第4章 还原反应 (2h)大学有机合成

α,β-不饱和醛酮同时被还原
COCH2CH2COOH Hg-Zn
HCl
CH2CH2CH2COOH
源自文库
羧基不被还原
CH3COCOOEt
Hg-Zn HCl
H3CHC COOEt OH
α-酮酸酯只能被还原为-OH
Hg-Zn
CH3COCH2COOEt
HCl
CH3CH2CH2COOEt
β-酮酸酯能很好的被还原
2、Mg-Hg 试剂 • 在非质子介质中，将C=O还原生成频哪醇.
硝基化合物比烯键、羰基易还原
CH=CHNO2
H2 , Pd-C EtOH, 25℃, H2SO4
CH2CH2NH2
二、催化氢解反应
1、卤化物的氢解反应
H2/ Pd
Br
OH
OH
• 卤素被不饱和键活化，或直接和芳环或芳杂环相连 易被氢解； • 卤素在催化氢解反应中稳定性：F﹥Cl﹥Br﹥I ； • 脂肪族卤化物：氯、溴对Pt、Pd催化剂稳定，碘氢解。
第四章
还原反应
§ 4.1
催化氢化反应
一、催化加氢反应
常用催化剂：过渡金属（Pd、Pt、Rh、Ru、Ni）或其化合物
还原对象：
底物
RCOCl RNO2 RC≡CR’ RCHO RCH﹦CHR’ RCOR’ PhCH2OR’ RCN 萘 RCO2R’ RCONHR’ 苯 RCOO-Na+
产物
RCHO 、RCH2OH RNH2 RCH﹦CHR’ RCH2OH RCH2CH2R’ RCH(OH)R’ PhCH3 + HOR’ RCH2NH2 四氢萘 RCH2OH + HOR’ RCH2NHR’ 环己烷 RCOO-Na+
PhHC C CHO H
5、腈、硝基化合物的加氢反应
CN
8
KOH, NH3 , EtOH Ni, 100℃, 2.5 MPa
NH2
10
CN
NH2
CH2CH2NH2
KOH, NH3 , EtOH
CH2CN
Ni, 100℃, 2.5 MPa
H2/Raney Co 60℃, 9.5 MPa
CH2CH2NH2
OH
LiAlH4 EtOH
O
NaBH4 EtOH
OH
CH2OH
PhCH=CHCHO
CO2Et
过量 LiAlH4 , Et2O 35℃
CO2Et
PhCH2CH2CH2OH
NaBH4 或 LiAlH4 , Et2O -10℃
PhCH=CHCH2OH
2、还原机理
_
LiAlH4
_ H3Al-H + R1 R
3、还原的立体化学
H O-BH2 _ + CH3
O CH3 + H3B Ha
H O-BH2 CH3 Ha
Ha + _ O-BH2 H CH3
H OH CH3
OBH2 H CH3 Ha
Ha
BH3
主要
H2O
Ha OH H CH3 Ha
二烷基硼烷
次要
次要
主要
空间位阻决定 立体构型
三、异丙醇铝转移试剂还原
酰氯用受过硫－喹啉毒化的钯催化剂进行催化还原，生成 相应的醛： O
R C Cl
H2/Pd-BaSO4
O
喹啉-硫/二甲苯
R C H
反应物分子中存在硝基、卤素、酯基等基团时，不受影响。
NO2
H2/Pd-BaSO4 喹啉-硫/二甲苯
NO2
COCl
CHO
PhHC C COCl H
H2/Pd-BaSO4 喹啉-硫/二甲苯
H2 常温、常压
H 2 (4 MPa)/Ni 170~230℃
• 多核芳烃和稠环化合物可分步氢化，且可控制在中 间阶段。
3 mol H2 3 mol H2
3、醛、酮的加氢反应
• 醛被还原成醇； • 酮羰基也可还原成醇（比醛缓慢），所用催化剂：氧 化铂、氧化铑、铂、铑、Raney Ni等；
O
H2/Raney Ni, 0.1~0.3 MPa 25~30℃, 38 min
H3C H3C CH2Cl CH2Cl
H2/Pd/C
H3C H3C
CH3 CH3
HO IH2C O
H2/Pd/C
HO H3C O OCH3
OCH3 THF
2、苄基化合物的氢解反应
• 苄基是和杂原子（O、N、S）相连接；
• 常用催化剂：钯、铂、镍（需在100~125℃）。
CH2OCPh3 AcO AcO H2/Pt AcOH OAc OAc CH2OCPh3 AcO AcO OAc OAc CH2OH CH2OH
• 共轭烯烃还原为相应的烯烃；
PhCH=CHCH=CH2
Na, NH3(l) CH3OH
PhCH2CH=CHCH3
• 末端孤立双键能被还原.
