還原反應(yīng)精選幻燈片

1、1第十章第十章 還原反應(yīng)還原反應(yīng) 2CC+H2催催化化劑劑CCHH一一. 催化氫化催化氫化(C6H5)3PRhCl)Pd/CNi 3反應(yīng)活性：反應(yīng)活性：H2壓力（壓力（atm，psi， kg/cm2 ）、反應(yīng)）、反應(yīng) 溫度、催化劑用量。溫度、催化劑用量。Raney Ni （蘭尼鎳或雷尼鎳）（蘭尼鎳或雷尼鎳） Ni(Al) + NaOH Ni + NaAlO2 + H2PtO2 （Adams catalyst常用催化劑：常用催化劑：Pd/C 、Ru/C、 Rh/C (活性炭等負(fù)載活性炭等負(fù)載) 4催化氫化反應(yīng)的相對活性：催化氫化反應(yīng)的相對活性：l載體載體: 活性炭活性炭, 氧化鋁氧化鋁, 氧化硅

2、，碳酸鈣、硫酸鋇等。氧化硅，碳酸鈣、硫酸鋇等。l溶劑溶劑: EtOH, EtOAc, Et2O, hexanes等。等。5注意：空間位阻效應(yīng)（從位阻較小的方向進(jìn)攻）注意：空間位阻效應(yīng)（從位阻較小的方向進(jìn)攻） HHCH3CH3Pt/H2CH3CH3CH3CH370-8515-30CH3CH3CH3CH3HH主主要要位位阻阻較較小小位位阻阻較較大大Pt/H2+H3CCH3CH3H2Pd/CH3CCH3CH3HHHHHHHHHHHCH3CH3Pt/H2CH3CH3CH3CH370-8515-30CH3CH3CH3CH3HH主主要要位位阻阻較較小小位位阻阻較較大大Pt/H2+H3CCH3CH3H2Pd

3、/CH3CCH3CH3HHHHHHHHH6CH3CH3+H2Pt,CH3CH3CH3CH370-8515-30CH3CH2CH3CH3CH3CH37030+H2PtCH2CH3位位阻阻較較大大位位阻阻較較小小H2PtCH3CH3HCH3CH3+H2Pt,CH3CH3CH3CH370-8515-30CH3CH2CH3CH3CH3CH37030+H2PtCH2CH3位位阻阻較較大大位位阻阻較較小小H2PtCH3CH3HCH3H3CCH3HHCH3H3CnotHHCH3H3CH3CH2,PtO2,EtOH100MPa,25 CH3C7u 基團(tuán)對催化劑的親和力導(dǎo)致同面進(jìn)攻?；鶊F(tuán)對催化劑的親和力導(dǎo)致同面

4、進(jìn)攻。u 溶劑也會(huì)影響氫化的立體選擇性。溶劑也會(huì)影響氫化的立體選擇性。 8u 官能團(tuán)的催化氫化官能團(tuán)的催化氫化1）不）不飽和烴的氫化還原飽和烴的氫化還原 炔鍵和烯鍵炔鍵和烯鍵均易催化氫化還原（鈀、鉑和均易催化氫化還原（鈀、鉑和Raney鎳）鎳）一般條件：條件溫和一般條件：條件溫和(常溫常壓常溫常壓) 。Raney-Ni / H2Et2ORRHH烯烴的活性：烯烴的活性：l位阻大的烯烴難氫化。位阻大的烯烴難氫化。l通常孤立的烯鍵的活性大于共軛雙鍵通常孤立的烯鍵的活性大于共軛雙鍵。 9 (92%) H2 / Pd-CEtOAc / HOAcMsOCNMsOCNuRaney-Ni和和Pd/C是烯鍵選擇

