颜范勇-第六章氧化反应

•
实例：
CH3 + O O Cr O OCCH3 OCCH3 O
OCOCH3 CH OCOCH3
O
+ Gr
O
OH OH
H2O
CHO
•
反应过程中苄甲基首先被转化成同碳二醇的二醋酸 酯，然后经酸性水解得到醛。二醋酸酯的形成，对 保护潜在的醛基不被进一步氧化有重要的作用。
14
• （2）二氯铬酰（Etard试剂 ） • 制备：
CH3
CH3 R +2CrO2Cl2
CHO
CS2
R
R=H 90%
2-CH3 65%
2-NO2 50%
3-CH3 70% (立体效应使邻位收率低)
18
• （3）硝酸铈铵 [Ce(NH4)2(NO3)6]
• (Cerium Ammonium Nitrate, CAN)
• 特点：上节已经介绍，CAN和50% AcOH一起，将甲
7
一、苄位烃基的氧化
• 1．氧化生成醇和酯 • 由于苄醇易继续氧化，苄基位上直接羟基化或者 酯化只有选择适当氧化剂，或者催化剂和控制一 定的反应条件下才能实现，否则常会被进一步氧 化，使产物不纯。
CH2CH3
O
CHCH3 OCOCH3
NaOH
CHCH3 OH
8
• 常用的氧化试剂有硝酸铈盐((NH4)2Ce(NO3)6, CAN)，四醋酸铅[Pb(OAc)4, LTA] 和四氟醋酸铅 [Ｐb(OCOF3)4]，如：
CH3 CAN 冰乙酸 50%HOAc
CH2OCOCH3
CHO +
CH2OCOCH3 +
CH2OH
9
• （2） 铅丹 (Pb3O4)/CH3COOH （无水）
CH2CH3 Pb3O4 AcOH
OCOCH3 Pb3O4/AcOH 60~70 ° C NaOH MeOH
CHCH3 OCOCH3
OH
10
第六章 氧化反应
Chapter 6 Oxidation Reaction
1
概述
概述
• 定义： • a)广义：失去电子或电子偏移，使C上电子 云密度降低的反应称氧化反应 • b)狭义：原料（底物）加氧、去氢反应（不 涉及C-X,C-N,C-S键生成）
• c)氧化数增加的反应（氧化态升高的反应）
2
• 氧化反应特点： • a)反应较为激烈，伴有大量副反应发生 • b)同一结构可用多种氧化剂，同一氧化 剂可氧化多种底物 • c)一般有机物分子中，电荷密度大的部 位易氧化
Pb(OAc)4/ BF3/Et2O
H3C H3C
O CH C CH2 OH
O
O
CH3
Pb(OAc)4/ BF3/Et2O
CH2OH
38
• 2．形成1,2-二羰基化合物 • (SeO2可以将α位活性烃基氧化成相应的羰 基化合物，形成（1，2）二羰基化合物。）
O
（1）SeO2
H2 O C C C C 为氧化剂：称Riley法，在AcOH或
O
O
30%H2O2/10%NaOH 热EtOH中，3min
CH3
(67%)
H3C
(1)
OH
12
• 2. 苄位氧化成醛 • (1) 铬酐-醋酐（CrO3-Ac2O)氧化苄位甲基形成醛 基 • 铬醋酐制备：
O
O O Cr O+ CH3 C CH3 C
O
O
OCCH3 Cr OCCH3 O
O O
O
• 过程：将CrO3的AcOH溶液分次加到Ac2O中，得 到红色结晶，蒸馏可得纯品，它溶于有机溶剂， 13 极易水解，一般在反应中临时制备。
O O
OH O Cr O Cl
Cr + HCl
O
HCl
O Cr O
Cl Cl
• 过程：在<10℃，依次将浓盐酸及浓硫酸加入铬 酐的水溶液中，加毕，静止分层，分出有机层， 蒸馏得纯品，其沸点117℃。
15
• 注意事项：
CrO2Cl2为剧毒物，通常将其溶于CS2， CCl4或CH2Cl2中使用，芳烃与CrO2Cl2
COOH
24
• 反应中如果有HOAc，反应温度低于50℃，可将长
侧链氧化成酮，如果H2SO4则得-COOH。
O Na2Cr2O7/AcOH 40° C O
CrO3/AcOH(75%) C 40 ° H3CO H3CO O
25
O CH2CH3 Na2Cr2O7/AcOH CCH3
+
COOH
O CH2 H3C CH3 O C HOOC COOH
定量
当芳环上有吸电子基团时（硝基、卤素等），苄甲 基氧化收率降至50%
CH3
CHO
CAN
NO2
NO2
20
3．苄位烃基氧化形成羧酸，酮的反应
