有机合成 第十章 还原反应

王鹏
山东科技大学 化学与环境工程学院
伯奇还原生成环己二烯，双键以供电子基
团为取代基：
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三、醛酮的还原
溶解金属法还原酮具有良好的立体选择性，产
物以热力学稳定异构体为主 立体选择性源于反应中间体：负离子自由基的 存在，随后中间体得质子形成产物，该过程是 热力学控制条件
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硼烷：
硼烷是强路易斯酸，能与富电子的双键结合，
因此可还原醛酮、羧酸衍生物等，也能与碳碳 双键加成得到有机硼化合物 与硼氢化钠不同，硼烷进攻双键属于亲电加成， 因此带吸电子基团的醛酮较难反应，如：
三氯乙醛的还原，硼烷还原较硼氢化钠还原困难 叔丁基乙醛（新戊醛）则硼烷容易反应

硝基或腈等含氮官能团可以在不同催化剂条件
下得到氨基
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各官能团的还原
烯烃催化还原的特点为：
取代基越多，越难加氢，其稳定性如下： R2C=CR2 > R2C=CHR > R2C=CH2 > RCH=CH2 > CH2=CH2

反式比顺式烯烃稳定，乙炔加氢活性高于乙烯 钯和铑（Pd, Rh）最常用，优先还原碳碳双键

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硼烷应用：
硼烷还原主要用于羧酸的选择性还原，活性强
于硼氢化钠弱于四氢铝锂 在合适条件下，含卤素、腈、酯、酮等基团的 羧酸可以被还原为醇，而这些基团保持不变 立体效应使大位阻的硼烷还原选择性更高
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其他还原剂：
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二、芳环的还原——Birch
（伯奇）还原：
碱金属－液氨体系可以还原苯环为1，4－二烯
烃，称为Birch还原 该还原的重要之处在于苯甲醚及苯胺类化合物 还原后水解可得环己烯酮衍生物 使用金属钙代替碱金属可以得到相同的还原产 物，其安全性和操作性更好


反应时炔烃首先得到电子生成负离子自由基，随后从溶剂中得 到一个质子为双键中间体，该中间体反式稳定 中间体再重复得电子－加氢生成烯烃

反应注意：

末端炔烃可与金属形成金属炔化物（炔氢酸性），阻止了还原 的进行，所以末端炔烃不能用此法还原
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能用溶解金属法还原的其他基团：

相同点：


都是合成中常见的负氢来源还原剂，都能还原碳氧及碳氮双键， 都不还原碳碳双键 对羰基的还原机理均为对羰基的亲核加成。它们对亚胺基团的 还原也是相似的机理，这些还原都是不可逆反应 四氢铝锂亲核性更强，活性更高，能够还原各种羰基为醇 硼氢化钠的选择性更高，只能还原醛、酮、酰卤和含强吸电子 基的酯基，同时其反应条件要求较低，储存方便，可以在质子 性溶剂中反应，因此应用也很广泛
Lindlar

Pd：
将单质钯负载于CaCO3上，然后使用醋酸铅毒化， 或者使用BaSO4为负载物，使用喹啉毒化处理
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催化剂的还原
同样的钯催化剂，活性炭负载时催化活性高，
硫酸钡负载时活性低；一般而言，同一催化剂 的表面积越大，活性越高
二、金属催化剂的催化机理
结构类似于烃氧基铝氢化物，但多一个氢
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红铝制备：

将钠及铝在氢气下加压即可得到红铝：
烃氧基铝氢化合物
双（甲氧乙氧基）铝氢化钠
市售的红铝溶液为重量比70%的双（甲氧乙氧
基）铝氢化钠的甲苯溶液
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红铝的反应特点：


其甲苯溶液还原能力介于NaBH4和LiAlH4之间，大多 数情况下红铝溶液可替代氢化铝锂。而且红铝本身为 70%溶液，避免了异相反应的问题 对于腈类，使用红铝溶液可以选择性还原芳香腈类而 不还原脂肪腈类
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二、催化氢解
底物分子催化下加氢变为两个或更多分子的还
原过程。 常用于被保护基团的去保护，如苄酯、苄醚等 的苄基可以被Pd-C催化加氢而除去，从而用于 羟基的保护－去保护方案 常用的催化氢解催化剂：
Pd－C和Raney Ni最常使用 卤代烃可以通过催化氢解除去，活性为I>Br>Cl>F
酰胺与次卤酸钠的碱溶液作用生成少一个碳的伯胺， 羰基被消除生成碳酸盐，也称霍夫曼重排

