第五章

氧化反應(yīng)5.1概述定義:

狹義，加氧去氫廣義：失去電子或電子轉(zhuǎn)移，使C上電子云降低無(wú)機(jī)化學(xué)中：有機(jī)化學(xué)中：無(wú)明顯的電子得失一、概念廣義的氧化反應(yīng)：氧化數(shù)升高的反應(yīng)狹義的氧化反應(yīng)：得到氧或失去氫的反應(yīng)得氧失氫

二、氧化反應(yīng)類(lèi)型

化學(xué)氧化反應(yīng):

在化學(xué)氧化劑的直接作用完成的氧化反應(yīng)。

化學(xué)氧化劑:無(wú)機(jī)氧化劑(KMnO4,K2Cr2O7,H2O2等)

有機(jī)氧化劑(異丙醇鋁,四醋酸鋁,過(guò)酸等)催化氧化：在催化劑存在下,使用空氣或氧氣實(shí)現(xiàn)的氧化反應(yīng)。生物氧化：在微生物作用下進(jìn)行的氧化反應(yīng)。氧化反應(yīng)的類(lèi)型：（1）有機(jī)物分子中引人氧（2）有機(jī)物分子中脫去氫或同時(shí)增加氧三、氧化反應(yīng)的應(yīng)用

通過(guò)氧化反應(yīng),可以合成很多藥物中間體及藥物,氧化反應(yīng)在藥物合成中應(yīng)用廣泛。（局麻藥普魯卡因Procaine中間體）（維生素類(lèi)藥煙酸NicotinicAcid）二氧化錳氧化劑分為:

二氧化錳/硫酸混合物活性二氧化錳一、二氧化錳5.2錳氧化物反應(yīng)條件溫和，常在室溫下進(jìn)行。常用的溶劑有水、苯、石油醚、氯仿、二氯甲烷、乙醚、丙酮等。反應(yīng)時(shí)，將活性MnO2懸浮于溶液中，加入要氧化的醇，室溫下攪拌，過(guò)濾，濃縮即可。1、活性二氧化錳(選擇性氧化劑)特點(diǎn)(1)溫和的氧化劑，醇----醛；(2)雙鍵、三鍵不受影響

活性二氧化錳（MnO2）是α，β－不飽和醇（即烯丙醇、炔醇、芐醇等）進(jìn)行選擇性氧化的氧化劑,選擇性地氧化烯丙位羥基。N－甲基苯胺和二氧化錳反應(yīng)，反應(yīng)主要發(fā)生在N－甲基上。如用活性二氧化錳氧化叔胺常有下列三種氧化過(guò)程：2二氧化錳和硫酸的混合物氧化性溫和，可用水為溶劑。①芳烴側(cè)鏈。氧化生成醛。②芳胺。氧化成醌。(1)酸性：(2)中性或堿性條件下：

高錳酸鹽是一種強(qiáng)氧化劑，能氧化多種有機(jī)化合物，因此屬于通用氧化劑。二、(KMnO4)高錳酸鹽——強(qiáng)氧化劑1.烯烴的氧化KMnO4可氧化:烯烴,醇,醛,酮,芳烴側(cè)鏈及稠環(huán)的裂化氧化。

適合于不飽和酸的全羥基化，得順式1，2-二醇，收率高。

反應(yīng)A介質(zhì),可用丙酮,中性水溶液,硫酸鎂溶液,乙醚。醋酸去炎松氧化機(jī)理：2.醇的氧化

在堿性條件下，高錳酸鉀氧化伯醇成酸，產(chǎn)品單一。高錳酸鉀氧化仲醇成酮，酮經(jīng)烯醇化可進(jìn)一步氧化成羧酸的混合物，

仲醇氧化成羧酸產(chǎn)物復(fù)雜,無(wú)合成價(jià)值。只有當(dāng)氧化產(chǎn)物酮的羰基α-Ｃ上無(wú)H時(shí),才可得高收率酮。4-吡啶基苯基甲醇4-苯甲酰基吡啶

