高等有机合成化学 03.2 还原反应

H COOH D2 (Ph3 P)3RhCl D H H D H COOH COOH COOH
H
COOH
D2 (Ph3 P)3RhCl H HOOC
D COOH H D HOOC
D H COOH D
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HOOC
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H
+
H
另外，当分子平面的某一方向存在对催化剂有特殊亲和力的 取代基时，会导致较高的立体选择性。如四氢芴衍生物催化氢 化时：
NH2NH2 O2/Cu2+ NH=NH H+ NH=NH ArSO3H
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KOOC N=N COOK ArSO2NHNH2
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OH50-150 C
NH=NH
3、硼氢化
硼烷(BH3),通常以乙硼烷(B2H6)的形式存在，是一个强还原 剂，能还原醛、酮、酯、羧酸、酰胺和腈等。硼烷可 由氢化锂与三氟化硼反应或硼氢化钠与三氟化硼制得。
H eH NH3 H H H eH H H H+ H H H H
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在Birch还原中，芳环上已有的取代基对产物影响很大。环上 的吸电子基团由于可稳定负离子中间体，从而可促进还原的进 行，并且在形成的中间体中，以吸电子基直接与负电荷相连占 优势，其还原产物是1,4-二氢苯衍生物。
CH3 OMe Na,NH3(L) HO H CH3 OMe HH O
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CH3 .. Li
+
OMe HH H
O
C2H5OH, Et2O
65
%
20
H
H
非末端炔烃可由碱金属的液氨溶液还原为烯烃， 而末端炔烃易于形成金属炔化物，炔碳上的负电 荷阻止了进一步还原的发生。同时具有末端炔烃 和非末端炔烃的化合物，可采用该法将非末端炔 烃还原而末端炔烃不受影响。
H O MeO R O H2/Pt C MeO R O O
R=CH2OH, 95% R=CONH2, 5%
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炔烃用Pd-C或二异丁基氢化铝作为催化剂进行氢 化，可得顺式烯烃；而用Na-NH3作为还原剂进行还原， 则得反式烯烃。这种立体化学差异性提供了合成不同 立体异构体产物的根据。
2. 二亚胺还原法
二亚胺是一种有效的高选择性氢化剂，它能与C=C、CC 、 N=N等非极性不饱和键起氢化反应，对于C=O、C=N、CN、 NO2、NO、S=O、S-S等强极性基团则不起作用。 二亚胺氢化反应的机理可能是二亚胺对双键的顺式加成，并 经六元环过渡态实现。
N N H H N N H H H H N N
实验结果表明，反式烯烃比顺式烯烃容易氢化，位阻小的烯 烃比位阻大的烯烃容易氢化。
N2H2
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64-85%
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OTHP N2H4,H2O2 Cu(OAc)2,EtOH
OTHP
二亚胺很不稳定，一经生成需立即进行氢化，否则即分解成 氮和氢。所以，二亚胺总是在被还原物存在下进行制备。 水合肼用铜盐氧化、偶氮二羧酸钾分解或磺酰肼在碱性条 件下热分解等方法可制备二亚胺。
NO2 Na NH3 H NO2 NH3,C2H5OH H H NO2 1) e 2) H+ H H
-
H
NO2
供电子基团不利于负电荷的分散而使反应难于进行。并且在 形成的负离子中间体中，供电子基团与负电荷或单电子尽可 能远离时，对反应有利。这时产物是2,5-二氢化苯衍生物。
OH HO
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多烯化合物进行催化加氢时，也是位阻小的双键优先被还原 （环外双键优先被还原）。
H2 Pd/C
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98%
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环丙烷在某种意义上可看成是一种特殊结构的 烯烃，在一定条件下可进行催化加氢，反应时取代 最少的键断裂加氢，产物是开链烷烃。
H2, Pd/C AcOH
95%
H2, Pd/C AcOH
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B2H6
( CH C )3B
RCOOH
CH CH
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硼氢化反应为顺式加成过程，炔烃硼氢化得顺式烯烃。
C C B2H6 C C H BH2 C C ( C H H CH CH (RCOO)3B O R C )3B O
当分子中同时存在叁键和双键时，双键优先反应。若同时存在多 个双键，使用位阻大的硼烷可以选择性地还原较少取代的双键
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在催化氢化反应中，很多情况下可优先选择对催化氢化 活性高的基团。不同基团被催化氢化的大致难易次序为：
RCOCl(→ RCHO) RNO2(→RNH2)-CC- (→-C=C-) RCHO (→RCH2OH) -C=C- (→-CH2-CH2-) RCOR’ (→RCHOHR’) PhCH2OR (→PhCH3 + ROH) RCN (→RCH2NH2) 萘 RCO2R’ RCONHR’ 苯 RCOOH 催化氢化反应活性还与催化剂种类、催化剂用量、反应 温度、压力等直接相关。常用低活性催化剂有： Lindlar催化剂，0.3%Pd-CaCO3等；活性较高的催化剂 可用Raney镍、Pd-C等。
