共626頁2.6在非活化部位的氧化2.6.1微生物法2.6.2HLF反應(yīng)2.6.3吡啶的σ-甲基的氧化第128頁/共626頁2.6.1微生物法

利用其特定的酶，使化合物在特定的部位氧化，一般是在水溶液或適當(dāng)?shù)奈⑸锷L的介質(zhì)中進(jìn)行：第129頁/共626頁2.6.2HLF反應(yīng)(Hofmann-Loeffler-Freytagreaction)

以Cl一NH2為氧化劑，在光照下進(jìn)行自由基反應(yīng)，在γ-位進(jìn)行氧化：第130頁/共626頁2.6.3吡啶的σ-甲基的氧化

下面的反應(yīng)是將甲基氧化成乙酰氧基，先經(jīng)由氮氧化合物，其最后的步驟也是通過六元環(huán)的反應(yīng)機(jī)理，發(fā)生乙酸根的轉(zhuǎn)移：本章結(jié)束第131頁/共626頁習(xí)題一完成下列反應(yīng)：第132頁/共626頁第133頁/共626頁第134頁/共626頁第135頁/共626頁第136頁/共626頁第137頁/共626頁第138頁/共626頁習(xí)題一解答第139頁/共626頁第140頁/共626頁第141頁/共626頁第142頁/共626頁第三章還原反應(yīng)3.1不飽和烴的還原3.2氫解反應(yīng)3.3羰基化合物的還原3.4羧酸及其衍生物的還原3.5含氮化合物的還原返回第143頁/共626頁

一般說來，大多數(shù)有機(jī)化合物的不飽和官能團(tuán)都能還原。但對于每一種官能團(tuán)來說，都有一種或幾種最適宜的還劑和還原方法。而還原劑的選擇要依賴于試劑本身的選擇性以及對所需化合物結(jié)構(gòu)的立體化學(xué)的要求。其次，反應(yīng)條件(溫度、壓力，溶劑、催化劑等，)也是不可忽視的影響因素。

I．還原方式有機(jī)化合物還原反應(yīng)的過程主要表現(xiàn)為分子中失氧加氫或電子加成等形式，所以，其還原方式大體歸納為以下幾種形式：

1.電子加成以金屬鈉在乙醇的液氨溶液中對苯甲醚的還原為例：第144頁/共626頁

從上式可以看出，不飽和化合物不斷地從金屬鈉中得到電子形成碳負(fù)中心，然后從質(zhì)子性溶劑中逐步獲得質(zhì)子來達(dá)到還原的目的。第145頁/共626頁2.氫離子轉(zhuǎn)移以羰基被氫比鋰鋁還原為例：反應(yīng)過程是，LiAlH4中的氫離子向不飽和基團(tuán)轉(zhuǎn)移，形成中間態(tài)烷氧基氫化鋁，最后水解生成醇。第146頁/共626頁3.分子氫的催化加成以烯烴為原料，金屬如Ni、Pt等作催化劑的分子氫加成反應(yīng)為例，并簡要表明催化加氫過程：a.吸附b.吸附層相互作用c.脫附第147頁/共626頁Ⅱ.還原劑和還原方法依據(jù)上述的還原方式，凡是可提供電子和質(zhì)子的分子、基團(tuán)、以及化合物等都可以作為還原劑。用作有機(jī)化合物的還原劑和還原方法很多，大體歸納為以下幾類。

1.催化氫化催化氫化是指催化劑如Pt、Rh、Pd、Ni金屬存在下的分子氫與不飽和官能團(tuán)的加成。

2.用電子轉(zhuǎn)移試劑的還原這種還原常稱溶解金屬還原方法。是指在，Na，F(xiàn)釓Z等金屬作電子源，在質(zhì)子性溶劑(水、醇等)中的還原方法。這種方法用得最多的是羰基、硝基、酯基的還原以及芳核的氫化。

