第七章 還原反應(yīng)( 精)

第七章還原反應(yīng)Chapter7ReductionReaction有機(jī)物分子中碳原子總的氧化態(tài)(OxidationStete)降低的反應(yīng)為還原反應(yīng)，即加上H或減少O。三大類：①催化氫化多相催化氫化(HeterogeneousHydrogenation)均相催化氫化(HomogeneousHydrogenation)②化學(xué)還原③生物還原一、電子反應(yīng)機(jī)理親核加成（1）金屬?gòu)?fù)氫化物對(duì)羰基化合物的還原LAHNaBH4LiBH4KBH4NaBH3CN各種烷氧基硼氫化物第一節(jié)還原反應(yīng)機(jī)理（2）金屬?gòu)?fù)氫化物對(duì)含氮化合物的還原脂肪族硝基化合物可被LAH還原為胺；芳香族硝基化合物可被LAH還原為偶氮化合物；硫代硼氫化鈉可還原硝基化合物為胺；硼氫化鈉可還原亞胺、烯胺。（3）烷氧基鋁對(duì)羰基化何物的還原即Meerwein-Ponndorf-VerleyReduction（4）甲酸及其衍生物對(duì)羰基化合物的還原胺化經(jīng)過(guò)Shiff堿后還原（5）水合肼對(duì)醛、酮的還原即Wolff-KishnerReduction2.親電加成硼烷THFoptimallyprovidesuncomplexed,monomericBH3availableforreduction(orotherreactions).Inether(B2H6),orinthepresenceofamines(BH3?NR3),lessreactiveborane-complexesareformed（1）硼烷對(duì)烯烴的還原順式加成，四中心過(guò)渡態(tài)，硼原子加到取代較少的碳上。（2）硼烷對(duì)羰基化合物及含氮化合物的還原二自由基反應(yīng)機(jī)理電子轉(zhuǎn)移還原氫化還原機(jī)理氫解還原機(jī)理（1）堿金屬對(duì)芳香族化合物的還原即Birch還原（2）活潑金屬對(duì)羰基化何物的還原Clemmensen還原、Blanc還原、偶姻縮合、Pinacol偶聯(lián)（3）活潑金屬對(duì)含氮化合物的還原硝基化合物、肟、偶氮化合物等（4）硫化物或含氧硫化物對(duì)含氮化合物的還原

前者為電子供體（5）活潑金屬作用下的氫解反應(yīng)2.自由基取代還原R3SnH作用，使碳鹵鍵斷裂，氫原子取代鹵原子三非均相催化氫化反應(yīng)1基本原理非均相催化氫化的五個(gè)連續(xù)步驟①:作用物分子向催化劑界面擴(kuò)散;②:作用物分子向催化劑表面吸附(物理和化學(xué));③:作用物分子向催化劑表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng);④:產(chǎn)物分子在催化劑表面解吸;⑤:產(chǎn)物分子由催化劑界面向介質(zhì)擴(kuò)展。一般決速步驟主要為吸附和解吸兩步：(1)物理吸附和化學(xué)吸附:物理吸附(范德華吸附):作用物分子在cat表面濃集，為物理作用力，無(wú)選擇性多分子吸附。化學(xué)吸附：化學(xué)鍵引起，形成新的化學(xué)鍵，生成活化吸附中間物，降低活化能，使氫化進(jìn)行。2.活化中心cat表面晶格上有很高活性的特定部位，如：原子、離子、有若干原子有規(guī)則排列而成的一個(gè)小區(qū)域。作用物分子結(jié)構(gòu)與活性中心結(jié)構(gòu)間有一定的幾何對(duì)應(yīng)關(guān)系，才能發(fā)生化學(xué)吸附，表現(xiàn)出催化活性。3.多相催化氫化反應(yīng)歷程(1)H2在cat表面活性中心發(fā)生化學(xué)吸附;(2)C=C+cat-絡(luò)合物;(3)活化的H半氫化狀態(tài)中間物;(4)H2進(jìn)行順式加成烷烴。Polyani歷程:Bond歷程:(H轉(zhuǎn)移)(歧化)Bond歷程較Polyani歷程進(jìn)步，可以解釋H交換，C=C位置異構(gòu)及順?lè)串悩?gòu)現(xiàn)象。但不能解釋活性中心的本質(zhì)及不同cat具有不同活性的結(jié)果。1.催化氫化H2/RaneyNi;H2/CuCr2O4;PtO2;(Ph3P)RhClLindlar:Pd/CaCO3/Pb(OAc)2重點(diǎn)內(nèi)容講解Wilkinsoncat.(Ph3P)RhCl-通常只還原位阻最小的雙鍵；加入Ph3P不但能夠促進(jìn)催化劑在有機(jī)溶劑中的溶解度，而且使其更具空間效應(yīng)。2.溶解金屬還原金屬+酸：