• 苄位亚甲基被氧化成相应的酮，常用的氧化剂或 催化剂有两类：铈的络合物和铬（VI）的氧化物 或铬酸盐。前者主要是硝酸铈铵（CAN），反应 是在酸性介质中进行，一般用硝酸作反应介质， 收率较高。
SeO2/ AcOH
H3CO H3CO
O O C CH
41
• 羰基α位的活性甲基也可被氧化成羧酸， 但反应中常伴有脱羧及脱羧产物的进一步 氧化，所以控制反应条件十分重要。如苯 乙酮只有在低温时，用高锰酸钾小心氧化， 才可以得到苯甲酰甲酸。
O C CH3
O
KMnO4/KOH 0。 C
C
COOH
42
三、烯丙位烃基的氧化
CH3 KMnO4 CH2CH2CH3 COOK COOK
28
CH3 + 2KMnO4 N
NHCOCH3 CH3 2 + 4KMnO4 + + K2SO4 + Mg(OH)2 MgSO4 H2O
COOH
N
NHCOCH3 COOK 2
+ 4MnO2 + 2H2O
反应可在相转移条件下进行（用18-Crown-K）,加入MgSO4的 目的使OH－与MgSO4 形成Mg(OH)2沉淀，酰胺不水解。
苯芳烃的苄位C-H键氧化成芳醛；CAN还可以和其他
酸混合作为选择性氧化剂，常用的酸有高氯酸、乙酸
等。通常情况下，多甲基芳烃仅有一个甲基被氧化。
CHO
H3C
CH3
CAN ＜50℃
H3C CH3
19
CH3
选择适宜的温度是重要的， 如：
COOH CH3
CH3
CHO
CH3
CAN 高温
CAN 50-60℃
CH3
32
• （5）SeO2为氧化剂氧化成酮
CH2Ph SeO2/AcOH N N
O SeO2/H2O
COPh
33
二、羰基α-位的氧化
• 羰基α位的活性烃基可被氧化成α-羟酮，常用四 醋酸铅（LTA）或醋酸汞作为氧化剂。反应先在 α位上引入乙酰氧基（即形成酯），再经水解生 成α-羟酮
O R C
H2 Pb(OAc) 水解 R C CH OH 4 CH3 R C C O CCH3 2
O
O
O
34
• （1）Pb(OAc)4为氧化剂
制备：
Pb3O4 + 4AcOH
65 ° C
Pb(OAc)4 + 2H2O
35
• 机理：
O R C H2 C R
慢
HO R C C
H
Pb(OAc)3 O R C C H R
Pb(OAc)4 -OAc R
OAc Pb(OAc)2 O R C C OAc
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作用生成不溶于CS2，CCl4， CH2Cl2的
复合物，过滤后将其水解，得氧化产 物——醛。
16
• 机理：
Cl
O
Cr Cl
O
H H C H O O
H
OH O
Cl Cl CH(OCrCl2OH)2
H C Cr
Cr
Cl Cl
H2O
CHO
+ 2H2CrO3
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• 实例：
CH3 Etard CHO
CH3
稀硝酸氧化能力强 • 特点：产生气体，无残渣，价格廉。 • 多个甲基只氧化其中一个。
31Biblioteka Baidu
• 缺点：腐蚀性强，氧化激烈，除了氧化外，有硝化
副反应发生，反应有时加dioxane 或冰醋酸为溶剂
以稀释氧化剂。
• 例：
CH3 CH3 40% HNO3
CH3 COOH
N
N CH3
40% HNO3 N
COOH
26
Na2Cr2O7/AcOH H3C
C CH3
• （2）KMnO4为氧化剂 • 在酸性介质中：
MnO4- + 8H+ + 5e Mn2+ + 4H2O
• 在碱性或中性介质中：
MnO4- + 2H2O + 3e
MnO2
+ 4OH-
27
• 在酸性介质中反应激烈，不易控制，一般多
用中性或碱性的条件。氧化剂用量10%过量。 • 长链和短链产物均为-COOH（Na）
3
• d)实验室与工业的差别，前者一般采用 相对温和的条件（低温、常压），但所
用氧化剂较贵；后者应用高温、高压，
常用O2，用塔分离产品。
4
氧化反应分类：
• 氧化反应种类纷繁，本章内容安排上以官能
团的衍变为主线，从反应选择性这一角度， 对氧化反应所用的试剂，反应条件和其它影 响氧化产物收率（也包括光学收率）的因素 进行学习。
O
ArCH2CH3
CAN/HNO3 90 C，70min
。
ArCCH3
(77%)
21
• （1）铬酸为氧化剂
• 通常反应形式为：Na2Cr2O7+H+ 和 CrO3+ H+
