药物合成反应中的还原反应

1、Organic Reactions for Drug Synthesis第七章第七章 还原反应还原反应 Reduction Reaction Organic Reactions for Drug Synthesis 在化学反应中，使有机物分子中碳原子总的氧化态降低的反应称为还原反应。 增加氢或减少氧。Organic Reactions for Drug Synthesis概概 述述HN NHHCNH2O多相催化氢化（d轨道 Co,Rh,Pd,Pt) H2均相催化氢化（将催化剂变为络合物）两相 H2/液相 TTC转移氢化（采用有机氢源H2NNH2H2O）催化氢化无机还原剂 KBH4 NaBH4有

2、机还原剂化学还原分类生物还原反应NH2COCHOHCCCH CHOH意义： NO2Organic Reactions for Drug Synthesis第二节不饱和烃的还原第二节不饱和烃的还原 一一 炔、烯烃的还原炔、烯烃的还原1 多相催化氢化法多相催化氢化法 （催化剂（催化剂 Ni , Pd , Pt ）反应历程反应历程吸附：物理吸附吸附：物理吸附(催化剂表面催化剂表面) 化学吸附化学吸附(化学键化学键-活性中心活性中心)反应：作用物在催化剂表面化学反应反应：作用物在催化剂表面化学反应解析：产物从催化剂表面解析解析：产物从催化剂表面解析扩散：产物分子向介质扩散扩散：产物分子向介质扩散Org

3、anic Reactions for Drug Synthesis镍为催化剂镍为催化剂:raney镍，载体镍，还原镍等镍，载体镍，还原镍等特点：价廉易得，还原范围广特点：价廉易得，还原范围广raney镍镍(活性镍活性镍)：多孔海绵状骨架：多孔海绵状骨架结构的金属微粒结构的金属微粒(比表面积大比表面积大)Organic Reactions for Drug Synthesis制备Ni-Al + 6NaOHNi+2Na3AlO3+3H2不同条件制得不同型号W1-W8活性顺序：W6W7W3 W4W5W2W1W8活性检验：干燥Raney Ni空气中自燃保存：乙醇覆盖，低温保存Organic React

4、ions for Drug Synthesis钯钯(Pd)为催化剂为催化剂 PdCl2+H2Pd+HCl Pd(黑色粉末)PdCl2+HCHO+NaOHPd+HCOONa+NaCl+H2O钯黑载体钯：加入载体（活性炭、CaCO3、BaSO4、硅藻土、Al2O3)增大比表面，增大活性钯C（Pd/C)Lindlar(林德拉）催化剂 Pd/BaSO4/喹啉炔烯Lindlar载体： 为增大催化剂的表面在催化剂制备中加入的多孔物质Organic Reactions for Drug Synthesis铂（铂（Pt）为催化剂）为催化剂铂载体铂Na2PtCl6 + 2HCl + 6NaOHPt+ 2HCOO

5、Na + 6NaCl + 4H2OH2PtCl6 + NaBH4PtPtO2Adams(NH4)2PtCl6 + 4NaNO3PtO2 + 4NaCl + 2NH4Cl + 4NO2 + O2亚当斯催化剂亚当斯催化剂Organic Reactions for Drug Synthesis 亚当斯亚当斯1889年生于美国波士顿，年生于美国波士顿，1908年毕业于哈佛大学，曾在柏年毕业于哈佛大学，曾在柏林林费歇尔实验室从事博士后研究工作。这一年的国外学习为他以费歇尔实验室从事博士后研究工作。这一年的国外学习为他以后一生的事业奠定了基础，使他成长为美国化学界最有代表性的人物后一生的事业奠定了基础，使

6、他成长为美国化学界最有代表性的人物之一之一 1913年回国后，亚当斯先在哈佛大学任讲师，主要研究课题是有机年回国后，亚当斯先在哈佛大学任讲师，主要研究课题是有机合成，他合成了许多药物，如丁卡因就是由他首次合成的。还有他合成，他合成了许多药物，如丁卡因就是由他首次合成的。还有他合合成的催化剂成的催化剂，后来成为实验室中最常用的一种催化剂，人们将其称为，后来成为实验室中最常用的一种催化剂，人们将其称为亚当斯催化剂。他对具有生理特效的天然产物也一直进行研究，并取亚当斯催化剂。他对具有生理特效的天然产物也一直进行研究，并取得很多成果。此外他还对有机化学理论及美国有机化学工业都作出了得很多成果。此外他还

