第十章還原反應(yīng)還原反應(yīng)10.1催化氫化10.2溶解金屬還原10.3氫化物-轉(zhuǎn)移試劑還原10.4其它還原試劑多相催化氫化均相催化氫化芳環(huán)-醛酮-羧酸酯碳碳重鍵還原裂解異丙醇鋁金屬氫化物固載硼氫化物硼烷與二烷基硼Wolff-Kishner還原二酰亞胺烷基氫化錫

有機(jī)化合物還原反應(yīng)是指在有機(jī)化合物的分子中除去氧，加上氫或者得到電子的反應(yīng)。還原反應(yīng)一般分為催化氫化法和化學(xué)法兩種，本章涉及的還原反應(yīng)是指氫對(duì)不飽和基團(tuán)如烯鍵、羰基或芳環(huán)等的加成反應(yīng)。在實(shí)際合成中，往往要求對(duì)不飽和基團(tuán)進(jìn)行選擇性還原。10.1催化氫化反應(yīng)

催化氫化反應(yīng)是指還原劑氫等在催化劑的作用下對(duì)不飽和化合物的加成反應(yīng)。它是有機(jī)化合物還原的諸多方法中最方便的方法之一。10.1.1多相催化氫化反應(yīng)

多相催化氫化反應(yīng)一般是指在不溶于反應(yīng)體系中的固體催化劑的作用下，氫氣還原在液相中的底物的反應(yīng)。它主要包括碳—碳、碳—氧、碳—氮等不飽和重鍵的加氫和某些單鍵發(fā)生的裂解反應(yīng)。常用的多相催化氫化催化劑有：PtO2(Adams催化劑)，鈀催化劑，鉑催化劑，RaneyNi催化劑以及亞鉻酸銅催化劑等。

◆烯烴化合物中，雙鍵上取代基的數(shù)目不同，其被還原的速度不同，取代基數(shù)目越多，就越難被還原，因而產(chǎn)生了如下由易到難的反應(yīng)大致活性順序：RCH=CH2>RCH=CHR'~R'RC=CH2>R'RC=CHR''>R2C=CR2。

在相同的條件下,以Pt-SiO2作催化劑,反應(yīng)溫度為20℃,在環(huán)狀化合物中也有類(lèi)似情況：例如，檸檬烯加氫是分布進(jìn)行的，最后得到檸檬烷。◆單獨(dú)催化加氫時(shí)，烯烴加氫速度比炔烴快。◆催化加氫時(shí)，底物必須首先吸附在催化劑表面上。各類(lèi)烴化物在第VIII族金屬表面上的吸附能力有如下順序：炔烴>雙烯烴>烯烴>烷烴因此，烯炔烴混合物催化氫化時(shí)一定是炔烴先氫化?！舸呋託浞磻?yīng)是合成順式取代乙烯衍生物的重要方法。使用Lindlar催化劑可使叁鍵變?yōu)殡p鍵，不影響其它雙鍵。Lindlar催化劑◆Pd/C催化加氫能實(shí)現(xiàn)對(duì)烯烴雙鍵的選擇性還原，除叁鍵、芳硝基、酰氯外的不飽和基團(tuán)不受影響。鎂/甲醇體系也有同樣功效：◆Cu/SiO2等也可催化選擇還原α,β-不飽和酮的C=C雙鍵，其它雙鍵不受影響?！艉须婊?、酯基和雙鍵的化合物，

C=C雙鍵優(yōu)先氫化?！籼烊换蚝铣筛呔畚铮ǘ嗯湮换┮部勺鳛殁Z的載體，并可能提高催化劑的選擇性和活性，如柞蠶絲。◆二茂鐵胺硫鈀絡(luò)合物是通用性很好的催化劑，可以選擇催化氫化α,β-不飽和醛、酮、羧酸、酯、酰胺和類(lèi)酯的C=C雙鍵，產(chǎn)率及選擇性幾乎都大于99%。①催化加氫反應(yīng)：芳香環(huán)系的加氫反應(yīng)芳香族化合物也能進(jìn)行催化氫化，轉(zhuǎn)變成飽和脂肪族環(huán)系。但要比脂肪族化合物中的烯鍵氫化困難得多。

