有机合成-还原反应(5)

应也是有羰基化合物制备胺的一种方法。
[示例]
Na , C2H5OH
Me2CHCH2CHCO2Et
Me2CHCH2CHCH2OH
NH2
NH2
Na
C6H13CHO HOAc , PhCH3 C6H13CH2OH
NH2OH
O
Na , C2H5OH
NOH
NH2
5、Clemmensen 还原
[概念]
酮或醛与锌汞齐和盐酸共热，羰基还原成亚甲基的反应称为 Clemmensen 还 原。
还原醛、酮：生成醇。对于α，β－不饱和醛、酮，氢化 铝锂用量少则只还原羰基，氢化铝锂过量则羰基、烯键都 被还原。
还原羧酸及羧酸衍生物 羧酸、酸酐、酯（包括内酯） 均可被氢化铝直接还原成醇。酰胺的还原稍难一些，还 原产物为胺。
硝基化合物与亚硝基化合物的还原 脂肪族硝基化合物 被氢化铝锂还原产物是胺，芳香族的产物则是偶氮化合物。 亚硝基化合物还原也得到偶氮化合物。
第五章 还原反应
一、还原反应简介
绝大多数有机物的不饱和官能团都能被还原，每一种 不饱和官能团可能有一种或几种适宜的还原剂和还原方法， 一种还原剂也可以还原一种或几种不同的官能团，某些还 原剂还具有高度的选择性。在还原反应中，温度、压力、 催化剂等条件对还原的产物影响也很大
有机合成中用的还原方法：催化氢化、负氢转移还原、 金属与供质子试剂还原、联氨还原等
4. 联氨还原
重要还原反应
1、羟汞化-脱汞反应
[概念] 烯烃与醋酸汞在水存在下生羟烷基汞盐，进而被硼氢化
钠还原脱汞生成醇的反应 。
[反应通式]
CC
Hg(OAc)2-H2O 羟汞化
CC
NaBH4
( 脱汞 )
OH HgOAc
CC OH H
[反应机理] 有两种观点
其一
Hg(OAc)2
AcO- + AcOHg+
R
NH + CH2O Me
R
H+
R
H+
N CH2OH
N CH2 + H2O
Me
Me
R
O
N CH2 + H C O H Me
R N Me + CO2 + H+
Me
叔胺
反应中应注意的问题：
甲酸是该反应的还原剂，它在反应中被氧化为二氧化碳。 对于芳胺类化合物，为防止反应过程中发生 C-羟甲基化， 只有在胺基的邻位或对位有取代基时才能应用此反应。 此反应也可以用硼氢化钠或氰基硼氢化钠代替甲酸为还 原剂。
3. 可溶金属还原
在有机合成中，常使用溶解金属或某些合金来还原有机化 合物。常用的金属有碱金属：锂、钠、钾；碱土金属：钙、 镁、锌以及铝、锡、铁等。使用的合金多为金属与汞的合 金。如钠汞齐、锌汞齐、铝汞齐等。钠汞齐降低了活泼金 属的活性，而铝汞齐则提高了金属的活性。
这类还原反应的本质是金属提供电子，机理为负离子自由 基机理。还原必须有供质子试剂存在，如水、乙醇、异丙 醇、正丁醇、叔丁醇、乙酸等。还原中首先生成的负离子 自由基如及时遇到质子试剂提供质子，则得到单分子还原 产物；若负离子自由基末遇到强的供质子试剂，则可以得 到二聚的产物。
H CH3(CH2)7C CH3
OH
78%
2、烷氧汞化-脱汞反应
[概念] 烯烃与醇在三氟醋酸汞存在下反应生成烷氧汞化物，进
而被硼氢化钠脱汞生成醚的反应，称为烷氧汞化-脱汞反应。
[反应通式]
CC
Hg (OOCCF3 )2
+ ROH
烷氧汞化
CC OR HgOOCCF3
NaBH4 ( 脱汞 )
CC OR H
[应用及优点] Bouveault-Blanc 还原操作简便，在 LiAlH4 还原剂发现以
前，是一种最为常用的还原酯的方法。 它适用于脂肪族羧酸酯的还原。尤其适用于由油脂制备长
链饱和及不饱和醇，鼓励的双键在还原中不受影响。 芳香酸酯虽然也能用此法还原，但通常产率较低，此时加
入喹啉或四氢喹啉可提高产率。 氨基酸酯还原时，氨基可不受影响。
Me2CCO2H NMe2
7、Leuckart 反应
[概念]
醛、酮与氨（伯胺、仲胺）在甲酸存在下加热，或与甲酸胺
（或甲酰胺）及甲酸（或不加）共热，发生还原氨基化而生成相应
的伯、仲或叔胺的反应，称为 Leuckart 反应。
[反应通式]
R1
R3
C O + HN + HCOOH
R C OEt O
Na - Na+
EtOH
R C OEt
- OEt-
O
Na
