有机合成-第八章还原反应

第八章还原反应如：环己酮被硼氢化钠(NaBH4)还原成环己醇，原来的羰基C=O上加了一分子氢（H2）成了CHOH，即相对的氧化态由+2变成0；烯类加氢变成烷类，也是一种还原反应，其相对的氧化态由-2变成-4酮类与Zn/HCl作用变成烷类，即羰基C=O脱去一个氧原子，又加上一个分子氢变成CH2，相对的氧化态+2值变成-2值。

广义的还原反应是指作用部位的碳原子的氧化数减少。还原反应分类催化氢化化学还原电解还原还原剂（Reducingagents）大致可分为五类：1.氢气（H2,加氢反应）2.金属氢化物（NaBH4,LiAlH4,BH3，Metal

hydrides）3.金属（Metal，Na，K，Zn）4.低价金属盐（如：TiCl3，TiCl2）5.非金属(如：N2H4，Me2S，Ph3P)。

8.1催化氢化（加氢反应）对于有机化合物的还原来讲，催化氢化是一种广泛应用的技术。反应是在催化剂的存在下，于氢气的环境中通过搅拌或震荡化合物的溶液而进行的。一概论1.催化氢化的类型催化加氢：不饱和键加氢（烯、炔、醛、酮、腈、芳环加氢）催化氢解：碳杂键断裂（脱卤氢解、脱苄氢解、脱硫氢解、开环氢解）

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.反应进行的速率跟反应使用的压力，温度及溶剂也有密切关系。溶剂影响催化剂的活性，到极性的酸性溶液，如：乙酸，活性递增。1）

低压氢化：氢气压力通常在1-4大气压，温度在0~100℃2）

高压氢化：氢气压在100-300大气压，温度高达300℃按反应压力分类均相催化氢化：催化剂溶解于反应介质均相催化氢化反应的催化剂都是第八族元素的金属络合物，它们带有多种多样的有机配体。这些配体能促进络合物在有机溶剂中的溶解度，使反应体系成为均相，从而提高了催化效率。。特点：催化效率高，反应条件温和，反应选择性高，副产物缺点：原料成本高，对氧敏感，常用惰性气体恒流除氧。常用均相催化剂：三（三苯基膦）氯化铑-(Ph3P)RhCl

2.催化剂类型：非均相催化氢化：催化剂以固体形式存在于反应体系中催化剂，常用的有Raney镍，铂，或在载体上的钯或铑（Pd,Rh）;载体是为了降低活性，它可以是活性碳，硫酸钡或碳酸钙。金属催化剂活性变化是：Pd>Rh>Pt>Ni>Ru。

二、催化加氢

1.非均相氢化的反应历程

催化剂活性中心吸附氢分子，生成活泼氢原子催化剂吸附有机物分子，打开π键，成两点吸附的活性中间体活泼氢原子对活性中间体加成，产物脱附，向介质扩散立体化学：在环状烯烃化合物中，主要生产顺式产物。因为不饱和化合物分子以空间效益较小的一面吸附到催化剂表面，与吸附在催化剂表面的清进行顺式加成。2.常压或低压氢化反应装置反应性 反应物 氢化产物最高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

3.一般官能团化合物的加氢反应1)选择性的还原炔类，而不影响双键：炔类进行加氢反应产生顺式烯类。受空间效应影响末端炔基（terminalalkyne）较内侧炔基更容易进行加氢反应。2)受空间效应的加氢反应影响均相催化氢化反应的催化剂都是第八族元素的金属络合物，它们带有多种多样的有机配体，体积较大，具有很高的选择性。通常只还原位阻单取代或双取代双键。如Rh(I)的配体（Ligands）改用光学活性的磷化合物，则能够有不对称诱导作用（asymmetricinduction）而产生具有光学活性的化合物。

不对称催化氢化3)受催化剂、取代物及溶剂影响的加氢反应反应进行的速率跟反应催化剂的活性、使用的压力、温度及溶剂也有密切关系。高活性催化剂：选择性差，反应条件要求低。例如：高活性的RaneyNi，W-4、W-5、W-6、W-7，Pt(铂黑)、Pt2O低活性的催化剂：反应选择性高例如：Pd-BaSO4-喹啉(lindlar催化剂）各种官能团催化加氢的活性次序为：

