还原反应机理课件
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第九章 还原反应
增加氢原子 减少氧原子
9.1 化学还原反应
9.2 催化氢化
2018/7/6
1
9.1 化学还原反应
• 9.1.1 金属还原剂
• • • • • 1. 底物与进攻试剂 ▲活泼金属 ▲合金 ▲其盐类。 一般用于还原反应的活泼金属有碱金属、 碱土金属、以及铝、锡、铁等。合金包括钠汞 齐、锌汞齐、铝汞齐、镁汞齐等。金属盐有硫 酸亚铁、氯化亚锡等。
2 NaHSO3 Ar N 2 HSO4 H 2 SO4
Ar
N
NH
Acid hydrolysis ArNHNH 2 2 H 2O , 2 NaHSO4
NO2
SO Na SO 3Na 3
NHSO3Na Na2SO3/NaHSO3 SO3Na H3 O
+
NH2 SO3Na
2018/7/6
HO
OH
OH
17
(2)连二亚硫酸钠还原
O NO2 HN O NH2 HN
Na2S2O4/H2O
O
N H
30 ~ 33C ,1h
2
2018/7/6
2. 反应机理及影响因素
M-e C O + M C O M C O M H H C OH
O Ar N O H _H O 2
Fe-e
O Ar N O
H
O Ar N OH
Fe-e
O Ar N OH
Ar
Fe-e N O
Ar
H N O
Ar
Fe-e N OH
Ar N OH 2018/7/6
2 ArNO2 6S 2 7H2O 4 ArNH2 3S2O3 6OH
电子供给者
质子供给者
2 S2
2018/7/6
硫化物
水或醇
2
S S
0
S
浓度较稀时是一个双分子反应过程
2 2
14
OH CH3
OH CH CH3
CH
KBH4/EtOH ref lux O HO
避孕药炔诺酮中间体
ArNHOH
2018/7/6
+ H2
ArNH2
+ H2O
6
一、强碱性介质中锌粉还原
亚硝基、羟胺化合物
氧化偶氮化合物
氢化偶氮化合物
ArN=NAr O
+ 2H2
ArNHNHAr
+
H2 O
副反应：
2018/7/6
ArN=NAr O
+ 3H2
2ArNH2
+
H2 O
7
一、强碱性介质中锌粉还原
Leabharlann Baidu
亚硝基、羟胺化合物
0C
抗凝血药吲哚布芬（Indobufen）
2018/7/6
11
（4）锡和二氯化锡作为还原剂
在酸性条件下可还原硝基成氨基
CH3 O 2N N C N CH3 CH3 Sn/HCl CH3 H2N N C N CH3 CH3
85C
驱虫药甲氨基苯脒中间体
SnCl2/HCl
HO
N N
OH
H2N
OH
2018/7/6
95C ,1.5h
消炎药苯恶洛芬中间体
2018/7/6 4
（2）钠和钠汞齐作为还原剂
Birch反应
芳香族化合物
H3C OH
液氨
非共轭二烯
H3C OH
Li/NH3/Et2O
40C ,30 min
H3CO H3CO
H
Bouveault-Blanc反应： 羧酸酯
Ph CH
2018/7/6 Ph
金属钠+无水乙醇
Ph CH
伯醇
Na/EtOH/AcOEt CH2COOEt
CH2CH2OH
5
85 ~ 90C,1 ~ 2h
Ph
（3）锌和锌汞齐作为还原剂
一、强碱性介质中锌粉还原
亚硝基、羟胺化合物
ArNO
氧化偶氮化合物
ArN=NAr O
+ ArNHOH
+ H2O
ArNH2
副反应
3 ArNHOH
ArN=NAr O
+
ArNO2 Na2 S2 H2O ArNH2 Na2 S2O3
碱度的影响 取代基的影响
OCH3 NO2 OCH3 NH2
NO2
2018/7/6
NO2
还原过程
部分还原、完全还原
16
二、用含氧硫化物的还原
亚硫酸盐 连二亚硫酸钠 (1) 亚硫酸盐还原 亚硫酸盐可将硝基、亚硝基、羟胺基、偶氮基还原成 氨基，将重氮盐还原成肼。
氧化偶氮化合物
氢化偶氮化合物
联苯胺系化合物
slow C6 H 5 N H 2 N H 2C6 H 5 NH 2C6 H 4 C6 H 4 NH 2
k[ ArNHNHAr ][H ]
2018/7/6
2
8
