有机合成-还原反应

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有机合成
还原反应
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主要内容:
负氢转移还原反应(重点) 催化氢化反应 可溶性金属还原反应 其它还原剂还原
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7-1-1 氢化锂铝 7-1-2 烃氧基铝氢化物 7-1-3 双(甲氧乙氧基)铝氢化物(Red-Al) 7-1-4 硼氢化物 7-1-5 酰氧基和烃基硼氢化物
7-1 负氢转移还原反应
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负氢转移还原反应:是有机合成中广泛使 用的一类还原反应,负氢转移还原反应是 以金属氢化物(NaBH4)作为负氢转移试 剂提供负氢离子,加成到被还原的反应物 或底物,达到氢化还原。
负氢转移试剂分为两种:亲电性负氢转移 试剂(硼烷、铝烷)-还原极性不饱和键 (羰基)和碳-碳双键;亲核性负氢转移 试剂(氢化锂铝、硼氢化钠)-还原极性 不饱和键(如:羰基),对碳-碳双键一 般不能还原。
7-1 负氢转移还原反应
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H
H
亲电性负氢转移试剂:硼烷、铝烷
B
Al
HH
HH
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亲核性负氢转移试剂:LiAlH4(lithium aluminium hydride-LAH),
NaBH4(SodiumHtetrahydridoboraHte)
H Al Li
H B Na
HH
HH
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4LiH + AlCl3
LiAlH4 + 3LiCl
NaBH4和LiAlH4是最常用的两种还原剂:
4NaH + B(OMe)3
NaBH4 + 3CH3ONa
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是还原极性官能团最有效的还原剂,能还原大部分的 羰基化合物(醛、酮、羧酸、酸酐、酯等)。还原过 程是通过氢化锂铝的负氢离子的转移实现。铝结合的 氢减少,其氢化物的还原活性降低。
7-1-1 氢化锂铝
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H
H Al Li
H
O
H
RR
O
RR
H3O
H
H Al H
O Li R
HR
H
R
AlHO R Li
H
H2
R 4 R OH
H
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H H Al Li
HO
HR R
Al
R OR
H
Li 4
用氢化锂铝还H 原(α1),LiβA -lH 不4/饱TH 和F羰基化合物,主要 得到羰基还O 原产(物2)-H 烯3O 丙醇(还原极性不O 饱H和键)
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非对映选择性:与羰基直接相连的取代基是手性
基较团小, 的O 用 一氢 面化锂O T铝HP (1 还)L原iAlH 时4/T,HF负氢O 离子加到O 立THP 体位阻
O
(2) H3O
O
O
O H
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不对称还原:如果与羰基直接相连的取代基是可旋转
的手性基团,依据手性碳原子所连的基团的大小差别,
从小的一H E 面tO 进攻L 占iA l主H 4导。H E tO H H E tO H
+
H
(CramP h rule:稳定的构象P h ;进H 攻的方P h 向)M e
80% 20%
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HRO LiA lH 4 HRO H
R '
C l R '
C l H
HH
羰基PH h 化O H 合物O R的αL-iA 碳lH 连4 有PhO 极H A性l R O 基团H,AlH 则3不遵守CrP aH hmO HruH O leR H
t-B u
O L iA lH 4 t-B u
H O H
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C O O E t L iA lH 4
C H 2O H
N
N
酯经氢化锂铝还原得到相应的醇
OH
LIAlH4
OH
COOM e
CH2OH
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酰胺用氢化锂铝还原得到相应的胺:一级、二级酰胺与氢化锂铝反应 ,氮上的活泼氢被夺取,形成酰胺氮负离子,氢化铝作用于羰基氧, 形成的铝氧化合物在氮上的孤对电子参与下脱去氧铝基,经过亚胺中 间体,再经过进一步还原,水解得到相应的一级、二级胺。三级酰胺 还原反应则经过亚胺盐中间体,在还原得到三级胺。
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O LiA lH 4 R N H 2
O
A lH 3
R N H Li
OA lH 2 RHN H Li
-LiOAlH2
R NH
H
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HA l
HA l RN
H 2O
HH
R C H 2 N H 2
腈用氢化锂铝还原H ,首先生成亚胺盐,再进一步
还原C 成N伯L iA 胺lH 4
CNA lH 3L i (1 )L iA lH 4
C H 2 N H 2
(2 ) H 3 O
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环氧化物经过氢化锂铝还原得到醇,负氢离子进
攻位阻较小的O一边,顺序是伯碳优先于HO 仲碳,仲
碳优于叔碳
(1) LiAlH4
(2) H3O
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氢化锂铝还原卤代物或磺酸酯得到氢解产物。机理为负氢作为亲核试剂 进行SN2反应.
