第五章 氧化反应

5.4 烯烃的氧化
b. 臭氧化反应（Ozonation）： 臭氧是很强的氧化剂，即使在低温下也能和烯类 作用，产生臭氧化物（Ozonide）。
CO2Et 来自百度文库O2H CO2Et O
CO2Et
O Pb(OAc)3 OH
+
CO2H
Pb(OAc)4
Py C6H6 71% O
+
2 CO2
O O + Pb(OAc)4 O Py
+
2 CO2
5.4
烯烃的氧化
最常见的烯烃类氧化反应是转变成环氧化合物，二醇 类及断键成为两个羟基化合物。 1. 形成环氧化合物（epoxidation）： （产物仍保持烯烃的立体化学）常用的氧化剂是过氧 酸或叔丁基过氧化氢（需金属催化剂）。
MCPBA CHCl3, 80% CH3 O CH3
mCPBA (m-chloroperbenzoic Acid, m-Cl-PhCO3H),是一 较稳定的过氧酸，在冰箱中可长期保存。其反应机理如 下：
5.4 烯烃的氧化
O O CAr O H OH_ O2CAr + O
+ HO2CAr
过氧酸的氧化能力与对应酸的强度成正比，即其氧 化能力顺序如下：
I
I
H
O
HO H CH3COO H
HO HO H
CH3 C
O
5.4 烯烃的氧化
3 ．烯烃类化合物的氧化性切断：进行此种类反 应通常用高锰酸钾-高碘酸钠的混合氧化剂， 或使用臭氧。
a. 使用KMnO4-NaIO4混合氧化剂，利用KMnO4将烯烃 类转变成二醇类，再用 NaIO4 将醇类氧化物切断， 并进一步氧化成为羧酸。由于KMnO4作用后产生的 MnO2可以被NaIO4氧化回到KMnO4，故只需使用催 化剂量的KMnO4。
O
NaOCl, H2O 87%
CO2H
+
CHCl3
5.2
醛酮的氧化
3. 将酮类氧化转成酯类或内酯
常以过氧酸为氧化剂，称做Baeyer-villiger反应：
R'COR''
H+
OH R'CR''
(1) RCO 3H (2) _ H+
O R'
H R'CO OR''
C R'' O O COR
+ RCO2H
反应机理：
5.2
1. 醛类氧化成羧酸
醛酮的氧化
通常使用氧化银（Ag2O，以AgNO3在碱中制备）。
CHO
CO2H
+
OCH3 OH
AgNO3
+
NaOH
HCl 88% OH
OCH3
5.2
醛酮的氧化
若是α,β－不饱和醛，可以用二氧化锰（MnO2 ）， 在甲醇及氰酸当作催化剂的条件下，直接氧化成甲酯。
+
将羟基活化成Tso的离去基，经 Beckmann 重排则产 生内酰胺。重排时，转移键和离去在同一平面的异边 （antiperiplanar），即肟的构型保持。
5.3
羧酸的氧化
羧酸类极不容易被氧化，但与过氧化氢（ H2O2）作 用产生过酸。若是邻二羧酸类，则可以在四乙酸铅 Pb （OAC）4作氧化性的脱羧反应。
5．1
醇类的氧化
最常用的氧化剂是铬 [Cr(VI)] 的氧化物，如：
酸性试剂： （1）铬酸（H2CrO4），氧化铬（CrO3） （2）Jone’s试剂（H2CrO4-H2SO4-Me2CO） 微碱性试剂 （3）Sarett试剂（CrO3/Pyridine） （4）Collins试剂（CrO3-2Pyridine/CH2Cl2） 微酸性试剂 （5）PCC试剂（CrO3-Pyr-HCl/CH2Cl2,）
CF3CO3H > p NO2C6H4CO3H > HCO3H > m ClC6H4CO3H > C6H5CO3H > CH3CO3H
5.4 烯烃的氧化
烯烃的环氧化常受空间阻碍的影响，在阻碍 较小的一面形成环状物；但若有羟基的感应作用， 则与羟基在同边形成环氧化物。
O OCOCH3 ArCO3H OCCH3 O
