1、1第九章 還原反應(yīng)Chapter 9 Reduction Reaction2概 述定義：碳原子總氧化態(tài)降低（得電子或電子云密度增高）增加氫，減少氧Catalytic Hydrogenation H2/(Pd, Pt, Ni) Heterogeneous: transfer：氫供體/Pd-C Homogeneous (Rh, Ru, C-C不飽和鍵) Chemical Hydrogenation 電子-質(zhì)子轉(zhuǎn)移還原 氫負(fù)離子轉(zhuǎn)移還原:metal hydride ， borane，alkoxy aluminium Bio-reduction 分類(lèi)：3一. Heterogeneous Hydroge

2、nation 1. Catalytic Hydrogenation (催化氫化) : The reduction by addition of two hydrogen Atoms （通過(guò)加氫的還原）can be carried out in the presence of a metal catalyst, so it is called Catalytic Hydrogenation.活性中心4Mechanism催化氫化的機(jī)理:通常認(rèn)為氫吸附在金屬的表面，烯烴也通過(guò)p-軌道與金屬絡(luò)合，然后烯烴與氫加成。反應(yīng)的必要條件：底物在催化劑表面發(fā)生化學(xué)吸附（底物與催化劑之間的幾何因素和電性因素決定）

3、Heterogeneous Hydrogenation電性因素：催化劑的d軌道有一定的電子占有程度（d:89;Pt, Rh, Ni等）Fe: 3d6,4s2 結(jié)合鍵能大，結(jié)合牢固吸附不易解吸，導(dǎo)致催化劑不活潑Cu: 3d10,4s1結(jié)合能弱，活化能小Pd: 4d104d9,5s15Heterogeneous Hydrogenation其立體化學(xué)特征是 Syn-addition6一. Heterogeneous Hydrogenationalkenes ( C=C ), alkynes ( CC )imines ( C=N ), nitriles ( CN ) aldehydes or keto

4、nes ( C=O )Yes But, RCOOH, RCOOR, and RCONHRNo 7Relative reactivity of the Functional Groups by Catalytic Hydrogenation(-不同功能團(tuán)氫化難易順序表)Heterogeneous Hydrogenation82. 催化轉(zhuǎn)移氫化(Transfer Hydrogenation) Catalyst：Pd，Pd/C Hydrogen donor : cyclohexene, naphthalane 不飽和脂環(huán)烴及萜 用于：烯，炔，NO2 ，CN，C-X，Bn設(shè)備與操作簡(jiǎn)單，反應(yīng)條件溫和，

5、選擇性好Heterogeneous Hydrogenation9二. Homogeneous HydrogenationMetal: VIII( Ru, Rh, Co, Ir, Pt) Ligand: Cl, CN, H, Ph3P，CO，NO Mligand均相催化劑：催化劑呈配合分子狀態(tài)溶解于反應(yīng)介質(zhì)中，選擇性好，條件溫和，速度快、副反應(yīng)少。 selective reduction for unsaturated bond 10Mechanism絡(luò)合物-烯烴配合物11溶劑化氫活化及二氫配合物底物活化,中間體生成氫轉(zhuǎn)移及加成離解MechanismWilkinson催化劑12應(yīng)用范圍13三.

6、負(fù)氫離子轉(zhuǎn)移還原Reduction by Addition of a Hydride ion and a Proton還原劑：金屬氫化物：NaBH4、LiAlH4 硼烷類(lèi) ，烷氧基鋁1. NaBH4、LiAlH4親核試劑機(jī)理:負(fù)氫對(duì)羰基親核加成14 Al-H bonds are more polar than B-H bonds, so LiAlH4 is a stronger reducing reagent than NaBH4醛、酮NaBH4醇不反應(yīng)NaBH4酸、酯酰胺LiAlH4醇、胺1516反應(yīng)活性172. 硼烷B2H6有毒氣體，一般溶于四氫呋喃，二甲硫醚機(jī)理：親電性氫負(fù)離子轉(zhuǎn)移，首