伯卤代烃、仲卤代烃可被氢化锂铝还原成烃,叔卤代烃还原成烯烃. 脂肪卤代烃比芳香卤代烃易还原去卤素. 芳香卤代烃中碘化物、溴化物可被还原,芳香氯化物不行
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B r (1) LiA lH 4,TH F
O M e (2)H 3O
O M e
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+ OH
SO3Cl
(1) LiAlH4, Et2O reflux, (2) H3O
O OS
O
7-1-2 烃氧基铝氢化物
氢化锂铝是一个强还原剂,能还原醛、酮、羧酸、
酸酐、酯等多种官能团,使用此还原剂缺乏选择
性。氢化锂铝中的部分氢被烃氧基取代,得到的
烃氧基铝氢化物,还原能力降低,达到选择性还
原 L i A l H 4 + 3 C H 3 C H 2 O H
L i A l H ( O E t ) 3 + 3 H 2
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N M e 2 (1 )L iA lH (O E t)3
O
(2 ) H 3 O
H O
CN (1)LiAlH(OEt)3 (2) H3O
O H
O (1) LiAlH(OEt)3
OH
OH Br
(2) H3O
HO H Br
7-1-3 双(甲氧乙氧基)铝氢化物(REDAL)
2O
N a, A l, H 2 O H
HO N a A l
toluene,>100de HO
O O
O H
Red-Al,0.5 eq 5-15de
Red-Al, 1.1eq
OH OH
HO
(1)Red-Al,140deHO (2) H3O CHO
(芳香醛酮,先还原成苄醇,再氢解)
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R e d - A l
C H 2 = C ( C H 2 ) 8 C O O C H 3
C H 2 = C ( C H 2 ) 8 C H 2 O H
C O O C 2 H 5 R e d -A l
C H 2 O H
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CH2CH2COOCH3 Red-Al -50℃
OCH3
CH2CH2CHO OCH3
O O
O
(1) Red-Al (2) H3O
CH2OH CH2OH
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7-1-4 硼氢化物
主要有硼氢化钠、硼氢化钾及它们与其它金属盐。最 常用的是硼氢化钠,还原能力比氢化锂铝弱,主要用 于还原醛、酮和酰氯,对分子中的环氧基、酯基、腈 基、硝基等官能团不影响。
硼氢化钠能还原醛成醇,反应通常在水、低级醇、胺 类和它们的混合溶剂。
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CHO
NaBH4
CH2OH
O
O
N aB H 4
H O
O
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硼氢化钠虽然不能用于还原简单脂肪族酯类,但当 酯基的αN -位C 有l 吸电子基团N 取aB H 代4 时,N增C 加l 了羰基碳的 正电性,利N于被C O 硼O C 氢H 3化物的进攻。N 吸电子C H 基2O H 团:卤 素、氧原子、氮原子。
COOCH3 ON
Ph
NaBH4
CH2OH ON
Ph
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O
N a B H 4
O
C O O C H 3
C H 2 O H
内酯化合物经硼氢化钠还原得到二醇,通常水醇
混合溶剂中进行
O
O
HN ON
NaBH4
HN ON
O
O
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HO HO
B r
N aB H 4 B r
N
N
H
硼N 氢化钠还原亚胺得到高产N 率的胺
N H
C H 2 O N a B H 4
N
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NaBH4 + LiBr
硼氢化锂:
LiBH4 + NaBr
还原能力比硼氢化钠强,能还原醛、酮和酰氯,
还可还原环氧基、酯基,不能还原羧酸、腈基和
硝基化合物C O O C 2 H 5 K B H 4 -L iB r
C H 2 O H
N
M e O H
N
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7-1-5 酰氧基和烃基硼氢化物
H
N aB H 4-A cO H
N
酰氧基硼氢化物N还N 原能力比硼氢化钠弱N,仅能还原醛、
酮、亚胺和烯胺等
H
O
O
KBH(OAc)3
CHO
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CH2OH
烃基硼氢化物:当烃基与硼结合,增加硼氢化物
的还原能力,最有效的烃基硼氢化物是三乙基硼
氢化锂,还原能力比硼氢化锂强,是现有的最强
的亲核性氢化物
T H F ,
B E t3+L iH
L iB H E t3
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其最重要的作用是卤代烃的脱卤, 机理为SN2的亲核取代.
