第六章氧化反應(4)

1、氧化反應必須通過氧化劑來實現(xiàn)。氧化反應必須通過氧化劑來實現(xiàn)。氧化劑氧化劑：親電試劑親電試劑，它進攻有機物電子密度大的部位，從有機它進攻有機物電子密度大的部位，從有機 物中取得電子。物中取得電子。氧化劑分類：氧化劑分類：通用氧化劑（如通用氧化劑（如KMnO4）；）； 選擇性氧化劑選擇性氧化劑 （如（如SeO2, Pb(Ac)4）氧化反應是一類最常用和極重要的有機化學反應。氧化反應是一類最常用和極重要的有機化學反應。有機化合物中，凡失去電子或電子偏移使碳原子上電子云密度有機化合物中，凡失去電子或電子偏移使碳原子上電子云密度降低的反應，稱為氧化反應。降低的反應，稱為氧化反應。狹義而言，是指有機物分子

2、中氧狹義而言，是指有機物分子中氧原子增加或氫原子減少，或二者兼而有之的反應，不涉及形成原子增加或氫原子減少，或二者兼而有之的反應，不涉及形成新的碳新的碳-鹵鍵，碳鹵鍵，碳-氫鍵和碳氫鍵和碳-硫鍵。硫鍵。進行氧化反應有機物結構1. 飽和烴的氧化2. 不飽和化合物的氧化4. 醇羥基的氧化3. 芳烴的氧化6. 胺的氧化5. 醛、酮的氧化氧化反應分類1. 化學氧化： 用化學試劑氧化2. 催化氧化： 用過渡金屬復合物與氧化物氧化3. 電解氧化： 用電解的方法4. 生化氧化： 用微生物氧化KMnO41) 對各種可被氧化的基團都可進行氧化；2）反應介質的pH對反應有影響；3）反應溶劑：水和與水混溶的有機溶劑

3、中，如， 丙酮，叔丁醇，吡啶，乙酸等。DMSO不行。4）可加入相轉移催化劑如季胺鹽或冠醚等解決氧化底物 與溶劑的溶解性問題。5）應用 (i) 氧化烯烴：產物為鄰二醇（收率低）；酸和酮 (ii)氧化醇：產物為酮或酸。 (iii) 氧化芳烴： 一般為側鏈被氧化成羧基，強烈條件 可破壞芳環(huán)。 NKMnO4/OH-NCOOHCOOH1)2) H+,ROH 伯、仲醇醛、酮OO羧酸 選擇性氧化劑鉻（V VI I）化合物：Collins Reagent; PCC; Jones錳氧化物：MnO2Ag2CO3, DMSO, Pb(OAc)4用 六價鉻（六價鉻（VI）化合物，包括）化合物，包括CrO3-Py(Co

4、llins), 重鉻酸鹽、重鉻酸鹽、 氯氯鉻酸吡啶鹽（鉻酸吡啶鹽（PCC）等，在酸性條件下可使伯醇氧化為醛，仲）等，在酸性條件下可使伯醇氧化為醛，仲醇氧化成酮。醇氧化成酮。 如：如：CH3(CH2)5CH2OHCrO3(Py)2/CH2Cl225CoCH3(CH2)5CHOCrO3-H2SO4-ActoneOOOOHHOOOOHJones試劑氧化反應需在酸性條件下進行，以CH2Cl2為溶劑。當?shù)孜锓肿咏Y構中有對酸敏感基團，需加入AcONa。氧化性更強，反應需在中性條件下進行，以CH2Cl2為溶劑。若用DMF或DMSO做溶劑，氧化性更強。NHClCrO3PCCNH2Cr2O72-PDCCH2OH