• 被作用化合物的性质；
• 使用的溶剂与反应条件；
• 氧化反应的机理;
• 氧化反应的选择性。
5.1
醇类的氧化
学过有机化学，我们都知道：一级醇氧化 得醛，然后继续氧化是羰酸，第二级醇氧化得 酮，三级醇是耐氧化的，除非条件极为激烈时 发生碳碳键的断裂。 通常的纳入基础课的氧化反应是完全没有 选择性的，使用的试剂象热的高锰酸钾或热的 铬酸。但是，为了获得把醇选择性的氧化成羰 基化合物的方法，已经进行了大量的工作。
第五章 氧化反应
有机化合物进行氧化反应，只指作用部位 的碳原子的氧化数增加而言。
如：环己醇被氧化成环已酮，其作用的官 能团碳原子的氧化数增加2价，即相对的氧化态 由α-2 增为α值。氧化的形式可以在该碳原子 上加氧原子（或对等物），如：
RCHO → RCO2H， RCHO → R-C N； 或脱去氢分子，如: RCH2OH → RCHO。
c. 以碘及湿的AgOAc为氧化剂。
a． KMnO4为氧化剂时，条件控制十分重要，否则形成 的二醇类会进一步氧化裂解。
CH2=CHCH(OCH3)2 + KMnO4 H2O 5¡ æ , 67% CH2CHCH(OCH3)2 OH OH
5.4 烯烃的氧化
若有机化合物不溶于水时，常加入相转移剂（ Phase-transfer agents）如季铵盐等，使反应在有机溶 剂中进行。但反应的酸碱度也会影响产物：
中性试剂
（6）PDC试剂（H2CrO7-2 Pyr,）
其中 Sarett 试剂，Collins 试剂，PCC 和 PDC 试剂 是温和的氧化剂，可使一级醇氧化成为醛类，而不再进 一步被氧化成羧酸。
5．1
醇类的氧化
1. 当化合物在酸性条件下稳定时，可用 Jone’s 试剂：
OH H2CrO4 H2SO4 Me2CO Jone's 20æ ¡ ,3h;80% O
HOCH2
N N Me2SO, DCC H3PO4 cat, 25¡ æ ,90% O
CHO
N
O OCOCH3
O OCOCH3
若改用草酰氯及二甲基亚砜为氧化剂称为Swern氧化反应。
H OH Me2SO, (COCl)2 100% O
5．1
醇类的氧化
7. Oppenauer 氧化反应：此类反应系以酮类（如丙酮， 环已酮）为氧化剂，此三异丙基氧化铝为催化剂，可 将醇类氧化成醛酮，而氧化剂酮则被还原为醇（如丙 酮氧化剂在反应后生成异丙醇）。
H H H H
(1) OsO4 Py (2) NaHSO3
HO HO
5.4 烯烃的氧化
反应都是遵循空间效应，从阻碍小的一面 作用。又因为OsO4系亲电子性，所以反应不在 电子稀少的双键发生：
O MeO2C MeO2C
+
N+ Me _ O
+ OsO4 (cat)
t BuOH/THF/H2O 25¡ æ ,4h MeO2C
转移次序取决于迁移基团的亲核性，亲核性越强越容易迁移
5.2
醛酮的氧化
5.2
醛酮的氧化
4．Beckmann重排反应：利用羧胺（NH2OH）可水醛酮 氧化成 E 式肟（Oxime）。由于空间位阻的结果，不 可形成 Z 式异构体。
H H3C H O H NH2OH HCl H3C H H3C N (1) TsCl, Py OH (2) 65 æ ¡ H CH2CH3 NH O
OH ArCO3H 96%
OH O
其 中 以 烯 丙 基 ( Allyl alcohol) 和 高 烯 丙 基 (Homoallyl alcohol) 的影响效应最明显，即使对非环状 化合物也是有有选择性反应。
5.4 烯烃的氧化
有两个双键时，在适当的条件下只有接近羟基的 双键被环氧化：
BuOOH,Ti O 4 _ OH D ( ) DET; 95%ee t O H
HO
5.