加羧酸或鎂鹽以除去反應(yīng)中生成的堿,也可得高收率酮。3.醛、酮的氧化

醛羧酸酮一般不易被氧化,在強(qiáng)氧化條件下,發(fā)生C-C斷裂生成羧酸,少有合成價(jià)值。某些結(jié)構(gòu)的環(huán)酮氧化斷裂時(shí),只生成一種產(chǎn)物,可用于合成。4.芳烴

抗瘧疾藥米帕林中間體局麻藥甲呱卡因中間體

若分子內(nèi)含有酚羧基和氨基,不能采用KMnO4氧化,因?yàn)檫@些基團(tuán)易于氧化。芳烴側(cè)鏈無(wú)論鏈多長(zhǎng),只要有a-H存在,氧化后得到苯甲酸類(lèi)化合物,藥物合成中常用。5.稠環(huán)化合物的氧化稠環(huán)化合物經(jīng)KMnO4氧化,部分芳環(huán)開(kāi)環(huán)。（氧化發(fā)生在e密度比較高的環(huán)上）以上兩個(gè)反應(yīng)中雜環(huán)穩(wěn)定

5.3含鉻氧化物

常用的鉻酸氧化劑1、三氧化鉻、鉻酸、重鉻酸鹽2、醋鉻混合酐3、鉻酸叔丁酯4、三氧化鉻-吡啶5、鉻酰氯三氧化鉻的制備:

一、三氧化鉻CrO3，即鉻酸酐，鉻酐，暗紅色或暗紫色斜方結(jié)晶，易潮解。CrO3-吡啶配合物（Collins試劑）Collins（柯林斯）試劑是氧化鉻（Ⅵ）-吡啶配合物[CrO3(Py)2]和二氯甲烷組成的溶液，在室溫下可使醇迅速地氧化成相應(yīng)的羰基化合物，而對(duì)醇中的雙鍵、芐位亞甲基和硫醚等不起作用。（1）制備：

由一份三氧化鉻緩慢分次加入十份吡啶中（注意：不能將吡啶加至三氧化鉻中，否則會(huì)引起燃燒），逐漸升溫至30℃，析出黃色絡(luò)合物沉淀，分離出的沉淀加至二氯甲烷中，即得，呈暗紅色。（2）應(yīng)用：特點(diǎn)：a.氧化烯丙式或非烯丙式醇至醛或酮,對(duì)雙鍵、縮醛、縮酮、環(huán)氧鍵、硫醚等均無(wú)影響，并能氧化叔胺上的甲基成甲?；鵥.反應(yīng)條件溫和（室溫）、收率高。c.堿性條件下氧化

在一些反應(yīng)中，用Collins試劑進(jìn)行氧化時(shí)發(fā)生烯丙雙鍵的移位，是由于鉻酸氧化按自由基機(jī)理進(jìn)行的，中間體烯丙基自由基會(huì)轉(zhuǎn)位。將稀丙位、炔丙位亞甲基、芳烴芐位基氧化為羰基二、氯鉻酸、鉻酸、重鉻酸及其鹽

鉻酸是很強(qiáng)的氧化劑，類(lèi)似于高錳酸鉀，是一種通用氧化劑。三氧化鉻溶于稀硫酸中形成鉻酸。鉻酸、重鉻酸保持平衡：瓊斯試劑：鉻酐在稀硫酸水溶液中解聚。即26.7gCrO3溶于23ml濃H2SO4中,加水稀釋到100ml。瓊斯試劑可將不飽和仲醇氧化為不飽和酮，在0－20度滴加到被氧化醇的丙酮溶液中進(jìn)行氧化。1.Jones試劑瓊斯試劑的特點(diǎn):有選擇性,反應(yīng)緩和,分子中的雙鍵、氨基、烯丙基亞甲基不受影響，反應(yīng)迅速,收率好。氧化機(jī)理：醇和鉻酸作用首先形成鉻酸酯，隨后酯發(fā)生斷裂生成醛酮。通常鉻酸酯的分解是決定反應(yīng)速率的步驟，但對(duì)于位阻大的醇來(lái)說(shuō)，鉻酸酯的生成則是決定速率的步驟。對(duì)于酯的斷裂有兩種解釋?zhuān)?/p>