Clemmensenreduction金屬+NH3(l):一般溶解金屬還原；對(duì)炔烴還原為反式烯金屬+NH3(l)+質(zhì)子溶劑：Birch還原金屬+醇：Blancreduction、PinacolCouplingPinacolCouplingBlancReduction溶解金屬還原的一般過(guò)程：雙電子化，雙質(zhì)子化。伯奇還原

金屬鈉溶解在液氨中可得到一種藍(lán)色的溶液，它在醇的存在下，可將芳香化合物還原成1，4-環(huán)己二烯化合物，該還原反應(yīng)稱為伯奇還原。NaNH3(l)C2H5OH1K、Li能代替Na，乙胺能代替氨；2鹵素、硝基、醛基、酮羰基等對(duì)反應(yīng)有干擾。反應(yīng)機(jī)理：Na+NH3Na++（e-)NH3CH3OH-CH3O-(e-)NH3CH3OH自由基負(fù)離子溶劑化電子自由基負(fù)離子

環(huán)上有給電子取代基時(shí)，反應(yīng)速率減慢。環(huán)上有吸電子取代基時(shí)，反應(yīng)速率加快。金屬鈉溶解在液氨中可得到一種藍(lán)色的溶液，這是由鈉與液氨作用生成的溶劑化電子引起的Mechanism金屬+非質(zhì)子溶劑

AcyloinCondensationBenzene/TolueneMechanismExample3.氫轉(zhuǎn)移試劑還原（1）LAH羰基-醇酯-醇Lactone-diolAmide-AmineCarbamate-MethylatedAmineEpoxide-olNitrile-AmineAliphaticNitro-AmineHalolide-alkaneDIBAL低溫下將酯、內(nèi)酯、腈還原為醛：（2）Red-AlNaAlH2(OCH2CH2OMe)2=REDAL-H（3）NaBH4NaBH4+CeCl3能區(qū)別醛羰基和酮羰基，選擇性還原活性小的羰基。通常認(rèn)為醛基先作為水合物被保護(hù)，這種水合物通過(guò)與鈰離子絡(luò)合而穩(wěn)定。思考題：（4）BH34.Amalgam-derivedReducingAgents

(1)Na?Hg

JuliaOlefinSynthesis(2)Al?Hg

Cyclicketonesandaldehydesarereduced.Acyclicketonesareinert.Myers’AldehydeSyn.(3)Zn-Hg

5.OtherReductionMethods

(1)DiimideReductionFormation(generation)ofreagents(diimide)

（2）

Wolff-KishnerreductiontheuseofDMSOinsteadofglycolsasthereactionmediumcontainingKOt-Bu,followedbytheslowadditionofpreformedhydrazones,allowsthereductiontotakeplaceatroomtemperature(Crammodification)（3）Rosenmund還原(4)硫代縮醛/縮酮用RaneyNi還原（5）Nef反應(yīng)

第二節(jié)不飽和烴的還原一炔、烯的還原1多相催化氫化

常用的氧化cat有：Ni(骨架)、Pd、Pt、載體Pd/C及Pt/C。(維生素A中間體)喹啉為抑制劑，可使C=C而不進(jìn)一步還原a：毒劑(Poisons)和抑制劑(Inhibitors)(1)影響氫化反應(yīng)速度和選擇性的因素b:反應(yīng)溫度和壓力c:溶劑的影響

溶劑:EtOH53%47%EtOH/HCl/H2O93%7%EtOH/KOH35-50%65-50%(2)炔、烯的選擇性加氫及立體化學(xué)(避孕藥雙炔失磺酯中間體)(位阻小的一面加氫)(乙醇中制備P-2型，水中制備P-1型)順式加氫(3)轉(zhuǎn)移氫化(安宮黃體酮)用肼或二酰亞胺還原(C=C取代基增多，氫化明顯下降)(用其他方法還原多導(dǎo)致二硫鍵斷裂)