7、先進(jìn)攻富電子中心18四. 電子轉(zhuǎn)移還原Reduction by addition of an electron, a proton Na, Li, K, Mg, Ca, Zn donate an electron to the compound and H2O (ROH, or acid) donates a proton. is called as a dissolving metal reduction addition of H to bond 可被還原的化合物主要有炔烴、苯和羰基化合物, RCN，NO2 19Mechanism氫解還原歷程：氫化還原歷程：20 (1). Heteroge

8、neous Hydrogenation Catalyst: Ni , Pd , Pt不飽和烴的還原1. 炔、烯烴的還原 Ni催化劑Raney Ni、載體Ni、還原Ni、硼化Ni Raney Ni（活性Ni，多孔狀骨架鎳）：中性或弱堿性，用于炔，烯，NO2， CN，RCOR，Ar，CX，CS 對(duì)酯基和酰胺無(wú)作用酸性條件下活性降低，當(dāng)pHW7W3,W4,W5W2W1W8鋁殘留量少、分散度大、吸氫多活性高23鈀(Pd)為催化劑：中性或酸性條件，應(yīng)用范圍廣，可還原 RCOOR， RCONHR，芐位結(jié)構(gòu)氫解Pd/C 5%10% 炔、烯烴的非均相催化氫化法 24鉑（Pt）為催化劑Pt/C： 5%10% 炔

9、、烯烴的非均相催化氫化法 注意：使用時(shí)先通氫氣還原為鉑黑，然后再投底物加氫還原！鉑較易中毒，不能用于有機(jī)硫化物和有機(jī)胺類(lèi)的還原！25影響因素： poisons（毒劑）：P，S, As, I，有機(jī)硫或胺類(lèi): 占 據(jù)活性中心, 難活化 inhibitors(抑制劑):quinoline, 可活化再生, 提高選擇性 炔、烯烴的非均相催化氫化法 溫度和壓力: 26 炔、烯烴的非均相催化氫化法 溶劑及介質(zhì): H2O, MeOH, EtOH, RCOOH,CH3CO2Et,THF,DMF有機(jī)胺或含氮芳雜環(huán)的氫化，一般用醋酸為溶劑27選擇性加氫及立體化學(xué)位阻小的一面同向加成（Syn-addition）P-2

10、能選擇性還原炔鍵和末端烯鍵 炔、烯烴的非均相催化氫化法 28選擇性加氫及立體化學(xué) 炔、烯烴的非均相催化氫化法 P-2型硼化Ni選擇性還原炔鍵和末端烯鍵產(chǎn)物以順式加成為主29 炔、烯烴的非均相催化氫化法 位阻小一面同向加成R, 位, H 位30Transfer hydrogenation： 簡(jiǎn)單易行，使用安全 炔、烯烴的非均相催化氫化法 計(jì)劃生育藥安宮黃體酮31Diimide donor 二酰亞胺 NHNH, syn-additionNHNH不穩(wěn)定, 需新制, 選擇性還原末端雙鍵及反式雙鍵，不影響其他基團(tuán)催化轉(zhuǎn)移氫化32(2) 均相催化氫化反應(yīng)：(Ph3P)3RhCl, TTC(氯化(三苯瞵)合

11、銠)、 (Ph3P)3RuCl 末端雙鍵,環(huán)外雙鍵易還原 單取代雙取代三取代四取代優(yōu)點(diǎn): 烯鍵選擇性好, 催化劑不易中毒,無(wú)副反應(yīng)33(3). 硼氫化反應(yīng)BH3活性最好硼原子主要加成取代較少的碳原子（1） 硼烷 BR334應(yīng)用：硼氫化氧化反應(yīng)(2) NaBH4 35芳烴的還原反應(yīng)1. 催化氫化 (高壓高溫條件下）362. Birch反應(yīng) 芳香化合物用堿金屬（鈉、鉀或鋰）在液氨與醇（乙醇、異丙醇或仲丁醇）的混合液中還原，苯環(huán)可被還原成非共軛的1，4-環(huán)己二烯化合物。 供電子基:1-取代-1,4-環(huán)己二烯吸電子基: 1-取代-2,5-環(huán)己二烯芳烴的還原反應(yīng)37Mechanism:電子轉(zhuǎn)移歷程芳烴的