在兩種裂解中，都涉及到連在羥基碳上H的轉(zhuǎn)移，這個(gè)H原子的轉(zhuǎn)移受到醇的立體結(jié)構(gòu)的影響。內(nèi)冰片中Hb轉(zhuǎn)移受到橋甲基的立體阻礙，而造成內(nèi)－和外－冰片的氧化速率比為25：49.1，也可解釋為外－冰片酯的形成導(dǎo)致立體障礙加大，這種張力在形成產(chǎn)物酮時(shí)被解脫，從而加速酯的分解。3.PCC（氯鉻酸吡啶鎓鹽）（1）特點(diǎn)容易制備，不易吸潮，可在懸浮狀態(tài)下發(fā)生反應(yīng)，需在酸性中進(jìn)行。

PCC是吡啶和CrO3在鹽酸溶液中的絡(luò)合鹽，是橙紅色晶體。它溶于CH2Cl2，使用很方便，在室溫下便可將伯醇氧化為醛，而且基本上不發(fā)生進(jìn)一步的氧化作用。PCC氧化劑也稱(chēng)為Corey-PCC試劑，對(duì)分子中存在的C=C、C=O、C=N等不飽和鍵不發(fā)生破壞作用。（2）應(yīng)用氧化有位阻醇為酮氧化烯丙位亞甲基為羰基4.PDC（重鉻酸吡啶鎓鹽）（1）特點(diǎn)PDC較PCC氧化能力更強(qiáng)，氧化在中性中進(jìn)行，大多數(shù)在CH2Cl2中反應(yīng)，氧化伯醇、炔丙醇、烯丙醇均為相應(yīng)的醛。PDC的氧化若在DMF或DMSO中進(jìn)行，氧化性更強(qiáng)，將醇氧化為酸。稀硝酸濃硝酸稀硝酸的氧化性比濃硝酸的強(qiáng)，硝酸常用來(lái)氧化芳環(huán)或雜環(huán)的側(cè)鏈生成羧酸；氧化醇類(lèi)成相應(yīng)的酮或酸；氧化活性次甲基成酮；氧化氫醌成醌；氧化亞硝基化合物為硝基化合物。優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)后成為氧化氮?dú)怏w，反應(yīng)液中無(wú)殘?jiān)?，分離提純?nèi)菀?。缺點(diǎn)：腐蝕性強(qiáng)，氧化反應(yīng)劇烈，反應(yīng)的選擇性不高容易引起硝化和酯化等副反應(yīng)。5.4含氮氧化物超聲波在氧化反應(yīng)中也有應(yīng)用，如：過(guò)氧化氫俗稱(chēng)雙氧水，是一種環(huán)合型的氧化劑。（1）烯烴環(huán)氧化：堿性條件下選擇性氧化α,β-不飽和醛和酮的雙鍵生成環(huán)氧化物——制備環(huán)氧化物的常用方法。

如異佛爾酮在NaOH甲醇溶液中與H2O2作用，生成異佛爾酮環(huán)氧化合物。5.5過(guò)氧化物1.過(guò)氧化氫過(guò)氧化氫在酸性條件下烯烴的二羥基化：生成反式鄰二醇

(2)氧化芳香醛、酮

在芳香醛中，當(dāng)羰基的鄰、對(duì)位有羥基等供電子基團(tuán)時(shí)，與堿性溶液的H2O2反應(yīng)，醛基經(jīng)甲酸酯階段，最后轉(zhuǎn)化成羥基的反應(yīng)。

氧化氫和烴基過(guò)氧化物可氧化硫醚成亞砜，當(dāng)有酸或催化劑存在時(shí)，過(guò)氧化氫可氧化硫醚成砜。1、α，β－不飽和羰基化合物，一般在堿性條件下用過(guò)氧化氫或叔丁基過(guò)氧化氫使之環(huán)氧化。α，β－不飽和酮的環(huán)氧化機(jī)理：首先是ROO-的親核加成，然后形成環(huán)氧化合物。

