还原反应总结概述

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OH COOH OH
NaBH4/AlCl3 乙二醇二甲醚
CH2OH
C13H16O3 M=220.26
C13 H18O2 Z02X M=206.28
此还原体系能快速地把酯和羧酸还原为相应的醇,以及将腈 类还原为相应的胺,但是该体系不能还原羧酸钠盐和硝基化 合物。
金属氢化物还原剂
• 羧酸的还原
NaBH4_ZnCl2 RCOOH RCH2OH
金属氢化物还原剂
• 氰基的还原
NaBH 4- ZrCl4 Ph CH2CN THF , rt Ph CH2CH 2NH 2 91℅
NaBH 4- I2 PhCN THF
NaOH PhCH 2NH 2 72℅
金属氢化物还原剂
• 三乙酰氧基硼氢化钠
还原胺化
NH2 H3CO C10H12O2 O H N NaBH(CH3COO)3
PhCH CHCOOEt Zn-Hg, HCl PhCH2CH2COOEt
与酯羰基共轭
O PhCH CHCCH3 Zn-Hg, HCl PhCH2CH2CH2CH3
与酮羰基共轭
如果化合物中既有硝基又有羰基,则两者均被还原。
COCH3 Zn-Hg, HCl CH2CH3
NO2
NH2
金属还原剂
• 锌粉与醋酸还原硝基
羧酸
COOH
CH2OH

C6H5CO2C2H5
C6H5CH2OH
+
C2H5OH
金属氢化物还原剂
• LiAlH4
酰氯
O C6H5CCl O (1) LiAlH4, Et2O (2) H2O C6H5CH2OH
酰胺

CH3CN(C2H5)2
(1) LiAlH4, Et2O (2) H2O
CH3CH2N(C2H5)2
被氢化物的结构与性能
• 空间效应越大,越不易靠近催化剂,需要 强化反应条件,如升高温度、增加压力、 提高催化剂活性等。 • 分子结构不同,催化氢化的难易程度不同:
酰氯>硝基>炔烃>醛基>烯烃>羰基
直链烯烃>环状烯烃>萘>苯>烷基苯>芳 烷基苯
温度和压力
温度和压力直接影响氢化反应的速度。
举例说明: 阿福特罗(Z07)的制备
CH 2OH
OH
COOR R
NaBH4/ZnCl2 tertiary amine,THF,
△ ,
2h
R R=Me,Et X=2-Br,2-SCH2Ph,4-NO2,4-OH 52-98%
NaBH4-ZnCl2体系在三乙胺存在的情况下具有很强大还原性,羧酸酯 可以平稳的被还原成对应的醇,而在没三乙胺时,还原却很难以进行。
THF,
NaBH4 _I2
R=alkyl/aryl
CH3(CH2 )8COOH CH3(CH2)8CH2OH
THF,0-25

COOMe COOH
NaBH4_I2
COOMe CH2OH
THF,0-25
以上两种还原体系都能直接将脂肪族和芳香族的羧酸还原为 相应的醇。

金属氢化物还原剂
• 羧酸的还原
COOH BOP reagent O2N NaBH4,THF O2N
还原反应
日期:
2016年6月16日
还原反应的定义及方法
定义:在还原剂的作用下使有机物分子中增加氢原子或减少氧原子,或者两 者兼而有之的反应称为还原反应。
催化加氢
催化氢化 催化氢解 还原方法 化学还原 金属氢化物 ( NaBH4. LiBH4 金属 非金属 (Fe 、Zn) (水合肼 、 硼烷) LiAlH4 )
通常使用60-100目铁粉。太粗的铁粉表面积小,反应慢;太细的铁粉,
后处理困难。 用量:每摩尔硝基物理论上需要2.25摩尔铁屑,实际为3-4摩尔。
金属还原剂
电解质的影响:

