有机原理06.还原反应

低
RCHO RCH2NH2 RCH=CHR’（Z，cis） 氢化 RCH2CH2R’ RCH2OH RCHOHR’ ArCH3 氢解 RCH2OH + R’OH RCH2NHR’ RCH2NH2
R
炔烃的加氢
顺式加氢 Lindlar 催化剂：Pd/CaCO3， 喹啉 反式加氢 Na， 液氨 炔烃 + H2 Lindlar Catalyst ( Pd/ BaSO4/ quinoline) 部分毒化用于还原反应活性高的官能团 cis olefins (Lindlar Reduction) 酰氯+ H2, Pd/BaSO4 醛 (Rosemund Reduction) Org. Rxn. 1948, 4, 362 烯烃
载体铂催化剂：Pt/C 酸能促进铂的催化氢化。 缺点：价格昂贵。
（3）钯催化剂
对烯烃、炔烃加氢活性高，还原酮、腈、硝基 化合物，还原氨化反应等，氢解活性也很强。 为最常用的催化剂之一， 可制成氧化钯、钯黑和载体钯（Pd/C）
钯碳催化剂(10％)的制备 在200ml烧杯中加入5.0氯化钯，65ml水和8.8mL浓 盐酸，加热助溶。呈棕色溶液，待用。在1000ml三 口瓶中放人250g粉状活性碳(化学纯)和200mL水。 加热煮沸15 min。在搅拌下加入上述棕色氯化钯溶 液。在剧烈搅拌下，维持温度在90－95oC之间，徐 徐加入22m1甲醛(40％)。加毕，继续搅拌15min。 然后冷却到20oC以下，在搅拌下慢慢加入30％氢氧 化钾水溶液，使反应混合液的pH=5～6。再搅拌 20mL 过滤，水洗二、三次，转移到烧杯中，用5% 硝酸浸泡过夜，或更长时间。过滤，水洗至中性， 取出干燥，密闭保存，待用。
还原硝基化合物：
还原肟：
还原亚胺：
还原卤代烷：
2. Li (t－BuO)3AlH Lithium Tri(t-Butoxy)aluminium Hydride Li+ (tBuO)3AlH 位阻较大，可选择性还原位阻小的一边。
O NH2OH
N
OH Na, EtOH
NH2
（3）萘的还原
Na, 戊醇 Na, 乙醇
（4）杂环
Na,EtOH N N H
2．Na/非质子溶剂
制环状a-羟基酮
CO2Et (CH2)8 CO2Et Na, C6H6 O O Na+ Na+
CH3OH
OH O
OH CO2CH3 Na xylene CO2CH3 O
三、直接还原 （一）碱金属的还原作用： 碱金属：外层电子－具有“亲核试剂”的性质， 对缺电子的部位进行亲核加成。
1．Na，醇 （1）将酯还原为相应的醇
Na/R'OH RCOOR' RCH2OH + R'OH
CO2Et (CH2)8 CO2Et
Na, EtOH
CH2OH (CH2)8 CH2OH
（2）将肟还原成相应的胺
(R3P)3RhCl
1．机理
H-H H H
C
C H H C C
catalyst surface C H H C H C H
C
多相催化 :在不溶于反应体系中的固体催化剂 的作用下，氢气还原在液相中的底物的反应。
2. 类型
催化氢化 Hydrogenation
催化氢解
Hydrogenolysis
均相催化 Heterogenous 多相催化 Homogenous
O Pd/C, H2 OCH2Ph OH O
Pd/C, H2 ArCH2NR2 ArCH3 + R2NH
低压或常压氢化 1~4atm,0~100oC 高压氢化 100~300oC, 300oC
P, 压力：即为压强，kg/cm2, psi-pounds per square inch 1pound=0.453kg, 1inch=2.54cm, 1psi=0.07kg/cm2. 1atm=1.0332kg/cm2.