3.氫轉(zhuǎn)移試劑的還原這一類還原主要指金屬氫化物L(fēng)iAlH4、NaBH4

，LiBH4，B2H6及其衍生物所引起的還原。它們對醛、酮、羧酸及其衍生物以及烯烴的還原極為重要。第148頁/共626頁4.用含硫化合物的還原這類還原主要指Na2S，Na2Sx、Na2S2O4等作還征劑，對硝基化合物等的選擇性還原。另外，在電場或光作用下的電化學(xué)還原和光化學(xué)還原等。在本節(jié)雖不作具體介紹，但它們是有發(fā)展前途的具有一定選擇性還原方法。在這一節(jié)里，主要以幾類不飽和化合物的還原為例，依每類合物分子結(jié)構(gòu)特點，介紹幾種適宜的還原劑和還原方法，并按重要的還原試劑出現(xiàn)的先后，分別介紹其簡單的制備方法、性質(zhì)及其在還原反應(yīng)中的特點和應(yīng)用范圍;簡要討論其各種因素對反應(yīng)的影響。第149頁/共626頁返回一.烯烴的還原二.炔烴的還原三.芳烴的還原3.1不飽和烴的還原第150頁/共626頁一：烯烴的還原

1.用催化氫化法還原

a.催化劑的制備及特點：催化氫化法所用的催化劑是具有較高活性的金屬，如雷尼鎳，載于活性炭上的Pt、Pd，載于氧化鋁上的銠（Rh）及釕(Ru)，載于硫酸鋇上的鈀以及金屬載于高分子材料上的試劑等。對于這些試劑的制備參見王葆仁著“有機(jī)合成反應(yīng)”一書。催化氫化能對許多不飽和官能團(tuán)如-C=C-、-C≡C-、-NO2、-COCl等起還原作用。但這些基團(tuán)對催化氫化的活性具有一定的差異性。下面列出部分不飽和官能團(tuán)對催化加氫的近似活性次序，功能基的活性次序只能作一般參考。因為隨著反應(yīng)條件（溫度、壓力、溶劑和催化劑用量等）的改變，功能團(tuán)分子中的不同位置或受其它基團(tuán)的影響，都會使表中所列的次序顛倒，特別是排列次序相近的功能團(tuán)基更是如此。利用這些差異性可進(jìn)行選擇性的催化氫化。

第151頁/共626頁第152頁/共626頁b.反應(yīng)特點及實例

由于催化氫化過程是分子氫，烯雙鍵對催化劑表面的吸附和相互作用而生成的加成物，所以，在一般情況下，產(chǎn)物為順式結(jié)構(gòu)。特別是對簡單烯烴更加明顯。例如，1，2-二甲基環(huán)己烯，催化加氫產(chǎn)物為(順)1，2-二甲基環(huán)己烷。

當(dāng)烯雙鍵碳原子上取代基多或取代基較大時，其對催化劑表面的吸附受到阻礙。這時，就要選擇活性較高的催化劑，或適當(dāng)提高反應(yīng)溫度和壓力等。對于同一分子中，以阻礙較小的烯雙鍵優(yōu)先反應(yīng)。例如:第153頁/共626頁第154頁/共626頁若選用較高活性的氧化鉑，第二反應(yīng)同樣可以進(jìn)行。第155頁/共626頁第156頁/共626頁

不飽和羰基或芳基化合物的催化氫化，選擇適當(dāng)?shù)拇呋瘎?，并控制一定的反?yīng)條件，能選擇還原烯雙鍵，而羰基或芳基不受影響。

但對于醛羰基，硝基，氰基存在的烯烴還原，由于它們對催化氫化的活性相差不大，而難以達(dá)到選擇性還原。例如:于是，就必須尋求更好的催化劑來達(dá)到選擇還原的目的。第157頁/共626頁c.催化劑的改進(jìn)

在大量的實踐過程中，人們發(fā)現(xiàn)三苯基磷氯化銠[(Ph3P)3RhCl]具有選擇還原的能力。三苯基磷氯化銠容易利用氯化銠與過量的三苯基磷在沸騰乙醇中作用而制得。