7、对有机化学理论及美国有机化学工业都作出了很大贡献，他一生发表了很大贡献，他一生发表了405篇文章。篇文章。 美国亚当斯化学奖美国亚当斯化学奖 Roger Adams Award in Organic chemistry 创办创办时间时间: 1959年年.世界最有成就的一些有机化学家、诺贝尔奖金获得者都世界最有成就的一些有机化学家、诺贝尔奖金获得者都曾获得过亚当斯奖。如曾获得过亚当斯奖。如1965年获诺贝尔化学奖金的美国人伍德沃德、年获诺贝尔化学奖金的美国人伍德沃德、1969年获诺贝尔奖金的英国人巴顿等。年获诺贝尔奖金的英国人巴顿等。 Organic Reactions for Drug Syn

8、thesisa 催化剂： 活性高稳定性不易中毒,再生用量NiPd/CPt10%15%被催化物质质量1%5%被催化物质质量0.5%1%被催化物质质量多相氢化因素多相氢化因素:毒剂：由于引入少量杂质使催化剂的活性不可逆地大大降毒剂：由于引入少量杂质使催化剂的活性不可逆地大大降低，甚至完全丧失，此现象称催化剂中毒，使催化剂中毒低，甚至完全丧失，此现象称催化剂中毒，使催化剂中毒的物质称毒剂。的物质称毒剂。抑制剂：引入少量物质使催化剂活性在某一方面受到抑制，抑制剂：引入少量物质使催化剂活性在某一方面受到抑制，但经过适当的处理之后可以恢复，则称为阻化，使催化剂但经过适当的处理之后可以恢复，则称为阻化，使催

9、化剂阻化的物质称为抑制剂。阻化的物质称为抑制剂。 Organic Reactions for Drug Synthesisb 氢压收率高压:低压:(磁搅拌)常压:(摆床)400atm4atm1atm(磁搅拌)CCCCCH2CH2H2/Pt1kg/cm2H2/Pt2kg/cm2Organic Reactions for Drug Synthesisc. 溶剂及介质的酸碱度a)有机胺或含氮芳杂环的氢化，通常选用HAC为溶剂-防催化剂中毒Ni:中性或弱碱性介质Pd,Pt中性或弱酸性介质EtOH H2OOOAcOH 效果最好Organic Reactions for Drug Synthesisb)介

10、质的酸碱度，不仅影响反应的速度和选择性，而且影响产物的立体构型HOH2, Pd/C1atm, 25HOH+HOH乙醇乙醇乙醇乙醇+10% HCl53%93%47%7%Organic Reactions for Drug SynthesisAcOOPd/CaCO3, H21atm, 45AcOOH立体化学特征：立体化学特征：顺式加成，并且是从位阻较小的一面去进行加成。顺式加成，并且是从位阻较小的一面去进行加成。 Organic Reactions for Drug Synthesis2 均相催化反应：均相催化反应：(Ph3P)3RhCl, TTC(氯化氯化(三苯瞵三苯瞵)合铑合铑)、(Ph3P)

11、3RuCl 苯苯 EtOH 丙酮丙酮 末端双键易氢化末端双键易氢化 单取代双取代三取代四取代单取代双取代三取代四取代OHOHH2/TTCPhH RT90%易 氢 化 末 端 双 键S CH2CH=CH2S CH2CH2CH3H2TTCS使催化剂中毒TTC本身就是络合物不会使催化剂中毒Organic Reactions for Drug Synthesis二二 芳烃的还原反应芳烃的还原反应1 催化氢化催化氢化 (高压高温条件下）高压高温条件下）RRH2/Ni300Kg/cm2 140H2/Ni100Kg/cm2 200COOHNH2COOHNH2H2,Rh/C5Kg/cm2CH3H3COHCH3

12、H3COPd-C/H2Organic Reactions for Drug Synthesis2 Birch反应（伯奇还原）反应（伯奇还原） 芳香化合物用碱金属（钠、钾或锂）在液氨与醇（乙醇、异丙醇或仲丁醇）芳香化合物用碱金属（钠、钾或锂）在液氨与醇（乙醇、异丙醇或仲丁醇）的混合液中还原，苯环可被还原成非共轭的的混合液中还原，苯环可被还原成非共轭的1，4-环己二烯化合物。环己二烯化合物。 BirchLi K Na（液NH3）Organic Reactions for Drug Synthesis苯环上供电子基取代(-OCH3, -N(CH3)2), -R等主要生成1-取代基-2,5-二氢化苯类

