第六章氧化反应(4)

1、氧化反应必须通过氧化剂来实现。氧化反应必须通过氧化剂来实现。氧化剂氧化剂：亲电试剂亲电试剂，它进攻有机物电子密度大的部位，从有机它进攻有机物电子密度大的部位，从有机 物中取得电子。物中取得电子。氧化剂分类：氧化剂分类：通用氧化剂（如通用氧化剂（如KMnO4）；）； 选择性氧化剂选择性氧化剂 （如（如SeO2, Pb(Ac)4）氧化反应是一类最常用和极重要的有机化学反应。氧化反应是一类最常用和极重要的有机化学反应。有机化合物中，凡失去电子或电子偏移使碳原子上电子云密度有机化合物中，凡失去电子或电子偏移使碳原子上电子云密度降低的反应，称为氧化反应。降低的反应，称为氧化反应。狭义而言，是指有机物分子

2、中氧狭义而言，是指有机物分子中氧原子增加或氢原子减少，或二者兼而有之的反应，不涉及形成原子增加或氢原子减少，或二者兼而有之的反应，不涉及形成新的碳新的碳-卤键，碳卤键，碳-氢键和碳氢键和碳-硫键。硫键。进行氧化反应有机物结构1. 饱和烃的氧化2. 不饱和化合物的氧化4. 醇羟基的氧化3. 芳烃的氧化6. 胺的氧化5. 醛、酮的氧化氧化反应分类1. 化学氧化： 用化学试剂氧化2. 催化氧化： 用过渡金属复合物与氧化物氧化3. 电解氧化： 用电解的方法4. 生化氧化： 用微生物氧化KMnO41) 对各种可被氧化的基团都可进行氧化；2）反应介质的pH对反应有影响；3）反应溶剂：水和与水混溶的有机溶剂

3、中，如， 丙酮，叔丁醇，吡啶，乙酸等。DMSO不行。4）可加入相转移催化剂如季胺盐或冠醚等解决氧化底物 与溶剂的溶解性问题。5）应用 (i) 氧化烯烃：产物为邻二醇（收率低）；酸和酮 (ii)氧化醇：产物为酮或酸。 (iii) 氧化芳烃： 一般为侧链被氧化成羧基，强烈条件 可破坏芳环。 NKMnO4/OH-NCOOHCOOH1)2) H+,ROH 伯、仲醇醛、酮OO羧酸 选择性氧化剂铬（V VI I）化合物：Collins Reagent; PCC; Jones锰氧化物：MnO2Ag2CO3, DMSO, Pb(OAc)4用 六价铬（六价铬（VI）化合物，包括）化合物，包括CrO3-Py(Co

4、llins), 重铬酸盐、重铬酸盐、 氯氯铬酸吡啶盐（铬酸吡啶盐（PCC）等，在酸性条件下可使伯醇氧化为醛，仲）等，在酸性条件下可使伯醇氧化为醛，仲醇氧化成酮。醇氧化成酮。 如：如：CH3(CH2)5CH2OHCrO3(Py)2/CH2Cl225CoCH3(CH2)5CHOCrO3-H2SO4-ActoneOOOOHHOOOOHJones试剂氧化反应需在酸性条件下进行，以CH2Cl2为溶剂。当底物分子结构中有对酸敏感基团，需加入AcONa。氧化性更强，反应需在中性条件下进行，以CH2Cl2为溶剂。若用DMF或DMSO做溶剂，氧化性更强。NHClCrO3PCCNH2Cr2O72-PDCCH2OH

5、PCC/CH2Cl2CHOOPCC/CH2Cl2AcONaPDC/CH2Cl2PDC/DMFCOOH DMAP与氯铬酸组成的吡啶蓊盐，可选择性地氧化与氯铬酸组成的吡啶蓊盐，可选择性地氧化烯丙醇烯丙醇及苄醇类及苄醇类，如：，如：OHOHDMAP/HCrO3ClOHCHONN(CH3)2HCrO3ClDMAP活性二氧化锰是活性二氧化锰是 ，- 不饱和醇（如烯丙醇、苄醇）不饱和醇（如烯丙醇、苄醇）进行选择进行选择性氧化的氧化剂，反应条件温和，操作简便，如：性氧化的氧化剂，反应条件温和，操作简便，如：NH3CCH2OHOOMnO2, C6H630 C, 2hoNH3CCHOOO 当分子中有数个羟基时，