常溫常壓定量分析測(cè)定非芳環(huán)的不飽和鍵芳環(huán)的還原需要在特殊條件下完成：酮羰基的氫化要比醛羰基的氫化困難。①催化加氫反應(yīng)：腈和硝基化合物的加氫反應(yīng)硝基化合物比烯鍵或羰基易于被氫化。使用RaneyCo可實(shí)現(xiàn)腈基的選擇還原，雙鍵保留。②催化氫解反應(yīng)

催化氫化反應(yīng)時(shí)底物分子被還原裂解為兩個(gè)或兩個(gè)以上的小分子的反應(yīng)稱(chēng)為催化氫解反應(yīng)。例如，利用芳香C-X鍵易于氫解，可在芳環(huán)上先用溴占位，烷基化后再氫解來(lái)合成目標(biāo)產(chǎn)物。

◆鹵素在催化氫解反應(yīng)中表現(xiàn)出如下穩(wěn)定性次序：F>Cl>Br>I

◆催化氫解反應(yīng)在維生素B6的合成中有重要應(yīng)用。三個(gè)基團(tuán)同時(shí)還原：硝基變氨基；腈基變氨甲基；氯被氫解。③

催化轉(zhuǎn)移氫化反應(yīng)

催化轉(zhuǎn)移氫化反應(yīng)也可用于選擇性還原反應(yīng)。在鈀黑、鈀碳、瑞尼鎳、三氯化鐵等催化劑作用下，用氫的給予體（doner）如肼、環(huán)己烯、環(huán)己醇等有機(jī)物做還原劑，能實(shí)現(xiàn)對(duì)碳—碳重鍵，硝基的選擇性還原、斷裂碳—鹵鍵等，而對(duì)羰基和腈基不起作用。

◆環(huán)己烯還能氫解芐醇類(lèi)化合物：◆支撐在Al2O3上的水合肼作為氫給予體，用水合三氯化鐵催化，易于將芳香族硝基化合物高產(chǎn)率地還原成相應(yīng)的氨基化合物。10.1.2均相催化氫化反應(yīng)

多相催化氫化反應(yīng)有顯著地優(yōu)越性，但可能引起雙鍵移位或使一些官能團(tuán)發(fā)生氫解，使產(chǎn)物復(fù)雜化等。均相催化氫化反應(yīng)能夠克服上述缺點(diǎn)。均相催化氫化反應(yīng)的催化劑都是第八族元素的金屬絡(luò)合物，可帶有不同的有機(jī)配體，配體的存在能促進(jìn)絡(luò)合物在有機(jī)溶劑中的溶解度，使反應(yīng)體系成為均相，從而提高催化效率，使得反應(yīng)可以在較低溫度、較低氫氣壓力下進(jìn)行，并具有很高的選擇性?！粼摯呋瘎┐呋磻?yīng)時(shí)，不發(fā)生氫解反應(yīng)。因此烯鍵可以選擇性地氫化，而分子中其它敏感基團(tuán)并不發(fā)生氫解?！羧?（三苯基磷）氯化銠能使醛脫去羰基，因而含有醛基的烯烴化合物在通常的條件下，不能用這種催化劑進(jìn)行氫化。這是因?yàn)槿?（三苯基磷）氯化銠對(duì)一氧化碳具有很強(qiáng)的親和性的緣故.

10.2溶解金屬還原反應(yīng)

溶解金屬進(jìn)行還原反應(yīng)是電子向不飽和官能團(tuán)加成引起的反應(yīng)。作用物從電子轉(zhuǎn)移試劑得到電子后再?gòu)馁|(zhì)子源得到質(zhì)子而被還原。溶解金屬進(jìn)行的還原反應(yīng)主要介紹以下幾種：芳環(huán)的還原；醛、酮羰基的還原；碳-碳重鍵的還原；羧酸酯的還原；還原裂解。10.2.1芳環(huán)的還原◆堿金屬鋰、鈉或鉀與液氨組成的還原體系，能夠?qū)⒎辑h(huán)轉(zhuǎn)變?yōu)椴伙柡椭h(huán)【BirchA.J.還原法】：◆還原歷程：芳環(huán)從堿金屬得到一個(gè)電子成為游離基負(fù)離子；進(jìn)而從醇中奪得質(zhì)子成為中性游離基，再接受一個(gè)電子轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)離子，最后質(zhì)子化，生成二氫化合物。

