課件課后習題答案-有機化學第11章

第十一章氧化—

還原反應Oxidation–ReductionReaction本章主要內(nèi)容一、氧化-還原反應基本概念二、還原

—催化氫化

—電子-質(zhì)子還原（液氨/金屬）

—負氫還原（金屬氫化物）三、氧化

—醇

—不飽和烴

—醛酮四、酚醌氧化還原與生命體電子傳遞Oxidation-reductionreactionsorredoxreactions（氧化還原反應）

areanimportantgroupoforganicreactionsthoseinvolvethetranferofelectronsfromonemoleculartoanotherLossofElectronsisOxidation(失電子被氧化)，isReducingagent（還原劑）.GainofElectronsisReduction(得電子被還原),isanoxidizingagent

（氧化劑）.

一、氧化-還原反應基本概念無機化學中的氧化還原表現(xiàn)為元素的原子價態(tài)的變化在有機化學中，碳始終是四價，其氧化還原的特點是部分電子得失因此廣義的說多數(shù)有機反應都是氧化還原反應，不過習慣上將加氧或脫氫的反應稱為氧化，脫氧或加氫的反應稱為還原Thisisareductionreaction,and

italsocanbecalledasanadditionreaction.Thisisanadditionreaction,butinfact,itcanbeconsideredasanoxidationreaction.脫氧或加氫的反應稱為還原加氧或脫氫的反應稱為氧化1.IfthenumberofC-HbondshasincreasedorthenumberofC-O,C-N,orC-Xandpbondshasdecreased,thecompoundhasbeenreduced.Inotherwayround,thecompoundhasbeenoxdized.TheoxidationstateofacarbonatomequalsthenumberofitsC-O,C-N,orC-Xandp

bonds.幾種計算碳氧化態(tài)的方法OxidationState（氧化態(tài)）pbonds2.碳原子計算氧化值的三原則：（1）碳原子與碳原子相連氧化值算作零；（2)碳原子與氫原子相連氧化值算作－1;（3)碳原子以單鍵、雙鍵或三鍵與雜原子相連，碳原子的氧化態(tài)分別為＋1，+2，+3?；衔顲H4,CH3CH3CH2=CH2氧化態(tài)–4-3-2-1化合物CH3OHHCH=OHCOOHO=C=OCH3CN氧化態(tài)－20＋2＋4－3＋3

二、還原反應—

催化氫化

ThereductionbyadditionoftwohydrogenAtoms（通過加氫還原）canbecarriedoutinthepresenceofametalcatalyst,soitiscalledCatalyticHydrogenation(催化氫化).分異相和均相alkenes(C=C),alkynes(C≡C)imines(C=N),nitriles(C≡N)aldehydesorketones(C=O)YesNoBut,RCOOH,RCOOR’,andRCONHR’1.機理（異相催化）催化氫化的機理還沒有完全研究清楚，通常認為氫吸附在金屬的表面，烯烴也通過p-軌道與金屬絡合，然后烯烴與氫加成。其立體化學特征是——

Syn-addition二、還原反應—

催化氫化2.HydrogenationofC＝CandC≡Cbonds

——烷烴或順式烯烴的合成二、還原反應—

催化氫化Lindlar催化劑：5%Pd-CaCO3（orBaSO4

）/喹琳。反應活性：——

芳香烴的氫化還原難

——

烯烴活性：乙烯>單取代烯烴>雙取代烯烴>三取代烯烴>四取代烯烴

二、還原反應—

催化氫化2.HydrogenationofC＝CandC≡Cbonds

——烷烴或順式烯烴的合成Why?反應活性：——

小環(huán)易氫化開環(huán)——

催化劑活性：Pt>Pd>NiCis-Syn-erythro立體化學：順式加成，立體專一性反應trans-Syn-threo3.HydrogenationofC=O,C=NandC≡Nbonds

