還原反應(yīng)總結(jié)概述課件

還原反應(yīng)日期：2016年6月16日還原反應(yīng)還原反應(yīng)的定義及方法定義：在還原劑的作用下使有機(jī)物分子中增加氫原子或減少氧原子，或者兩者兼而有之的反應(yīng)稱為還原反應(yīng)。還原方法催化氫化催化加氫催化氫解化學(xué)還原金屬氫化物(NaBH4.LiBH4

LiAlH4)

金屬(Fe、Zn)非金屬(水合肼、硼烷）還原反應(yīng)的定義及方法定義：在還原劑的作用下使有機(jī)物分子中增加催化氫化催化加氫（催化氫化）

含有不飽和鍵的有機(jī)物分子，在催化劑的存在下，與氫分子反應(yīng)，使不飽和鍵全部或部分加氫的反應(yīng)，叫做催化加氫（氫化）。芳雜環(huán)催化氫化催化加氫（催化氫化）含有不飽和鍵的有機(jī)物分子舉例說明H2/Pd/C50～60℃H2/Pd/CC2H5OH催化氫化舉例說明H2/Pd/C50～60℃H2/Pd/CC2H5OH氫化還原脫去芐基阿福特羅（Z07）的制備常見還用于還原酰氯、硝基、炔烴、醛基、烯烴、羰基，也用于脫去氨基保護(hù)基，比如芐氧羰基（cbz)芐基常用脫去方法：催化氫解、Pd-C/HCOOH、Pd-C/HCOONH4、Pd-C/NH2NH2催化氫化氫化還原脫去芐基阿福特羅（Z07）的制備常見還用于還原酰氯、催化劑類型

還原型純金屬粉：Pt、Pd、Ni等，如骨架鎳、骨架銅化合物型：氫氧化物、氧化物、硫化物如PtO2、MoS載體型：如Pt/C、Pd/C實(shí)驗(yàn)室一般都用載體型：5%~10%Pd/C操作注意：金屬還原劑Pt、Pd、Ni一般用水保護(hù)，防止與空氣接觸自燃，所以減壓過濾時(shí)，不能濾得太干。

用量Ni：10%~15%被催化物質(zhì)質(zhì)量Pd/c：1%~5%被催化物質(zhì)質(zhì)量Pt/c：0.5%~1%被催化物質(zhì)質(zhì)量催化劑類型

還原型純金屬粉：Pt、Pd、Ni等，如骨架鎳、被氫化物的結(jié)構(gòu)與性能空間效應(yīng)越大，越不易靠近催化劑，需要強(qiáng)化反應(yīng)條件，如升高溫度、增加壓力、提高催化劑活性等。分子結(jié)構(gòu)不同，催化氫化的難易程度不同：

酰氯＞硝基＞炔烴＞醛基＞烯烴＞羰基

直鏈烯烴＞環(huán)狀烯烴＞萘＞苯＞烷基苯＞芳烷基苯被氫化物的結(jié)構(gòu)與性能空間效應(yīng)越大，越不易靠近催化劑，需要強(qiáng)化溫度和壓力

溫度和壓力直接影響氫化反應(yīng)的速度。舉例說明：阿福特羅（Z07）的制備0.4MPa/30℃反應(yīng)：完全脫去兩個(gè)芐基，需要反應(yīng)9~10h。0.4MPa/45℃反應(yīng)：完全脫去兩個(gè)芐基，需要反應(yīng)4~5h。溫度和壓力

溫度和壓力直接影響氫化反應(yīng)的速度。舉例說明：阿溶劑的極性

溶劑對(duì)反應(yīng)物和氫化物的溶解度能影響氫化反應(yīng)速度和反應(yīng)的選擇性，因?yàn)槿軇┑拇嬖谑狗磻?yīng)物的吸附性發(fā)生了變化，改變氫的吸附量。溶劑的存在也會(huì)引起催化劑表面狀態(tài)的改變，可使催化劑分散得更好，有利于被氫化物、氫、催化劑三者之間的接觸反應(yīng)。舉例說明：阿福特羅（Z07)及半脫保護(hù)雜質(zhì)經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：用無水甲醇作溶劑的氫化反應(yīng)速度要比無水乙醇作溶劑反應(yīng)快得多。溶劑的極性