霍夫曼降解：

R-CONH2 + NaOX + 2NaOH
R-NH2 +Na2CO3
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炔烃的溶解金属还原：

非末端炔烃还可通过溶解金属法（Na-NH3(L)）还原。 反应主要生成反式构型烯烃，与催化氢化产物相反 反应历程：
酯基可以被还原为醇，但位阻大的酯不能反应，
还原体系为锂或钠混于液氨-乙醚中 邻二卤代物可以通过此法还原得到烯烃，金属 需使用锌或镁 环氧化合物和环丙基可以通过此类方法开环， 得到醇或烃 氯化物可以通过此类方法脱卤还原得到烃类， 但要防止Wurtz偶联的影响
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RhCl2(PPh3)3的应用：
选择性还原端烯
避免氢解反应
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10.2 溶解金属还原
溶解金属还原：
将活泼金属（如锂、钠、钾等）加到质子性溶
剂（如乙醇、乙酸）中进行还原的方法称作溶 解金属还原，该方法具有良好的化学选择性及 立体选择性 反应本质是电子对不饱和键的加成 反应涉及的方面主要包括芳环、羰基、碳碳重 键的还原
第十章 还原反应
还原，氧化反应的逆过程，降 低官能团氧化度的方法
还原反应概述

还原反应就是有机分子中除去氧或得到氢的反应， 现在将得到电子的反应通称为还原反应

还原反应一般分为两类，催化加氢和化学法还原，两 类反应在很多情况下可得相同产物 还原反应的困难在于选择性还原特定基团

本章主要介绍对不饱和键的还原，如碳碳双键、 羰基等

王鹏
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举例：
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10.1.2 均相催化氢化
均相催化氢化：
使用可溶性的催化剂（铑、钌、铱等的磷配位
络合物，如RhCl2(PPh3)3），使催化剂和底物 在同一相中进行还原反应 反应可以在较低温度和较低压力下进行 均相催化的好处：
四氢铝锂反应活性高，但本身的储存要求较高，保管 不利容易引发火灾，大规模使用时的储存成本高

为什么红铝应用广泛？

王鹏
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醇铝：
醇铝（如异丙醇铝）能还原羰基化合物为醇，
被称为Meerwein-Pondorff-Verley（MPV）反 应，是高产率的可逆反应 反应具有良好的选择性，只还原羰基而不影响 双键及其他不饱和基团 反应是通过六元过渡态将负氢转移到羰基上的
氢化铝：
与乙硼烷相似。也是通过亲电反应还原醛酮、羧酸 衍生物等 四氢铝锂与三氯化铝反应制备，合成中的主要应用 是选择性还原α,β-不饱和羰基化合物的羰基生成烯 丙醇类结构

烃基铝氢化物：

类似于烃基硼烷，常用二异丁基氢化铝，主要用于 还原酯，内酯和腈类成为醇
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炔烃的催化还原：
Pd、Pt、Raney Ni等催化剂都还原得到烷烃 Lindlar Pd等催化剂可还原三键为顺式烯烃，不还 原羰基

王鹏
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羰基的催化还原：

不同催化剂得到不同的产物：

羰基和双键的选择性还原需注意条件：
目前的研究中，大部分此类反应已经可以
被其他方法代替，但仍具有重要意义
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一、溶解金属还原的原理：
金属溶解于质子性溶剂而将电子直接转移到底
物，随后底物从溶剂中获得质子完成还原 常用的金属有锂、钠、镁、锌、铁等，溶剂有 醇、乙酸、液氨、浓盐酸等 反应的原理决定加氢是分步的，故必为反式

催化剂选择的特点：

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10.1.1 异相催化氢化
一、常见的催化剂：
Raney

