第七章还原反应

三-（三苯基磷）氯化铑能使醛脱去羰基，因而含有醛基的烯烃化合 物在通常的条件下，不能用这种催化剂进行氢化。这是因为三-（三 苯基磷）氯化铑对一氧化碳具有很强的亲和性的缘故 .
7.1 催化氢化反应
7.1.2 均相催化氢化反应
Ph H O
Rh6(CO)16,苯 H2/CO,303K
Ph 88%
OH
CoCl3
7. 2
金属氢化物还原
2eq.
O H
H CH3O H
O
1) 1eq.
2)
i Bu2AlH PhCH3, 70℃ H3+O CH3O H
O
H H
OH
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。
1eq.
OH
H2, (Ph3P)3RhCl C6H6
OH
O
H2, (Ph3P)3RhCl C6H6
O
里那醇
香芹酮
D D O
PhCH=CHNO 2
H2, (Ph3P)3RhCl C6H6
D2, (Ph3P)3RhCl
PhCH2CH2NO2
O
C6H6~EtOH
85%
在均相催化反应中氢是以顺式对双键加成的
7.1 催化氢化反应
3. 4. 5.
金属（Metal，Na，K，Zn） 低价金属盐（如：TiCl3，TiCl2） 非金属 (如：N2H4，Me2S，Ph3P)。
7.1 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。通常，反应是在非均相催化剂的存在下，于氢气的环境中通过 搅拌或震荡化合物的溶液而进行的。可以方便地按照两种类型的反 应来讨论催化剂和溶剂： 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℃
CHO O O N OH
LiAlH4 THF, 0 C
o
O
LiAlH4
OH
O O
N
Me
98%
低温
98%
Me
7. 2
金属氢化物还原
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。
O O O CH2OAl OAl O 25 æ ¡ LiAlH4 O CH2OAl CH2OAl H3+O CH2OH CH2OH excess LiAlH4 THF, 55 H3+O, 15æ ¡ CHO OAl O O LiAlH4
7.1 催化氢化（加氢反应）
催 化 剂 有 Raney 镍 ， 铂 （ 通 常 是 用 PtO2 氢 化 时 就 地 产 生 Adams 催化剂），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。 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。
CH3 CO2Me OSiMe2Bu'
N
CO2Me H2,Pd BaSO4 , MeOH ; 83% OSiMe2Bu' CH3
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（ terminal alkyne ）较内 侧炔基更容易进行加氢反应。
H2,Pd C EtOAc,r.t; 97%
H
常压氢化
不会影响邻位的手性中心构型：
7. 2
金属氢化物还原
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 Lewis acid 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。
C C C H H C C CH
1 2 3
H H
1
C H H
2
H
3
1 C
C
2
3
H C
催化剂表面
A
C H
1 C
H
2 3 H
C
C
H H
1
C
2
C
3
H B
D2, PtO2
C C C
D
CO 2CH3 CH3CO 2
CH3CO2D
H
H
1 2
3
H D
7.1 催化氢化（加氢反应）
1. 选择性的还原炔类，而不影响双键：
(R,S)2 R3B
AgNO3 OHCH2=CHCOZ BrCH2COZ or N2CHCOZ RCH2COZ
+
KCN
+
3
H2
水或酒精
CH3
HCo(CN)5
3
3
CH2 CH CH CH2 + HCo(CN)5
CH2 CH
C Co(CN)5 H
3
HCo(CN)5
3
CH3 CH2 CH CH2 + 2 Co(CN)5
3
2 Co(CN)5
3
+ H2
2 HCo(CN)5
7.1 催化氢化（加氢反应）
不对称催化氢化 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（asymmetric induction） 而产生具有光学活性的化合物。
第 七章 还原反应
广义的还原反应是指作用部 位的碳原子的氧化数减少。
• 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 a 值变成 a-2 值； • 烯类加氢变成烷类，也是一种还原反应，其相对的氧化态由 a-2 值变成 a-4 值
RCHO
>
>
>
>
>
>
7.1 催化氢化（加氢反应）
虽然加氢反应的机理尚不十分明瞭，但加氢反应通常是从空间 位阻较小的一边进行顺式加成（Syn addition）。 一般认为，是氢气及烯（炔）类都先吸附在金属表面，在进行 一个氢原子及π -键的转移后，若很快地再转移另一个氢原子，则必 定是由同边加入；若反应进行很慢，或在极性溶剂中，则有可能进 行异构化，而不一定得到预期产物。
O (CH2)6CO2Et CHO NaBH4,CeCl3 H2O,EtOH O (CH2)6CO2Et CH OH OCeCl2 CHO OH (CH2)6CO2Et
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。
R CH CO2H NaBH3CN N=CHPh 25 R CHCO2H NHCH2Ph
• 酮类与 Zn/HCl 作用变成烷类，也是一种还原反应，即羰基 C=O 脱去一个氧原子 ，又加上一个分子氢变成 CH2，相对的氧化态由 a 值变成 a-4 值。
还原剂（Reducing agents）大致可分为五类：
1.
