有機(jī)合成-第八章還原反應(yīng)

第八章還原反應(yīng)如：環(huán)己酮被硼氫化鈉(NaBH4)還原成環(huán)己醇，原來的羰基C=O上加了一分子氫（H2）成了CHOH，即相對的氧化態(tài)由+2變成0；烯類加氫變成烷類，也是一種還原反應(yīng)，其相對的氧化態(tài)由-2變成-4酮類與Zn/HCl作用變成烷類，即羰基C=O脫去一個(gè)氧原子，又加上一個(gè)分子氫變成CH2，相對的氧化態(tài)+2值變成-2值。

廣義的還原反應(yīng)是指作用部位的碳原子的氧化數(shù)減少。還原反應(yīng)分類催化氫化化學(xué)還原電解還原還原劑（Reducingagents）大致可分為五類：1.氫氣（H2,加氫反應(yīng)）2.金屬氫化物（NaBH4,LiAlH4,BH3，Metal

hydrides）3.金屬（Metal，Na，K，Zn）4.低價(jià)金屬鹽（如：TiCl3，TiCl2）5.非金屬(如：N2H4，Me2S，Ph3P)。

8.1催化氫化（加氫反應(yīng)）對于有機(jī)化合物的還原來講，催化氫化是一種廣泛應(yīng)用的技術(shù)。反應(yīng)是在催化劑的存在下，于氫氣的環(huán)境中通過攪拌或震蕩化合物的溶液而進(jìn)行的。一概論1.催化氫化的類型催化加氫：不飽和鍵加氫（烯、炔、醛、酮、腈、芳環(huán)加氫）催化氫解：碳雜鍵斷裂（脫鹵氫解、脫芐氫解、脫硫氫解、開環(huán)氫解）

氫化(Hydrogenation)：使碳-碳，碳-氧，碳-氮等重鍵加氫。

氫解(Hydrogenolysis):在催化氫化的條件下，底物分子被化驗(yàn)裂解成兩個(gè)或兩個(gè)以上的小分子的反應(yīng)。使一些單鍵發(fā)生裂解：如鹵代物，芐醇類，芐胺類，酰鹵類的氫解和脫硫、酯的酯解等.反應(yīng)進(jìn)行的速率跟反應(yīng)使用的壓力，溫度及溶劑也有密切關(guān)系。溶劑影響催化劑的活性，到極性的酸性溶液，如：乙酸，活性遞增。1）

低壓氫化：氫氣壓力通常在1-4大氣壓，溫度在0~100℃2）

高壓氫化：氫氣壓在100-300大氣壓，溫度高達(dá)300℃按反應(yīng)壓力分類均相催化氫化：催化劑溶解于反應(yīng)介質(zhì)均相催化氫化反應(yīng)的催化劑都是第八族元素的金屬絡(luò)合物，它們帶有多種多樣的有機(jī)配體。這些配體能促進(jìn)絡(luò)合物在有機(jī)溶劑中的溶解度，使反應(yīng)體系成為均相，從而提高了催化效率。。特點(diǎn)：催化效率高，反應(yīng)條件溫和，反應(yīng)選擇性高，副產(chǎn)物缺點(diǎn)：原料成本高，對氧敏感，常用惰性氣體恒流除氧。常用均相催化劑：三（三苯基膦）氯化銠-(Ph3P)RhCl

2.催化劑類型：非均相催化氫化：催化劑以固體形式存在于反應(yīng)體系中催化劑，常用的有Raney鎳，鉑，或在載體上的鈀或銠（Pd,Rh）;載體是為了降低活性，它可以是活性碳，硫酸鋇或碳酸鈣。金屬催化劑活性變化是：Pd>Rh>Pt>Ni>Ru。

二、催化加氫

1.非均相氫化的反應(yīng)歷程

催化劑活性中心吸附氫分子，生成活潑氫原子催化劑吸附有機(jī)物分子，打開π鍵，成兩點(diǎn)吸附的活性中間體活潑氫原子對活性中間體加成，產(chǎn)物脫附，向介質(zhì)擴(kuò)散立體化學(xué)：在環(huán)狀烯烴化合物中，主要生產(chǎn)順式產(chǎn)物。因?yàn)椴伙柡突衔锓肿右钥臻g效益較小的一面吸附到催化劑表面，與吸附在催化劑表面的清進(jìn)行順式加成。2.常壓或低壓氫化反應(yīng)裝置反應(yīng)性 反應(yīng)物 氫化產(chǎn)物最高RCOClRCHO