環(huán)氧過(guò)程中，α，β－不飽和雙鍵有形成單鍵的中間體狀態(tài)的機(jī)會(huì)，故鏈狀化合物中的雙鍵構(gòu)型可能變換，由不太穩(wěn)定的構(gòu)型變位穩(wěn)定的構(gòu)型。如Z型和E型的3－甲基戊－3－烯－2－酮經(jīng)堿性過(guò)氧化氫處理，得到相同的E型環(huán)氧化合物。環(huán)氧化反應(yīng)具有立體選擇性，氧化常在位阻小的一面形成。在α，β－不飽和醛的環(huán)氧化反應(yīng)中，控制反應(yīng)介質(zhì)的pH是必要的。如桂皮醛在堿性過(guò)氧化氫作用下的反應(yīng)：對(duì)于不飽和酯的環(huán)氧化，控制pH可使酯基不被水解，如：2.過(guò)氧叔丁醇(TBHP)(CH3)3COOH

能將醇、烯烴等氧化為相應(yīng)的醛、酮、羧酸酯和環(huán)氧化物烯烴的結(jié)構(gòu)對(duì)環(huán)氧化速率亦有影響。在簡(jiǎn)單烯烴結(jié)構(gòu)中，若烯鍵碳上連有多個(gè)烴基（如甲基）時(shí)，可加快環(huán)氧化速度。在分子中存在一個(gè)以上雙鍵時(shí)，常常是連有較多烴基的雙鍵被優(yōu)先環(huán)氧化。3.間氯過(guò)氧苯甲酸(M-CPBA)常用的過(guò)氧酸：過(guò)氧苯甲酸、單過(guò)氧鄰苯二甲酸、過(guò)氧甲酸、過(guò)氧乙酸、三氟過(guò)氧乙酸和間氯過(guò)氧苯甲酸（較穩(wěn)定）等。環(huán)氧化過(guò)程：

過(guò)氧酸的環(huán)氧化有高度立體選擇性（但無(wú)高度對(duì)映選擇性），在反應(yīng)過(guò)程中原烯烴的構(gòu)型不變。在某些環(huán)烯烴中，過(guò)氧酸通常從位阻小的一側(cè)進(jìn)攻得到相應(yīng)的環(huán)氧化合物。烯丙位的羥基對(duì)過(guò)氧酸的環(huán)氧化存在明顯的立體化學(xué)影響，形成的氧環(huán)和羥基處在同側(cè)的化合物為主產(chǎn)物。而烯丙位的其他基團(tuán)，如乙酰氧基，則由于位阻效應(yīng)，主要得到氧環(huán)與乙酰氧基處在異側(cè)的產(chǎn)物。環(huán)狀仲胺，且α－碳上沒(méi)有氫時(shí)，用過(guò)氧化氫或過(guò)氧酸氧化，則得到羥胺或氧化胺。Baeyer-Villiger氧化重排反應(yīng)是酮在過(guò)氧化物(如過(guò)氧化氫、過(guò)氧化羧酸等)氧化下，在羰基和一個(gè)鄰近烴基之間引入一個(gè)氧原子，得到相應(yīng)的酯的化學(xué)反應(yīng)。醛可以進(jìn)行同樣的反應(yīng)，氧化的產(chǎn)物是相應(yīng)的羧酸。環(huán)酮發(fā)生反應(yīng)得到內(nèi)酯（2）Baeyer-Villiger反應(yīng)反應(yīng)是一個(gè)典型的1,2-遷移反應(yīng)。