得到反式烯烃
Na RC CH NH3 RCH CH2
（二）其它金属 1．Fe, HCl(30%)
NO2 Fe, HCl
NH2
2. Sn, HCl
NO2 Sn, HCl
NH2
COOH
COOH
3.Zn-Hg, 浓盐酸，
Clemmensen 还原 Organic Reactions 1975, 22, 401 Comprehensive Organic Synthesis 1991, vol 8, 307. 还原酮到饱和烷烃
二、催化氢化（加氢反应） （一）概念：属间接还原，通过催化剂的协助还原底 物（烯烃，炔烃，羰基化合物等）
多相催化剂 过渡金属吸附在催化剂的表面 催化剂：Pd, Pt, Ni, Raney Ni，PtO2，Rh等， 活性：Pd>Rh>Pt>Ni>Ru 载体: 活性炭, 氧化铝, 氧化硅 溶剂: EtOH, EtOAc, Et2O, hexanes, etc. 底物在金属表面的吸附能力：炔烃〉双烯烃〉烯烃〉烷烃 均相催化剂
烯，炔同时存在，还原到停留在烯的一步。
(三) 不同催化剂催化氢化反应 1．装置： （1）常压或低压氢化反应装置
（2）低压或高压加氢反应装置：
2．催化剂
（1）Raney Nickel兰尼镍 a.加氢催化： 可还原烯烃，－NO2化合物，－CN， C=N-OH, 羰基，芳 基，卤代烃 制备：铝镍合金（1：1）溶于600mL10%NaOH水溶液中， 90～95oC0.5h加完，搅拌1h,滗出液体，水洗，乙醇洗，始 终有液体覆盖，酒精中保存，冰箱中保存三个月。S, P, As, Bi可使之中毒。 Raney Ni通常不加载体。
还原活性从高到低：
C＝O > COOR> CN> CONR2> C-NO2> CHBr > CH2OSO2Ar
制备：
4LiH + AlCl3 Et2O 3LiCl3 + LiAlH4
遇水分解：
（1）用1M氢化铝锂溶液进行还原时很方便． （2）用较少量溶剂和粉状铝氢化锂混合成稀糊状直 接应用． 此时要注意氢化铝锂用量，至少要过量10％，以保证 有足够的纯LiAlH4进行反应．在特殊的情况下有时甚 至过量2—4倍，才能使反应进行完全。
钯硫酸钡催化剂，Pd，BaSO4(5%钯/BaSO4)的制备
8.2克氯化钯溶在20毫升浓盐酸和50毫升水中．另溶 126.2克氢氧化钡八水合物于1.2升水中，加热在80oC快 速搅拌．一次加入120毫升6N硫酸，井继续加入硫酸直 到溶液呈酸性．在搅拌中加入上面的氯化钯溶液和8毫 升37%甲醛水溶液，并用30％氢氧化钠溶液中和使反应 物对石蕊纸呈碱性．继续搅拌五分钟，放置使催化剂 下沉．倾去上层清液，加入水到原有体积，再快速搅 拌，放置，倾泻．如是重复八到十次．最后用直径90 毫米中等细度的砂芯漏斗过滤，并用250毫升水分五次 洗涤．最后一次尽量吸千．在烘箱中烘干，重93—98 克，磨细，在紧塞玻瓶中保存。
反应完毕后，首先要破坏掉过量的铝氢化锂．可以加 入含水乙醚，乙醇一乙醚，乙醇， 或直接加水(小心!)．但由于这些方法都产生大量氢 气，必需注意安全!如果要避免氢气 的发生，可用醋酸乙酯来分解过量的氢化铝锂．
反应机理：
立体化学：
受甲基的位阻影响，使H－的进攻比较容易从内侧进行：
氢化锂铝还原羰基的重要特征之一是非对映选择性。 当与羰基直接相连的取代基是手性基团，通常用氢 化锂铝还原羰基时负氢离子加到立体位阻较小的一 面。
3．Mg， Mg－Hg，Mg－Zn
O + Mg(Hg)
benzene O O Mg
H2O OH OH
Mg(Hg) O OHOH
Mg(Hg) O
HO
OH
4．Birch还原
Li， Na， K， NH3（l） （1）还原芳环
COOH
COOH
OMe Li, NH3(l) OMe H3O+ O
（2）炔烃
1．LiAlH4 Lithium Aluminium Hydride---- LiAlH4 (LAH) Chem. Rev. 1986, 86, 763 Org. Rxn. 1951, 6, 469. 很强的还原剂 悬浮在ether or THF中 可还原羰基，羧基，酰氯，酸酐和酯基到醇。 还原硝基，酰胺,肟，亚胺，重氮化合物和芳香族硝基 化合物到胺 对环氧化合物开环 还原 C-X 键到 C-H 还原炔基醇到 反式烯丙醇
氢化 (Hydrogenation)：使碳-碳，碳-氧，碳-氮等重键加氢。
RCH=CHR' Pd/C, H2 RCH2CH2R'
氢解 (Hydrogenolysis) :在催化氢化的条件下，底物分子被 化验裂解成两个或两个以上的小分子的反应。使一些单键 发生裂解：如卤代物，苄醇类，苄胺类，酰卤类的氢解和 脱硫、酯的酯解等 .