◆胺沸點(diǎn)高，對(duì)有機(jī)物溶解性好，以胺替代液氨效果更好，體系中加入銨鹽能促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行。例如，合成避孕藥18-甲基炔諾酮時(shí)，還原反應(yīng)就是控制在供電子的甲氧基的2，5-位進(jìn)行的：

◆萘及取代萘在一定條件下可發(fā)生選擇性還原：

◆雜環(huán)體系也可用鈉-醇試劑還原：◆SmI2金是應(yīng)用廣泛的單電子轉(zhuǎn)移偶聯(lián)劑和還原劑：脂肪醛酮同時(shí)存在時(shí)，優(yōu)先還原醛基。10.2.3

碳-碳重鍵的還原

◆非末端炔烴采用堿金屬-胺或堿金屬-氨體系還原得到純度和收率都很高的反式烯烴。機(jī)理：反式結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定；兩次電子轉(zhuǎn)移和質(zhì)子化；線(xiàn)形炔化物轉(zhuǎn)為平面結(jié)構(gòu)的游離基鈉化物：◆端炔烴在鈉-氨體系中加入硫酸銨可實(shí)現(xiàn)選擇還原：◆孤立雙鍵通常不被堿金屬胺或氨試劑還原。末端孤立雙鍵除外：◆α,β-不飽和酸酯用鈉-胺（氨)體系還原為相應(yīng)的飽和酸酯，繼續(xù)還原得醇。◆鋅粉-醋酸還原體系用于多種藥物中間體-哌啶酮及其衍生物的合成，操作簡(jiǎn)捷，條件溫和（室溫），轉(zhuǎn)化率高，同時(shí)可有效避免羰基被還原。J.Org.Chem.,2001,66:2

羧酸酯的還原

◆在Na-EtOH體系中，羧酸酯還原得到醇。還原效率高，特別是長(zhǎng)鏈一元、二元醇的制備?！粼诜琴|(zhì)子溶劑中，堿金屬與羧酸酯作用，發(fā)生α-羥酮縮合：α-羥酮縮合機(jī)理：酯游離基負(fù)離子偶聯(lián)例如，合成過(guò)程中可加入三甲基氯硅烷捕捉還原產(chǎn)物，促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行，提高反應(yīng)效率：10.2.5還原裂解

金屬胺還原劑和其他溶解金屬還原體系能夠進(jìn)行還原裂解反應(yīng)，如去除保護(hù)氨基、亞胺基、羥基和巰基等。例如：谷胱甘肽紅沒(méi)藥烯澳白檀醇10.3氫化物--轉(zhuǎn)移試劑還原

氫化物--轉(zhuǎn)移試劑還原是負(fù)氫離子轉(zhuǎn)移還原，由負(fù)氫離子轉(zhuǎn)移導(dǎo)致的還原反應(yīng)在合成中非常有用，如異丙醇鋁等。10.3.1異丙醇鋁轉(zhuǎn)移試劑還原◆異丙醇鋁能使羰基化合物還原成醇，是個(gè)可逆反應(yīng)。通過(guò)反應(yīng)可使醛轉(zhuǎn)化為伯醇，酮轉(zhuǎn)化為仲醇，通常產(chǎn)率都很高（稱(chēng)為Meerwein-Pondorff-Verley還原反應(yīng)）。例如：◆機(jī)理：負(fù)氫離子通過(guò)六元環(huán)過(guò)渡態(tài)轉(zhuǎn)移到羰基化合物上。

◆反應(yīng)在異丙醇鋁的異丙醇溶液中進(jìn)行，結(jié)果是羰基還原為醇，異丙醇被氧化為丙酮，羰基化合物中的烯鍵和其他不飽和基團(tuán)不受影響。10.3.2

金屬氫化物轉(zhuǎn)移試劑還原◆常用的金屬氫化物轉(zhuǎn)移試劑是LiAlH4和NaBH4。這兩種復(fù)合氫化物的負(fù)離子是親核試劑，它們通常進(jìn)攻C=O或C=N極性重鍵，然后把負(fù)離子轉(zhuǎn)移到正電性較強(qiáng)的原子上。一般不還原孤立的C=C或C≡C鍵。各試劑中的四個(gè)氫原子都可用于還原反應(yīng)。LiAlH4的還原能力比NaBH4強(qiáng)。