——

醇、醛、胺的制備

酰鹵的催化氫化在部分鈍化的催化劑作用下可以停留在醛的階段——Rosenmund還原3.HydrogenationofC=O,C=NandC≡Nbonds

——醇、醛、胺的制備二、還原反應—

催化氫化3.HydrogenationofC=O,C=NandC≡Nbonds羧酸、酯和酰胺在特殊的催化劑和苛刻的條件氫化可以還原4.其它基團的還原

①芐基醚（或硫醚）的還原（去保護）②硝基化合物的還原（芳香胺的合成）二、還原反應—

催化氫化5.RelativereactivityoftheFunctionalGroupsbyCatalyticHydrogenation二、還原反應—

電子－質(zhì)子還原Reductionbyadditionofanelectron,aproton.

——

Na(Li)inliquidammonia,Na(Li)donatesanelectrontothecompoundandammoniadonatesaproton.

——iscalledasadissolvingmetalreduction

——可被還原的化合物主要有炔烴、苯和酮1.炔烴的還原二、還原反應—

電子－質(zhì)子還原炔烴被還原成反式烯烴此條件下雙鍵不被還原!!二、還原反應—

電子－質(zhì)子還原Reductionbyadditionofanelectron,aproton,anelectron,aproton反應機理2.BirchReductionofBenzene與苯環(huán)共軛的雙鍵可以被還原，而不與苯環(huán)共軛的雙鍵不能被還原二、還原反應—

電子－質(zhì)子還原3.酮的雙分子還原

——片吶醇（pinacol）的合成及Pinacol重排

二、還原反應—

電子－質(zhì)子還原3.酮的雙分子還原

——片吶醇（pinacol）的合成及Pinacol重排

二、還原反應—

電子－質(zhì)子還原Pinacol重排的機理如何？請思考。二、還原反應—

負氫還原ReductionbyAdditionofaHydrideionandaProtonNaBH4（硼氫化鈉）

LiAlH4（氫化鋁鋰）醛、酮醇酸、酯酰胺醇、胺NaBH4LiAlH4NaBH4不反應常用還原劑Al-HbondsaremorepolarthanB-Hbonds,soLiAlH4isastrongerreducingreagentthan

NaBH4二、還原反應—

負氫還原問題：在上述反應中使用LiAlH4能達到同樣的選擇目的嗎？回答是否定的！Mechanism:負氫對羰基親核加成二、還原反應—

負氫還原選擇性還原：反應活性——由C-O、C-N重鍵中碳的缺電子程度決定與羰基共軛的雙鍵將如何呢？二、還原反應—

負氫還原——使用體積大活性低的烷基氫化鋁或烷氧基氫化鋁鋰，低溫下還原酰鹵或酯，可以將反應控制在生成醛的一步醛的制備：干冰+丙酮環(huán)己酮還原的立體化學二、還原反應—

負氫還原還原試劑及其活性機理與底物活性立體化學合成應用——請同學們自己進行小結(jié)二、還原反應—

負氫還原三、還原反應—

羰基還原成亞甲基的方法Clemmensen還原

Wolff-Kishner-黃鳴龍還原適用于對堿敏感的醛酮適用于對酸敏感的醛酮三、還原反應—

羰基還原成亞甲基的方法縮硫酮的催化氫化還原三、氧化反應1.OxidationofAlcohols氧化醇的氧化劑主要有鉻酸、高錳酸鉀和硝酸等酸性條件下激烈條件脫水成烯后可以氧化按底物不同分類講解醇、烯炔、醛酮三、氧化反應1.OxidationofAlcohols20alcohol（醇）氧化成ketone（酮）1)最常用的氧化劑是鉻酸（H2CrO4）