溶劑對(duì)反應(yīng)物和氫化物的溶解度能影響氫化反應(yīng)制備阿福特羅的半脫保護(hù)雜質(zhì)（只脫一個(gè)芐基）氫化制備條件：用異丙醇作溶劑、氫化溫度30℃，氫化壓力0.3MPa。溶劑的極性

制備阿福特羅的半脫保護(hù)雜質(zhì)（只脫一個(gè)芐基）氫化制備條件：用異催化氫化的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)易于控制，產(chǎn)品純度較高，收率較高，三廢少，在工業(yè)上應(yīng)用廣泛。缺點(diǎn)：需要使用防爆帶壓設(shè)備，安全措施要求高，生產(chǎn)成本投入高。催化氫化的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)易于控制，產(chǎn)品純度較高，收率金屬氫化物還原劑NaBH4還原將酮還原為醇，由于NaBH4是堿性試劑，直接脫去溴化氫形成環(huán)氧物。福莫特羅中間體合成金屬氫化物還原劑NaBH4還原將酮還原為醇，由于NaBH4是

NaBH4在通常條件下不能還原羧酸、酯、酰胺、氰基和硝基，但是加入一些添加劑后還原性和選擇性會(huì)增強(qiáng)。參考文獻(xiàn)：JournalofOrganometallicChemistry609(2000)137–151羧酸的還原（101BHG-D)NaBH4/AlCl3金屬氫化物還原劑此還原體系能快速地把酯和羧酸還原為相應(yīng)的醇，以及將腈類還原為相應(yīng)的胺，但是該體系不能還原羧酸鈉鹽和硝基化合物。NaBH4在通常條件下不能還原羧酸、酯、酰金屬氫化物還原劑

羧酸的還原以上兩種還原體系都能直接將脂肪族和芳香族的羧酸還原為相應(yīng)的醇。金屬氫化物還原劑

羧酸的還原以上兩種還原體系都能直接金屬氫化物還原劑

羧酸的還原BOP試劑是六氟磷酸苯并三唑-1-氧基三(二甲氨基)磷，別名為卡特縮合劑此還原體系的特點(diǎn)是：化合物中的硝基、氰基、疊氮基和酯基不受影響金屬氫化物還原劑

羧酸的還原BOP試劑是六氟磷酸苯并金屬氫化物還原劑

羧酸酯的還原NaBH4-ZnCl2體系在三乙胺存在的情況下具有很強(qiáng)大還原性，羧酸酯可以平穩(wěn)的被還原成對(duì)應(yīng)的醇，而在沒三乙胺時(shí)，還原卻很難以進(jìn)行。金屬氫化物還原劑

羧酸酯的還原NaBH4-ZnCl2體系在三金屬氫化物還原劑氰基的還原金屬氫化物還原劑氰基的還原金屬氫化物還原劑三乙酰氧基硼氫化鈉還原胺化三乙酰氧基硼氫化鈉有更好的化學(xué)選擇性，能夠避免羰基還原為醇的副產(chǎn)物，可以使醛（酮）與胺“一鍋”反應(yīng)直接進(jìn)行還原胺化，反應(yīng)過程中可以加入少量的乙酸催化，若加入乙酸會(huì)產(chǎn)生N-乙?；碑a(chǎn)物，可用三氟乙酸代替，避免副產(chǎn)物產(chǎn)生，此反應(yīng)也可用氰基硼氫化鈉直接還原胺化，由于后處理時(shí)會(huì)產(chǎn)生劇毒副產(chǎn)物（氰化氫和氰化鈉），不利于環(huán)保。金屬氫化物還原劑三乙酰氧基硼氫化鈉還原胺化三乙酰氧基硼氫化鈉金屬氫化物還原劑LiAlH4LiAlH4

