1、有機合成,主講人：南光明,第七章 還原反應,主要內(nèi)容： 負氫轉移還原反應(重點) 催化氫化反應 可溶性金屬還原反應 其它還原劑還原,7-1 負氫轉移還原反應,7-1-1 氫化鋰鋁 7-1-2 烴氧基鋁氫化物 7-1-3 雙（甲氧乙氧基）鋁氫化物（Red-Al） 7-1-4 硼氫化物 7-1-5 酰氧基和烴基硼氫化物,7-1 負氫轉移還原反應,負氫轉移還原反應：是有機合成中廣泛使用的一類還原反應，負氫轉移還原反應是以金屬氫化物（NaBH4）作為負氫轉移試劑提供負氫離子，加成到被還原的反應物或底物，達到氫化還原。 負氫轉移試劑分為兩種：親電性負氫轉移試劑（硼烷、鋁烷）-還原極性不飽和鍵（羰基）和碳

2、-碳雙鍵；親核性負氫轉移試劑（氫化鋰鋁、硼氫化鈉）-還原極性不飽和鍵（如：羰基），對碳-碳雙鍵一般不能還原。,親電性負氫轉移試劑：硼烷、鋁烷,親核性負氫轉移試劑：LiAlH4(lithium aluminium hydride-LAH), NaBH4(Sodium tetrahydridoborate),NaBH4和LiAlH4是最常用的兩種還原劑：,7-1-1 氫化鋰鋁,是還原極性官能團最有效的還原劑，能還原大部分的羰基化合物（醛、酮、羧酸、酸酐、酯等）。還原過程是通過氫化鋰鋁的負氫離子的轉移實現(xiàn)。鋁結合的氫減少，其氫化物的還原活性降低。,用氫化鋰鋁還原，-不飽和羰基化合物，主要得到羰基還原

3、產(chǎn)物-烯丙醇(還原極性不飽和鍵),非對映選擇性：與羰基直接相連的取代基是手性基團，用氫化鋰鋁還原時，負氫離子加到立體位阻較小的一面,不對稱還原：如果與羰基直接相連的取代基是可旋轉的手性基團，依據(jù)手性碳原子所連的基團的大小差別，從小的一面進攻占主導。 （Cram rule:穩(wěn)定的構象；進攻的方向）,80% 20%,羰基化合物的-碳連有極性基團，則不遵守Cram rule,酯經(jīng)氫化鋰鋁還原得到相應的醇,酰胺用氫化鋰鋁還原得到相應的胺：一級、二級酰胺與氫化鋰鋁反應，氮上的活潑氫被奪取，形成酰胺氮負離子，氫化鋁作用于羰基氧，形成的鋁氧化合物在氮上的孤對電子參與下脫去氧鋁基，經(jīng)過亞胺中間體，再經(jīng)過進一步

4、還原，水解得到相應的一級、二級胺。三級酰胺還原反應則經(jīng)過亞胺鹽中間體，在還原得到三級胺。,腈用氫化鋰鋁還原，首先生成亞胺鹽，再進一步還原成伯胺,環(huán)氧化物經(jīng)過氫化鋰鋁還原得到醇，負氫離子進攻位阻較小的一邊，順序是伯碳優(yōu)先于仲碳，仲碳優(yōu)于叔碳,氫化鋰鋁還原鹵代物或磺酸酯得到氫解產(chǎn)物。機理為負氫作為親核試劑進行SN2反應. 伯鹵代烴、仲鹵代烴可被氫化鋰鋁還原成烴，叔鹵代烴還原成烯烴. 脂肪鹵代烴比芳香鹵代烴易還原去鹵素. 芳香鹵代烴中碘化物、溴化物可被還原，芳香氯化物不行,7-1-2 烴氧基鋁氫化物,氫化鋰鋁是一個強還原劑，能還原醛、酮、羧酸、酸酐、酯等多種官能團，使用此還原劑缺乏選擇性。氫化鋰鋁中

5、的部分氫被烴氧基取代，得到的烴氧基鋁氫化物，還原能力降低，達到選擇性還原,7-1-3 雙（甲氧乙氧基）鋁氫化物（Red-Al）,（芳香醛酮，先還原成芐醇，再氫解）,7-1-4 硼氫化物,主要有硼氫化鈉、硼氫化鉀及它們與其它金屬鹽。最常用的是硼氫化鈉，還原能力比氫化鋰鋁弱，主要用于還原醛、酮和酰氯，對分子中的環(huán)氧基、酯基、腈基、硝基等官能團不影響。 硼氫化鈉能還原醛成醇，反應通常在水、低級醇、胺類和它們的混合溶劑。,硼氫化鈉雖然不能用于還原簡單脂肪族酯類，但當酯基的-位有吸電子基團取代時，增加了羰基碳的正電性，利于被硼氫化物的進攻。吸電子基團：鹵素、氧原子、氮原子。,內(nèi)酯化合物經(jīng)硼氫化鈉還原得到