LiBEt3-D Br
H D
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催化氢化是有机合成中最简便的还原方法之一。催化 氢化反应常分为催化加氢和催化氢解,对分子中的不 饱和官能团的加氢还原称为催化加氢,而发生单键破 裂使某些官能团被氢置换则称为催化氢解。催化氢化 是由氢气作为氢的给体,有时使用有机物作为氢的给 体(醇)。根据催化剂的溶解性质,催化氢化可以分 为非均相催化和均相催化
7-2 催化氢化反应
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影响催化氢化反应的因素:官能团、催化剂的催化活 性、催化剂的用量、反应温度、压力、溶剂等因素。 最重要的因素是催化剂的活性,催化剂有铂、钯、镍 、铑等。烯烃成饱和烃、羰基成羟基、硝基成氨基( paper)
7-2-1 催化活性与反应性
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7-2-2 催化氢化的立体化学
过程:底物被吸附在催化剂表面,同时氢分
子在催化剂上发生键的断裂,形成活泼的氢
原子,然后氢原O子H 由2/Pt位O2阻小的一边顺OH式加成
AcOH
H
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1、烯烃的氢化还原 烯烃的双键在催化剂存在下通常可顺利地氢化还原成
饱和烃。位阻较大的烯烃较难还原 钯能催化氢化许多官能团。
7-2-3 官能团的催化氢化还原
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M sO
C N
H 2/P d-C A cO E t, A cO H
M sO
C N
铑催化剂是碳-碳双键选择性氢化有效催化剂
O H 2/R h-A lP O 4
C H 3O H
O
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2、炔烃的氢化还原 碳-碳三键比双键相对易氢化还原 直接使用铂、钯、镍催化,产物为饱和烷烃。
采用LinOdlar催化剂(钯粉附着在CO aCO3-少量 PbO2 催化剂的毒H2化,Li剂ndl)ar
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1、烯烃的氢化还原 2、炔烃的氢化还原 3、芳香族化合物的氢化还原 4、羰基的氢化还原 5、其它官能团的氢化还原
7-2-3 官能团的催化氢化还原
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3、芳香族化合物的氢化还原
各种催化剂氢化还原苯的催化活性顺序是: Rh>Ru>Pt>Pd>>Ni>Co
含易发生氢解的基团,如苄基与氧或氮等相连时,一般催化剂催化还原 时易发生氢解,如采用Rh、Ru催化剂,在温和的条件下即可使苯环优 先氢化,不发生氢解反应
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HO CHCOOH H2/Pd-C
CH2COOH
HO CHCOOH H2/Rh-Al2O3
HO CHCOOH
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芳环有羟基C 或H 2C 氨O O 基H取代基,氢化还C 原H 2C 可O O 得H酮、醇、
胺等产物
H 2/R h-A l2O 3
H O
O H N aO H ,55de
O O H
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O H
H 2/R h-A l2O 3
M eO 2C
C O 2M e
O H
M eO 2C
C O 2M e
N H 2 H 2, R h
N H
N H 2
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C H O
H 2
C H 3
4、羰基的氢化还原
P d -B a S O 4
催化剂及反应条件的不同,产物有醇和氢解成烃
C H O H 2 /P tO 2 F e C l3 , E tO H
C H 2 O H
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CHO
CH2OH
催化条件下,羰基比H 芳2/Os 环-C易还原,但烯键更易还 原,只有采用特殊的10 催0℃ 化,3M 剂Pa
O
OH
H2/Raney Ni-Cr
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O E t
O E t
5O 2 、N其它C N 官H 能2 /P tO 团2的氢H 2 N 化还原C N H 2 /P d -C
M e C l
M e
A c O H C l
O E t H 2 N C H 2 N H 2
M e C l
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7-2-4 催化氢解
催化氢解是催化氢化中一类重要反应。与烯丙基或苄基相连的C-O键、 C-N键易发生氢解反应。含有C-X,C-S单键的化合物也可发生氢解反 应。
苄酯、苄醚、苄胺的苄基可以氢解脱去,苄基可以作为羧基、醇、胺的 保护基,苄氧甲酰基常用作保护基
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