二、汞齐类试剂
1、Na-Hg、Zn-Hg 试剂 • 在惰性或水（酸）介质中，将C=O还原成亚甲基 或生成醇.
O + 2 Na-Hg
O
Na-Hg, HCl
H2O
相对难易 容易
不能还原
1、碳-碳重键的加氢反应
（1）方法特点
• 成本低、操作简便、收率高、产品质量好、选择性 好、污染小、原子利用率高；
• 孤立的、共轭的碳-碳重键均加氢成饱和键； • 碳-碳重键共存时反应速度： 炔烃＞双烯烃＞烯烃； • 烯烃双键上取代基数目越多，反应活性越小；
1 mol H2 1 mol H2
2
Li+
_ H3Al-H
R1 R1 CH R2 _ 2 C O R OAlH3 R1
C O R1
R1 CH R2 R1 CH R2
_ O AlH2
2
R
2
C O
R1 CH R2
_ O AlH
3
R
2
C O
_ O Al
4
H
+
R1 4 CH R2
OH
3、羰基还原的立体化学
O M
H—X
S
H M XO L
主要
2 O + Mg(Hg)
苯
OH OH
三、金属钠-乙醇还原反应
• 将羧酸酯还原生成醇.
O R1 OEt
Na, ROH
R1
OH
• 酯基与羧酸共存时，只还原酯基. • 可以将醛、酮羰基 还原成醇.
§ 4.4 其他还原试剂
一、水合肼还原剂
水合肼-NaOH、水合肼-KOH ——Wolff-Kishner 还原法
O NH2-NH2, Na
高压釜或封管, 200 ℃
CH2
+ N2
• 将醛、酮羰基 还原成甲基或亚甲基.
黄鸣龙还原（碱性条件下还原）
R R C O
+
H2N NH2
△
B
R R CH2
+
N2
R R C N NH2
TEG or DEG(三甘醇、二甘醇） 120℃（蒸出H2O)
△ 200℃ KOH R CH 2 R 65～90%
Na, NH3(l)
H Et
CH2CH2CH2CH3 H 97% ~ 99%
• 末端炔烃，外加(NH4)2SO4；
Na, NH3(l)
H3C(H2C)5HC CH2 + 2 H3C(H2C)5C CNa H3C(H2C)5HC CH2
90%
H3C(H2C)5C CH
Na, NH3(l) (NH4)2SO4
OH
+ BH2OH
2、性质
• 还原对象：羧酸、醛、酮、腈、酰胺、酯、环氧化 物、过氧化物、双键等，不能还原酰氯、硝基； • 还原速度：羧酸﹥醛、酮﹥腈﹥环氧化物﹥酯 ——选择性 • 二烷基硼烷：
CH3 CH3 H3C C H C H
2
CH3 CH3 BH H3C C H C CH3 BH
2
还原醛、酮、环氧化物；不能还原羧酸、酰氯、酯。
H2, 5%Os-C
PhCH=CHCH2OH
PhCH2CH2CH2OH
PhCH=CHCHO
100℃, 6 MPa
H2, Raney Ni
• 酮分子含有烯烃双键时（不论是否共轭），用
H2/Pt催化剂可选择地还原双键，得不饱和酮。
4、酰氯的还原
——催化氢化或金属氢化物选择性还原醛的反应。
Rosenmund罗森蒙德反应
OH
100%
• 芳香醛或芳香酮也被还原成醇；
• 氢原子从位阻较小的一边进攻。
CH3 H3C H3C O CH3
H2, PtO2 CH3COOH
OH H
CH3
H OH
H3C H3C
+ H3C
H3C
83%
17%
• 醛分子含有烯烃双键时，用锇催化剂、乙酸锌或 FeCl2活化的Pt催化剂可选择地还原醛羰基；
异丙醇铝为还原剂
Al(OPr-i)3
（Meerwein-Ponndorf-Verley）米尔魏因-庞多夫-韦莱
(i-PrO)3Al RCHO + CH3CH2OH oppenauer RCH2OH + CH3CHO
特点：
①可逆反应，增加异丙醇铝的用量，收率提高 ②醛用(EtO)3Al; 酮用(i-PrO)3Al
黄鸣龙还原法
这一还原法是我国著名有机化学家黄鸣龙于1946年创造 性地改进了乌尔夫－凯惜纳（Wolff－Kishner）还原法，取 得了显著成果，在国际上得到广泛的应用。
改进前后两种方法比较：
O
NH2NH2/KOH
N H
O C
4 4
△
N H
NH2NH2/KOH △
85%
CH2 COOH CH2 COOH
• 催化α,β-不饱和醛、酮时，Pd/C、RhCl3/相转移条件、 Raney Ni/Al2O3等可选择性地还原α,β-不饱和C＝C。
5% Pd/C, 1%Na2CO3 384 K, 4 h, H2
O
O
> 96%
O
RuCl2[PPh3]3, HCOONa PTC, H2O, 10 min, 382K
思考题
一. 完成 下列的转变
1.