被还原基结构的影响RCOR’OOHOH+H2,PdSolvent(trans

)_(cis

)_Solvent:DioxaneOOEtOH

KOH+100%0%0%100%溶剂影响1．脱卤氢解酰氯在催化剂和控制剂的存在下，不是被还原成醇而是停留在醛的阶段，这类反应叫Rosenmund还原。控制剂多用喹啉—硫化物(Q—S)。三、催化氢解2．脱苄氢解和杂原子(O、N、X等)直接相连的苄基(或烯丙基)或取代苄基可以氢解成甲苯或取代甲苯。脱苄氢解的应用：一是利用苄基作保护基；另一是合成取代甲苯的化合物。氢解的难易次序是：PhCH2NR3>PhCH2OR>PhCH2NR23．脱硫氢解几乎所有的有机硫化物都可以氢解脱硫。由于硫化物容易使铂或钯催化剂中毒，所以碳—硫键的氢解常用Raney—Ni催化剂。4．开环氢解小环一般都可以发生加氢开环。三员环类似于双键，最易发生加氢开环；四员环需要较剧烈的条件；五员以上的碳环化合物通常不能氢解开环，但五员以上的某些杂环(如)较易氢解开环。氢负离子转移剂，用于选择性地还原多官能团分子中某些基团，主要为极性双键。常见的氢负离子转移剂：

金属氢化物（LiAlH4、LiBH4、NaBH4）、异丙醇铝/异丙醇8.2金属氢化物还原优点：当分子上同时有烯键和极性基团（羰基、羟基、酯基、酰胺、氰基等）存在时，能选择该极性基团还原。常见络合金属氢化物及其活性氢化铝锂＞硼氢化锂＞硼氢化钠＞硼氢化钾＞氰基硼氢化钠LiAlH4还原能力强，可还原醛、酮、羧酸、酯、酰氯、酰胺、硝基化合物、腈、卤代烃。无水条件NaBH4是醛酮的专属还原剂。

不能与强酸接触，以免产生易燃，剧毒的乙硼烷。使用上述还原剂的注意点制备：LiH+AlCl3=LiAlH4+LiCl历程：以丙酮反应为例一、LiAlH4与二异丁基氢铝1、LiAlH41）醛酮的还原2）羧酸及其衍生物的还原以氢化锂铝还原酸酐，需经过醛酸的中间体，羰基较羧基更容易被还原，因此在低温时，为防止羰基被进一步还原，此时将反应终止可获得内酯；若升高温度则得到二醇类为最终产物。3）腈的还原4）硝基化合物的还原5）环氧化合物的还原6）含硫化合物的还原7）卤代物的还原OOHHHCH3OOHHHCH3OOH1)1eq.iBu2AlHPhCH3,70℃2)H3+O1eq.2.二异丁基氢铝1)以一当量的二异丁基氢铝还原内酯，在适当的条件控制下，醛基不继续被还原，则可以得到半缩醛的产物,反应得到热力学较稳定的半缩醛，羟基在横键上。2)对于α,β-不饱和γ-内酯的还原，反应后立即脱水生成呋喃化合物3)以一摩尔的二异丁基氢铝可将酯或腈类化合物还原成为醛类，若使用过量的还原剂，则得到醇类的生成物。由于此还原剂为碱性，不会破坏环丙烷的结构（环丙烷在酸的催化下会解离）。对于α,β-不饱和酮类的还原反应，氢化锂铝和二异丁基氢铝可能有不同的选择性。一般说来，LiALH4是以H-直接作用，进行1,4－还原反应，而二异丁基氢铝具有Lewisacid性质则先与亲核性的氧原子螯合后，再释放出H-，进行1,2－还原反应。当LiAlH4与AlCl3为共同还原剂，还原剂剂产生Alane,Al2H7时，也产生1,2－还原产物。具有光学活性的还原剂，可将苯乙酮还原可得到光学活性醇类产物：BINAL-H(Noyori)Li(t-BuO)3AlH位阻较大，可选择性还原位阻小的一边。

二、硼氢化钠

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。1）羰基化合物的还原2）硼氢化钠可与α,β－不饱和酯类及腈类进行1,4－还原，产生饱和酯类或腈类；α,β－不饱和羰基化合物，则进行1,2－还原反应,尤其有CeCL3的存在下，产生烯丙醇。3）利用CeCl3容易与醛类螯合，产生类似于半缩醛的中间体，则硼氢化钠可选择性地还原酮基。硼氢化钠在酸中不稳定，但硼氢氰钠(NaBH3CN)在酸中却相当稳定，故应用于氨基酸的反应中。RCHN=CHPhCO2HNaBH3CN25℃RCHCO2HNHCH2Ph氰基硼氢化钠是温和的还原剂，常用于将醛/酮制得的亚胺选择性还原为胺，尤其适用于还原胺化反应。它与水反应缓慢，可以用水作氰基硼氢化钠反应的溶剂。氰基硼氢化钠遇强酸会立即生成氰化氢，远离酸、氧化剂4）硼氢氰钠(NaBH3CN)