微电池反应原理:电解质增加水溶液的导电性,加速铁的电化学 腐蚀,反应速度加快。

保持介质的pH=3.5-5,使溶液中有铁离子存在。间歇还原时 ,需 补加电解质。
NH H2N C NHNO2 Zn/HOAc NH H2N C NHNH2
H3C C H3C C
COOH NO2
Zn/HOAc
H3C C H3C C
COOH NH2
锌粉与醋酸还原二卤化物脱卤
C8H17 C8H17 Zn/HOAC O Br O Br
(CH3) 2CCH2CHCH3 Br Br
Zn/HOAC
福莫特罗中间体合成
O Br O NO2 NaBH4、 水 甲醇 O NO2 O
金属氢化物还原剂
NaBH4在通常条件下不能还原羧酸、酯、酰胺、氰基和硝 基,但是加入一些添加剂后还原性和选择性会增强。参考文 献:Journal of Organometallic Chemistry 609 (2000) 137– 151 • 羧酸的还原 (101BHG-D) NaBH4/AlCl3
COCH3 Zn-Hg, HCl CH2CH3
MeO HO CHO Zn-Hg, HCl
MeO HO CH3
由于反应体系为酸性,且需加热,所以此法不适用于对酸和热敏感的羰 基化合物的还原。
金属还原剂
反应物中羧酸、酯、酰胺上的羰基不受影响。
O CCH2CH2COOH Zn-Hg, HCl 甲苯, CH2CH2CH2COOH 90%
n-C7H15CN
(1) LiAlH4, Et2O (2) H2O
n-C7H15CH2NH2
LiAlH4 还原环ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ化物成醇。氢负离子优先进攻位阻小的 碳原子。
O (1) LiAlH4, THF (2) H2O OH
金属氢化物还原剂
• LiAlH4
LiAlH4 还原磺酸酯、卤代烃成烃。
氢化铝锂还原能力很强,选择性差且反应条件要求高, 主要用于羧酸及其衍生物的还原。常用的溶剂是无水 THF 、无水甲苯和无水乙醚,对水、酸、醇极易分解。 氢化铝锂一般不还原碳碳双键。
H3C
CH3 CH3
COO CH2
H2/Pd/C C2H5OH
COOH + CH3
催化氢化
氢化还原脱去苄基
阿福特罗(Z07)的制备
OH OH N O NHCHO O H N O NHCHO
Pd/C H2
HO
C33H36N2O4 M=524.65 Z06
C19H24N2O4 M=344.40 Z07
常见还用于还原酰氯、硝基、炔烃、醛基、烯烃、羰基, 也用于脱去氨基保护基,比如苄氧羰基(cbz) 苄基常用脱去方法:催化氢解、Pd-C/HCOOH 、 PdC/HCOONH4 、Pd-C/NH2NH2
缺点
金属还原剂
• 锌粉还原
锌粉的还原能力与反应介质的酸碱性有关。在不同的介质中得到不同的还 原产物。锌粉可还原硝基、亚硝基、羰基、碳-碳不饱和键、碳-硫键等。 Zn-Hg 活性>Zn Zn-Hg HgCl2+HCl+Zn 酸性条件下 锌或锌汞齐可使羰基还原成亚甲基,该反应称为Clemmensen(克莱门森)还 原。
催化氢化
催化加氢(催化氢化) 含有不饱和键的有机物分子,在催化剂的 存在下,与氢分子反应,使不饱和键全部或部 分加氢的反应,叫做催化加氢(氢化)。
C C
O C
C C
芳杂环
O O
O C H
O C OH
N
C N
催化氢化
举例说明
NO 2 C O Cl
NH 2
H2/Pd/C 50~60℃
C O
+ HCl
99%
OH
COOH BOP reagent NaBH4,THF
90%
OH
BOP试剂是六氟磷酸苯并三唑-1-氧基三(二甲氨基)磷,别名为卡特缩合剂
此还原体系的特点是:化合物中的硝基、氰基、叠氮基和酯基不受影响
金属氢化物还原剂
• 羧酸酯的还原
CO 2Et NaBH 4- I2 THF , 70 ℃, 0.5 h H2O 85℅
催化剂类型
还原型纯金属粉: Pt、Pd、Ni等,如骨架镍、骨架铜 化合物型:氢氧化物、氧化物、硫化物如PtO2、MoS
载体型:如Pt/C、Pd/C
实验室一般都用载体型:5%~10% Pd/C 操作注意:金属还原剂Pt、Pd、Ni一般用水保护,防止 与空气接触自燃,所以减压过滤时,不能滤得太干。 用量 Ni: 10%~15%被催化物质质量 Pd/c: 1%~5%被催化物质质量 Pt/c : 0.5%~1%被催化物质质量
溶剂的极性
溶剂对反应物和氢化物的溶解度能影响氢化反应速度和反应的选择性 ,因为溶剂的存在使反应物的吸附性发生了变化,改变氢的吸附量。 溶剂的存在也会引起催化剂表面状态的改变,可使催化剂分散得更好 ,有利于被氢化物、氢、催化剂三者之间的接触反应。
举例说明:阿福特罗(Z07)及半脱保护杂质
OH OH N O NHCHO O
常用电解质是氯化铵、氯化亚铁,用量为被还原物的10-20%,浓 度在3%左右。