12、還原反應(yīng)38芳烴的還原反應(yīng)18-甲基炔諾酮Norgestrel中間體苯甲醚、苯胺Brich 反應(yīng)生成環(huán)己酮衍生物39醛、酮的還原反應(yīng)1 Clemmensen還原（酸性條件下反應(yīng))Zn-Hg 活性Zn一. 還原成烴碳離子中間體過(guò)程：401、羧基,酯, 酰胺羰基不影響醛、酮的還原反應(yīng)-還原成烴2、-酮酸酯只能被還原為-OH；-或-酮酸酯能被很好的還原41醛、酮的還原反應(yīng)-還原成烴3、還原不飽和酮：孤立雙鍵不被還原； 與羰基共軛雙鍵，易與羰基一起被還原； 與酯羰基共軛雙鍵，僅雙鍵被還原42抗凝血藥醛、酮的還原反應(yīng)-還原成烴不適用于對(duì)酸和熱敏感的羰基化合物：須在溫和條件下（0oC）Clemmensen

13、反應(yīng)缺點(diǎn)：1、反應(yīng)需要使用大量的重金屬汞；2、反應(yīng)在強(qiáng)酸條件下進(jìn)行，底物范圍受到嚴(yán)重的限制3、反應(yīng)條件苛刻43（堿性條件下還原）醛、酮的還原反應(yīng)-還原成烴2.高溫封管Wolff-黃鳴龍還原反應(yīng)44用于: 酸敏感物, 雙鍵, 羥基不受影響, 位阻大的底物也被還原醛、酮的還原反應(yīng)-還原成烴苯丁酸氮芥chlorambucil85%45溫和條件還原腙, 酯基,酰胺基,氰基不受影響醛、酮的還原反應(yīng)-還原成烴對(duì)高溫和強(qiáng)堿敏感底物：可先制成腙463. 金屬?gòu)?fù)氫及催化氫化Pd催化 : 芳香醛、酮有效此條件下通常得到醇，特定條件得到烴二芳烷基酮 or 烷基芳基酮： AlCl3/LiAlH4醛、酮的還原反應(yīng)-還原

14、成烴47二. 還原成醇1. 金屬?gòu)?fù)氫化合物還原劑 LiAlH4 KBH4 (1) LiAlH4為還原劑醛、酮的還原反應(yīng)-還原成醇NaBH2S3、(CH3CH3CH(CH3)3BHLi)48用EtOH, 10%NHCl4 中止反應(yīng)主要用于羧酸及衍生物的還原醛、酮的還原反應(yīng)-還原成醇49（ 2）KBH4 NaBH4 LiBH4 NO2, CN, X, 烯鍵 不影響醛、酮的還原反應(yīng)-還原成醇mechanism：特點(diǎn)：50醛、酮的還原反應(yīng)-還原成醇還原劑反應(yīng)溶劑穩(wěn)定性后處理LiAlH4無(wú)水乙醚無(wú)水THF水、酸或含羥基、巰基不穩(wěn)定加入乙醇、含水乙醚或10%氯化銨NaBH4KBH4水、甲醇、乙醇、異丙醇、

15、二甲氧基乙醚加稀酸分解51醛、酮的還原反應(yīng)-還原成醇529-BBN : ,-不飽和醛, 酮 其他基團(tuán)不影響: NO, -COOH, CN, -S-醛、酮的還原反應(yīng)-還原成醇53542 異丙醇鋁為還原劑（Meerwein-Ponndorf-Verley反應(yīng)）Oppenauer反應(yīng)的逆反應(yīng) 醛、酮的還原反應(yīng)-還原成醇55 反應(yīng)中加入AlCl3可加速反應(yīng)，提高收率醛、酮的還原反應(yīng)-還原成醇特點(diǎn)56氯霉素中間體立體選擇性與反應(yīng)物結(jié)構(gòu)有關(guān)醛、酮的還原反應(yīng)-還原成醇蘇阿糖型5758Leuckart 反應(yīng): HCOOH, RNH2, or HCONR2選擇性好: 其他活性基團(tuán)不影響(NO2等)醛、酮的還原反