5、性氫化的常用催化劑，是烯鍵選擇性氫化的常用催化劑， 在酮基、氰基、硝基共存時(shí)，烯鍵優(yōu)先氫化。在酮基、氰基、硝基共存時(shí)，烯鍵優(yōu)先氫化。OAcOH2/Pd_CaCO3/EtOH1atm,25_30。cOAcOH10Rh催化劑：含碳氧和碳碳雙鍵的體系中，優(yōu)先氫化碳碳雙鍵。催化劑：含碳氧和碳碳雙鍵的體系中，優(yōu)先氫化碳碳雙鍵。Pt催化劑：優(yōu)先還原環(huán)外雙鍵。催化劑：優(yōu)先還原環(huán)外雙鍵。 11 Raney-Ni / H2 9.81 106PaO120260OHOH注意：條件選擇影響氫化產(chǎn)物。注意：條件選擇影響氫化產(chǎn)物。 12 碳碳碳叁鍵比碳碳叁鍵比碳碳雙鍵相對易氫化還原，但在常用的碳雙鍵相對易氫化還原，但在常

6、用的催化劑如鉑、鈀、催化劑如鉑、鈀、Raney鎳催化下，炔烴氫化加成，得鎳催化下，炔烴氫化加成，得到飽和的烷烴。到飽和的烷烴。u 炔烴的氫化還原炔烴的氫化還原 OHCH2CH2COOEt1atm,25。cOHCCCOOEtHOHOH2/RaneyNi/EtOH,Ph=813特殊催化劑：特殊催化劑：Lindlar催化劑得順式烯烴催化劑得順式烯烴 14l常用催化劑是鉑或銠，反應(yīng)條件溫和，常用催化劑是鉑或銠，反應(yīng)條件溫和，Raney鎳催化則需鎳催化則需要加熱、加壓才能反應(yīng)，要加熱、加壓才能反應(yīng)，Ru碳也可以催化氫化苯環(huán)。碳也可以催化氫化苯環(huán)。l催化還原苯的催化活性：催化還原苯的催化活性： RhRuP

7、tPd NiCoH2/Ni300Kg/cm2 140H2/Ni100Kg/cm2 200COOHNH2COOHNH2H2,Rh/C5Kg/cm215u 芳香雜環(huán)化合物的氫化還原芳香雜環(huán)化合物的氫化還原 注意：注意：含硫化合物的毒性、苯酚和苯胺類化合物的毒性含硫化合物的毒性、苯酚和苯胺類化合物的毒性 16l 醛、酮根據(jù)催化劑及反應(yīng)條件的不同，可氫化還原成醇醛、酮根據(jù)催化劑及反應(yīng)條件的不同，可氫化還原成醇 或還原脫氧成烴或還原脫氧成烴 。l 鋨鋨-碳、碳、Raney鎳鎳-鉻催化劑選擇性氫化還原醛成醇鉻催化劑選擇性氫化還原醛成醇(可保留雙鍵可保留雙鍵)。2）羰基的氫化還原）羰基的氫化還原 17u 酰

8、氯的催化氫化酰氯的催化氫化醛醛Rosenmund （羅森蒙德）反應(yīng)：（羅森蒙德）反應(yīng)：硝基、鹵素、酯基等硝基、鹵素、酯基等 基團(tuán)不受影響?；鶊F(tuán)不受影響。RCClORCHOH2/Pd-BaSO4喹啉-硫/二甲苯18O2NOC2H5Raney Ni, H26kg/cm2, 130140H2NOC2H53）含氮官能團(tuán)的還原）含氮官能團(tuán)的還原 u 硝基、氰基、疊氮基團(tuán)的還原硝基、氰基、疊氮基團(tuán)的還原(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, H29