選擇性還原末端及環(huán)外雙鍵2均相催化氫化(飽和烴)3硼氫化反應(yīng)

注:(1)反應(yīng)速度:a>b>c(2)X=-OCH391%9%

當(dāng)X為供電子基時(shí)，更有利單硼化物生成

57%43%95%5%當(dāng)烯烴碳原子上取代基數(shù)目相等時(shí)，取代基的位阻對(duì)反應(yīng)結(jié)果影響較大。(3)利用上述性質(zhì)可制備醇或酮二芳烴的還原1催化氫化還原(抗膽堿藥安胃靈中間體)供電子基雙鍵在2，5位形成吸電子基雙鍵在1，4位形成且吸電子基有利于還原，故為C離子歷程。2化學(xué)還原法第三節(jié)醛酮的還原反應(yīng)一還原成烴的反應(yīng)1Clemmensen反應(yīng)(Zn+HgCl25-10%)

有兩種機(jī)理(略)(1)-酮酸及其酯還原成-OH，、-酮酸及其酯類還原成CH2

(2)孤立雙鍵不受影響，與共軛雙鍵被還原2Wolff-（Kishner）-黃鳴龍還原注：(1)黃鳴龍改進(jìn):加二聚醇乙二醇(DEG)或三聚乙二醇(TEG)將生成的水帶出，使收率提高許多。(80%)(85%)

(2)對(duì)高溫或強(qiáng)堿敏感的基團(tuán)，不能采用上述方法。先轉(zhuǎn)變成腙，再還原。二還原成醛的反應(yīng)

1金屬氫化物還原劑(鄰氯喘息定中間體)(避孕藥炔諾酮中間體)(酮的反應(yīng)活性大于、-不飽和醛、酮)9-BBN：9-硼雙環(huán)[3，3，1]壬烷，可迅速還原、-不飽和醛、酮，而不影響分子中其他易還原基因反應(yīng)機(jī)理：其他氫化物，如：LiAlH4與之機(jī)理相同2醇鋁還原劑(Meerwein-Ponndorf-Verley反應(yīng))(92%)(天麻素中間體)3催化氫化還原第四節(jié)羧酸及其衍生物的還原一酰鹵的還原二酯和酰胺的還原1還原成醛

(心血管藥物乳酸心可定中間體)

2還原成醛(96%)3雙分子酯還原成偶姻(氯苯達(dá)諾)(地恩丙胺中間體)4酰胺還原成胺三腈的還原(凝血酸中間體)(VB6中間體)(不影響-NO2)四羧酸及酸酐的還原(加AlCl3起催化劑作用，否則不還原)(B2H6可還原COOH-CH2OH，對(duì)其他官能團(tuán)無(wú)影響)電解還原(雙氯咪唑青霉素鈉中間體)

第五節(jié)硝基化合物的還原一活潑金屬還原劑1Fe還原劑(甲氧非那明中間體)(痢特靈中間體)(不影響其他不飽和官能團(tuán))2其他金屬還原劑(多巴胺中間體)(驅(qū)蟲藥甲胺苯脒中間體)二含硫化合物為還原劑(只還原一個(gè)-NO2，而保留另一個(gè)-NO2)三催化氫化還原(甲砜霉素中間體)(異硫氰酸熒光素中間體)

第六節(jié)氫解反應(yīng)一脫鹵氫解

活性位置的鹵素易發(fā)生氫解N吸電子作用使4位C電子云密度較7位低，易氫解二脫芐氫解脫芐活性順序：(前列腺素F2

中間體)58%)三開環(huán)氫解四脫硫氫解第七節(jié)不對(duì)稱還原反應(yīng)一-手性醛、酮的不對(duì)稱還原(Cram規(guī)則)最優(yōu)勢(shì)構(gòu)象，原因：對(duì)O結(jié)合，增加了體積，因而使C=O-，Z位于M、S中間而與L成反式，此時(shí)構(gòu)象最穩(wěn)定。若羰基-手性碳上有-OH、-NH2等富電子基團(tuán)，則可通過(guò)氫鍵與羰基成環(huán)。如