這個試劑對于非偶合的烯、炔不飽和鍵在常溫苯溶液中可被氫化，分子中同時存在的-C＝O、-NO2、-N=N-等基團(tuán)，在反應(yīng)時不受影響，單取代和雙取代烯烴比三取代和四取代烯烴氫化容易。第158頁/共626頁第159頁/共626頁

同時，這一摧化劑與其他摧化氫化試劑一樣，產(chǎn)物為順式加成物。第160頁/共626頁d．影響催化氫化

人們在不斷的實踐過程中，根據(jù)合成目標(biāo)化合物需要選擇何種催化劑，總結(jié)了一些規(guī)律；并對影響反應(yīng)的其它條件如溫度、壓力、溶劑等也找出了一些適宜的使用范圍。溫度：溫度對氫化反應(yīng)速率影響很大，長期的實踐總結(jié)，對每類催化劑與某類不飽和化各物的催化劑加氫有一定的使用范圍。如，使用Pd作催化劑，烯烴氫化可在常溫常壓下進(jìn)行，而酚則要在150~200℃，壓力100大氣壓下才有作用；若使用Cu、Cr催化劑時，氫化通常在150~200℃之間，而壓力要在130大氣壓以上才能發(fā)生。研究進(jìn)一步表明，溫度升高，反應(yīng)速度增大，大約每升高10~20℃，速度增加一倍。但是，溫度升高，對催化劑的選擇性就大大下降。例如，4-苯基代丁二烯基乙酮的氫化，其他條件相同，由于溫度的改變，就得到不同的反應(yīng)產(chǎn)物。第161頁/共626頁第162頁/共626頁壓力：催化氫化一般是在壓力下進(jìn)行的，若以鉑、鈀，銠和高活性的雷尼鎳為催化劑，在1-4大氣壓和較溫和的溫度下進(jìn)行的氫化反應(yīng)稱低壓氫化。它適用于碳碳雙謎、叁鍵的加氫和硝基、羥基的還原。若是以一般活性的雷尼鎳，次鉻酸銅等為催化劑，在100～300大氣壓和較高溫度下進(jìn)行的反應(yīng)稱高壓氫化。一般用于苯環(huán)，雜環(huán)的加氫和羧酸等的還原。通常，壓力與溫度一樣，壓力增高，反應(yīng)速度增快，而催化劑的選擇性下降。實際中，可通過先加入惰性氣體如N2，使達(dá)到反應(yīng)壓力，然后再通氫氣進(jìn)行反應(yīng)。溶劑：大多數(shù)的催化氫化反應(yīng)是在溶劑中進(jìn)行的，溶劑不僅起溶解分散作用，以幫助減輕和較好地控制放熱反應(yīng)，更重要的是，溶劑對氫化反應(yīng)速度和選擇性具有一定的影響。低壓催化氫化常用乙酸乙酯、乙醇、水、醋酸等作溶劑。并且，溶劑的酸堿性對催化劑系統(tǒng)具有明顯的影響。一般說來，堿性介質(zhì)對Ni是促進(jìn)劑，而對Pt，Rh則是抑制劑，甚至是致毒劑。酸性介質(zhì)對Pt是促進(jìn)劑，而對Ni，Ru則是抑制劑。第163頁/共626頁第164頁/共626頁催比劑用量：催化劑用量對催化氫化是一個十分重要的因素，它明顯影響反應(yīng)速度。當(dāng)其他條件一定時，催化劑增加一倍，反應(yīng)速度增加5～10倍。使用大比例的催化劑，可使反應(yīng)在較低溫度和壓力下進(jìn)行，避免劇烈條件下產(chǎn)生的付反應(yīng)。選定合適的催化劑用量，要根據(jù)被氫化物的性質(zhì)、反應(yīng)條件和催化劑種類等多種因素決定，不是固定不變的。要依靠實際摸索得到。下表列舉了部分催化劑的用量范圍：表常用催化劑用量催化劑用量(w％)催化劑用量(w％)Cu-CrO10～20RuO21～2附載的Pt，Pd，Ph10附載的Ru10～25PtO21～2Co10～20R-Ni10～20第165頁/共626頁2.用B2H6還原