◆

LiAlH4

易與活潑氫化合物反應(yīng)，要求還原體系無(wú)水或使用非羥基溶劑；NaBH4則可以在醇溶液中進(jìn)行還原反應(yīng),室溫下就可還原醛和酮，但一般不與酯或酰胺作用，能在多數(shù)官能團(tuán)存在下選擇性還原醛和酮?！粝N雙鍵一般不被金屬氫化物還原，但β-芳基α,β-不飽和羰基化合物的不飽和鍵在一定條件下可被LiAlH4還原?！粢阴Ｒ宜嵋阴タ杀唤饘贇浠镞M(jìn)行選擇性還原?！鬖iAlH4

還原機(jī)理：

◆

通常不對(duì)稱(chēng)酮羰基的還原生成外消旋醇。但含有手性中心的酮還原得到的兩種醇不等量。例如，用LiAlH4還原酮主要產(chǎn)物是蘇式醇。Cram規(guī)則：羰基化合物的Newman投影式中，金屬氫化物負(fù)離子從羰基位阻較小的一側(cè)進(jìn)攻(S、M、L分別代表小、中、大取代基)。10.3.3

固載硼氫還原劑

（1）固載硼氫還原劑的制備和NaBH4相比，固載的硼氫還原劑大多數(shù)能在室溫下反應(yīng)，以分離，選擇性好，產(chǎn)率高，可再生使用。

Gibson和Bailey應(yīng)用季銨鹽氯型離子交換樹(shù)脂與NaBH4溶液交換，制備了硼氫陰離子交換樹(shù)脂，簡(jiǎn)稱(chēng)BER。我國(guó)學(xué)者陳家威等將季銨鹽氯型樹(shù)脂用NaOH溶液浸泡交換成羥基型樹(shù)脂，過(guò)濾，洗滌，不經(jīng)烘干直接與KBH4溶液交換制得BER，不僅提高了樹(shù)脂容量，而且成本較低、國(guó)產(chǎn)化。

（2）BER的還原反應(yīng)◆烯烴雙鍵的還原：◆還原脫鹵：

BER在甲醇溶液中選擇性還原鹵代烴只能夠的伯鹵代烴，加入Ni(OAc)2,幾乎定量還原伯、仲鹵代烴及芳香族鹵代物，其他基團(tuán)不受影響。◆羰基化合物的還原

BER還原醛酮為相應(yīng)的醇，其他基團(tuán)（酯基、酰胺基、腈基和烯鍵等）不受影響，反應(yīng)選擇性好。醛比酮易于還原；低溫時(shí)選擇還原芳醛：◆羧酸及其衍生物的還原BER一般不還原羧酸。但BER/I2體系能夠還原醛酮為相應(yīng)的醇，其他基團(tuán)（酯基、酰胺基、腈基和烯鍵等）不受影響，反應(yīng)選擇性好。◆含氮化合物的還原在過(guò)渡金屬離子（Cu2+、Co2+、Ni2+等）作用下，BER可以有效還原NO2、CN及偶氮基，生成相應(yīng)的胺。10.3.4硼烷和二烷基硼烷

提供負(fù)氫離子還原的另一種試劑是硼烷和二烷基硼烷，能進(jìn)攻許多不飽和基團(tuán)得硼化物，再水解得到目標(biāo)產(chǎn)物。◆環(huán)氧化物經(jīng)二硼烷還原主要生成取代基較少的醇。◆二硼烷是Lewis酸，進(jìn)攻的是負(fù)電子中心；NaBH4還是親核試劑，通過(guò)負(fù)氫離子對(duì)偶極重鍵電性較正的一端進(jìn)行加成。機(jī)理：10.4其它還原試劑10.4.1Wolff-Kishner還原法

◆

Wolff-Kishner還原可以將醛和酮的羰基還原為甲基或亞甲基。在強(qiáng)堿性條件下，將羰基化合物、水合肼與高沸點(diǎn)的溶劑中在180-200℃下反應(yīng)。還原機(jī)理：10.4.2二酰亞胺還原法◆二酰亞胺通過(guò)肼氧化、對(duì)甲苯磺酰肼熱分解而來(lái)：◆二酰亞胺是一種高選擇性還原試劑，易于還原對(duì)稱(chēng)重鍵，極性較大的不對(duì)稱(chēng)重鍵不易被還原?！舳啺愤€原是一對(duì)氫原子通過(guò)