R C OEt
- Na+
O
RCH OEt
RCH O Na RCH O
- OEt-
O
- Na+
EtOH - OEt-
反应中应注意的问题：
反应常用的溶剂为无水乙醇，需要在较高温度下进行反应 是可用正丁醇。
副产物醇钠回抑制主反应的进行，所以常在反应中加入少 量酚、尿素或喹啉等使其转变为醇。
OH
（当萘环上有烷基或羟基等取代基时 还原选择性的发生于另一环）
4、Bouveault-Blanc 还原
[概念]
羧酸酯与金属钠和无水醇类作用，还原生成伯醇的反应称为
Bouveault-Blanc 还原。
[反应通式]
RCOOR' + 4Na + 4C2H5OH
[反应机理]
RCH2OH + 4C2H5ONa + R'OH
本反应常在水、乙酸、乙醇、甲苯等溶剂中进行。 分子中的碳碳双键（除α,β-不饱和键外）、羰基、酯基等均 不受影响。 杂环酮还原时，有时会发生缩环或扩环反应。 本还原的副反应是生成频哪醇、烯烃，有时生成树脂状聚合物。 [应用及优缺点] 本反应是一种操作简便、应用广泛的还原法。对羰基具有选择 性还原作用。 主要用于酮的还原，还原醛时产率较低。可还原大多数脂肪、 脂环、脂肪-芳香酮，而且产率高。尤其对低相对分子量的酮，还原 效果更佳。本还原由于反应条件剧烈。因而通常不适用于对酸及热敏 感的羰基化合物的还原。
芳环上有吸电基时，增强芳环的吸电性，使反应加速，且 产物以 1,4-二氢化物为主；芳环上有供电基时，所起作用相反， 且产物以 2,5-二氢化物为主。
空间体积大的取代基，由于自由基负离子溶剂化作用所致 的空间干扰将使反应速率降低。
液氨应经汽化提纯以除去铁盐。 加入叔丁醇、乙醚、THF、苯胺、1,4-二氧六环或 HMPA 等辅助溶剂可增加反应物的溶解度，使反应加速。
AcOHg+ + C C
AcOHg C C
AcOHg C C + H2O
AcOHg C C OH2 H+
AcOHg C C OH NaBH4
H C C OH
其二：
C C + Hg(OAc)2
C
HgOAc C
OAc
H2O
C HgOAc
HO C
+ HOAc
[应用及优点]
本反应是一种实验室制备醇的非常有用的方法，若用具有手 性的羧酸汞代替醋酸汞，可作为一种新的不对称合成法，由烯烃合 成具有手性的醇。
若羧酸酯的α-碳原子为手性碳原子，在此反应中因温度较高会
发生分子内消旋化。此时可用 Prins 改进法保持该碳原子的构型。即
改用 Na-Et2O-HOAc-NaOAc 的还原体系。 Bouveault-Blanc 还原还可用于还原醛和酮。
Bouveault-Blanc 还原亦可用于将肟还原为相应的胺，因而该反
R CH R' - Zn2+ R CH2 R'
其二：
O R C R' + Zn + Cl-
O
OH
R C R' H+ R C R'
ZnCl
ZnCl
H+ - H2O
R C R' 2Zn
- 2Zn +
ZnCl
R C R' ZnCl
H+ R CH R' ZnCl
H+ R CH2 R' + ZnCl+
反应中应注意的问题：
此反应Hale Waihona Puke Baidu有快速、条件温和、无重排和产率高等优点。
[示例]
CH3CH2C CH2 (1) Hg (OAc)2 , THF-H2O
CH3
(2) NaBH4 , 5min
CH3CH2C(CH3)2 OH
93%
CH3(CH2)7C CH2
(1) Hg ( OOCCHOHCHOHCOOH )2/H2O
(2) NaBH4/ NaOH
硼氢化钠还原剂的活性比氢化铝锂小得多，在室温下 不和水、醇反应，空气氧化也很缓慢，可在水或乙醇 中进行还原。反应介质必需是中性或碱性的，一般不 能和强酸接触，以避免产生易燃和剧毒的硼化氢。反 应完成后，可直接加水稀释或加酸中和，再温热以分 解过量的硼氢化钠。
硼氢化钠适用范围较窄，可较快地使醛、酮还原成醇， 使酰氯还原成醇或醛。酸酐也可被还原，但一般酯类则反 应很慢，在通常情况下，不还原硝基，选择性比氢化铝锂 好。由于在与亲核试剂的反应中，α，β－不饱和酮的活 性比饱和酮差，硼氢化钠可选择性地还原饱和酮的羰基， 而不影响不饱和酮的羰基。