2 ArNO2 5Zn H2O ArNHNHAr 5ZnO
抗组胺药奥沙米特（oxatomide）中间体
(2)锌还可将醛或酮还原成醇
O Zn/NaOH C CH OH
C2 H 5OH , 70 ~ 74C , 2h
2018/7/6
钙拮抗剂盐酸马尼地平（manidipine）中间体 10
酸性条件下
还原醛基、酮基为甲基或亚甲基
Clemmensen反应
O Zn,(C2H5)O N CH COOH CH2CH3 O HCl(g) N CH COOH CH2CH3 O
第一阶段： 100~105℃ 第二阶段： 第三阶段：
90~95℃ 50℃
12~13%NaOH
9%NaOH 稀盐酸 稀硫酸及硫酸钠
还原
还原 转位
第四阶段：
成盐析出
2018/7/6
9
二、锌粉其它还原
(1) 锌粉将硝基还原为氨基
NH2 NO2 Zn/NaOH C2H5OH,ref lux, 1h NH2 NH2
O NaBH4/CH3OH Cl CH2Cl Cl OH CH2Cl
r.t., 2h
Cl
抗真菌药芬替康唑中间体
KBH4/NaOH/EtOH CH2 N OH
Cl
CH2 S
N
O HN
HN
S
2018/7/6
驱虫药左旋咪唑中间体
15
还原剂的影响：
4 ArNO2 6 Na2 S 7 H2O 4 ArNH2 3Na2 S2O3 6 NaOH
H
Ar
H N OH
Fe-e H
Fe-e Ar NH
Ar
NH
H
Ar
3
NH2
（1）铁和低价铁盐为还原剂
4 ArNO2 9Fe 4H2O 4 ArNH2 3Fe3O4
电解质 介质
化学结构与反应活性 过程与特点
H2N CHCN CH3
铁的品质和用量
Fe/NH4Cl O 2N CHCN CH3
12
3. 实例分析
NO 2 F F NH 2
F
F
Na CH3(CH2)4 COCH 3
CH3(CH2 )4CHCH3 OH
O2N
2018/7/6
COOH
Sn/HCl
H2N
COOH
13
9.1.2 含硫化合物还原剂
一、用硫化碱的还原
硫化钠 硫氢化钠 多硫化钠 铵类硫化物 硫化铁
还原芳香族硝基
——齐宁（Zinin）还原
增加氢原子 减少氧原子
9.1 化学还原反应
9.2 催化氢化
2018/7/6
1
9.1 化学还原反应
• 9.1.1 金属还原剂
• • • • • 1. 底物与进攻试剂 ▲活泼金属 ▲合金 ▲其盐类。 一般用于还原反应的活泼金属有碱金属、 碱土金属、以及铝、锡、铁等。合金包括钠汞 齐、锌汞齐、铝汞齐、镁汞齐等。金属盐有硫 酸亚铁、氯化亚锡等。
2 NaHSO3 Ar N 2 HSO4 H 2 SO4
Ar
N
NH
Acid hydrolysis ArNHNH 2 2 H 2O , 2 NaHSO4
NO2
SO Na SO 3Na 3
NHSO3Na Na2SO3/NaHSO3 SO3Na H3 O
+
NH2 SO3Na
2018/7/6
HO
OH
OH
17
(2)连二亚硫酸钠还原
O NO2 HN O NH2 HN
Na2S2O4/H2O
O
N H
30 ~ 33C ,1h
2
2018/7/6
2. 反应机理及影响因素
M-e C O + M C O M C O M H H C OH
O Ar N O H _H O 2
Fe-e
O Ar N O
H
O Ar N OH
Fe-e
O Ar N OH
Ar
Fe-e N O
Ar
H N O
Ar
Fe-e N OH
Ar N OH 2018/7/6
2 ArNO2 6S 2 7H2O 4 ArNH2 3S2O3 6OH
电子供给者
质子供给者
2 S2
2018/7/6
硫化物
水或醇
2
S S
0
S
浓度较稀时是一个双分子反应过程
2 2
14
OH CH3
OH CH CH3
CH
KBH4/EtOH ref lux O HO
避孕药炔诺酮中间体
ArNHOH
2018/7/6
+ H2
ArNH2
+ H2O
6
一、强碱性介质中锌粉还原
亚硝基、羟胺化合物
氧化偶氮化合物
氢化偶氮化合物
ArN=NAr O
+ 2H2
ArNHNHAr
+
H2 O
副反应：
2018/7/6
ArN=NAr O