9、0kg/cm2OCH2NH2OCHONH3CH3OHRaney Ni, H2Raney Ni, H2CNCOOCH3CH2NH2COOCH3NH3CH3OH1atm, 2519注意：注意：其它氫源試劑其它氫源試劑轉(zhuǎn)移催化氫化反應(yīng)轉(zhuǎn)移催化氫化反應(yīng)供氫體：供氫體： 不飽和脂環(huán)烴、不飽和萜類及醇類，不飽和脂環(huán)烴、不飽和萜類及醇類， 如環(huán)已烯、環(huán)已二烯、四氫化萘、如環(huán)已烯、環(huán)已二烯、四氫化萘、-蒎烯、蒎烯、 乙醇、異丙醇、環(huán)已醇等。乙醇、異丙醇、環(huán)已醇等。20 2、氫解反應(yīng)、氫解反應(yīng)結(jié)構(gòu)特征：結(jié)構(gòu)特征： 烯丙位、芐位烯丙位、芐位CO鍵，鍵，CN鍵易發(fā)生氫解反應(yīng)。鍵易發(fā)生氫解反應(yīng)。 含有含有CX、CS單

10、鍵的化合物也可發(fā)生氫解反應(yīng)。單鍵的化合物也可發(fā)生氫解反應(yīng)。 NN、NO、OO單鍵單鍵 小環(huán)小環(huán)CC鍵、三元雜環(huán)的鍵、三元雜環(huán)的CO、CN鍵均可發(fā)生氫解反應(yīng)。鍵均可發(fā)生氫解反應(yīng)。Pd/c是斷裂芐是斷裂芐-氧、芐氧、芐-氮鍵的有效試劑氮鍵的有效試劑 21示例：示例：l Raney Ni是斷裂是斷裂C-S鍵的有效試劑鍵的有效試劑 22HRRO+HSSHRRSSRaney NiH2RR+NiS+CH3CH3HH通過縮硫酮還原通過縮硫酮還原 ( (中性中性條件條件) )23均相催化劑均相催化劑: 銠、釕和銥配位催化劑，如 (Ph3P)3RhCl、(Ph3P)3RuHCl、 (Ph3P)2I r(CO)C

11、1 有點(diǎn)：避免烯烴異構(gòu)化及氫解等副反應(yīng)。3、均相催化氫化、均相催化氫化機(jī)理：機(jī)理：24還原末端雙鍵還原末端雙鍵 不易氫解不易氫解 2526金屬金屬/供質(zhì)子劑還原（包括酸、醇、堿等）還原供質(zhì)子劑還原（包括酸、醇、堿等）還原二、溶解金屬還原二、溶解金屬還原 常用的金屬：常用的金屬： 堿金屬：堿金屬：Li, Na, K 堿土金屬：堿土金屬：Ca, Mg, 其它金屬：其它金屬：Zn , Al, Sn，F(xiàn)e, 汞齊汞齊 供質(zhì)子劑：鹽酸，供質(zhì)子劑：鹽酸，ROH，NH3等等27 電子從金屬表面轉(zhuǎn)移到有機(jī)分子中，生成電子從金屬表面轉(zhuǎn)移到有機(jī)分子中，生成“自由基負(fù)離自由基負(fù)離子子”；與質(zhì)子結(jié)合生成自由基，后者再

12、從金屬表面接受一；與質(zhì)子結(jié)合生成自由基，后者再從金屬表面接受一個(gè)電子形成負(fù)離子，負(fù)離子從供質(zhì)子劑中取得質(zhì)子完成還個(gè)電子形成負(fù)離子，負(fù)離子從供質(zhì)子劑中取得質(zhì)子完成還原反應(yīng)。原反應(yīng)。 u 金屬與供質(zhì)子劑還原反應(yīng)機(jī)理金屬與供質(zhì)子劑還原反應(yīng)機(jī)理 28 關(guān)于供質(zhì)子劑：關(guān)于供質(zhì)子劑： 金屬與供質(zhì)子劑的反應(yīng)越激烈，還原反應(yīng)的效果越差。如，金屬與供質(zhì)子劑的反應(yīng)越激烈，還原反應(yīng)的效果越差。如，鈉與醇還原體系中甲醇、乙醇作溶劑時(shí)，還原效果不如丁鈉與醇還原體系中甲醇、乙醇作溶劑時(shí)，還原效果不如丁醇、戊醇作溶劑時(shí)好。原因是氫都以氫氣的形成逸出了。醇、戊醇作溶劑時(shí)好。原因是氫都以氫氣的形成逸出了。關(guān)于金屬關(guān)于金屬 29