5、PCC/CH2Cl2CHOOPCC/CH2Cl2AcONaPDC/CH2Cl2PDC/DMFCOOH DMAP與氯鉻酸組成的吡啶蓊鹽，可選擇性地氧化與氯鉻酸組成的吡啶蓊鹽，可選擇性地氧化烯丙醇烯丙醇及芐醇類及芐醇類，如：，如：OHOHDMAP/HCrO3ClOHCHONN(CH3)2HCrO3ClDMAP活性二氧化錳是活性二氧化錳是 ，- 不飽和醇（如烯丙醇、芐醇）不飽和醇（如烯丙醇、芐醇）進行選擇進行選擇性氧化的氧化劑，反應條件溫和，操作簡便，如：性氧化的氧化劑，反應條件溫和，操作簡便，如：NH3CCH2OHOOMnO2, C6H630 C, 2hoNH3CCHOOO 當分子中有數(shù)個羥基時，

6、活性二氧化錳可選擇氧化烯丙位羥基：當分子中有數(shù)個羥基時，活性二氧化錳可選擇氧化烯丙位羥基：HOHOOHMnO2/CH2Cl2r.t.OHOOH62%3. 用碳酸銀氧化用碳酸銀氧化氧化劑特點氧化劑特點：反應條件溫和，可在中性環(huán)境進行，且收率較高。反應條件溫和，可在中性環(huán)境進行，且收率較高。反應選擇性：反應選擇性： （1）位阻大的羥基不易被氧化；）位阻大的羥基不易被氧化；優(yōu)先氧化仲醇優(yōu)先氧化仲醇； 烯丙位比仲醇更易被氧化。烯丙位比仲醇更易被氧化。 OH3CONOHAg2CO3C6H6, Refl.OH3CON O可待因（2）1,4-1,5-,1,6- 二醇等二元伯醇氧化時，可生成相應的內酯，二醇等

7、二元伯醇氧化時，可生成相應的內酯，其余的二醇氧化后得羥基醛或羥基酮：其余的二醇氧化后得羥基醛或羥基酮：HOCH2(CH2)2CH2OHAg2CO3/C6H6OO95% 親電試劑如親電試劑如DCC(二環(huán)己基碳二亞胺二環(huán)己基碳二亞胺),Ac2O, (CF3CO)2O, SOCl2, (COCl)2,等活化，生成活性锍鹽，它極易與醇形成烷氧基锍鹽，等活化，生成活性锍鹽，它極易與醇形成烷氧基锍鹽，接著發(fā)生消除反應，生成醛或酮與二甲硫醚。接著發(fā)生消除反應，生成醛或酮與二甲硫醚。 反應機理反應機理：H3CSH3CO+E+H3CS+H3CO ER1CHOHR2H3CSH3CO CHR1R2R1CR2O+H3

8、C S CH3氧化劑特點氧化劑特點：反應條件溫和，產物分離簡便，收率高，費用低反應條件溫和，產物分離簡便，收率高，費用低 反應選擇性好。反應選擇性好。常用組合常用組合：DMSO-DCC，DMSO-Ac2O，DMSO-（COCl)2 DMSO-DCC/H3PO4(堿還可用三乙胺等有機堿堿還可用三乙胺等有機堿)C6H11N C N C6H11+H3C S CH3OH+C6H11N C N C6H11HOSCH3CH3R2CHOH(C6H11NH)2C OH3CSCH3O CHRRBaseH3CSCH2O CHRRH3CSCH3CRRO+OOAcHONNOOCH3HDMSO/DCC/H3PO4r.t

9、.OOAcHCONNOOCH3H， 用用Ac2O代替代替DCC，適用于氧化空間位阻大的羥基，并可避，適用于氧化空間位阻大的羥基，并可避免使用毒性大的免使用毒性大的DCC。但收率比。但收率比 DMSO-DCC法低。法低。R2CHOH + CH3CCH3OAlOCH(CH3)23or AlOC(CH3)33RCR + CH3CHCH3OOHCH3CHCH2CH2CH=CCH=CH2OHCH3AlOC(CH3)33丙酮苯CH3CCH2CH2CH=CCH=CH2CH3O二、二、 二元醇的氧化二元醇的氧化1. 1,2-二醇的氧化二醇的氧化常用試劑常用試劑：過碘酸（過碘酸（HIO4），四醋酸鉛（），四醋酸