首先，反應(yīng)物的羰基被質(zhì)子活化(反應(yīng)1)，從而易于接受過(guò)氧酸的親核進(jìn)攻（反應(yīng)2）。親核加成的產(chǎn)物中帶有一個(gè)氧鎓離子，其質(zhì)子將較容易轉(zhuǎn)移到鄰近的氧原子上，并通過(guò)正電荷與羰基共軛而獲得額外的穩(wěn)定性（反應(yīng)3）。隨后，與原來(lái)過(guò)氧酸對(duì)應(yīng)的羧酸從中間體離去，留下一個(gè)缺電子的氧正離子（反應(yīng)4）。由于氧具有很高的電負(fù)性，缺電子的氧是不穩(wěn)定的，一個(gè)烴基（這里是R2）就通過(guò)1,2-遷移反應(yīng)使整個(gè)分子再度處處符合八隅律，得到一個(gè)質(zhì)子化的酯（反應(yīng)5），并很快脫去質(zhì)子而得到最終產(chǎn)物（反應(yīng)6）。由于反應(yīng)4的產(chǎn)物極不穩(wěn)定，通常認(rèn)為(4)、(5)兩步是同時(shí)發(fā)生的。5.6含硫氧化物1.過(guò)硫酸氫鉀2.二甲基亞砜（DMSO）（1）氧化醇-------醛、酮（2）氧化α-鹵代化合物-------醛、酮（3）氧化α-溴代酮-------α-二酮等DMSO氧化（Kornblum反應(yīng)）DMSO可由各種較強(qiáng)的親電試劑（E）活化，生成活性锍鹽（sulfoniumsalt），極易和醇反應(yīng)形成烷氧基锍鹽，接著發(fā)生消除，生成醛或酮和二甲硫醚。（1）醇—醛、酮碘代烴在NaHCO3存在下和DMSO一起加熱，得到醛。（2）α—鹵代化合物氧化成醛、酮

碘代烷、α-鹵代酸及其酯、鹵代乙酸（3）二甲亞砜/碘氧化α-溴代酮得到α-二酮溴代烴和氯代烴難以氧化，需被轉(zhuǎn)化為碘化物后反應(yīng)。但苯甲酰甲基溴化物可在室溫下用DMSO氧化，收率很好。對(duì)于α－溴代酮或α－溴代酯等需在較高溫度下反應(yīng)?；撬狨サ难趸?/p>

對(duì)于不太活潑的鹵化物，在用DMSO較難氧化或收率不高時(shí)，可先將其轉(zhuǎn)化成磺酸酯，再和DMSO反應(yīng)。同樣某些醇，在用其他氧化劑氧化不利時(shí)，可先轉(zhuǎn)化成磺酸酯在用DMSO氧化。伯醇和仲醇的磺酸酯均可被二甲基亞砜氧化成羰基化合物，生成的醛一般不被進(jìn)一步氧化，且反應(yīng)較快，收率也很好。如將利血平酸甲酯的C－18上羥基轉(zhuǎn)化為羰基：反應(yīng)機(jī)理：經(jīng)形成烴氧基锍鹽中間體，再分解為羰基化合物。常用的親電試劑有：DCC（二環(huán)己基碳二亞胺），Ac2O，CF3CO)2O，SOCl2，(COCl)2等。適用于有酸敏基團(tuán)的氧化(2)DMSO-DCC(Pfitznor-Moffat氧化法)：(3)DMSO-Ac2O法(Albright-Goldman法)：用醋酐代替DCC作活化劑，可避免上法毒性大及副產(chǎn)物難處理的兩大缺點(diǎn)。反應(yīng)在室溫下進(jìn)行，適用于位阻大的羥基氧化。位阻小的羥基氧化時(shí)，會(huì)有乙?；狈磻?yīng)。由于該反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，故常有醇的甲硫甲醚的形成。由于兩種副反應(yīng)使該法的收率稍低，但反應(yīng)不受位阻大的影響。用甲磺酸酐[(MeSO2)2O]代替醋酐和DMSO作試劑，在六甲膦酰胺中反應(yīng)，可使醇的甲硫基甲醚的生成量降至極小，提高氧化產(chǎn)物的收率。(4)DMSO-(COCl)2法(Swern法)：DMSO與草酰氯組成的氧化劑所發(fā)生的反應(yīng)。將伯、仲醇分別溫和地氧化為相應(yīng)的醛、酮，二叔醇不反應(yīng)。

5.7高價(jià)碘氧化物1.高碘酸舉例：321

應(yīng)用：1、合成醛、酮、羧酸2、結(jié)構(gòu)鑒定HIO4氧化：常在緩沖水溶液中應(yīng)用，室溫反應(yīng)，對(duì)水溶性1，2－二醇，如糖類(lèi)的氧化降解特別有用。某些醇和二噁烷常用作共溶劑，用于一些水溶性小的1，2－二醇的氧化。1，2－環(huán)己二醇的順式異構(gòu)體比反式異構(gòu)體易被過(guò)碘酸氧化，速率約快30倍，一些剛性環(huán)狀1，2－二醇，其反式異構(gòu)體和過(guò)碘酸不反應(yīng)，反應(yīng)機(jī)理如下：對(duì)三元醇或多元醇，只要2個(gè)羥基處于相鄰碳上，就可被HIO4氧化。2.Dess-Martin氧化劑(1,1,1-三乙酰氧基)-1,1-二氫-1,2-苯碘酰-3(1H)-酮較溫和的氧化劑，用于將伯醇氧化成醛、仲醇氧化成酮。其優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)條件溫和、速度適中、用量少、后處理簡(jiǎn)單。