+ 3H2
2ArNH2
+
H2 O
7
一、强碱性介质中锌粉还原
Leabharlann Baidu
亚硝基、羟胺化合物
0C
抗凝血药吲哚布芬（Indobufen）
2018/7/6
11
（4）锡和二氯化锡作为还原剂
在酸性条件下可还原硝基成氨基
CH3 O 2N N C N CH3 CH3 Sn/HCl CH3 H2N N C N CH3 CH3
85C
驱虫药甲氨基苯脒中间体
SnCl2/HCl
HO
N N
OH
H2N
OH
2018/7/6
95C ,1.5h
消炎药苯恶洛芬中间体
2018/7/6 4
（2）钠和钠汞齐作为还原剂
Birch反应
芳香族化合物
H3C OH
液氨
非共轭二烯
H3C OH
Li/NH3/Et2O
40C ,30 min
H3CO H3CO
H
Bouveault-Blanc反应： 羧酸酯
Ph CH
2018/7/6 Ph
金属钠+无水乙醇
Ph CH
伯醇
Na/EtOH/AcOEt CH2COOEt
CH2CH2OH
5
85 ~ 90C,1 ~ 2h
Ph
（3）锌和锌汞齐作为还原剂
一、强碱性介质中锌粉还原
亚硝基、羟胺化合物
ArNO
氧化偶氮化合物
ArN=NAr O
+ ArNHOH
+ H2O
ArNH2
副反应
3 ArNHOH
ArN=NAr O
+
ArNO2 Na2 S2 H2O ArNH2 Na2 S2O3
碱度的影响 取代基的影响
OCH3 NO2 OCH3 NH2
NO2
2018/7/6
NO2
还原过程
部分还原、完全还原
16
二、用含氧硫化物的还原
亚硫酸盐 连二亚硫酸钠 (1) 亚硫酸盐还原 亚硫酸盐可将硝基、亚硝基、羟胺基、偶氮基还原成 氨基，将重氮盐还原成肼。
氧化偶氮化合物
氢化偶氮化合物
联苯胺系化合物
slow C6 H 5 N H 2 N H 2C6 H 5 NH 2C6 H 4 C6 H 4 NH 2
k[ ArNHNHAr ][H ]
2018/7/6
2
8
2 ArNO2 5Zn H2O ArNHNHAr 5ZnO
抗组胺药奥沙米特（oxatomide）中间体
(2)锌还可将醛或酮还原成醇
O Zn/NaOH C CH OH
C2 H 5OH , 70 ~ 74C , 2h
2018/7/6
钙拮抗剂盐酸马尼地平（manidipine）中间体 10
酸性条件下
还原醛基、酮基为甲基或亚甲基
Clemmensen反应
O Zn,(C2H5)O N CH COOH CH2CH3 O HCl(g) N CH COOH CH2CH3 O
第一阶段： 100~105℃ 第二阶段： 第三阶段：
90~95℃ 50℃
12~13%NaOH
9%NaOH 稀盐酸 稀硫酸及硫酸钠
还原
还原 转位
第四阶段：
成盐析出
2018/7/6
9
二、锌粉其它还原
(1) 锌粉将硝基还原为氨基
NH2 NO2 Zn/NaOH C2H5OH,ref lux, 1h NH2 NH2
O NaBH4/CH3OH Cl CH2Cl Cl OH CH2Cl
r.t., 2h
Cl
抗真菌药芬替康唑中间体
KBH4/NaOH/EtOH CH2 N OH
Cl
CH2 S
N
O HN
HN
S
2018/7/6
驱虫药左旋咪唑中间体
15
还原剂的影响：
4 ArNO2 6 Na2 S 7 H2O 4 ArNH2 3Na2 S2O3 6 NaOH
H
Ar
H N OH
Fe-e H
Fe-e Ar NH
Ar
NH
H
Ar
3
NH2
（1）铁和低价铁盐为还原剂
4 ArNO2 9Fe 4H2O 4 ArNH2 3Fe3O4
电解质 介质
化学结构与反应活性 过程与特点
H2N CHCN CH3
铁的品质和用量
Fe/NH4Cl O 2N CHCN CH3
12
3. 实例分析
NO 2 F F NH 2
F
F
Na CH3(CH2)4 COCH 3
CH3(CH2 )4CHCH3 OH
O2N
2018/7/6
COOH
Sn/HCl
H2N
COOH
13
9.1.2 含硫化合物还原剂
一、用硫化碱的还原
硫化钠 硫氢化钠 多硫化钠 铵类硫化物 硫化铁
还原芳香族硝基
——齐宁（Zinin）还原