立体化学： 在环状烯烃化合物中，主要生产顺式产物。因为不饱 和化合物分子以空间效益较小的一面吸附到催化剂表 面，与吸附在催化剂表面的清进行顺式加成。
（二）加氢反应活性
高 RCOCl RCH2NO2 RCH=CHR’ RCHO RCOR’ ArCH2X RCO2R’ RCONHR’
R C N
R
R C CH
Cram规则：
还原醛
还原酮
还原醌类化合物
还原缩酮
还原羧酸及其衍生物： 还原酸：比酯难，多消耗0.75mol的氢化铝锂，酯消耗 0.5mol的氢化铝锂.
还原酸酐：
还原酸酐：
还原酯：
还原内酯：
还原酰氯:
还原酰胺：
还原内酰胺：
还原腈：
还原环氧化合物：负氢离子进攻位阻小的一边。
二氧化铂催化剂的制备: 在一小烧杯中放3.5克铂氯酸和10毫开水．加入纯硝酸 钠，用小火蒸发至干。加大火焰，十分钟内温度升到 350—370oC，到十五分钟，反应物熔融产生气体。温 度升到400oC后，气体发生渐慢，在二十分钟时，温 度升到500—550oC，这时气体放出比较温和。在这温 度维持到三十分钟。冷却，用50毫升水处理，放 置．倾去水液，留下棕色沉淀，再用水洗几次．滤过， 用水洗到无硝酸根离子．在干燥器中干燥，得催化剂 1.57—1.6克。
b.脱硫
（2）铂催化剂 活性很强
可以还原除了酯、羧酸和酰胺外，各种不饱和基 团均可被还原。如：醛酮、腈、硝基化合物，还 原氨化反应等。反应通常可在较低温度和较低氢 气压力下反应。 铂黑、铂炭、二氧化铂等。
比较最常用的是二氧化铂（PtO2），（Adams catalyst）, 在使用时被还原成铂。
第六章 还原反应 （reduction）
一、概述 为精细有机合成化学中最广泛应用的单元反 应之一。 [H] PhN O NPh PhN NPh
氢原子增加
PhN
NPh
[H]
PhNH2NH2Ph
两者兼有
[H] PhNO2 [H] PhCOOH NO2 [H] NO2
N N
COOEt COOEt
Pd/C, H2(4atm) EtOH
N
N
COOEt COOEt
小结：
烯、炔：常压或低压，H2，Ni，Pd，Pt 醛、酮H2，Ni、加热，加压 酸、酯 高温，高压，Ni，Pd，Pt 200oC 酰胺，腈Ni>Rh, 500-100oC, 高压 酰卤Pd/BaSO4 －NO2 常压，Pd，Ni，Pt ＝NOH, ＝NH室温1～4atm －Ar10-20Mpa,100-200oC
4. Wolff-Kishner Reduction
Organic Reactions 1948, 4, 378 Comprehensive Organic Synthesis 1991, vol. 8, 327. 还原酮到饱和烷烃
（三）金属氢化物的还原 Aluminium Hydrides 1. LiAlH4 2. AlH3 3. Li (tBuO)3AlH 4. (iBu)2AlH DIBAL-H 5. Na (MeOCH2CH2O)2AlH2 REDAL
PhNHOH
PhCH2OH NH2
NH2
特点：较氧化反应易于控制。 类型： （1）活泼金属Fe/HCl， Zn/HOAc，Na/ROH, ZnHg/HCl，Na-Hg/EtOH等 （2）低价元素的化合物 Na2S2O4, NaS, FeCl2, SnCl2, TiCl3, TiCl2等 （3）金属氢化物 NaBH4, LiAlH4, （4）催化加氢 Pd, Pt, Ni, /H2. (5) 有机金属还原剂: 异丙醇铝，叔丁醇铝，甲醛，葡 萄糖。 （6）非金属：Me2S， Ph3P