6、活性二氧化锰可选择氧化烯丙位羟基：当分子中有数个羟基时，活性二氧化锰可选择氧化烯丙位羟基：HOHOOHMnO2/CH2Cl2r.t.OHOOH62%3. 用碳酸银氧化用碳酸银氧化氧化剂特点氧化剂特点：反应条件温和，可在中性环境进行，且收率较高。反应条件温和，可在中性环境进行，且收率较高。反应选择性：反应选择性： （1）位阻大的羟基不易被氧化；）位阻大的羟基不易被氧化；优先氧化仲醇优先氧化仲醇； 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时，可生成相应的内酯，二醇等

7、二元伯醇氧化时，可生成相应的内酯，其余的二醇氧化后得羟基醛或羟基酮：其余的二醇氧化后得羟基醛或羟基酮：HOCH2(CH2)2CH2OHAg2CO3/C6H6OO95% 亲电试剂如亲电试剂如DCC(二环己基碳二亚胺二环己基碳二亚胺),Ac2O, (CF3CO)2O, SOCl2, (COCl)2,等活化，生成活性锍盐，它极易与醇形成烷氧基锍盐，等活化，生成活性锍盐，它极易与醇形成烷氧基锍盐，接着发生消除反应，生成醛或酮与二甲硫醚。接着发生消除反应，生成醛或酮与二甲硫醚。 反应机理反应机理：H3CSH3CO+E+H3CS+H3CO ER1CHOHR2H3CSH3CO CHR1R2R1CR2O+H3

8、C S CH3氧化剂特点氧化剂特点：反应条件温和，产物分离简便，收率高，费用低反应条件温和，产物分离简便，收率高，费用低 反应选择性好。反应选择性好。常用组合常用组合：DMSO-DCC，DMSO-Ac2O，DMSO-（COCl)2 DMSO-DCC/H3PO4(碱还可用三乙胺等有机碱碱还可用三乙胺等有机碱)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，适用于氧化空间位阻大的羟基，并可避，适用于氧化空间位阻大的羟基，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试剂常用试剂：过碘酸（过碘酸（HIO4），四醋酸铅（），四醋酸

10、铅（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 ，可得到一个羟基一个羰基的化合物；，可得到一个羟基一个羰基的化合物； 而而1,n- （n4）二醇的氧化则可得到相应的内酯，但反应时需要）二醇的氧化则可得到相应的内酯

11、，但反应时需要大过量的大过量的Ag2CO3。烯键可被一些试剂氧化生成各种氧化物。烯键可被一些试剂氧化生成各种氧化物。氧化剂：氧化剂：H2O2/OH-; t-BuOOH/OH, m-ClC6H4CO3HCCOCCOOHCCOHCOHOCO,氧化剂：过氧化氢（物），有机过氧酸氧化剂：顺式邻二醇：KMnO4(低温、低浓度、碱性) OsO4, I2 AgCO3反式邻二醇： 有机过氧酸, I2 AgCO3（Woodward）(Prevost)KMnO4氧化剂： ， O3O2/PdCl2-CuCl常用过渡金属配合物常用过渡金属配合物：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 环氧化法O(s,s)-D-(-)-tartrateO(R,R)-D-(+)-tartrateR2R1R3OHt-BuOOH,Ti(OPri)4CH2Cl2,20 Co80%90%R2R1R3OHO90% eeSharpless试剂可选择试剂可选择氧化烯丙醇氧化烯丙醇双键。双键。t-BuOOHMo(CO)6O92%+ O8%（i）用芳香过氧酸效果较好；用脂肪族过氧酸，需在缓冲溶）用芳香过氧酸效果较好；用脂肪族过氧酸，需在缓冲溶液液(NaOAc)中进行，否则，得开环产物。中进行，否则，得开环产物。