O2N CO2H O 2N CH2OH
2.
O2N
CHO
O 2N
CH2OH
3.
O
CHO
OH
O
CHO
OH
4. OHC
OCH3
OH
CH2
——Clemmensen 还原
Clemmensen还原（酸性条件下反应)：
O C
Zn-Hg HCl
CH2
HgCl2+HCl+Zn
Zn-Hg
Zn-Hg 活性＞Zn
Hg-Zn
H3COCHC C H
HCl
H3CH2CH2CH2C
PhC C COCH3
Hg-Zn HCl
PhHC C CH2CH3 H
+ LiBH4
NaBH4
+
-
KBH4
+ -
LiBH4
NaBH4 KBH4
非质子溶剂
水、醇溶剂
弱 窄 强
最易还原：醛、酮、酰氯、肟、环氧化合物
中等还原：酯、酸酐 最难还原：酸、酰胺、腈、苯磺酸酯
LiAlH4
可还原上三种
LiBH4 可还原“最易还原”和“中等还原” NaBH4 、KBH4 只还原“最易还原”
ROCH2Ar
Pt, H2
ROH + CH3Ar
RCOOH + CH3Ar
RCOOCH2Ar
Pt, H2
§ 4.2 氢化物-转移试剂还原
一、金属氢化物转移试剂还原
LiAlH4
1、性质
• 还原对象：“碳-杂”双键或三键； • 性质： 还原能力 还原范围 选择性 还原条件 LiAlH4 强 宽 差
+
-
③反应产率高，选择性好，只还原羰基，不影响烯烃双 键、不饱和官能团；
R' R
R' R O + Al(OPr-i)3 O
H CMe2 O Al (OPr-i)2
R' H R MeCOMe + O Al(OPr-i)2
HCl
R' R O
H CMe2 O Al (OPr-i)2
R'RCH(OH) + AlCl3 + Me2CH(OH)
O
CH2 COOH(K) H2C
4
CH2 COOH(K)
4
OH AcO
H2NNH2/KOH
△ AcO
Br
H2NNH2/KOH
Br △ H H
O
O C
的 α 位有离去基团-X, -OH,
O
,消除反应后得不饱和化合物
二、烷基氢化锡还原剂
R3SnH + R'X R3SnX + R'H
• 将烷基、芳基和烯基卤化物 的碳-卤键还原裂解 成甲基或亚甲基.
1、芳环还原
• 将芳环变为不饱和脂环键；
Li, NH3 ROH
• 苯环上连吸电子基生成1-取代-1,4-二氢化合物; 连供电子基生成1-取代-2,5-二氢化合物。
CO2H Na, NH3
EtOH
CO2H
OMe
Li, NH3 EtOH
OMe
2、碳-碳重键 的还原
• 非末端炔烃还原为反式烯烃；
CH3CH2 C C CH2CH2CH2CH3
O
99%
（2）立体化学
• 顺式加成
HOOC H3C COOH
+ H2
CH3
Pd
HOOC H3C H
COOH CH3 H
H3C
CH3 + H2
Pd/ BaSO4 喹啉
H3C H
CH3 H
Lindlar 催化剂
• 氢原子从位阻较小的一边加在重键上。
2、芳香环系的加氢反应
• 比脂肪族化合物中的烯键氢化困难；
O NHAc (i-PrO)3Al C C CH2OH i-PrOH H
氯霉素
O2N
O2N
* H C C CH2OH OH NHAc
Ph C C CHO EtOH H H
Al(OEt)3
Ph C C CH2OH H H
§ 4.3 溶解金属还原反应
一、碱金属- 液氨体系
Li-NH3（l）、Na-NH3（l）、 K-NH3（l）
S
L
R
R
H H3C C6H5
O
LiAlH4
H
EtOH
CH3 OH H
H
CH3 H OH
CH3
H3C C6H5
+ H3C
C6H5
72%
28%
二、硼烷和二烷基硼烷
BH3
R1 R
2
存在形式 B2H6
1、还原机理
R1 C O: + H3B R1 R2 C H OBH2
H 2O
R2 R1 R2 C H
+ _ C O BH2 H