2.
氢气（H2, 加氢反应）
金属氢化物（NaBH4, LiAlH4, BH3，Metal hydrides）
NHCOCH3 HO OH CO2H H2,L3RhCl CH3OH,H2O, 25 ¡ æ CO2H H HO OH NHCOCH3
H O L= O H P(C6H4CH3 m)2 P(C6H4CH3 m )2
7. 2
金属氢化物还原
LiAlH4(LAH)
-very strong reducing agent -flammable -workup can be trouble
7. 2
金属氢化物还原
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。
Luche Reduction
7. 2
金属氢化物还原
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。
7.1 催化氢化（加氢反应）
一般官能团化合物的加氢反应 反应性 反应物 氢化产物 最高 RCOCl RCHO RCH2NO2 RCH2NH2 RC≡CR′ RCH=CHR′(Z,Cis) RCH2OH RCH=CHR′ RCH2CH2R′ RCOR′ RCH(OH)R′ ArCH2X ArCH3 RC≡N RCH2NH2 RCO2R′ RCH2OH + R′OH 最低 RCONHR′ RCH2NHR
O
HO
OH
B2H6, LiBH4 THF, 0℃
O
OH 占产物的72%
+ 占产物的28%
7. 2
金属氢化物还原
RX
RH ROH
有 机 硼 烷 的 反 应 总 结 于 左 图
RNHR'
Байду номын сангаас
RNH2 R'N3 NH2Y X2 base
H2O2 OHheat
R'CO2H isomerization
RSR' R R
H
H
+
O 70% 20% OH O 30% 80%
desulfurization
7.1 催化氢化反应
均相催化氢化反应Homogeneous Catalytic Hydrogenation
多相催化氢化反应中所用的催化剂尽管很有用，但仍有以下缺 点：它们可能引起双键移位；而双键移位常常使氘化反应生成含有 两个以上位置不确定的氘代原子化合物；一些官能团容易发生氢解 ，使产物复杂化等。而均相催化氢化反应能够克服上述一些缺点。
O
O
H Al OEt Li
H THF, 78 ¡ æ 60%
OH CH3
+
O
(R)
( 98%ee)
7. 2
金属氢化物还原 “红铝”
2.硼化物
7. 2
金属氢化物还原
硼氢化钠（NaBH4） 硼氢化钠在一般条件下，只还原羰基，而不与卤化物或羧基作 用。
CO2CH3 CO2CH3
NaBH4 CH3OH O Br HO Br
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。
H H O
i Bu2AlH PhH,O¡ æ ;90% H Bu O Al Bu H
H H OH
7. 2
金属氢化物还原
BINAL-H (Noyori)
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：
7.1 催化氢化反应
Wilkinson's Catalyst
RhCl3 3H2O + 4 PPh3 (Ph3P)3RhCl + Ph3PCl2
催化特点是选择氢化碳—碳双键和碳—碳叁键，对于羰基、氰基、硝 基、氯、叠氮等官能团都不发生还原。单取代和双取代的双键比三取 代或四取代的双键还原快得多，因而含有不同类型的双键的化合物可 以部分氢化。
7.1 催化氢化（加氢反应）
O H2,Pd Solvent H _ (trans ) Solvent: Dioxane
O O
O
O
+
H _ (cis ) 0%
100%
EtOH + KOH
0%
100%
O
Cu/Al2O3,PhMe H2,363K
O
81%
Rosenmund 还原
H H2 OH O PtO2 Pd C cat cat OH
℃
7. 2
金属氢化物还原
一般官能团化合物与硼烷作用
硼烷（BH3）硼烷二甲硫醚络合物
反应性 最高 反应物 RCOOH RCH=CHR R2C=O RCN
O
产物 RCH2OH RCH2CH2R R2CHOH RCH2NH2
H OH
最低 RCO2R' RCH2OH/ R'OH
O
O
1eq B2H6
7. 2
金属氢化物还原
以一摩尔的 DIBAL-H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）。
O O 1equiv, i Bu2AlH CH=N Al O O H3+O CHO O O
CN
Et2O, 78¡ æ
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。使得反
应可以在较低温度、较低氢气压力下进行，并具有很高的选择性。
- catalyst is soluble in the reaction medium - catalyst not "poisoned" by sulfur - very sensitive to steric effects - terminal olefins faster than internal; cis olefins faster than trans
7.1.2 均相催化氢化反应
PhCH=CHCHO
PhCOCl
H2, (Ph3P)3RhCl
PhCH=CH2 + CO
H2, (Ph3P)3RhCl
PhCl + CO
(Ph3P)2Rh(S)Cl
H2
(Ph3P)2Rh(S)ClH2
RCH=CHR'
(Ph3P)2Rh(Cl)(RCH=CHR')H2
RCH 2CH2R' + (Ph3P)2Rh(S)Cl