RCH2NO2 RCH2NH2 RC≡CR′ RCH=CHR′(Z,Cis) RCHO RCH2OH RCH=CHR′RCH2CH2R′ RCOR′ RCH(OH)R′ ArCH2X ArCH3

RC≡N RCH2NH2 RCO2R′ RCH2OH+R′OH

最低 RCONHR′RCH2NHR

3.一般官能團(tuán)化合物的加氫反應(yīng)1)選擇性的還原炔類，而不影響雙鍵：炔類進(jìn)行加氫反應(yīng)產(chǎn)生順式烯類。受空間效應(yīng)影響末端炔基（terminalalkyne）較內(nèi)側(cè)炔基更容易進(jìn)行加氫反應(yīng)。2)受空間效應(yīng)的加氫反應(yīng)影響均相催化氫化反應(yīng)的催化劑都是第八族元素的金屬絡(luò)合物，它們帶有多種多樣的有機(jī)配體，體積較大，具有很高的選擇性。通常只還原位阻單取代或雙取代雙鍵。如Rh(I)的配體（Ligands）改用光學(xué)活性的磷化合物，則能夠有不對稱誘導(dǎo)作用（asymmetricinduction）而產(chǎn)生具有光學(xué)活性的化合物。

不對稱催化氫化3)受催化劑、取代物及溶劑影響的加氫反應(yīng)反應(yīng)進(jìn)行的速率跟反應(yīng)催化劑的活性、使用的壓力、溫度及溶劑也有密切關(guān)系。高活性催化劑：選擇性差，反應(yīng)條件要求低。例如：高活性的RaneyNi，W-4、W-5、W-6、W-7，Pt(鉑黑)、Pt2O低活性的催化劑：反應(yīng)選擇性高例如：Pd-BaSO4-喹啉(lindlar催化劑）各種官能團(tuán)催化加氫的活性次序?yàn)椋?/p>

被還原基結(jié)構(gòu)的影響RCOR’OOHOH+H2,PdSolvent(trans

)_(cis

)_Solvent:DioxaneOOEtOH

KOH+100%0%0%100%溶劑影響1．脫鹵氫解酰氯在催化劑和控制劑的存在下，不是被還原成醇而是停留在醛的階段，這類反應(yīng)叫Rosenmund還原?？刂苿┒嘤绵蚧?Q—S)。三、催化氫解2．脫芐氫解和雜原子(O、N、X等)直接相連的芐基(或烯丙基)或取代芐基可以氫解成甲苯或取代甲苯。脫芐氫解的應(yīng)用：一是利用芐基作保護(hù)基；另一是合成取代甲苯的化合物。氫解的難易次序是：PhCH2NR3>PhCH2OR>PhCH2NR23．脫硫氫解幾乎所有的有機(jī)硫化物都可以氫解脫硫。由于硫化物容易使鉑或鈀催化劑中毒，所以碳—硫鍵的氫解常用Raney—Ni催化劑。4．開環(huán)氫解小環(huán)一般都可以發(fā)生加氫開環(huán)。三員環(huán)類似于雙鍵，最易發(fā)生加氫開環(huán)；四員環(huán)需要較劇烈的條件；五員以上的碳環(huán)化合物通常不能氫解開環(huán)，但五員以上的某些雜環(huán)(如)較易氫解開環(huán)。氫負(fù)離子轉(zhuǎn)移劑，用于選擇性地還原多官能團(tuán)分子中某些基團(tuán)，主要為極性雙鍵。常見的氫負(fù)離子轉(zhuǎn)移劑：

金屬氫化物（LiAlH4、LiBH4、NaBH4）、異丙醇鋁/異丙醇8.2金屬氫化物還原優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)分子上同時(shí)有烯鍵和極性基團(tuán)（羰基、羥基、酯基、酰胺、氰基等）存在時(shí)，能選擇該極性基團(tuán)還原。常見絡(luò)合金屬氫化物及其活性氫化鋁鋰＞硼氫化鋰＞硼氫化鈉＞硼氫化鉀＞氰基硼氫化鈉LiAlH4還原能力強(qiáng)，可還原醛、酮、羧酸、酯、酰氯、酰胺、硝基化合物、腈、鹵代烴。無水條件NaBH4是醛酮的專屬還原劑。