较昂贵的碳酸银（Ag2CO3）,也将一级醇氧化成醛， 而不影响环丙烷（对酸不稳定）。
Ag2CO3 CH2OH CHO
5．1
醇类的氧化
6. 常用的有机氧化剂是二甲基亚砜，此时需要脱水剂DCC （二环已基碳二亚胺），和用酸（如磷酸）作催化剂。 这种反应称为 Moffatt反应。 O
O NH O
5.4 烯烃的氧化
CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7CO2H NaIO4, KMnO4 (cat) K2CO3, H2O, t BuOH CH3(CH2)7CO2H+ HO2C(CH2)7CO2H
若改用 OsO4 - NaIO4 为混合氧化剂（ OsO4 为催化剂量），则可以得到醛类（通常 以 2,4－二硝苯腙的衍生物分离）。
此反应不但将醛转变成为氰醇（ Cyanohydrin），而 且二氧化锰可将烯丙醇氧化，得到氰盐（ acyl cyanide） 再被甲醇转变成为甲酯。
5.2
醛酮的氧化
2. 通常酮类不会被氧化成羧酸，但甲基酮类可被次卤酸 氧化降解一个碳的羧酸。同时，因为甲基被氧化成为 卤仿，此反应称之为卤仿反应（haloform Readion）。
MeO2C
H
OH OH
H
76%
5.4 烯烃的氧化
c. 以碘及湿的醋酸银为氧化剂，用这种方
法可以获得空间位阻较大一面的顺式－邻二
醇
H H H H
I2, CH3CO2Ag CH3CO2H, H2O
HO HO
H
5.4 烯烃的氧化
其反应机理如下：
O _ CH3C O O CH3CO
I I
O Ag+OCCH3
O
+
HO
Al O
3
+
O
OH
Oppenauer 氧化
仲醇在叔丁醇铝或异丙醇铝和丙酮作用下，氧化成为相应的酮 ，而丙酮则还原为异丙醇。这个反应相当于Meerwein-Ponndorf反 应的逆向反应。
反应的进行方向由所加酮（氧化剂）或醇（还原剂） 的用量而定。
一般来说：烯丙醇、苄醇的活性比一级醇，二级醇的 活性高，更容易被氧化。
5.4 烯烃的氧化
也 可 将 KMnO4 先 改 变 成 有 机 盐 类 ， 如 Ph3(CH3)P+MnO4- ，则能在低温下操作：
这是分离出唯一的顺式二醇，由于高锰酸钾 盐在较小位阻的一边进攻烯烃的缘故。
5.4 烯烃的氧化
b. 用四氧化锇（OsO4）为氧化剂，这是将烯烃氧 化为顺－二羟基化最可能的方法。但是因为四氧化锇 的价格昂贵，又有毒，故近来都使用催化量，而配合 其他的氧化剂作用。如：
第五章 氧化反应
氧化剂的种类很多，可以是氧气，氯气，高 价位的金属化合物，或过氧酸有机化合物等。在 氧化反应后，氧化剂本身是被还原，那么不难了 解大部分的氧化剂都是亲电子的试剂 （electrophilic reagents）。 一般的有机化合物仅需 0 ~ 0.6 伏特电位 以进行氧化反应。通常使用的无机氧化剂的氧化 还原电位约 1.0 伏特。
OH
D-(-)DET为酒石酸二乙酯
5.4 烯烃的氧化
2. 烯烃类化合物的二羟基化反应：
a ) 形成反式二醇类（Trans diols）： 通常将烯类环氧化后产物以酸水解即得反式 二醇类。
H O H H2O H2SO4 H OH OH
5.4 烯烃的氧化
2) 形成顺式二醇类（Cis diols）： 一般使用的方法有: a. 以高锰酸钾为氧化剂， b. 以四氧化锇 OsO4为氧化剂，
第五章 氧化反应
以作用的类型来分，有机化合物的氧化反应可以 分为以下三种类型： 1) 在官能团的部位氧化
RCH2OH O RCHO O RCO2H
O RCCH2R
O
O ROCCH2R
O O RCOCH2R
RCH2OCH2R
第五章 氧化反应
2) 在α -碳的部位氧化
R2C=CH CH2R O OH Br R2C=CH CHR , R2C=CH CHR
CO2H
CH2OH
CHO
一般说来，在极性溶剂中反应较激烈，而使用非 极性溶剂，如：正已烷，则可能发生不溶解的现象。
5．1
醇类的氧化
4. PCC 常被使用来将一级醇氧化成醛类，不会破坏四氢 吡喃的部分。若是烯丙醇氧化成 α，β一不饱和醛(酮)， 也常常使用二氧化锰 (MnO2)。
O O PCC or MnO2 H O O O
2．使用微碱性 Collins 试剂，避免双键转移成共轭双烯， 也可避免进一步氧化成羧酸。
Collins CrO3 2Pyr CH2Cl2 OH
CHO
5．1
醇类的氧化
3．有时候，溶剂的影响很大，即使用中性的 PDC 试剂（ H2Cr2O7· 2 Pyr），在极性溶剂如二甲基甲酰胺中，生 成羧酸。
PDC DMF, 83% PDC CH2Cl2, 92%
O RCH2CH2CR
O
O
O OH
RCH=CH CR , RCH2CHCR
3) 在非活化部位氧化
OH O
第五章 氧化反应
选择适当的氧化剂是很重要的，虽然至今 仍依赖经验法则去选择氧化剂，若能从下列各 种因素去探讨，并以对等的方法加以归纳与演 绎，则有助于我们对氧化反应的了解和选择。 • 氧化剂本身的化学性质；