适当增加电解质的浓度可使还原速度加快。浓度过高,则将使还 原速度减慢。 通常在接近反应液沸腾温度下反应。
反应温度的影响:
金属还原剂
铁粉还原剂
铁粉还原剂铁屑在酸性条件下为强还原剂,可将芳香族硝基、脂肪族硝基 以及其它含氮氧功能团(亚硝基、羟氨基等)还原成氨基,将偶氮化合物 还原成两个胺,将磺酰氯还原成巯基。它是一种选择性还原剂,尤其是对 硝基选择性高且还原能力强,一般情况下对卤素、烯键、羰基无影响。
金属还原剂
• 铁粉还原剂
铁粉还原反应原理:
通过电子转移而实现的,其中铁是给电子体,被还原物首先在铁 表面得到电子,再从质子给体(水、醇等)得到质子被还原。 电解质:稀盐酸、稀硫酸、醋酸、氯化铵或FeCl2等水溶液。 硝基化合物结构的影响: 芳环上有吸电子基团时,硝基接受电子能力增加,容易被还原。 芳环上有给电子基团时,硝基接受电子能力减弱,不易被还原。 铁粉的影响: 洁净、粒细和质软的灰铸铁屑,优于组成比较纯净的钢屑。
举例说明:阿福特罗
OH N O NO2 O
Fe/NH4Cl
85% 的甲 醇 水 溶 液 O NH2
OH N O
C32H34N2O5 M=526.62 Z04
C32H36N2O3 M=496.64 Z05
注意:铁粉用之前用稀盐酸活化,否则严重影响反 应效果。
金属还原剂
铁粉还原
优点
生产能力强 工艺成熟、简单,适用范围广 副反应少 产生大量的铁泥和废水 反应设备不易于清洗
但对 酮酸和 酮酯,只能将酮基还原为羟基。 O OH Zn-Hg, HCl CH3CCOOEt CH3CHCOOEt 而对 或 酮酸及酮酯,则可将酮基还原为亚甲基。
O CH3CCH2COOEt Zn-Hg, HCl CH3CH2CH2COOEt
金属还原剂
在Clemmensen还原条件下,孤立的碳碳双键不被还原, 但与羰基共轭的双键能被还原。
金属氢化物还原剂
• LiAlH4
LiAlH4 可还原醛、酮、酰氯、羧酸、酯、酰胺、磺酸酯、
卤代烃、环氧化物、腈、亚胺、肟、叠氮、硝基化合物等。
醛酮 CH3(CH2)5CHO
(1) LiAlH4, Et2O (2) H2O (1) LiAlH4, Et2O (2) H2O (1) LiAlH4, Et2O (2) H2O CH3(CH2)5CH2OH
Pd/C H2
HO NHCHO
H N O
C33H36N2O4 M=524.65 Z06
C19H24N2O4 M=344.40 Z07
经实验验证:用无水甲醇作溶剂的氢化反应速度要比无水乙醇作溶剂 反应快得多。
溶剂的极性
制备阿福特罗的半脱保护杂质(只脱一个苄基)
OH N O NHCHO O
Pd/C H2
HO
OH N O NHCHO
氢化制备条件:用异丙醇作溶剂、氢化温度30℃, 氢化压力0.3MPa。
催化氢化的优缺点
优点: 反应易于控制,产品纯度较高,收率 较高,三废少,在工业上应用广泛。
缺点:需要使用防爆带压设备,安全措施要 求高,生产成本投入高。
金属氢化物还原剂
NaBH4还原
将酮还原为醇,由于NaBH4是碱性试 剂,直接脱去溴化氢形成环氧物。
OH OH N O NHCHO O
Pd/C H2
HO NHCHO
H N O
C33H36N2O4 M=524.65 Z06
C19H24N2O4 M=344.40 Z07
0.4MPa / 30℃反应:完全脱去两个苄基,需要反应9~10h。 0.4MPa/ 45℃反应: 完全脱去两个苄基,需要反应4~5h。
二氯甲烷
M=164.20 C7H9N M=107.15
O C17H21ON M=255.35
三乙酰氧基硼氢化钠有更好的化学选择性,能够避免羰基还原为醇的副产物, 可以使醛(酮)与胺“一锅”反应直接进行还原胺化,反应过程中可以加入 少量的乙酸催化,若加入乙酸会产生N-乙酰基副产物,可用三氟乙酸代替, 避免副产物产生,此反应也可用氰基硼氢化钠直接还原胺化,由于后处理时 会产生剧毒副产物(氰化氢和氰化钠),不利于环保。
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