不能與強(qiáng)酸接觸，以免產(chǎn)生易燃，劇毒的乙硼烷。使用上述還原劑的注意點(diǎn)制備：LiH+AlCl3=LiAlH4+LiCl歷程：以丙酮反應(yīng)為例一、LiAlH4與二異丁基氫鋁1、LiAlH41）醛酮的還原2）羧酸及其衍生物的還原以氫化鋰鋁還原酸酐，需經(jīng)過醛酸的中間體，羰基較羧基更容易被還原，因此在低溫時(shí)，為防止羰基被進(jìn)一步還原，此時(shí)將反應(yīng)終止可獲得內(nèi)酯；若升高溫度則得到二醇類為最終產(chǎn)物。3）腈的還原4）硝基化合物的還原5）環(huán)氧化合物的還原6）含硫化合物的還原7）鹵代物的還原OOHHHCH3OOHHHCH3OOH1)1eq.iBu2AlHPhCH3,70℃2)H3+O1eq.2.二異丁基氫鋁1)以一當(dāng)量的二異丁基氫鋁還原內(nèi)酯，在適當(dāng)?shù)臈l件控制下，醛基不繼續(xù)被還原，則可以得到半縮醛的產(chǎn)物,反應(yīng)得到熱力學(xué)較穩(wěn)定的半縮醛，羥基在橫鍵上。2)對于α,β-不飽和γ-內(nèi)酯的還原，反應(yīng)后立即脫水生成呋喃化合物3)以一摩爾的二異丁基氫鋁可將酯或腈類化合物還原成為醛類，若使用過量的還原劑，則得到醇類的生成物。由于此還原劑為堿性，不會(huì)破壞環(huán)丙烷的結(jié)構(gòu)（環(huán)丙烷在酸的催化下會(huì)解離）。對于α,β-不飽和酮類的還原反應(yīng)，氫化鋰鋁和二異丁基氫鋁可能有不同的選擇性。一般說來，LiALH4是以H-直接作用，進(jìn)行1,4－還原反應(yīng)，而二異丁基氫鋁具有Lewisacid性質(zhì)則先與親核性的氧原子螯合后，再釋放出H-，進(jìn)行1,2－還原反應(yīng)。當(dāng)LiAlH4與AlCl3為共同還原劑，還原劑劑產(chǎn)生Alane,Al2H7時(shí)，也產(chǎn)生1,2－還原產(chǎn)物。具有光學(xué)活性的還原劑，可將苯乙酮還原可得到光學(xué)活性醇類產(chǎn)物：BINAL-H(Noyori)Li(t-BuO)3AlH位阻較大，可選擇性還原位阻小的一邊。

二、硼氫化鈉

還原醛和酮到醇，還原酰氯到醇，不還原酸，酯，內(nèi)酯，環(huán)氧化合物或硝基化合物。不還原孤立的烯基，炔基，硝基，腈基，鹵代物。1）羰基化合物的還原2）硼氫化鈉可與α,β－不飽和酯類及腈類進(jìn)行1,4－還原，產(chǎn)生飽和酯類或腈類；α,β－不飽和羰基化合物，則進(jìn)行1,2－還原反應(yīng),尤其有CeCL3的存在下，產(chǎn)生烯丙醇。3）利用CeCl3容易與醛類螯合，產(chǎn)生類似于半縮醛的中間體，則硼氫化鈉可選擇性地還原酮基。硼氫化鈉在酸中不穩(wěn)定，但硼氫氰鈉(NaBH3CN)在酸中卻相當(dāng)穩(wěn)定，故應(yīng)用于氨基酸的反應(yīng)中。RCHN=CHPhCO2HNaBH3CN25℃RCHCO2HNHCH2Ph氰基硼氫化鈉是溫和的還原劑，常用于將醛/酮制得的亞胺選擇性還原為胺，尤其適用于還原胺化反應(yīng)。它與水反應(yīng)緩慢，可以用水作氰基硼氫化鈉反應(yīng)的溶劑。氰基硼氫化鈉遇強(qiáng)酸會(huì)立即生成氰化氫，遠(yuǎn)離酸、氧化劑4）硼氫氰鈉(NaBH3CN)

1.概述●以三鹵化硼與強(qiáng)氫化劑如四氫硼化鈉或氫化鋁鉀等在質(zhì)子性溶劑中反應(yīng)來制備乙硼烷:如

3NaBH4＋4BF3二甘醇二甲基醚

2B2H6

＋3NaBF4●一種簡便的實(shí)驗(yàn)室合成法是把NaBH4小心地加到濃H2SO4之中:2NaBH4＋2H2SO4

2NaHSO4

＋B2H6

＋2H2三、硼烷硼烷與金屬復(fù)氫化物不同，它是親電性氫負(fù)離子轉(zhuǎn)移還原劑。還原羰基化合物，首先是由缺電子的硼原于進(jìn)攻富電子的羰基氧原于，然后硼原于上氫以氫負(fù)離子形式轉(zhuǎn)移到缺電子的羰基碳原于上而使之還原成醇。2023年12月20日羧酸腈醛酮與酯反應(yīng)速度極慢