可還原醛、酮、酰氯、羧酸、酯、酰胺、磺酸酯、鹵代烴、環(huán)氧化物、腈、亞胺、肟、疊氮、硝基化合物等。醛酮羧酸酯金屬氫化物還原劑LiAlH4LiAlH4可還原醛、酮、酰氯金屬氫化物還原劑LiAlH4酰氯酰胺腈LiAlH4

還原環(huán)氧化物成醇。氫負(fù)離子優(yōu)先進(jìn)攻位阻小的碳原子。金屬氫化物還原劑LiAlH4酰氯酰胺腈LiAlH4還原環(huán)氧金屬氫化物還原劑LiAlH4LiAlH4

還原磺酸酯、鹵代烴成烴。氫化鋁鋰還原能力很強(qiáng)，選擇性差且反應(yīng)條件要求高，主要用于羧酸及其衍生物的還原。常用的溶劑是無水THF、無水甲苯和無水乙醚，對(duì)水、酸、醇極易分解。氫化鋁鋰一般不還原碳碳雙鍵。金屬氫化物還原劑LiAlH4LiAlH4還原磺酸酯、鹵代烴金屬還原劑鐵粉還原劑鐵粉還原反應(yīng)原理：通過電子轉(zhuǎn)移而實(shí)現(xiàn)的，其中鐵是給電子體，被還原物首先在鐵表面得到電子，再從質(zhì)子給體（水、醇等）得到質(zhì)子被還原。電解質(zhì)：稀鹽酸、稀硫酸、醋酸、氯化銨或FeCl2等水溶液。硝基化合物結(jié)構(gòu)的影響：芳環(huán)上有吸電子基團(tuán)時(shí)，硝基接受電子能力增加，容易被還原。芳環(huán)上有給電子基團(tuán)時(shí)，硝基接受電子能力減弱，不易被還原。鐵粉的影響：潔凈、粒細(xì)和質(zhì)軟的灰鑄鐵屑，優(yōu)于組成比較純凈的鋼屑。通常使用60-100目鐵粉。太粗的鐵粉表面積小，反應(yīng)慢；太細(xì)的鐵粉，后處理困難。用量：每摩爾硝基物理論上需要2.25摩爾鐵屑，實(shí)際為3-4摩爾。金屬還原劑鐵粉還原劑鐵粉還原反應(yīng)原理：硝基化合物結(jié)金屬還原劑電解質(zhì)的影響：微電池反應(yīng)原理：電解質(zhì)增加水溶液的導(dǎo)電性，加速鐵的電化學(xué)腐蝕，反應(yīng)速度加快。保持介質(zhì)的pH=3.5-5，使溶液中有鐵離子存在。間歇還原時(shí)，需補(bǔ)加電解質(zhì)。常用電解質(zhì)是氯化銨、氯化亞鐵，用量為被還原物的10-20%，濃度在3％左右。適當(dāng)增加電解質(zhì)的濃度可使還原速度加快。濃度過高，則將使還原速度減慢。反應(yīng)溫度的影響：通常在接近反應(yīng)液沸騰溫度下反應(yīng)。金屬還原劑電解質(zhì)的影響：金屬還原劑鐵粉還原劑鐵屑在酸性條件下為強(qiáng)還原劑，可將芳香族硝基、脂肪族硝基以及其它含氮氧功能團(tuán)（亞硝基、羥氨基等）還原成氨基，將偶氮化合物還原成兩個(gè)胺，將磺酰氯還原成巰基。它是一種選擇性還原劑，尤其是對(duì)硝基選擇性高且還原能力強(qiáng)，一般情況下對(duì)鹵素、烯鍵、羰基無影響。鐵粉還原劑舉例說明：阿福特羅注意：鐵粉用之前用稀鹽酸活化，否則嚴(yán)重影響反應(yīng)效果。金屬還原劑鐵粉還原劑鐵屑在酸性條件下為強(qiáng)還原劑，可將芳香族硝金屬還原劑鐵粉還原生產(chǎn)能力強(qiáng)工藝成熟、簡單，適用范圍廣副反應(yīng)少產(chǎn)生大量的鐵泥和廢水反應(yīng)設(shè)備不易于清洗優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)金屬還原劑鐵粉還原生產(chǎn)能力強(qiáng)產(chǎn)生大量的鐵泥和廢水優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)金屬還原劑鋅粉還原鋅粉的還原能力與反應(yīng)介質(zhì)的酸堿性有關(guān)。在不同的介質(zhì)中得到不同的還原產(chǎn)物。鋅粉可還原硝基、亞硝基、羰基、碳-碳不飽和鍵、碳-硫鍵等。酸性條件下鋅或鋅汞齊可使羰基還原成亞甲基,該反應(yīng)稱為Clemmensen（克萊門森）還原。由于反應(yīng)體系為酸性，且需加熱，所以此法不適用于對(duì)酸和熱敏感的羰基化合物的還原。Zn-Hg活性＞Zn金屬還原劑鋅粉還原鋅粉的還原能力與反應(yīng)介質(zhì)的酸堿性有關(guān)。在不金屬還原劑反應(yīng)物中羧酸、酯、酰胺上的羰基不受影響。但對(duì)

