有机合成第六章课件

第六章

还原反应（reduction）

一、概述为精细有机合成化学中最广泛应用的单元反应之一。与氧化反应相反：氧原子减少，氢原子增加，两者兼有。

氧原子减少两者兼有特点：较氧化反应易于控制。类型：（1）活泼金属Fe/HCl，Zn/HOAc，Na/ROH,Zn-Hg/HCl，Na-Hg/EtOH等（2）低价元素的化合物Na2S2O4,NaS,FeCl2,SnCl2,TiCl3,TiCl2等（3）金属氢化物NaBH4,LiAlH4,（4）催化加氢Pd,Pt,Ni,/H2.(5)有机金属还原剂:异丙醇铝，叔丁醇铝，甲醛，葡萄糖。（6）非金属：Me2S，Ph3P二、催化氢化（加氢反应）（一）概念：属间接还原，通过催化剂的协助还原底物（烯烃，炔烃，羰基化合物等）多相催化剂过渡金属吸附在催化剂的表面催化剂：Pd,Pt,Ni,RaneyNi，PtO2，Rh等，活性：Pd>Rh>Pt>Ni>Ru载体:活性炭,氧化铝,氧化硅溶剂:EtOH,EtOAc,Et2O,hexanes,etc.底物在金属表面的吸附能力：炔烃〉双烯烃〉烯烃〉烷烃

均相催化剂(R3P)3RhCl催化氢化Hydrogenation2.类型催化氢解Hydrogenolysis

均相催化Heterogenous多相催化Homogenous

氢化(Hydrogenation)：使碳-碳，碳-氧，碳-氮等重键加氢。

氢解(Hydrogenolysis):在催化氢化的条件下，底物分子被化验裂解成两个或两个以上的小分子的反应。使一些单键发生裂解：如卤代物，苄醇类，苄胺类，酰卤类的氢解和脱硫、酯的酯解等.

高压氢化100~300atm,100~300oC低压或常压氢化1~4atm,0~100oCP,压力：即为压强，kg/cm2,psi-poundspersquareinch1pound=0.453kg,1inch=2.54cm,1psi=0.07kg/cm2.1atm=1.0332kg/cm2.高RCOClRCHORCH2NO2RCH2NH2

RCH=CHR’（Z，cis）氢化RCH=CHR’RCH2CH2R’RCHORCH2OHRCOR’RCHOHR’ArCH2XArCH3氢解低RCO2R’RCH2OH+R’OHRCONHR’RCH2NHR’

RCH2NH2

（二）加氢反应活性炔烃的加氢

顺式加氢Lindlar催化剂：Pd/CaCO3，喹啉

反式加氢Na，液氨

炔烃+H2LindlarCatalyst(Pd/BaSO4/quinoline)烯烃部分毒化用于还原反应活性高的官能团cisolefins(LindlarReduction)酰氯+H2,Pd/BaSO4醛(RosemundReduction)Org.Rxn.1948,4,362烯，炔同时存在，还原到停留在烯的一步。（2）低压或高压加氢反应装置：2．催化剂（1）RaneyNickel兰尼镍a.加氢催化：可还原烯烃，－NO2化合物，－CN，C=N-OH,羰基，芳基，卤代烃制备：铝镍合金（1：1）溶于600mL10%NaOH水溶液中，90～95oC0.5h加完，搅拌1h,滗出液体，水洗，乙醇洗，始终有液体覆盖，酒精中保存，冰箱中保存三个月。S,P,As,Bi可使之中毒。RaneyNi通常不加载体。

b.脱硫（2）铂催化剂活性很强可以还原除了酯、羧酸和酰胺外，各种不饱和基团均可被还原。如：醛酮、腈、硝基化合物，还原氨化反应等。反应通常可在较低温度和较低氢气压力下反应。

铂黑、铂炭、二氧化铂等。二氧化铂催化剂的制备:在一小烧杯中放3.5克铂氯酸和10毫开水．加入纯硝酸钠，用小火蒸发至干。加大火焰，十分钟内温度升到350—370oC，到十五分钟，反应物熔融产生气体。温度升到400oC后，气体发生渐慢，在二十分钟时，温度升到500—550oC，这时气体放出比较温和。在这温度维持到三十分钟。冷却，用50毫升水处理，放置．倾去水液，留下棕色沉淀，再用水洗几次．滤过，用水洗到无硝酸根离子．在干燥器中干燥，得催化剂1.57—1.6克。

比较最常用的是二氧化铂（PtO2），（Adamscatalyst）,在使用时被还原成铂。（3）钯催化剂对烯烃、炔烃加氢活性高，还原酮、腈、硝基化合物，还原氨化反应等，氢解活性也很强。为最常用的催化剂之一，可制成氧化钯、钯黑和载体钯（Pd/C）

小结：烯、炔：常压或低压，H2，Ni，Pd，Pt醛、酮H2，Ni、加热，加压酸、酯高温，高压，Ni，Pd，Pt200oC酰胺，腈Ni>Rh,500-100oC,高压酰卤Pd/BaSO4－NO2常压，Pd，Ni，Pt＝NOH,＝NH室温1～4atm－Ar10-20Mpa,100-200oC三、直接还原（一）碱金属的还原作用：碱金属：外层电子－具有“亲核试剂”的性质，对缺电子的部位进行亲核加成。

1．Na，醇（1）将酯还原为相应的醇（2）将肟还原成相应的胺（3）萘的还原（4）杂环2．Na/非质子溶剂制环状a-羟基酮3．Mg，Mg－Hg，Mg－Zn4．Birch还原Li，Na，K，NH3（l）（1）还原芳环