13、苯环上吸电子基取代(-COONa等)，主要生成1-取代基-1,4-二氢化苯类COONaLi, NH3, EtOHHCOONaHHH+Et2OOOCH3OCH3Li, NH3, EtOHOCH320%80%Organic Reactions for Drug Synthesis第三节第三节 醛、酮的还原反应醛、酮的还原反应一一 还原成烃的反应还原成烃的反应COCH2Zn-Hg/ZnHCl1 Clemmensen还原（酸性条件下反应还原（酸性条件下反应)HgCl2+HCl+ZnZn-HgZn-Hg 活性活性Zn醛酮还原：最适合芳香醛酮还原：最适合芳香-脂肪混酮的还原；脂肪混酮的还原；芳环上连有羟基

14、、甲氧基对反应有利芳环上连有羟基、甲氧基对反应有利Organic Reactions for Drug SynthesisH3CHCOHCOOEtHClHg-ZnHClHg-Zn-酮酸酯只能被还原为-HO-酮酸酯能很好的被还原CH3COCOOEtC H3C O C H2C O O EtC H3C H2C H2C O O Et对比COCH2CH2COOHCH2CH2CH2COOHHClHg-Zn羧基不被还原CHH3CH2CH2CH2CH3COCHCPhCCCOCH3PhHCCHCH2CH3HClHg-ZnHClHg-Zn,-不饱和醛酮同时被还原 可还原双键，包括非羰基双键；炔键还原为烯键可还原双

15、键，包括非羰基双键；炔键还原为烯键Organic Reactions for Drug Synthesis2 黄鸣龙还原（碱性条件下还原）黄鸣龙还原（碱性条件下还原） RCROH2NNH2RCH2R+B+ N2RCRNNH2TEG or DEG(三甘醇、二甘醇）120（蒸出H2O)RCH2R200 KOH6590%Organic Reactions for Drug SynthesisNHONHNH2NH2/KOH85%OCCH24COOHCH24COOHH2CCH24COOH(K)CH24COOH(K)NH2NH2/KOHCHOH2NNH2CH2a,b-不饱和醛还原时可能发生双键位移Orga

16、nic Reactions for Drug SynthesisOAcOOHAcOH2NNH2/KOHOBrHHBrH2NNH2/KOHCOO的 位 有 离 去 基 团 -X,-OH,消 除 反 应 后 得 不 饱 和 化 合 物Organic Reactions for Drug Synthesis二二 还原成醇的反应还原成醇的反应RCRORCHROHHRCRO+AlH4RCROH-AlH3RCROAlH3HRCROHHH2O1 金属复氢化合物还原剂金属复氢化合物还原剂 LiAlH4 KBH4 (1)LiAlH4为还原剂为还原剂Organic Reactions for Drug Synth

17、esisCCCX特点：还原能力强,除外，都被还原，选择性弱，稳定性差，遇水、醇，-SH化合物分解,所以用无水醚为试剂CHOCH2OHLiAlH4Et2OOCOCHCHCOH OHLiAlH4Et2OOrganic Reactions for Drug SynthesisCH CH CHOLiAlH4Et2O,-10CH CH CH2OHCH2CH2CH2OH1/4过量LiAlH4Et2O,25Organic Reactions for Drug Synthesis（ 2）KBH4 NaBH4 LiBH4 COHBHHHCH OB机理与用LiAlH4相同RCROH 活 性 较 LiAlH4差 ,

18、一 般 只 能 还 原但 选 择 性 好 使 用 条 件 : 在 H2O、 ROH中 使 用 ， 与 LiAlH4正 相 反Organic Reactions for Drug SynthesisCHONO2CH2OHNO2NaBH4CH3OHOCOOEtOHCOOEtNaBH4H2O酯 羰 基 不 被 还 原 （ LiAlH4能 还 原 酯 羰 基 ）OOOHO1/4当 量 NaBH4EtOH饱 和 醛 酮 的 活 性 大 于 ,-不 饱 和 醛 酮Organic Reactions for Drug Synthesis2 异丙醇铝为还原剂异丙醇铝为还原剂（Meerwein-Ponndorf