10、鉛（LTA）RCROHCROHIO-4RRCROCRORIO-OOHOH2R2C=O + IO3- + H2O+AgNO3AgIO3（白色）OHCH2OHO+ HCHOHIO4OHHOHIO4OOOHOHHIO4R CHOHCR1R2OHPb(OAc)4RCHO+ Pb(OAc)2HOOH Pb(OAc)4/TFA60%OO2. 1,3- 1,n- （n4）等二醇的氧化：）等二醇的氧化： 用用Ag2CO3 氧化氧化1,3-二醇二醇 ，可得到一個羥基一個羰基的化合物；，可得到一個羥基一個羰基的化合物； 而而1,n- （n4）二醇的氧化則可得到相應的內酯，但反應時需要）二醇的氧化則可得到相應的內酯

11、，但反應時需要大過量的大過量的Ag2CO3。烯鍵可被一些試劑氧化生成各種氧化物。烯鍵可被一些試劑氧化生成各種氧化物。氧化劑：氧化劑：H2O2/OH-; t-BuOOH/OH, m-ClC6H4CO3HCCOCCOOHCCOHCOHOCO,氧化劑：過氧化氫（物），有機過氧酸氧化劑：順式鄰二醇：KMnO4(低溫、低濃度、堿性) OsO4, I2 AgCO3反式鄰二醇： 有機過氧酸, I2 AgCO3（Woodward）(Prevost)KMnO4氧化劑： ， O3O2/PdCl2-CuCl常用過渡金屬配合物常用過渡金屬配合物：Mo(CO)6 ； Salen-Mn(III) 配合物；配合物； Ti(

12、OPri)4/酒石酸二酯（酒石酸二酯（Sharpless）Mo(CO)6ROOHOsharpless 環(huán)氧化法O(s,s)-D-(-)-tartrateO(R,R)-D-(+)-tartrateR2R1R3OHt-BuOOH,Ti(OPri)4CH2Cl2,20 Co80%90%R2R1R3OHO90% eeSharpless試劑可選擇試劑可選擇氧化烯丙醇氧化烯丙醇雙鍵。雙鍵。t-BuOOHMo(CO)6O92%+ O8%（i）用芳香過氧酸效果較好；用脂肪族過氧酸，需在緩沖溶）用芳香過氧酸效果較好；用脂肪族過氧酸，需在緩沖溶液液(NaOAc)中進行，否則，得開環(huán)產物。中進行，否則，得開環(huán)產物。

13、（ii）過氧酸分子中有吸）過氧酸分子中有吸電子基團或烯鍵碳上有烴基電子基團或烯鍵碳上有烴基時，環(huán)氧時，環(huán)氧化反應易進行?；磻走M行。O COCH3PhCOOOH/PhH0CoO COCH3OPhCOOOH/CHCl3OHH+HHO94: 6（iii）環(huán)氧化有高度立體選擇性（無高度對映選擇性），順式）環(huán)氧化有高度立體選擇性（無高度對映選擇性），順式加成，常從位阻小一側形成氧環(huán)。加成，常從位阻小一側形成氧環(huán)。烯丙位存在如羥基、乙酰氧烯丙位存在如羥基、乙酰氧基等含氧基團時，主要得氧環(huán)與乙酰氧基處于異側的產物?；群趸鶊F時，主要得氧環(huán)與乙酰氧基處于異側的產物。C C COCOORC COC COC

14、O+RO單鍵，可旋轉.ROO-E-型產物CHCCH3COH3CCH3EH2O2/NaOH/MeOHCHCH3ZCCH3CCH3OCH3CHCCH3OCOCH3如如: pH不同，產物不同。不同，產物不同。 66%73%CH CH CHOH2O2/NaOH/Me2Ot-BuOOH/NaOH/MeOHpH = 10.5CHCHCHOOCHCHCOOHOCH3CHCCOOC2H5COOC2H5H2O2/NaOHpH 8.59.0CH3CHCCOOC2H5COOC2H5O雙鍵上取代基多者優(yōu)先氧化；雙鍵上取代基多者優(yōu)先氧化；氧環(huán)在位阻小的一邊。氧環(huán)在位阻小的一邊。OH2O2/NaOH150CoOOPh97