13、CCRRCCRRHHNa or LiNH3(液)78oCNa + NH3Na+ + e(NH3)CCRReCCRRCCRReCCRRHHHCCRRHNH2HNH2NH2HNH230n 鈉的液氨溶液的制備鈉的液氨溶液的制備 Na + NH3(l) Na + + e- (NH3) Li , K C2H5NH2 藍(lán)色溶液藍(lán)色溶液n 反應(yīng)體系不能有水，因?yàn)殁c與水會(huì)發(fā)生反應(yīng)反應(yīng)體系不能有水，因?yàn)殁c與水會(huì)發(fā)生反應(yīng)。n 與制與制NaNH2區(qū)別區(qū)別 Na + NH3 (液液) NaNH2低溫低溫藍(lán)色是溶藍(lán)色是溶劑化電子劑化電子引起的引起的Fe3+312、 Birch還原還原Na or Li / NH3（液液）

14、C2H5OH機(jī)：機(jī)：C2H5OHC2H5OHHHHC2H5OHHHHNa自自由由基基負(fù)負(fù)離離子子對對位位最最穩(wěn)穩(wěn)定定C2H5OHNaH 32 吸電子基使反應(yīng)速度加快；推電子基使反應(yīng)速度減慢吸電子基使反應(yīng)速度加快；推電子基使反應(yīng)速度減慢COOHNa / NH3（液液）C2H5OHRNa / NH3（液液）C2H5OHRORNa / NH3（液液）C2H5OHOR吸吸電電子子基基：推推電電子子基基：HOOC中中間間體體的的穩(wěn)穩(wěn)定定性性比比較較：COOHRR較較穩(wěn)穩(wěn)定定較較穩(wěn)穩(wěn)定定COOH33Na or Li / NH3（液液）C2H5OHCH3CH3Na or Li / NH3（液液）C2H5OH

15、CH3CH3CH3CH3C2H5OHCH3OCH3C2H5OHCH3OCH3Na 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(推電子基取代苯，易生成多取代烯烴推電子基取代苯，易生成多取代烯烴)經(jīng)伯奇還原，制備經(jīng)伯奇還原，制備 ， 不飽和酮。不飽和酮。Na or Li / NH3（液液）C2H5OHCH3CH3Na or Li / NH3（液液）C2H5OHCH3CH3CH3CH3C2H5OHCH3OCH3C2H5OHCH3OCH3Na or Li

16、/ 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34XNO2COR(H)Na / NH3（液液）C2H5OHNa / NH3（液液）C2H5OHNa / NH3（液液）C2H5OH雙鍵對雙鍵對 Birch 還原的影響還原的影響不能進(jìn)行不能進(jìn)行Birch還原的化合物還原的化合物 (官能團(tuán)也被還原官能團(tuán)也被還原)共軛雙鍵共軛雙鍵 孤立雙鍵孤立雙鍵35Li or Na or KRCR(H)ORCHR(H)OHNH3 (l)HS（溶溶劑劑）RCORNaRCORH2ONaNa

17、RCORNaRCHORNaRCHHOR3、羰基化合物的還原、羰基化合物的還原 存在共軛雙鍵時(shí)，優(yōu)先還原雙鍵存在共軛雙鍵時(shí)，優(yōu)先還原雙鍵機(jī)理：機(jī)理：36R1COR2OCR2R1+Mg(Hg)H2OR1CCR2R2R1OHOHCH3CCCH3H3CCH3OHOH頻頻哪哪醇醇 PinacolH3CCH3OOMg-HgOHCH3CH3OH81 %TiCl4R1COR2MgR1COR2R1COR2R1COR2COMgR2R1H2OR1CHOR2COHR2R1酮的雙分子還原酮的雙分子還原3738RCR(H)ORCH2R(H)Zn(Hg) HClArHCClROAlCl3ArCROZn(Hg) HClArC