19、-Verley）米尔魏因米尔魏因-庞多夫庞多夫-韦莱韦莱 RCHO+CH3CH2OHRCH2OH+CH3CHO(i-PrO)3Aloppenauer 可 逆 反 应 ， 增 加 异 丙 醇 铝 的 用 量 ， 收 率 提 高醛用（EtO）3Al; 酮用（i-PrO）3Al 反应 有选 择性 ， 还 原-CHO,orCOOrganic Reactions for Drug SynthesisCRROAlO(OPri)2C(Me)2H+ORRCHC(Me)2i)2(OPrOAlORRCHC(Me)2i)2(OPrOAl(Me)2CO+i)2(OPrAlCHRRiPrOHCHORRAl(OPri)3

20、+Organic Reactions for Drug Synthesis影响反应的因素：1.本反应为可逆反应：增大还原剂量及蒸去丙酮，有利反应，(酮：醇铝不小于1:3)2.加入一定量AlCl3，提高反应速度和收率3.1,3-二酮，b-酮酯(易烯醇化)等羰基化合物，含酸性羟基，羧基等酸性基团的羰基化合物其羟基、羧基易与异丙醇铝成铝盐，抑制反应，一般不采用本法还原。4.异丙醇铝具碱性，可催化某些活性亚甲基或a-活性氢的羰基化合物发生分子间的缩合副反应Organic Reactions for Drug SynthesisO2NCCHOCH2OHNHAcO2NCHCOHCH2OHNHAc（i-Pr

21、O）3Ali-PrOH氯霉素PhCHCHCHOPhCHCHCH2OHAl(OEt)3EtOH还原有选择性Organic Reactions for Drug Synthesis三三 羰基化合物的双分子还原偶联反应羰基化合物的双分子还原偶联反应2 C6H5CHO(CH3)3SiCl/MgC6H5CHCHC6H5OSi(CH3)3OSi(CH3)3H2OC6H5CHCHC6H5OHOH2 C6H5CHOTiCl4-Zn/THFC6H5CHCHC6H5OHOHOrganic Reactions for Drug Synthesis第四节第四节 羧酸及其衍生物的还原羧酸及其衍生物的还原 一酰氯的还原一

22、酰氯的还原1 Rosenmund罗森蒙德反应：罗森蒙德反应：催化氢化选择性还原得到醛的反应催化氢化选择性还原得到醛的反应酰氯用受过硫喹啉毒化的钯催化剂进行催化还原，生成相应的醛：酰氯用受过硫喹啉毒化的钯催化剂进行催化还原，生成相应的醛：RCClORCHOH2/Pd-BaSO4喹啉-硫/二甲苯NO2ClOCNO2CHOH2/Pd-BaSO4喹啉-硫/二甲苯PhHCCHCOClPhHCCHCHOH2/Pd-BaSO4喹啉-硫/二甲苯反应物分子中存在硝基、卤素、酯基等基团时，不受影响。反应物分子中存在硝基、卤素、酯基等基团时，不受影响。Organic Reactions for Drug Synth

23、esis2 金属复氢化合物为还原剂金属复氢化合物为还原剂 CC KBH4 NaBH4 (COOH ，COOEt，不受影响)多用在长链脂肪族物质的还原n-C15H31COCln-C15H31CHONaBH4OOLiAlHOC(CH3)33/Glyme(乙二醇二甲醚)多用在芳香族酰氯的还原COClO2NNO2CHOO2NNO2LiAlHOC(CH3)33GlymeNCOClNCHOLiAlHOC(CH3)33GlymeOrganic Reactions for Drug Synthesis二二 酯及酰胺的还原酯及酰胺的还原1 酯还原成醇酯还原成醇金属复氢化合物为还原剂金属复氢化合物为还原剂 RC

24、ORORCHOROAlH3RC HORCHHOAlH3(a)LiAiH4+ LiAiH4-AlH3(OR)LiAiH4H2ORCH2OH酯 :LiAiH4=1:0.53LiAiH4+AlCl33LiCl+4AlH3(铝 烷 )还 原 能 力 比 LiAiH4弱LiAiH4/AlCl3=3:1还 原 ,-不 饱 和 键 、 酯Ph-CH=CH-COOEtPh-CH=CH-CH2OHLiAiH4/AlCl3=3:1Et2O(b)Organic Reactions for Drug SynthesisCOOEtNO2CH2OHNO2(KBH4 or NaBH4)/AlCl3 (1:1)(c)NaBH