硼烷能還原羧基、雙鍵、羰基、氰基等多種官能團(tuán)．但硼烷有一個(gè)引人注目的反應(yīng)特性．就是它還原羧基的速度比還原其他基團(tuán)要快，條件也溫和。如果控制硼烷的用量，并在低溫下進(jìn)行反應(yīng)，可選擇性地還原羧基成相應(yīng)的醇，而分子中其他易被還原的基團(tuán)、如硝基、氰基、酯基、醛或酮的碳基、鹵素等均可保留，因此它是選擇性還原羧酸的優(yōu)良試劑。硼烷還原官能團(tuán)的活性大致為硼烷不還原酰氯、硝基化合物、鹵代烴、砜、二硫化物?？刂茥l件，選擇性還原2023年12月20日2.硼烷與烯烴作用—硼氫化反應(yīng)硼烷加在烷基較少的烯碳上，而氫則加在烷基較多的另一烯碳上，為順式加成。硼烷有3個(gè)氫陰離子，可與3mol的烯類作用，形成R3B。但如果受空間位阻的影響，與烯作用的分子數(shù)則會(huì)減少。2023年12月20日3.有機(jī)硼化合物用醋酸處理可得到烷烴。4.有機(jī)硼化合物用H2O2的堿性溶液處理得到醇類化合物，原來連接硼的碳原子在改接羥基時(shí)，保持原來的構(gòu)型。有機(jī)硼烷的反應(yīng)總結(jié)于左圖特點(diǎn)：醛、酮還原的專用還原劑，異丙醇負(fù)離子將氫負(fù)離子轉(zhuǎn)移給羰基而自身氧化為丙酮。優(yōu)點(diǎn)：不容易發(fā)生其它反應(yīng)，產(chǎn)物較純。對易被還原的硝基不作用，選擇性強(qiáng)。對不飽和醛、酮還原產(chǎn)物醇。四、異丙醇鋁/異丙醇(麥爾外因－彭杜爾夫還原反應(yīng))可選擇性將羰基還原成羥基高溫下可將羰基還原為亞甲基。異丙醇鋁易吸潮，遇水分解，需無水操作。含活性氫和易烯醇化反應(yīng)的羰基化合物，不用此還原劑。對熱敏感的醛，不易用異丙醇而用乙醇鋁和乙醇。反應(yīng)注意點(diǎn)：還原反應(yīng)是在供質(zhì)子溶劑存在下進(jìn)行的，或者是在反應(yīng)后用供質(zhì)子溶劑處理常用的活潑金屬：Li、Na、K、Zn、Mg、Sn、Fe（有時(shí)采用金屬與汞的合金，以調(diào)節(jié)反應(yīng)活性與流動(dòng)性）供質(zhì)子劑：乙醇、水、含質(zhì)子溶劑。8.3金屬還原2023年12月20日一.鋰（鈉）溶于液氨中的還原反應(yīng)1.將炔還原為反式烯烴2023年12月20日若在強(qiáng)堿NaNH2存在時(shí)，末端炔基先轉(zhuǎn)變成金屬鹽類，而不被還原。2023年12月20日2.與

,

不飽和酮類進(jìn)行1,4還原反應(yīng)2023年12月20日3.Birch還原堿金屬或堿土金屬在液氨與醇的混合溶液中，與芳香化合物反應(yīng)，芳環(huán)被還原為環(huán)己二烯。2023年12月20日如芳環(huán)上有給電子基團(tuán)，則還原后此基團(tuán)與雙鍵相連；如有吸電子基團(tuán)，則還原后此基團(tuán)盡量遠(yuǎn)離雙鍵。2023年12月20日如果取代基有與苯環(huán)共軛的雙鍵，則取代基的雙鍵首先被還原。如果取代基的雙鍵不與苯環(huán)共軛，則該雙鍵不會(huì)被還原。2023年12月20日苯甲醚的Birch還原產(chǎn)物，經(jīng)不同條件的水解得到不同的環(huán)己烯酮。溫和水解2023年12月20日二.以金屬鋅為還原劑通常加入Cu,Ag,Hg以降低Zn的活性，避免其與酸作用產(chǎn)生氫氣。1.二鹵化物脫鹵2023年12月20日2.Clemmensen還原將醛酮的羰基還原為亞甲基。由于反應(yīng)體系為酸性，且需加熱，所以此法不適用于對酸和熱敏感的羰基化合物的還原。2023年12月20日反應(yīng)物中羧酸、酯、酰胺上的羰基不受影響。但對

酮酸和

酮酯，只能將酮基還原為羥基。而對

或

酮酸及酮酯，則可將酮基還原為亞甲基。2023年12月20日在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3.α-鹵代酮還原2023年12月20日4.酮的雙分子還原在鈉、鋁、鋁汞齊、鎂、鎂汞齊或低價(jià)鈦的作用下，酮在非質(zhì)子溶劑中發(fā)生雙分子還原生成頻哪醇。頻哪醇頻哪醇在酸性條件下會(huì)發(fā)生重排。2023年12月20日5.酯的雙分子還原acyloin縮合/酮醇縮合羧酸酯在苯、二甲苯、乙醚等惰性溶劑中與鈉一起回流，之后水解，生成2

羥基酮。想一想：酯在Na-EtOH中反應(yīng)得到什么產(chǎn)物？二元羧酸