H2CrO4 H+ + HCrO4 2 CrO 4 2H +
+
2HCrO4-
Cr2O72-
+
H2O
22
• 在稀水溶液中主要是HCrO4-， 在浓溶液中
O
H R
O
H C OAc R
R
C
H2O
R
C
H C OH
R
反应速率取决于酮的烯醇化一步，而烯醇化的方
位决定产物的结构
例：
O H3C C O CH2 C OEt Pb(OAc)4 HOAc
O H3C C CH OH
O C OEt
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BF3催化可生成动力学稳定的烯醇化产物
O CH C CH3 H3C
H3C
生成的Se为褐色沉淀，可以反复使 用。
40
• 由于SeO2对羰基两个α位的甲基、亚甲基的氧化 缺乏选择性，故只有当羰基邻位仅有一个可氧化 的亚甲基，或者两个亚甲基处于相似（或对称） 的位置时，这类氧化才有合成意义。例如：
CH3CH2CHO SeO2/EtOH
CH3COCHO
H3CO H3CO
O C CH3
O
O
EtOH及dioxane 中使用SeO2。
SeO2 + 4e
Se + 2 O
39
SeO2氧化机理
R' R O
R
O +
OH Se
R' C
OH + C H
O Se O
O R' 2C 3C R H
OH Se O
[2,3-δ迁移]
O R' 2 C 3 C R H O
OH R' Se R O O + Se + OH
注意：
• ①以上所用的氧化剂都需要在无水的 AcOH介质中进行反应，使苄位首先酯化， 正是酯的保护作用，才使苄位不被进一 步氧化。 • ②苄位碳上多余氢原子的存在，易使初 级氧化物进一步被氧化，需特别控制反 应条件。
11
• ③如果某些芳环化合物的结构中苄位碳原子上只 有一个氢原子，则可以选择较强的氧化剂，且仅 获得相应的单一的氧化物。如：10-甲基蒽酮在 30%H2O2作用下，3min即可获取10-羟基-10-甲基 蒽酮(1) 。
• 烯丙位的甲基、亚甲基在一些氧化剂作用 下可被氧化成相应的醇（酯）、醛或酮。 而双键不被氧化或破坏，但可能发生双键 位置的迁移。
HC CH CH2 R O
HC CH CH R OH
HC CH C O
R
43
1、用二氧化硒氧化
• SeO2是常用的烯丙基氧化剂，可将烯丙位 的烃基氧化成相应的醇，最初的氧化产物 易被SeO2进一步氧化成羰基化合物，通常 氧化产物是醛或酮。如要得到醇，氧化反 应可在乙酸中进行，生成乙酸酯，抑制进 一步氧化，再水解成所需要的醇。
主要是Cr2O72-
• 氧化机理：
Cr2O7 2-+ 14H+ + 6e CrO3 + 6H+ + 3e
2Cr3+ + 7H2O Cr3+ + 3H2O
23
例：
CH3 Na2Cr2O7 H2SO4 NO2
Na2Cr2O7 H2SO4
COOH
NO2
COOH COOH
C8H17 CrO3/AcOH/H2SO4
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机理：SeO2/H2O/HOAc
SeO2 + H2O HO HO Se O HO HO Se O
O HO HO Se +
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• （3）空气氧化：
• 工业上采用加压，高压，以稀有金属做催化剂
CH3 O2/ V2O5 N N COOH
CH3 Br
O2/ Co(OAc)2/ HBr
COOH Br
30
（4）硝酸氧化：
• 稀 • • 浓
NO3 + 4H+ + 3e
NO3 + 2H+ + e
NO + 2H2O
E0=0.96
NO2 + H2O E0=0.80
5
• 意义：
• 一般
O C
由氧化反应而来
• 在药物合成中借助氧化反应可以合成种类 繁多的化合物，如醇、醛、酮、羧酸、酚、
环氧化合物，以及脱氢的不饱和烃类，芳
香化合物等。
6
第一节 烃类的氧化
• 一、苄位烃基的氧化 CH2 1．氧化生成醇和酯 2．氧化生成醛 3．氧化形成酮、羧酸 O • 二、羰基α位活性烃基的氧化 1．形成α-羟酮 C CH2 2．形成1，2-二羰基化合物 • 三、烯丙位烃基的氧化 HC CH CH2 1．用二氧化硒氧化 2．用Collins试剂和铬的其它配合物氧化 3．用过（氧）酸酯氧化