25、4+AlCl3NaBH3Cl+AlHCl2比 NaBH4还 原 能 力 强NaBH4/AlCl3(CH2CH2OCH3)2ODEGNaBH4酰基苯胺酰基苯胺NaBH4/RCONHC6H5CH2OHNCCOOEtNC甲基吡啶Organic Reactions for Drug Synthesis2 还原成醛还原成醛AlH(i-C4H9)2CHOCOOC4H9LiAlH2(OC2H5)2CON(CH3)2ClCHOClOrganic Reactions for Drug Synthesis3 酯的双分子还原偶联反应酯的双分子还原偶联反应COOCH3COOCH3H3COH3COHOHO2) H3O+

26、1) Na/Liq. NH3/Et2OOrganic Reactions for Drug Synthesis4 酰胺还原成胺酰胺还原成胺 （1）LiAlH4为还原剂为还原剂 CON(CH3)2CH2NCH3CH3LiAlH4NONOLiAlH4Et2OB2H6/THFCON(CH3)2O2NH2C N(CH3)2O2NOrganic Reactions for Drug Synthesis1 还原成胺还原成胺 催化氢化催化氢化 H2/Pt Ni PdNCCOOCH3H2NH2CCOOCH3C12H25CNC13H27NH2H2/RNiAc2O/AcONaH2/RNiCH3OH/NH3三三 腈

27、的还原腈的还原Organic Reactions for Drug Synthesis LiAlH4为还原剂为还原剂 RCN:LiAlH4=1:0.5 BH3为还原剂为还原剂 NO2CNNO2CH2NH2BH3THFR CNLiAlH4H2ORCH2NH2NHCH2CNNHCH2CH2NH2 LiAlH4/Et2O H2OOrganic Reactions for Drug Synthesis四四 羧酸及酸酐的还原羧酸及酸酐的还原CCH3H3CCH3COOHLiAlH4CCH3H3CCH3CH2OHOOOLiAlH4CH2OHCH2OHCOOHO2NNaBH4/AlCl3CH2OHO2NCH3

28、(CH2)4COOHBH3/THFCH3(CH2)4CH2OHOrganic Reactions for Drug Synthesis第五节第五节 含氮化合物的还原含氮化合物的还原 一一 硝基的还原硝基的还原1 活泼金属为还原剂活泼金属为还原剂 铁为还原剂铁为还原剂 铁为电子供体铁为电子供体,(酸性条件酸性条件)-NH2-NO2特点:只还原-NO2选择性高,还原能力强O2NCHCHCONH2H2NCHCHCONH2Fe/NH4ClCOOEtNO2COOEtNH2Fe/HOAcEtOH+H2OOrganic Reactions for Drug Synthesis Zn、Sn为还原剂为还原剂 O

29、HO2NBrBrOHNH2BrBrH3CCH3CCNO2COOHH3CCH3CCNH2COOHH2NCNHNO2NHH2NCNHNH2NHSnHClZn/HOAcZn/HOAcOrganic Reactions for Drug Synthesis2 含硫化合物的还原含硫化合物的还原 (1)硫化物硫化物 Na2S Na2S2 (NH4)2S NaHSNO2NO2NH2NO2Na2SNa2SNO2CH3CH3NH2Organic Reactions for Drug Synthesis位阻小位阻小先被还原先被还原-OH,RO-邻位邻位硝基先被还原硝基先被还原Organic Reactions f

30、or Drug Synthesis(2)含氧的硫化物含氧的硫化物连二亚硫酸钠连二亚硫酸钠(Na2S2O4)在在OH条件下条件下 HNNHOONO2COONaHNNHOONH2COONaNa2S2O4/H2OOrganic Reactions for Drug Synthesis3 催化氢化还原O2NOC2H5Raney Ni, H26kg/cm2, 130140H2NOC2H596%非那西丁非那西丁Organic Reactions for Drug SynthesisNO2Pt-C/CHCl3NH OHH2SO4NH2HOOrganic Reactions for Drug Synthesi

31、s4 金属氢化物还原Organic Reactions for Drug SynthesisNCH2C6H5SO3N2NCH2C6H5N=NHO3SNa2S2O4/NaOHEtOH-H2ONCH2C6H5H2N二、肟、甲亚胺、偶氮、叠氮化合物的还原二、肟、甲亚胺、偶氮、叠氮化合物的还原R1R2R3OTsSN2R1N3R3R2Reduction构型反转构型保持R1H2NR3R2Organic Reactions for Drug Synthesis第六节第六节 氢解反应氢解反应一一 脱卤氢解（脱卤氢解（C-I C-Br C-Cl C-F） (a) 催化氢化催化氢化CXCHHH3CH3CCH2ClCH2ClH3CH3CCH3CH3OHOIH2COCH