Ni：
用NaOH溶去镍铝合金中的Al ，洗涤后的残余物为 Raney Ni催化剂，主要含Ni、Al(1～8%）及少量 NiO和Al2O3水合物。类似海绵状的微粒，总表面积 为50～130 m2/g。

硼氢化钠：氢化钠+硼酸三甲酯 四氢铝锂：氢化锂+无水三氯化铝
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10.3.1 LiAlH4与NaBH4
还原举例
王鹏
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反应机理：亲核加成－水解
O 机理： R C R + Na BH3 H R OBH2O C H R C R H H2O H
避免烯烃异构化和氢解等副反应 还原的选择性高 利用手性配体催化剂，可以实现手性还原

王鹏
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均相催化氢化的机理
一、均相催化机理：
氢分子被吸附在金属中心上并加成到底物上
与非均相催化不同，金属中心是络合物而非单
质
均相催化四 步循环：加 氢、吸附、 加成和脱离
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10.1 催化加氢

催化加氢是指在催化剂（均相或非均相）存在下 对底物进行的加氢反应

这是还原反应中最为简便的方法之一 选择合适的催化剂是实现选择性加氢的关键 越活泼选择性越差，具有选择性的催化剂活性都较低 催化活性受负载物等外部条件影响 催化加氢的关键是了解各催化剂的使用范围
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OBH3 Na R C R H O R C R R O C R
O R C R
OCHR2 R2HCO B OCHR2 Na OCHR2
R
OH
4 R C R + B(OH)3 + NaOH
H
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LiAlH4的反应机理与硼氢化钠相同，也是亲核加成后水解 山东科技大学

四氢铝锂与硼氢化钠还原总结 ：
一般认为：金属催化剂的催化是通过同时吸附
氢气和不饱和键，生成的活泼氢原子从同侧进 攻削弱的不饱和键，因此加氢是顺式的，且从 位阻较小的方向进攻为主
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三、各官能团的还原：
碳碳重键可通过选择催化剂分别得到烷或烯 羰基一般还原为醇，用单质钯催化则能得烃
同时存在双键和羰基时，需选择特殊催化剂以还原 特定基团，如钯还原双键，锇则还原羰基 通过控制条件可以使α, β-不饱和酮变为饱和酮
10.3 负氢转移还原
负氢是由金属氢化物等负氢转移试剂提供的，反 应中负氢作为亲核体进攻被还原底物从而达到还 原目的 负氢转移试剂按照分子结构包括两类：硼氢化钠 为代表的硼氢化物和四氢铝锂为代表的铝氢化物； 按照转移试剂的进攻方式可以分为亲核性和亲电 性负氢转移试剂 典型还原剂的制备：


Clemmensen还原的改进：

Wolff-Kishiner-黄鸣龙还原:
碱性下的还原方法，是Clemmensen还原的替代方案 通常采用KOH－二甘醇－水合肼体系加热回流

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苄基的裂解：

溶解金属还原可以将苄基醚和苄基胺通过还原裂解的 方式还原为甲苯类化合物和相应的醇或胺 苄基醚的直接还原较为容易，而苄胺的直接还原则较 困难，解决的方法是将苄胺先变为季铵盐，还原就可 以顺利进行，该反应也称为Emde（埃姆德）降解反应
负离子自由基
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Clemmensen还原：

锌汞齐－浓盐酸还原醛/酮成为亚甲基的反应称为 Clemmensen还原，是重要的还原反应
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Clemmensen还原的缺陷：

强酸性条件，底物含对酸敏感基团时不能使用
锌粉－氯化氢气体加非质子性溶剂（乙醚或乙酐） 是温和的还原体系，可使部分对酸敏感基团在还原 时保持稳定

不同点：

王鹏
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10.3.2 其他负氢提供者：
烃氧基铝氢化物：
四氢铝锂反应选择性差，硼氢化钠反应活性低，
而烃氧基铝氢化物活性介于两者之间 制备：
四氢铝锂与三倍量的醇反应可得三烃氧基氢化铝锂 烃氧基的不同可使其具有不同的还原能力

红铝溶液：
红铝（Red-Al）：双（甲氧乙氧基）铝氢化钠，