1.概述●以三卤化硼与强氢化剂如四氢硼化钠或氢化铝钾等在质子性溶剂中反应来制备乙硼烷:如

3NaBH4＋4BF3二甘醇二甲基醚

2B2H6

＋3NaBF4●一种简便的实验室合成法是把NaBH4小心地加到浓H2SO4之中:2NaBH4＋2H2SO4

2NaHSO4

＋B2H6

＋2H2三、硼烷硼烷与金属复氢化物不同，它是亲电性氢负离子转移还原剂。还原羰基化合物，首先是由缺电子的硼原于进攻富电子的羰基氧原于，然后硼原于上氢以氢负离子形式转移到缺电子的羰基碳原于上而使之还原成醇。2023年12月20日羧酸腈醛酮与酯反应速度极慢

硼烷能还原羧基、双键、羰基、氰基等多种官能团．但硼烷有一个引人注目的反应特性．就是它还原羧基的速度比还原其他基团要快，条件也温和。如果控制硼烷的用量，并在低温下进行反应，可选择性地还原羧基成相应的醇，而分子中其他易被还原的基团、如硝基、氰基、酯基、醛或酮的碳基、卤素等均可保留，因此它是选择性还原羧酸的优良试剂。硼烷还原官能团的活性大致为硼烷不还原酰氯、硝基化合物、卤代烃、砜、二硫化物。控制条件，选择性还原2023年12月20日2.硼烷与烯烃作用—硼氢化反应硼烷加在烷基较少的烯碳上，而氢则加在烷基较多的另一烯碳上，为顺式加成。硼烷有3个氢阴离子，可与3mol的烯类作用，形成R3B。但如果受空间位阻的影响，与烯作用的分子数则会减少。2023年12月20日3.有机硼化合物用醋酸处理可得到烷烃。4.有机硼化合物用H2O2的碱性溶液处理得到醇类化合物，原来连接硼的碳原子在改接羟基时，保持原来的构型。有机硼烷的反应总结于左图特点：醛、酮还原的专用还原剂，异丙醇负离子将氢负离子转移给羰基而自身氧化为丙酮。优点：不容易发生其它反应，产物较纯。对易被还原的硝基不作用，选择性强。对不饱和醛、酮还原产物醇。四、异丙醇铝/异丙醇(麦尔外因－彭杜尔夫还原反应)可选择性将羰基还原成羟基高温下可将羰基还原为亚甲基。异丙醇铝易吸潮，遇水分解，需无水操作。含活性氢和易烯醇化反应的羰基化合物，不用此还原剂。对热敏感的醛，不易用异丙醇而用乙醇铝和乙醇。反应注意点：还原反应是在供质子溶剂存在下进行的，或者是在反应后用供质子溶剂处理常用的活泼金属：Li、Na、K、Zn、Mg、Sn、Fe（有时采用金属与汞的合金，以调节反应活性与流动性）供质子剂：乙醇、水、含质子溶剂。8.3金属还原2023年12月20日一.锂（钠）溶于液氨中的还原反应1.将炔还原为反式烯烃2023年12月20日若在强碱NaNH2存在时，末端炔基先转变成金属盐类，而不被还原。2023年12月20日2.与

,

不饱和酮类进行1,4还原反应2023年12月20日3.Birch还原碱金属或碱土金属在液氨与醇的混合溶液中，与芳香化合物反应，芳环被还原为环己二烯。2023年12月20日如芳环上有给电子基团，则还原后此基团与双键相连；如有吸电子基团，则还原后此基团尽量远离双键。2023年12月20日如果取代基有与苯环共轭的双键，则取代基的双键首先被还原。如果取代基的双键不与苯环共轭，则该双键不会被还原。2023年12月20日苯甲醚的Birch还原产物，经不同条件的水解得到不同的环己烯酮。温和水解2023年12月20日二.以金属锌为还原剂通常加入Cu,Ag,Hg以降低Zn的活性，避免其与酸作用产生氢气。1.二卤化物脱卤2023年12月20日2.Clemmensen还原将醛酮的羰基还原为亚甲基。由于反应体系为酸性，且需加热，所以此法不适用于对酸和热敏感的羰基化合物的还原。2023年12月20日反应物中羧酸、酯、酰胺上的羰基不受影响。但对

酮酸和

酮酯，只能将酮基还原为羟基。而对

或

酮酸及酮酯，则可将酮基还原为亚甲基。2023年12月20日在Clemmensen还原条件下，孤立的碳碳双键不被还原，但与羰基共轭的双键能被还原。与酯羰基共轭与酮羰基共轭3.α-卤代酮还原2023年12月20日4.酮的双分子还原在钠、铝、铝汞齐、镁、镁汞齐或低价钛的作用下，酮在非质子溶剂中发生双分子还原生成频哪醇。频哪醇频哪醇在酸性条件下会发生重排。2023年12月20日5.酯的双分子还原acyloin缩合/酮醇缩合羧酸酯在苯、二甲苯、乙醚等惰性溶剂中与钠一起回流，之后水解，生成2

羟基酮。想一想：酯在Na-EtOH中反应得到什么产物？二元羧酸