（2）炔烃得到反式烯烃（二）其它金属1．Fe,HCl(30%)2.Sn,HCl3.Zn-Hg,浓盐酸，Clemmensen还原OrganicReactions1975,22,401ComprehensiveOrganicSynthesis1991,vol8,307.还原酮到饱和烷烃4.Wolff-KishnerReductionOrganicReactions1948,4,378ComprehensiveOrganicSynthesis1991,vol.8,327.还原酮到饱和烷烃（三）金属氢化物的还原AluminiumHydrides1.LiAlH42.AlH33.Li(tBuO)3AlH4.(iBu)2AlHDIBAL-H5.Na(MeOCH2CH2O)2AlH2REDAL1．LiAlH4LithiumAluminiumHydride----LiAlH4(LAH)Chem.Rev.1986,86,763Org.Rxn.1951,6,469.很强的还原剂悬浮在etherorTHF中可还原羰基，羧基，酰氯，酸酐和酯基到醇。还原硝基，酰胺,肟，亚胺，重氮化合物和芳香族硝基化合物到胺对环氧化合物开环还原C-X键到C-H还原炔基醇到反式烯丙醇还原活性从高到低：C＝O>COOR>CN>CONR2>C-NO2>CHBr>CH2OSO2Ar

制备：

遇水分解：（1）用1M氢化铝锂溶液进行还原时很方便．（2）用较少量溶剂和粉状铝氢化锂混合成稀糊状直接应用．此时要注意氢化铝锂用量，至少要过量10％，以保证有足够的纯LiAlH4进行反应．在特殊的情况下有时甚至过量2—4倍，才能使反应进行完全。反应完毕后，首先要破坏掉过量的铝氢化锂．可以加入含水乙醚，乙醇一乙醚，乙醇，或直接加水(小心!)．但由于这些方法都产生大量氢气，必需注意安全!如果要避免氢气的发生，可用醋酸乙酯来分解过量的氢化铝锂．

反应机理：立体化学：受甲基的位阻影响，使H－的进攻比较容易从内侧进行：

氢化锂铝还原羰基的重要特征之一是非对映选择性。当与羰基直接相连的取代基是手性基团，通常用氢化锂铝还原羰基时负氢离子加到立体位阻较小的一面。

Cram规则：如果与羰基直接相连的取代基是可旋转手性基团，视手性碳原子所连接的基团的大小差别，其中在一面进攻占优势，产生不对称还原。反应的主要产物可由Cram规则预测。例如3—苯基—戊—2—酮经氢化锂铝还原，优势产物是苏式的醇。羰基化合物的a-碳连有极性基团，则不遵守Cram规则。例如。a-卤代酮进行反应时，由于卤原子与羰基的氧原于静电相斥作用超过立体效应，因此卤原子与羰基的氧处于反式有利。此时，负氢优先进攻其余两个基团中较小的一边。a—羟基或a—氨基取代酮与氢化锂铝反应时，由于金属与相邻两个带孤对电子的原子的螯合形成一个固定的环状中间体，负氢由位阻较小的一边进功赤式构型为优势产物。4—叔丁基—环己酮与氢化锂铝反应，优势产物是比较稳定的e键醇。反应起主导作用的是加成过程中C—O键与两个相邻碳原子上e-键C—H键之间的位阻。当负氢由e键方向进攻，则C—O键转变成a键的过程中会与两个e键的C—H键重叠，能量上不利；而由a键进攻时，则C—O键与两个e键的C-H键距离逐渐增加，能量上有利。则优先生成e键醇。还原醛还原酮还原醌类化合物

还原缩酮还原羧酸及其衍生物：还原酸：比酯难，多消耗0.75mol的氢化铝锂，酯消耗0.5mol的氢化铝锂.

还原酸酐：

还原酸酐：还原酯：还原内酯：

还原酰氯:还原酰胺：

还原内酰胺：

还原腈：还原环氧化合物：负氢离子进攻位阻小的一边。

还原硝基化合物：

还原肟：还原亚胺：

还原卤代烷：60％还原磺酸酯：可切断C－O键，使醇脱氧。2.Li(t－BuO)3AlHLithiumTri(t-Butoxy)aluminiumHydrideLi+(tBuO)3AlH位阻较大，可选择性还原位阻小的一边。

3.(iBu)2AlHDiisobutylAluminiumHydrideDIBAL或DIBAL-H还原酮和醛到醇

还原酯到醇，醛还原内酯到半缩醛。还原腈到醛：98％

只进行1，2－还原反应：还原肟：4．SodiumBis(2-Methoxyethoxy)AluminiumHydrideREDALOrganicReactions1988,36,249OrganicReactions1985,36,1.双（甲氧乙氧基）铝氢化物（红铝），还原能力和氢化铝锂接近。热稳定性好，对干燥空气稳定。II．硼氢化物BoronHydridesReview:Chem.Rev.1986,86,763.LiBH4还原酮、醛、酯和环氧化物。Na(AcO)3BH还原酮和醛活性较低。Na(CN)BH3还原亚胺盐、酮和醛1．NaBH4SodiumBorohydride还原醛和酮到醇，还原酰氯到醇，不还原酸，酯，内酯，环氧化合物或硝基化合物。不还原孤立的烯基，炔基，硝基，腈基，卤代物。

NaBH4/CeCl3LucheReduction还原a,b-不保和酮的1，2－位为烯丙醇。还可以通过加入其它的过渡金属盐使其还原