16、應(yīng)-還原胺化反應(yīng)三. 還原胺化反應(yīng)伯胺仲胺 叔胺59催化氫化還原胺法：醛、酮的還原反應(yīng)羰基化合物在氨（胺）類(lèi)的醇溶液中用Raney-Ni進(jìn)行催化氫化得到胺60羧酸及其衍生物的還原1. Rosenmund反應(yīng)：催化氫化選擇性還原為醛的反應(yīng)，酰氯用受過(guò)硫喹啉毒化的鈀催化劑進(jìn)行催化還原，生成相應(yīng)的醛： 反應(yīng)物分子中存在烯鍵，硝基、鹵素、酯基等基團(tuán)時(shí)，不受影響。RCOCl RCOORRCONH2(RCO)2RCNRCOOH酰鹵的還原 61羧酸及其衍生物的還原622 金屬氫化合物還原 K(Na)BH4 (COOH, COOEt, 烯鍵不受影響），脂肪酰氯還原LiAlHOC(CH3)33/Glyme， B

17、u3SnH 多用在芳香族酰氯的還原羧酸及其衍生物的還原63羧酸及其衍生物的還原抗骨質(zhì)疏松米若磷酸64金屬氫化合物為還原劑LiAlH4 : 加Lewis 酸提高選擇性1. 還原成醇NaBH4 ：AlCl3提高還原能力酯的還原65酯的還原Mechanism:66酯的還原酰苯硼氫化鈉反應(yīng)操作簡(jiǎn)便、無(wú)需無(wú)水條件、反應(yīng)選擇性好主要用于高級(jí)脂肪酸酯的還原Bouveault-Blanc Reaction心血管藥物乳酸譜尼拉明67酯的還原Mechanism:682. 還原成醛AlH(i-C4H9)2 (DIBAH)酯的還原69酯的還原偶姻縮合（Acyloin condensation） 羧酸酯在惰性溶劑如醚、

18、甲苯、二甲苯中于金屬鈉發(fā)生還原偶聯(lián)反應(yīng)，生成-羥基酮。70酯的還原Mechanism:71酯的還原應(yīng)用： 合成大環(huán)化合物（五元以上的環(huán)）72LiAlH4, LiAlH2(OC2H5)2， LiAlH(OC2H5)3酰胺的還原1. 還原成醛73酰胺的還原抗丙肝藥物74酰胺的還原75酰胺的還原LiAlH4，為還原劑三尖衫酯堿中間體2. 還原成胺76酰胺的還原B2H6 還原反應(yīng)速度： N,N-二取代酰胺N-單取代酰胺未取代酰胺脂肪族酰胺芳香族酰胺無(wú)醛中間體，如有烯鍵存在會(huì)同時(shí)被還原77 催化氫化 H2 /Pt Ni Pd腈的還原缺點(diǎn)： 有仲胺副產(chǎn)物7879 腈的還原還原成胺 LiAlH4為還原劑 RCN:LiAlH4=1:0.5BH3 (B2H6)為還原劑80 羧酸及酸酐的還原1、LiAlH4812、NaBH4/Lewis acid3、B2H6脂肪酸芳香酸，位阻小位阻大的酸 羧酸及酸酐的還原82 羧酸及酸酐的還原治療淋巴瘤83 羧酸及酸酐的還原LiAlH4可還原鏈狀以及環(huán)狀酸酐成二醇NaBH4只還原環(huán)狀酸酐成內(nèi)酯Zn-HOAc, Na-Hg84含氮化合物的還原1. 硝基的還原: 金屬還原劑：Fe/NH4Cl, Zn, Sn, SnCl2 選擇性: 芳環(huán)NO2, 脂肪NO2 吸電子基 供電子基, 對(duì)鹵素, 烯鍵不影響 在Fe粉表面進(jìn)行的電子得失轉(zhuǎn)移過(guò)程, Fe為電子供體. Fe泥生成，