18、H2RFriedel-Crafts酰酰基基化化Clemmensen還原還原 (酸性酸性條件條件)39NH2NH2, Na 200oCN2+RCRORCH2RNH2NH2, NaOHN2+RCRORCH2R(HOCH2CH2)2O, Wolff-Kishner還原還原 (堿性堿性條件條件)黃鳴龍改良法黃鳴龍改良法 (Huang-Minlong modification)40RCRONH2NH2RCRONHNH2HRCROHNNH2HOHOHRCRNNHHOHRCRNNHRCRNNHHRCH2RRCHRNNHOHRCHR N2OHH機(jī)理機(jī)理 414243442 、還原裂解反應(yīng)、還原裂解反應(yīng) 可溶性

19、金屬用于還原裂解反應(yīng)，尤其是切斷芐基可溶性金屬用于還原裂解反應(yīng)，尤其是切斷芐基氧鍵或氧鍵或芐基芐基氮鍵。芐基及烯丙基的鹵化物、醚、酯，甚至醇均氮鍵。芐基及烯丙基的鹵化物、醚、酯，甚至醇均可被可溶性還原試劑還原裂解。可被可溶性還原試劑還原裂解。45示例：示例： 正電荷有利于裂解正電荷有利于裂解 46還原脫鹵還原脫鹵 4748三、負(fù)氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)三、負(fù)氫轉(zhuǎn)移反應(yīng) LiAlH4， NaBH4（ Li ，K）注意：注意：CaH2，NaH2常作為堿常作為堿 AlH3， BH3u 概述：金屬氫化物概述：金屬氫化物 親核親核性負(fù)氫轉(zhuǎn)移試劑性負(fù)氫轉(zhuǎn)移試劑 親電親電性負(fù)氫轉(zhuǎn)移試劑性負(fù)氫轉(zhuǎn)移試劑 Quenching:

20、 Adding water, methanol, saturated NH4Cl or AcOH in the reaction system to stop the reaction。491LiAlH4 （ Lithium Aluminium Hydride-LAH) 特點(diǎn)：四個(gè)氫原子均能參與反應(yīng)，特點(diǎn)：四個(gè)氫原子均能參與反應(yīng)，活性依次降低?；钚砸来谓档?。 u 與鹵代烴反應(yīng)與鹵代烴反應(yīng) （SN2） l 芳香族氯代物不反應(yīng)，叔鹵易消除。芳香族氯代物不反應(yīng)，叔鹵易消除。 50u 與醇反應(yīng)與醇反應(yīng)LAH作為堿，不攻擊作為堿，不攻擊a碳；反應(yīng)溶劑、底物官能團(tuán)問題碳；反應(yīng)溶劑、底物官能團(tuán)問題l LAH

21、脫醇羥基需要間接脫除。脫醇羥基需要間接脫除。 H51u 與醛酮反應(yīng)與醛酮反應(yīng)反應(yīng)機(jī)理反應(yīng)機(jī)理 52底物的反應(yīng)活性：主要是位阻影響。底物的反應(yīng)活性：主要是位阻影響。 ,不飽和羰基化合物的還原。不飽和羰基化合物的還原。 立體選擇性：立體選擇性： 羰基與羰基與a碳之間碳碳之間碳-碳鍵可以旋轉(zhuǎn)時(shí)，反應(yīng)按碳鍵可以旋轉(zhuǎn)時(shí)，反應(yīng)按Cram規(guī)則進(jìn)行。規(guī)則進(jìn)行。53Cram規(guī)則：規(guī)則： 54u當(dāng)羰基與當(dāng)羰基與a碳之間碳碳之間碳-碳鍵被碳鍵被“固定固定”而不能自由旋轉(zhuǎn)時(shí)，而不能自由旋轉(zhuǎn)時(shí)， 負(fù)氫由位阻小的一側(cè)進(jìn)攻。負(fù)氫由位阻小的一側(cè)進(jìn)攻。55環(huán)酮的還原環(huán)酮的還原 a-羥基酮的還原羥基酮的還原 56ORH3CH3C