13、（ii）过氧酸分子中有吸）过氧酸分子中有吸电子基团或烯键碳上有烃基电子基团或烯键碳上有烃基时，环氧时，环氧化反应易进行。化反应易进行。O COCH3PhCOOOH/PhH0CoO COCH3OPhCOOOH/CHCl3OHH+HHO94: 6（iii）环氧化有高度立体选择性（无高度对映选择性），顺式）环氧化有高度立体选择性（无高度对映选择性），顺式加成，常从位阻小一侧形成氧环。加成，常从位阻小一侧形成氧环。烯丙位存在如羟基、乙酰氧烯丙位存在如羟基、乙酰氧基等含氧基团时，主要得氧环与乙酰氧基处于异侧的产物。基等含氧基团时，主要得氧环与乙酰氧基处于异侧的产物。C C COCOORC COC COC

14、O+RO单键，可旋转.ROO-E-型产物CHCCH3COH3CCH3EH2O2/NaOH/MeOHCHCH3ZCCH3CCH3OCH3CHCCH3OCOCH3如如: pH不同，产物不同。不同，产物不同。 66%73%CH CH CHOH2O2/NaOH/Me2Ot-BuOOH/NaOH/MeOHpH = 10.5CHCHCHOOCHCHCOOHOCH3CHCCOOC2H5COOC2H5H2O2/NaOHpH 8.59.0CH3CHCCOOC2H5COOC2H5O双键上取代基多者优先氧化；双键上取代基多者优先氧化；氧环在位阻小的一边。氧环在位阻小的一边。OH2O2/NaOH150CoOOPh97

15、%(ee: 84%)PhO手性季铵盐（5mol%）/LiOH30%H2O2/n-Bu2OR1R2OONNXBr-HO手性季铵盐NNOOMnHHCl(R,R)-salen-Mn(III)配合物烯键氧化成烯键氧化成1，2-二醇，即烯键的全羟基化作用，氧化试剂不二醇，即烯键的全羟基化作用，氧化试剂不同，产物的立体化学不同。同，产物的立体化学不同。(1)顺式羟基化：顺式羟基化：常用氧化剂常用氧化剂：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） 无水CCOHOHCCOHOH（2）H2O由于乙酰氧负离子从碘的三元环过渡态的另一侧进攻，由于乙酰氧负离子从碘的三元环过渡态的另一侧进攻，所引入的羟基与碘的三元环不在同侧，所引入的羟基与碘的三元环不在同侧，该立体化学特点与该立体化学特点与KMnO4 相反，相反，因此，可用于进行立体选择性的双羟基化反应。因此，可用于进行立体选择性的双羟基化反应。常用试

17、剂常用试剂：过氧酸过氧酸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，亚甲基等均可发生酯化。在反应中加入三氟位活性甲基，亚甲基等均可发生酯化。在反应中加入三氟化硼时，对化硼时，对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-羟基酮羟基酮： （思考：为何不提（思考：为何不提-羟基醛？羟基醛？

18、）R COCH3Pb(OAc)4R COCH2OCOCH3OH-/H2OR COCH2OHCOCH2OCOCHOHCOCO常用氧化剂：四醋酸铅（LTA）常用氧化剂：Se2O2. 氧化成氧化成二羰基化合物：二羰基化合物： SeO2为氧化剂为氧化剂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对羰基两个对羰基两个-位的甲基、亚甲基的氧化缺乏选择性，因此，位的甲基、亚甲基的氧化缺乏选择性，因此，只有当羰基只有当羰基-位仅有一个可氧化的烃基，或者两个亚甲基处于位仅有一