硼烷(borane)是由硼氫化鈉與三氟化硼制備，以二硼烷B2H6(diborane)的形式存在：

硼烷和二硼烷具有Lewis酸的特性，因此反應(yīng)性與NaBH4或LiAlH4不同。下表顯示硼烷的反應(yīng)性，它容易與羧酸及烯烴反應(yīng)，卻不與酰鹵、鹵代烷、砜或硝基化合物等作用。第166頁/共626頁B2H6作為還原劑可對部分不飽和官能團(tuán)進(jìn)行還原作用，如下表：表各種不飽和官能團(tuán)與二硼烷的還原不飽和官能團(tuán)產(chǎn)物第167頁/共626頁不飽和官能團(tuán)產(chǎn)物不反應(yīng)不反應(yīng)第168頁/共626頁

硼烷與烯烴作用時，具有極高的位置及立體選擇性。一般來說，硼加在烷基較少的官能基的碳上，而氫離子則加在烷基較多的另一官能基的碳上。反應(yīng)是以四元環(huán)的過渡態(tài)，進(jìn)行協(xié)同式同邊加成。位置選擇性有時會因為取代基不同而改變：第169頁/共626頁

烯烴與B2H6

作用生成烷基硼烷的反應(yīng)常稱為硼氫化反應(yīng)。事實上，硼烷具有3個氫陰離子，故可與3mol的烯類作用，形成R3B。但由于受空間位阻的影響，與烯作用的分子數(shù)會減少，如:第170頁/共626頁烷基硼烷經(jīng)不同試劑的作用，生成不同類型的化合物，如下式：第171頁/共626頁

若生成的有機(jī)硼烷用H2O2的堿性溶液處理可制得反馬氏規(guī)則的醇。這是制備醇類化合物，并且原來連接硼的碳原子在改接羥基時，保持原來的構(gòu)型的一個很有用的方法。生成醇的過程為：

從上列簡式可以看出，烯烴與二硼烷加成生成硼烷，后質(zhì)子化可生成烷烴，例如:第172頁/共626頁以上過程重復(fù)兩次后，就得到硼酸酯，經(jīng)水解得醇和硼酸。

其次，烯烴與硼烷的作用具有很高選擇性，一般為順式加成，在同一分子中，位阻小的烯雙鍵優(yōu)先與硼烷作用，而σ，β-不飽和醇與硼烷作用，氧化水解后生成鄰二醇。第173頁/共626頁第174頁/共626頁第175頁/共626頁二.炔烴的還原

炔烴屬最易還原基團(tuán)，它可用催化氫化，硼氫化以及溶解金屬還原等方法進(jìn)行。

1.用催化氫化法還原常用的催化劑如鉑、鈀的作用下，氫與炔烴加成，生成烷烴。例如：

用林德(Lindlar，即把pd附載于碳酸鈣及小量的氧化鉛制作的催化劑體系)催化劑，只加一分子氫就可以控制在烯烴階段，而產(chǎn)物為順式加成物。用硫酸鋇做載體的Pd催化劑在吡啶中也有相同的作用效果。第176頁/共626頁對于環(huán)狀結(jié)構(gòu)的炔烴，由于結(jié)構(gòu)的特點，要求催化劑活性要比直鏈炔烴高，例如，環(huán)壬炔的順式加成就用一般活性的Pd催化劑(不需毒化)與分子氫加成，得到較高產(chǎn)率的順式環(huán)壬烯。第177頁/共626頁

對于烷基、芳基取代的碳碳叁鍵的氫化,一取代叁鍵比二取代叁鍵的氫化容易。多芳環(huán)取代的炔烴更難氫化。2.用Na-NH3(液氨)還原炔類化合物在金屬Na的液氨中還原，主要生成反式烯烴。第178頁/共626頁第179頁/共626頁

另外，用二硼烷及其烷基取代的硼烷，也能使炔烴氫化生成順式烯烴。例如,3-已炔與