3.2
还原反应
3.2.1 3.2.2
烯和炔的还原 共轭烯烃的还原
3.2.3
3.2.4 3.2.5 3.2.6
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芳烃的还原
卤代烷和醇的还原 醛和酮的还原 羧酸及其衍生物的还原
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本节预备知识
已学化合物的还原方法：烯烃、炔烃、芳 烃、卤代烃、醛酮、羧酸、羧酸衍生物
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有机化合物的脱氧、加氢或获得电子的过程称为 还原反应。该反应是有机合成中最普遍的反应之一， 在官能团的转换方面具有极其广泛的用途。
碳碳双键催化氢化的活性比酮羰基高，所以，当双键与羰基 共存时可以选择性地还原双键而保留羰基。
CH3 CH3 O H2/Pt CH3COOH CH2COOH CH3
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O CH2COOH
CH3
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催化氢化的机理目前还不完全清楚，比较一致的看法是， 氢气和不饱和键首先被催化剂表面吸附，氢气分子内键被打 开，通过p-轨道与金属络合而被吸附的烯键发生松弛，随后 发生氢原子从催化剂表面向不饱和键的转移，被还原分子脱 吸附而完成反应。
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了解 小心控制反应条件可将萘或其它稠环芳烃还原成不同产物： 小心控制反应条件可将萘还原成二氢萘、四氢萘、异四氢萘、 八氢萘 Na C2H5OH
Na C5H11OH Na NH3 C2H5OH Li NH3 C2H5OH
Na C2H5OH
Li NH3 THF
6LiH + 8BF3-OEt2 3NaBH4 + 4BF3 -OEt2 B2H6 + 6LiBF4 2B2H6 + 3NaBF4
乙硼烷及其类似物与碳碳重键加成所得的有机硼化合物， 与有机酸发生溶剂解反应生成饱和烃，该反应称为硼氢化。
C C B2H6 (CH C )3B RCOOH CH CH
C C
)[(CH3)2CH-CH(CH3)2]2BH C2H5
1 2
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)CH3CO2H
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4. 其它还原剂 非共轭的、非末端的烯烃对碱金属的液氨还原剂、 电解还原等是稳定的。共轭的或被吸电子基团活 化的烯键，则比较容易被溶解金属法和电解还原 法还原。 例如，、-不饱和酮用Li-NH2还原时，可得饱和酮。 产物的构型由碳负离子中间体的稳定性确定。
H2,Pd/C quinoline COOH Na/NH3 -40oC COOH COOH
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98
%
98%
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除立体化学的差异以外，两种还原的位臵选择性也不相同。 例如多炔用Pd/C进行催化加氢时，位阻小的末端叁键优先反 应，而用Na/NH3还原时，则位阻大的链中叁键优先被还原。
H2,Pd/C quinoline H Na/NH3 - 40 C 75% 97%
H HO H+ H H
H
Na NH3
1) e 2) H+ H
-O
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了解 -萘酚和-萘酚的伯奇还原产物显著不同。前者在不 含羟基的环上进行反应，后者则在含羟基的环上进行，该 差异可能是由于中间体稳定性不同的关系。
OH Li NH3 C2H5OH OH Na C2H5OH O 45% OH 98%
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叁键比双键容易被氢化，所以当叁键与双键共存时，以喹啉部 分毒化的钯作为催化剂可将叁键还原成双键，得到二烯类产物。 叁键比双键容易氢化，可能是由于叁键比双键容易被催化剂表 面吸附的缘故。
RCH=CHCH2C CH 5% Pd BaSO4 H2, quinoline RCH=CHCH2CH=CH2
•其立体化学特征是 —— Syn-addition
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催化加氢是发生在重键空间位阻较小的一面 的顺式加成反应。如蒎烯衍生物氢化时：
COOH H2/PtO2 AcOH
COOH H
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在分子结构较难区分哪一面位阻较小时，较难预测氢化 的立体化学过程，但对一些具有特定结构的化合物，也可利 用氢化的立体专一性，可将不饱和化合物还原成一定构型的 产物。例如，顺丁烯二酸可氘化为内消旋氘化丁二酸，反丁 烯二酸则得外消旋产物
100%
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虽然烯键催化加氢比羰基容易，但如果采用亚铬酸 铜作催化剂，则可选择性地将羰基还原成醇羟基， 而烯键不受影响。这与Pd/C催化时的结果恰好相 反，从而提供了一种双键存在时选择性还原羰基 的方法。
CuCr2O4 COOC2 H5 H2, 150oC