19、个可氧化的烃基，或者两个亚甲基处于相似（或对称）的位置时，这类氧化才有合成意义。如：相似（或对称）的位置时，这类氧化才有合成意义。如：在酸催化下，醛或酮与过氧酸作用，在烃基与羰基之间插入氧生成酯的反应，称为Baeyer- Villiger氧化重排反应。氧化重排反应。反应机理：反应机理：说明说明：（1）烃基迁移能力： 叔烷基 环己基，仲烷基，苄基，苯基 伯烷基 甲基。（2）醛与过氧乙酸反应，氢迁移，产物一般为酸。但用MPBA 在CH2Cl2 中于室温下重排，得甲酸酯。例例1：甲基酮发生甲基酮发生Baeyer- Villiger反应，产物为乙酸酯。反应，产物为乙酸酯。PhCO3H/CHCl3COC

20、H3HO COCH3H例例2：利用：利用Baeyer- Villiger反应引入羟基。反应引入羟基。例例3：醛与：醛与MCPBA/CH2Cl2中重排，产物为甲酸酯。中重排，产物为甲酸酯。CF3CO3H/CH2Cl2COPhCo25OCOPhH2O90%OHOCHOMCPBA/CH2Cl2Or.t., 5dO COH苄位苄位-H对氧化剂敏感，对氧化剂敏感，易形成自由基或碳正离子的氧化中间易形成自由基或碳正离子的氧化中间体，使用不同的氧化剂，可得到相应的芳香醇、醛、酮和羧体，使用不同的氧化剂，可得到相应的芳香醇、醛、酮和羧酸，产物收率高。酸，产物收率高。苄位烃基氧化CH2R X CHROCOCH3

21、 X OCROCHOCOOHCH2OH常用氧化剂常用氧化剂： 硝酸铈盐（硝酸铈盐（(NH4)2Ce(NO3)6CAN），）， 四醋酸铅四醋酸铅 （Pb(OAc)4,LTA）, 四氟醋酸铅（四氟醋酸铅（Pb(OCOCF3)4）（1）硝酸铈盐（）硝酸铈盐（CAN）：）：选择性较好，但反应须在选择性较好，但反应须在无水条件下无水条件下进行，进行，否则，产物为混合物。苯环上有吸电子基，收率降低：否则，产物为混合物。苯环上有吸电子基，收率降低：CH3CAN/100%AcOHrefluxCH2OCOCH3(90%)CAN/50%AcOH100 CoCHO+CH2OCOCH3CH2OH+36%7%7%H2O

22、/OH-CH2OH（2）四醋酸铅）四醋酸铅 （Pb(OAc)4,LTA）：）：本身不够稳定，可用本身不够稳定，可用Pb3O4与乙酸或三氟乙酸反应制得，并立与乙酸或三氟乙酸反应制得，并立即使用。酯化作用低于即使用。酯化作用低于CAN。苯环上有供电子基，利于反应。苯环上有供电子基，利于反应。反应也需要在无水醋酸中进行反应也需要在无水醋酸中进行。如：。如：CH2CH3Pb3O4/AcOHCo806hCHCH3OCOCH363%Pb3O4/AcOHCo6070OCOCH3NaOH/MeOHreflux. 2hOH80%72%CH3CH3CH3CAN/50%AcOHC, 120mino80CHOCH3C

23、H3（定量）CH3 CH3CAN高温COOH CH35060CoCANCHO CH3(1) CANH2SO4/H2OCH3CH3CrO3 Ac2O/H2SO4CH(OCOCH3)2CH(OCOCH3)2CHOCHO52%CH3BrCrO2Cl2/CCl4CHOBr复合物H2O80% 苄位亚甲基氧化产物为酮时氧化剂为：CAN/HNO3, 铬的氧化物产物为羧酸时氧化剂: KMnO4/OH-, Na2Cr2O7/H+ArCH2CH3CAN/HNO370minCo90ArCCH3OCH3O2NNa2Cr2O7/H2SO4/H2OCOOHO2N*O*+O*常用氧化剂常用氧化剂：SeO2、CrO3-Py配合物配合物（Collins试剂），过氧酸酯过氧酸酯1. SeO2 ：氧化活性氧化活性C-H 键键，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，氧化产物收率较好。产物可以是烯丙基醇，氧化产物收率较好。产物可以是烯丙基醇， 也可以是不饱