[反应机理]
同羟汞化-脱汞反应相似，差别在于：此反应以醇代替水， 以三氟醋酸代替醋酸汞。
反应中应注意的问题：
产物为反式加成产物。 伯、仲醇在醋酸汞存在下与烯烃加成即可得到高产率的 醚；而叔醇只能利用三氟醋酸汞方能发生反应。
[应用及优点]
本反应是合成醚的重要方法，除二叔烷基醚外，几乎可以 用来合成所有的烷基醚。而且反应具有快速、操作简便、无重 排和不发生消除反应的优点，在有机合成中具有重要的用途。
[示例]
CH3O
CH3O
HO
CHO Zn-Hg , HCl
HO
CH3
, 65%
Me O
Me O
Zn-Hg , HCl Et2O
Me Me
6、Eschweiler-Clarke 反应
[概念] 伯胺或仲胺类化合物与甲醛、甲酸共热发生还原甲基化生成叔胺 的反应，称为 Eschweiler-Clarke 反应。
[应用]
此反应主要用于苯环、稠环的部分氢化，碳碳不饱和键、羰基、酰胺基等的 还原，以及还原环化和氢解等。
[示例]
Li - NH3 -EtOH THF
Ph2C CH2
(1) Na - NH3 -Et2O (2) NH4Cl
Ph2CH CH3
CHO
Li - NH3 t-BuOH
CH3
OH
Li - NH3 EtOH
常用的金属氢化物的还原剂的还原能力大小次序为： LiAlH4 ＞ LiBH4 ＞ NaBH4，KBH4
四氢铝锂还原一般在乙醚或四氢呋喃中进行，反应容器中 必须用氮气排尽空气，并在冰浴冷却下反应，反应完成后， 可加入乙醇、含水乙醚、乙醇－乙醚或很小心地直接加入 分解过量的氢化铝锂，由于分解时产生大量氢气，特别要 注意安全。
3、Birch 还原
[概念]
碱金属的液氨溶液与质子给予体醇组成的混合物进行的还原反应称为 Birch
还原。
[反应机理]
以苯为例，其还原机理可表示如下：
H
H
( e- ) NH3
EtOH - EtO-
H
H
H
( e- ) NH3
H
HH
EtOH - EtO-
HH
反应中应注意的问题：
有效还原剂为由碱金属与液氨作用形成的具有强还原能 力的溶剂化电子，它可将芳烃部分烃化生成 1,4-二氢化物。
1.催化氢化
催化氢化又可以分为加氢与氢解，加氢是指在催化剂 作用下氢与不饱和官能团加成；氢解则是指碳－杂键断裂， 生成新的碳氢键的反应。
（1） 催化剂
低压氢化：铂、钯、钌和铑，这类催化剂的特点是 催化活性大，反应条件要求较低，可在常温常压下还 原。通常是将金属沉积到惰性载体如碳、氧化铝、硫 酸钡、碳酸钡或碳酸锶的表面上使用。
[反应通式]
R C R'(H) Zn-Hg , HCl
回流
O
R CH2 R'(H)
[反应机理]
尚无定论，其中两种观点为： 其一：
R C R'
H+
Zn
R C R'
R C R'
- Zn +
O
OH
OH
Zn
Zn
Zn
Zn
H+
Zn
R C R' - H2O R C R' - Zn + R C R'
OH
Zn
H+
H+
较高压力下的催化：Raney镍、亚铬酸铜和以碳或氧 化铝为载体的钌。
2.负氢转移
负氢转移还原是有机合成很重要的一种还原方法， 具有反应速度快，产率高，选择性好等优点
常用的负氢转移有硼烷、氢化铝锂、硼氢化钠、硼氢 化钾、、异丙醇铝，及硼氢化锌、硼氢化铜、氰基硼氢化 钠等。金属氢化物常用来还原碳－杂双键及碳－杂三键， 一般不还原碳－碳重键
[反应通式]
RNH2 + 2H2O + 2HCO2H
R2NH + CH2O + HCO2H
RNMe2 + 2CO2 + 2H2O R2NMe + CO2 + H2O
[反应机理]
RNH2 + CH2O
H+
H+
RNHCH2OH
RNH CH2 + H2O
O R NH CH2 + H C O H
RNHMe + CO2 + H+ 仲胺
[应用]
常用于制备叔胺，通常情况下可得到高产率的叔胺。 杂环胺类、氨基酸类等也能发生此反应。
[示例]
。
Me3CNH2 + CH2O + HCO2H
100 C 95%
Me3CNMe2
+ CH2O + HCO2H 94%
Ph N
Ph N
H
Me
Me2CCO2H + CH2O + HCO2H 83% NH2