酮酸和

酮酯，只能將酮基還原為羥基。而對(duì)

或

酮酸及酮酯，則可將酮基還原為亞甲基。金屬還原劑反應(yīng)物中羧酸、酯、酰胺上的羰基不受影響。但對(duì)金屬還原劑在Clemmensen還原條件下，孤立的碳碳雙鍵不被還原，但與羰基共軛的雙鍵能被還原。與酯羰基共軛與酮羰基共軛如果化合物中既有硝基又有羰基，則兩者均被還原。金屬還原劑在Clemmensen還原條件下，孤立的金屬還原劑鋅粉與醋酸還原硝基鋅粉與醋酸還原二鹵化物脫鹵金屬還原劑鋅粉與醋酸還原硝基鋅粉與醋酸還原二鹵化物脫鹵金屬還原劑在堿性條件下還原酮成仲醇。鹽酸馬尼地平的中間體制備金屬還原劑在堿性條件下還原酮成仲醇。鹽酸馬尼地平的中間體制備非金屬還原劑硼烷以乙硼烷B2H6的形式存在（常見有兩種硼烷THF絡(luò)合物及硼烷二甲硫醚絡(luò)合物），為強(qiáng)還原劑。硼烷易將羧酸還原為醇，與酯反應(yīng)極慢。硼烷還原官能團(tuán)的活性大致為：羧酸>醛>酮>烯>腈>酰胺>環(huán)氧化合物>酯硼烷不還原酰氯、硝基化合物、鹵代烴、砜、二硫化物。非金屬還原劑硼烷以乙硼烷B2H6的形式存在（常見有兩種硼烷T非金屬還原劑硼烷羧酸腈醛酮與酯反應(yīng)速度極慢非金屬還原劑硼烷羧酸腈醛酮與酯反應(yīng)速度極慢非金屬還原劑將酮還原為醇阿福特羅的起始物料（Z02)制備乙硼烷遇水或者醇劇烈反應(yīng)分解，反應(yīng)溶劑只能是干燥過非質(zhì)子溶劑(THF)。Aminoindanol：(1R,2S)-1-氨基-2-茚醇，不對(duì)稱手性催化劑。非金屬還原劑將酮還原為醇阿福特羅的起始物料（Z02)制備乙硼非金屬還原劑水合肼肼是還原劑，常用的是水合肼。其特點(diǎn)是在還原反應(yīng)中自身被氧化成氮?dú)?，污染少。以甲醇或乙醇為介質(zhì)，硝基化合物在催化劑存在下用水合肼常壓加熱即可還原為胺，對(duì)硝基化合物中的羰基、氰基、非活化C—C雙鍵都不影響，有較好的選擇性，如在三氯化鐵與活性炭催化下用肼還原間硝基苯甲腈：催化劑常用有三氯化鐵、硫酸鈷、Pd/c、鎳、銅等硝基還原成氨基非金屬還原劑水合肼肼是還原劑，常用的是水合肼。其特點(diǎn)是在還原非金屬還原劑WolffKishner黃鳴龍反應(yīng)醛、酮羰基被還原為亞甲基它是將醛或酮和85%水合肼、氫氧化鉀/鈉混合后，在二聚乙二醇或三聚乙二醇等高沸點(diǎn)溶劑中加熱蒸出生成的水，然后升溫在常壓下的反應(yīng)2~4小時(shí)，即還原得亞甲基產(chǎn)物。這是我國唯一的人名化學(xué)反應(yīng)非金屬還原劑WolffKishner黃鳴龍反應(yīng)醛、酮羰基非金屬還原劑WolffKishner黃鳴龍反應(yīng)此法正好與Clemmensen還原形成互補(bǔ)。