22、1,LiAlH4 or NaBH42,H2ORH3CH3CRH3CH3C+OHHOHH進(jìn)攻位阻小反應(yīng)活化能低產(chǎn)物較穩(wěn)定當(dāng)R=H時(shí),b為主產(chǎn)物;當(dāng)RH時(shí),a為主產(chǎn)物ababu 環(huán)己酮還原的立體化學(xué)環(huán)己酮還原的立體化學(xué) 57u LAH還原羧酸、酰鹵、酸酐、酯成醇。還原羧酸、酰鹵、酸酐、酯成醇。 58u LAH還原酰胺成胺還原酰胺成胺 59三級酰胺三級酰胺還原機(jī)理還原機(jī)理 亞胺鹽中間體，亞胺鹽中間體，還原得三級胺。還原得三級胺。60氰基還原氰基還原亞胺鹽機(jī)理亞胺鹽機(jī)理l 疊氮化合物的還原疊氮化合物的還原胺胺 61l 環(huán)氧化合物的還原環(huán)氧化合物的還原位阻因素位阻因素 酯鍵影響區(qū)域選擇性酯鍵影響區(qū)域選擇

23、性 62Lithium 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-NO2CNH2CHBrCH2CH2OSO2ArCH36364l（三乙氧基）氫化鋁鋰：（三乙氧基）氫化鋁鋰： 酰胺、氰化合物酰胺、氰化合物醛、醛、

24、內(nèi)酯內(nèi)酯半縮醛半縮醛 65l（三叔丁氧基）氫化鋁鋰（三叔丁氧基）氫化鋁鋰選擇性還原醛酮選擇性還原醛酮 鹵素不被還原鹵素不被還原 66l Sodium Bis(2-Methoxyethoxy)Aluminium Hydride REDAL雙（甲氧乙氧基）鋁氫化物雙（甲氧乙氧基）鋁氫化物 (紅鋁紅鋁)u 還原能力和氫化鋁鋰接近。熱穩(wěn)定性好，對干燥空氣穩(wěn)定。還原能力和氫化鋁鋰接近。熱穩(wěn)定性好，對干燥空氣穩(wěn)定。67l紅鋁紅鋁芐醇?xì)浣馄S醇?xì)浣?紅鋁在低溫條件下，還原產(chǎn)物可停留在中間態(tài)。紅鋁在低溫條件下，還原產(chǎn)物可停留在中間態(tài)。68l Diisobutyl Aluminium Hydride （DIBAL

25、 ，DIBAL-H）OHOOHOHDIBAL還原酮和醛到醇還原酮和醛到醇 (iBu)2AlH69OOCNOOC N AlOOCHO1 mol DIBAL(C2H5)2O, -78 oCH3O+70712、Sodium borohydride (NaBH4) 活性較低，可用醇作溶劑；活性較低，可用醇作溶劑； 通常只能還原羰基化合物（醛、酮、酰氯）成醇，不能還通常只能還原羰基化合物（醛、酮、酰氯）成醇，不能還原羧酸和鹵代烴。原羧酸和鹵代烴。CO2CH3OBrCO2CH3HOBrNaBH4CH3OH72u 優(yōu)先還原孤立的酮羰基優(yōu)先還原孤立的酮羰基 u a位有吸電子基團(tuán)時(shí)，酯基可用被還原。位有吸電子基團(tuán)時(shí)，酯基可用被還原。 73u 還