（1）制備（2）特點(diǎn)選擇性強(qiáng),僅發(fā)生羥基的氧化反應(yīng)氧化能力強(qiáng)對(duì)羧酸敏感的反應(yīng)物亦能進(jìn)行，接近中心條件下反應(yīng)后處理簡(jiǎn)單，還原副產(chǎn)物可簡(jiǎn)單過(guò)濾除去芐醇、烯丙醇的反應(yīng)最快，缺電子醇的產(chǎn)率也較好反應(yīng)機(jī)理應(yīng)用臭氧是一親電性試劑，與烯鍵反應(yīng)形成過(guò)氧化物，然后直接將其氧化或還原斷裂成羧酸、酮或醛。產(chǎn)物類(lèi)別取決于所用方法和烯烴的結(jié)構(gòu)。當(dāng)分子中有兩個(gè)或兩個(gè)以上雙鍵時(shí)，雙鍵電子密度高而立體位阻小的雙鍵被優(yōu)先氧化。5.8其他常見(jiàn)氧化劑1.臭氧

芳環(huán)和芳雜環(huán)與臭氧反應(yīng)較遲鈍，故具有不飽和側(cè)鏈的芳環(huán)化合物中，不飽和側(cè)鏈被選擇性地氧化。

含有共軛雙烯結(jié)構(gòu)的化合物與臭氧反應(yīng)時(shí)，可以得到一個(gè)雙鍵斷裂或者兩個(gè)雙鍵都斷裂的羰基化合物，產(chǎn)品的結(jié)果完全取決于臭氧的用量。過(guò)量臭氧可使芳環(huán)氧化開(kāi)環(huán)，供電子基可加速反應(yīng)，可用于多環(huán)化合物選擇性氧化開(kāi)環(huán)。萘環(huán)較苯環(huán)易被臭氧氧化開(kāi)環(huán)，中間體經(jīng)不同的處理可得到不同的氧化產(chǎn)物。稠芳環(huán)的臭氧化開(kāi)環(huán)，是合成芳香醛衍生物的有效方法。適用于仲醇氧化成酮的有效方法，酮的收率較高。2.異丙醇鋁（Oppenauer）氧化仲醇在叔丁醇鋁或異丙醇鋁和丙酮作用下，氧化成為相應(yīng)的酮，而丙酮?jiǎng)t還原為異丙醇。3、苯醌衍生物苯醌是最早用于脫氫反應(yīng)的醌類(lèi)化合物，但其脫氫能力差。當(dāng)苯醌分子中引入吸電子基，則接受氫的能力大大增強(qiáng)。如四氯-1，4-苯醌（氯醌）和2，3-二氯-5，6-二氰苯醌（DDQ）。

DDQ常用于不飽和脂環(huán)的脫氫芳構(gòu)化。

具有季碳原子的碳環(huán)化合物，用醌類(lèi)化合物脫氫芳構(gòu)化時(shí)，可使取代基發(fā)生移位。用DDQ作脫氫劑，溶劑常為苯和二噁烷，DDQ接受氫后生成DDQH2。DDQ還能將聯(lián)芐衍生物脫氫，生成相應(yīng)收率很高的芪衍生物。歷程：順式

（一）四乙酸鉛1、醇的氧化

（1）鄰位二醇氧化：例如：

（2）一元醇氧化：一元醇——醛2、羧酸的氧化

3、取代反應(yīng)

說(shuō)明：

1、β—二酮、β—酮酯、某些單酮及芳環(huán)側(cè)鏈上的α—?dú)浔灰阴Ｑ?/p>