對(duì)堿敏感而對(duì)酸不敏感的化合物可用Clemmensen還原。相反，對(duì)酸敏感而對(duì)堿不敏感的化合物則用此法還原，如吡咯、呋喃衍生物的還原。WolffKishner黃鳴龍反應(yīng)中酯羰基不被還原。非金屬還原劑WolffKishner黃鳴龍反應(yīng)此法正好與非金屬還原劑WolffKishner黃鳴龍反應(yīng)Clemmensen還原一樣，若化合物中既有硝基又有羰基，則兩者均被還原。非金屬還原劑WolffKishner黃鳴龍反應(yīng)甲酸銨催化轉(zhuǎn)移氫化硝基的還原近年來,利用甲酸銨進(jìn)行的催化轉(zhuǎn)移氫化反應(yīng)能夠快速、選擇性的把脂肪族和芳香族硝基化合物還原成相應(yīng)的胺,反應(yīng)產(chǎn)率很高。這類反應(yīng)條件溫和,室溫下即可進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間較短,通常為3～40min。結(jié)構(gòu)中存在的其他官能團(tuán)如羰基、腈等,在反應(yīng)過程中不受影響。甲酸銨催化轉(zhuǎn)移氫化硝基的還原近年來,利用甲酸銨進(jìn)行的催化甲酸銨催化轉(zhuǎn)移氫化偶氮化合物的還原用工業(yè)鋅粉和甲酸銨可以使對(duì)稱或不對(duì)稱的偶氮化合物還原成相應(yīng)的胺。分子中存在的其他容易被氫化或氫解的基團(tuán),如:—OH、—COOH、—COCH3不受影響。與以往使用貴重金屬相比,用工業(yè)鋅粉做催化劑產(chǎn)率高,反應(yīng)快而且成本低。甲酸銨催化轉(zhuǎn)移氫化偶氮化合物的還原用工業(yè)鋅粉和甲酸銨可以使對(duì)甲酸銨催化轉(zhuǎn)移氫化氰基的還原氰基還原成胺使用包括與復(fù)合金屬氫化物反應(yīng)或加壓條件下的催化氫化方法,如果要把氰基直接還原成甲基,反應(yīng)條件很劇烈,通常需要高溫高壓以及特殊反應(yīng)容器。用甲酸銨可以在溫和的條件下直接把芳基腈還原成甲基衍生物，,但該方法不適用于脂肪族氰基的還原。甲酸銨催化轉(zhuǎn)移氫化氰基的還原氰基還原成胺使用包括與復(fù)合金屬氫甲酸銨催化轉(zhuǎn)移氫化脫芳鹵脫芳鹵通常是采用高壓催化氫解、用金屬氫化物還原或加熱分解。在常溫常壓下用甲酸銨做供氫體,以Pd/C作催化劑,可以使單或多鹵代芳烴發(fā)生脫鹵反應(yīng)。甲酸銨催化轉(zhuǎn)移氫化脫芳鹵脫芳鹵通常是采用高壓催化氫解、