15、%(ee: 84%)PhO手性季銨鹽（5mol%）/LiOH30%H2O2/n-Bu2OR1R2OONNXBr-HO手性季銨鹽NNOOMnHHCl(R,R)-salen-Mn(III)配合物烯鍵氧化成烯鍵氧化成1，2-二醇，即烯鍵的全羥基化作用，氧化試劑不二醇，即烯鍵的全羥基化作用，氧化試劑不同，產物的立體化學不同。同，產物的立體化學不同。(1)順式羥基化：順式羥基化：常用氧化劑常用氧化劑：KMnO4 ； 22KMnO4/H2O/NaOHHCCOH OHHCH3(CH2)7(CH2)7COOHpH12,10CoCCHH(CH2)7COOHCH3(CH2)7R1CHCR2HKMnO4H2OR1C

16、HCR2HMnOO-R1CHCR2HOH OMnO2OH-R1CHCR2HOHOHCH3I2/AcOAg/AcOH/H2OCH3OHOCOCH3H2OCH3OHOHI2 + 2mol AcOAg Prevosrs Reagent含H2O+CC（1） 無水CCOHOHCCOHOH（2）H2O由于乙酰氧負離子從碘的三元環(huán)過渡態(tài)的另一側進攻，由于乙酰氧負離子從碘的三元環(huán)過渡態(tài)的另一側進攻，所引入的羥基與碘的三元環(huán)不在同側，所引入的羥基與碘的三元環(huán)不在同側，該立體化學特點與該立體化學特點與KMnO4 相反，相反，因此，可用于進行立體選擇性的雙羥基化反應。因此，可用于進行立體選擇性的雙羥基化反應。常用試

17、劑常用試劑：過氧酸過氧酸H CO OHOOHOCHONaOHOHOH65%73%COCH+COHCCH3COO-CH3COO CC OHH2OCC OHHOOHHOHOHO1) I2/AcOAg/AcOH/H2O2) KOH/MeOHOOHOHHHKMnO4 1/2 O2PdCl2CuCl2CH3CH CH2CH3C CH3O羰基羰基-位活性甲基，亞甲基等均可發(fā)生酯化。在反應中加入三氟位活性甲基，亞甲基等均可發(fā)生酯化。在反應中加入三氟化硼時，對化硼時，對活性甲基的乙酰氧化有利。活性甲基的乙酰氧化有利。如：如：1. 氧化成氧化成-羥基酮羥基酮： （思考：為何不提（思考：為何不提-羥基醛？羥基醛？

18、）R COCH3Pb(OAc)4R COCH2OCOCH3OH-/H2OR COCH2OHCOCH2OCOCHOHCOCO常用氧化劑：四醋酸鉛（LTA）常用氧化劑：Se2O2. 氧化成氧化成二羰基化合物：二羰基化合物： SeO2為氧化劑為氧化劑OAcOCOCH3Pb(OAc)4/BF3.Et2O/C6H625 CoOAcOCOCH2OAc3-乙酰氧基孕甾-11,20-二酮3, 21-二乙酰氧基孕甾-11,20-二酮SeO2對羰基兩個對羰基兩個-位的甲基、亞甲基的氧化缺乏選擇性，因此，位的甲基、亞甲基的氧化缺乏選擇性，因此，只有當羰基只有當羰基-位僅有一個可氧化的烴基，或者兩個亞甲基處于位僅有一

19、個可氧化的烴基，或者兩個亞甲基處于相似（或對稱）的位置時，這類氧化才有合成意義。如：相似（或對稱）的位置時，這類氧化才有合成意義。如：在酸催化下，醛或酮與過氧酸作用，在烴基與羰基之間插入氧生成酯的反應，稱為Baeyer- Villiger氧化重排反應。氧化重排反應。反應機理：反應機理：說明說明：（1）烴基遷移能力： 叔烷基 環(huán)己基，仲烷基，芐基，苯基 伯烷基 甲基。（2）醛與過氧乙酸反應，氫遷移，產物一般為酸。但用MPBA 在CH2Cl2 中于室溫下重排，得甲酸酯。例例1：甲基酮發(fā)生甲基酮發(fā)生Baeyer- Villiger反應，產物為乙酸酯。反應，產物為乙酸酯。PhCO3H/CHCl3COC