——三氧化鉻溶于水或重鉻酸納溶于酸性水溶液Primaryalcohols：

但是在PCC（CrO3ClH-Py）或Sarrett試劑

(CrO3–Py)作用下可以停留在醛的階段無水Mechanism——firstformingachromateester——thenE2eliminationNote——因為在這個過程中包含了連氧碳上的氫的消去，叔醇的連氧碳上沒有氫，所以通常不氧化.1.OxidationofAlcohols重鉻酸鈉的硫酸溶液常用作醇的鑒別

——BloodalcoholContent

——asbloodpassedthroughthearteriesinthelungs,anequilibriumisestablishedbetweenthealcoholinone’sbloodandthealcoholinone’sbreath.三、氧化反應1.OxidationofAlcohols三、氧化反應DeterminationofBloodalcoholContent三、氧化反應2）Jonesreagent(選擇性氧化方法):

——CrO3-dilutedH2SO4-acetone

——Unsaturatedsecondaryalcoholscanbeoxidizedtoketoneswhilecarbon-carbondoublebondsremainunchanged.1.OxidationofAlcohols3）KMnO4orMnO2冷、稀、中性高錳酸鉀不能氧化醇，但在較強烈的條件下（如酸、堿、加熱）醇被氧化。

——10醇羧酸

——20醇酮

——30醇—堿性條件不反應；酸性條件下脫水成烯后再氧化斷裂。KMnO4在不同條件下的活性：酸性>堿性>中性加熱有利于反應新制MnO2可以氧化烯丙位的羥基，而不氧化雙鍵。

三、氧化反應1.OxidationofAlcohols4)Otherreagents

——

Swernoxidation:DMSO-(COCl)2-Et3N三、氧化反應由伯醇、仲醇制備醛、酮的常用方法1.OxidationofAlcohols4)Otherreagents

——HIO4

（鄰二醇的氧化斷裂）——Oppenauer氧化：適合含碳碳重鍵或?qū)λ岵环€(wěn)定的醇的氧化1.OxidationofAlcohols5)Otherreagents

——Swernoxidation:DMSO-(COCl)2-Et3N

醛酮的合成(選擇性氧化方法)——Oppenauer氧化Al[O(CH3)2]3+CH3COCH3（選擇性氧化方法)——HIO4

（鄰二醇的氧化斷裂）4)KMnO4orMnO2(選擇性氧化方法)3)Jonesreagent(選擇性氧化方法)1)最常用的氧化劑是鉻酸（H2CrO4）2)Sarrett試劑（CrO3-吡啶，選擇性氧化方法）2.OxidationofAlkenes,Alkynes1)OxidationwithKMnO4andOsO4

——

OsO4

氧化烯烴生成鄰二醇

——syn-addition2.OxidationofAlkenes,Alkynes

——

KMnO4在溫和條件下，生成鄰二醇

——syn-addition1)OxidationwithKMnO4andOsO42.OxidationofAlkenes,Alkynes2）OxidativecleavageofalkeneswithKMnO4

——

KMnO4在較強烈的反應條件如酸性、堿性、中性加熱下，會發(fā)生烯烴的氧化斷裂，生成酮、酸或酮酸混合物2.OxidationofAlkenes,Alkynes4)OxidativecleavageofAlkenes—ozonolysis——ozone(O3)4)OxidativecleavageofAlkenes—ozonolysisExampleExample4)OxidativecleavageofAlkenes—ozonolysis用途：可用于測定未知烯烴的結(jié)構(gòu)3)OxidativecleavageofAlkynes三、氧化反應2.OxidationofAlkenes,Alkynes2.OxidationofAlkenes(烯),Alkynes(炔)5)Oxidationwithperoxyacids(過酸)——Epoxidation(環(huán)氧化)——環(huán)氧化物的合成

三、氧化反應這是親電加成反應，烯烴上的電子云密度越大，環(huán)氧化速率就越快2.OxidationofAlkenes,Alkynes三、氧化反應5)Oxidationwithperoxyacids2.OxidationofAlkenes,Alkynes三、氧化反應5)Oxidationwithperoxyacids——立體專一性烯烴的氧化反應總結(jié)