20、H3HO COCH3H例例2：利用：利用Baeyer- Villiger反應引入羥基。反應引入羥基。例例3：醛與：醛與MCPBA/CH2Cl2中重排，產物為甲酸酯。中重排，產物為甲酸酯。CF3CO3H/CH2Cl2COPhCo25OCOPhH2O90%OHOCHOMCPBA/CH2Cl2Or.t., 5dOCOH芐位芐位-H對氧化劑敏感，對氧化劑敏感，易形成自由基或碳正離子的氧化中間易形成自由基或碳正離子的氧化中間體，使用不同的氧化劑，可得到相應的芳香醇、醛、酮和羧體，使用不同的氧化劑，可得到相應的芳香醇、醛、酮和羧酸，產物收率高。酸，產物收率高。芐位烴基氧化CH2R X CHROCOCH3

21、X OCROCHOCOOHCH2OH常用氧化劑常用氧化劑： 硝酸鈰鹽（硝酸鈰鹽（(NH4)2Ce(NO3)6CAN），）， 四醋酸鉛四醋酸鉛 （Pb(OAc)4,LTA）, 四氟醋酸鉛（四氟醋酸鉛（Pb(OCOCF3)4）（1）硝酸鈰鹽（）硝酸鈰鹽（CAN）：）：選擇性較好，但反應須在選擇性較好，但反應須在無水條件下無水條件下進行，進行，否則，產物為混合物。苯環(huán)上有吸電子基，收率降低：否則，產物為混合物。苯環(huán)上有吸電子基，收率降低：CH3CAN/100%AcOHrefluxCH2OCOCH3(90%)CAN/50%AcOH100 CoCHO+CH2OCOCH3CH2OH+36%7%7%H2O/

22、OH-CH2OH（2）四醋酸鉛）四醋酸鉛 （Pb(OAc)4,LTA）：）：本身不夠穩(wěn)定，可用本身不夠穩(wěn)定，可用Pb3O4與乙酸或三氟乙酸反應制得，并立與乙酸或三氟乙酸反應制得，并立即使用。酯化作用低于即使用。酯化作用低于CAN。苯環(huán)上有供電子基，利于反應。苯環(huán)上有供電子基，利于反應。反應也需要在無水醋酸中進行反應也需要在無水醋酸中進行。如：。如：CH2CH3Pb3O4/AcOHCo806hCHCH3OCOCH363%Pb3O4/AcOHCo6070OCOCH3NaOH/MeOHreflux. 2hOH80%72%CH3CH3CH3CAN/50%AcOHC, 120mino80CHOCH3CH

23、3（定量）CH3 CH3CAN高溫COOH CH35060CoCANCHO CH3(1) CANH2SO4/H2OCH3CH3CrO3 Ac2O/H2SO4CH(OCOCH3)2CH(OCOCH3)2CHOCHO52%CH3BrCrO2Cl2/CCl4CHOBr復合物H2O80% 芐位亞甲基氧化產物為酮時氧化劑為：CAN/HNO3, 鉻的氧化物產物為羧酸時氧化劑: KMnO4/OH-, Na2Cr2O7/H+ArCH2CH3CAN/HNO370minCo90ArCCH3OCH3O2NNa2Cr2O7/H2SO4/H2OCOOHO2N*O*+O*常用氧化劑常用氧化劑：SeO2、CrO3-Py配合物配合物（Collins試劑），過氧酸酯過氧酸酯1. SeO2 ：氧化活性氧化活性C-H 鍵鍵，如羰基的如羰基的-H，酯基、炔基、芳基及，酯基、炔基、芳基及 烯丙位烯丙位-H，氧化產物收率較好。產物可以是烯丙基醇，氧化產物收率較好。產物可以是烯丙基醇， 也可以是不飽