6、二醇，通常水醇混合溶劑中進行,硼氫化鈉還原亞胺得到高產(chǎn)率的胺,硼氫化鋰： 還原能力比硼氫化鈉強，能還原醛、酮和酰氯，還可還原環(huán)氧基、酯基，不能還原羧酸、腈基和硝基化合物,7-1-5 酰氧基和烴基硼氫化物,酰氧基硼氫化物還原能力比硼氫化鈉弱，僅能還原醛、酮、亞胺和烯胺等,烴基硼氫化物：當烴基與硼結合，增加硼氫化物的還原能力，最有效的烴基硼氫化物是三乙基硼氫化鋰，還原能力比硼氫化鋰強，是現(xiàn)有的最強的親核性氫化物,其最重要的作用是鹵代烴的脫鹵， 機理為SN2的親核取代.,7-2 催化氫化反應,催化氫化是有機合成中最簡便的還原方法之一。催化氫化反應常分為催化加氫和催化氫解，對分子中的不飽和官能團的加氫

7、還原稱為催化加氫，而發(fā)生單鍵破裂使某些官能團被氫置換則稱為催化氫解。催化氫化是由氫氣作為氫的給體，有時使用有機物作為氫的給體（醇）。根據(jù)催化劑的溶解性質(zhì)，催化氫化可以分為非均相催化和均相催化,7-2-1 催化活性與反應性,影響催化氫化反應的因素：官能團、催化劑的催化活性、催化劑的用量、反應溫度、壓力、溶劑等因素。最重要的因素是催化劑的活性，催化劑有鉑、鈀、鎳、銠等。烯烴成飽和烴、羰基成羥基、硝基成氨基（paper）,7-2-2 催化氫化的立體化學,過程：底物被吸附在催化劑表面，同時氫分子在催化劑上發(fā)生鍵的斷裂，形成活潑的氫原子，然后氫原子由位阻小的一邊順式加成,7-2-3 官能團的催化氫化還原

8、,1、烯烴的氫化還原 烯烴的雙鍵在催化劑存在下通?？身樌貧浠€原成飽和烴。位阻較大的烯烴較難還原 鈀能催化氫化許多官能團。,銠催化劑是碳-碳雙鍵選擇性氫化有效催化劑,2、炔烴的氫化還原 碳-碳三鍵比雙鍵相對易氫化還原 直接使用鉑、鈀、鎳催化，產(chǎn)物為飽和烷烴。采用Lindlar催化劑（鈀粉附著在CaCO3-少量PbO2 催化劑的毒化劑）,7-2-3 官能團的催化氫化還原,1、烯烴的氫化還原 2、炔烴的氫化還原 3、芳香族化合物的氫化還原 4、羰基的氫化還原 5、其它官能團的氫化還原,3、芳香族化合物的氫化還原 各種催化劑氫化還原苯的催化活性順序是：RhRuPtPdNiCo 含易發(fā)生氫解的基團，

9、如芐基與氧或氮等相連時，一般催化劑催化還原時易發(fā)生氫解，如采用Rh、Ru催化劑，在溫和的條件下即可使苯環(huán)優(yōu)先氫化，不發(fā)生氫解反應,芳環(huán)有羥基或氨基取代基，氫化還原可得酮、醇、胺等產(chǎn)物,4、羰基的氫化還原 催化劑及反應條件的不同，產(chǎn)物有醇和氫解成烴,催化條件下，羰基比芳環(huán)易還原，但烯鍵更易還原，只有采用特殊的催化劑,5、其它官能團的氫化還原,7-2-4 催化氫解 催化氫解是催化氫化中一類重要反應。與烯丙基或芐基相連的C-O鍵、C-N鍵易發(fā)生氫解反應。含有C-X，C-S單鍵的化合物也可發(fā)生氫解反應。 芐酯、芐醚、芐胺的芐基可以氫解脫去，芐基可以作為羧基、醇、胺的保護基，芐氧甲?；Ｓ米鞅Ｗo基,7-

10、2-5 均相催化氫化 用可溶性催化劑，使氫化反應在均相溶液中進行，稱為均相催化氫化。均相催化劑中應用較廣的是銠、釕和銥配位催化劑.均相有益提高氫化還原的選擇性，負反應少 過程：氫加成到催化劑，同時脫去一分子三苯基膦配體，隨之，烯烴與含兩個氫原子的配合物配位結合。氫的遷移后生成烴基配合物，氫和烴基脫去，同時一分子三苯基膦配體重新結合到金屬上，回復到原先的催化劑形式,催化劑在常溫、常壓下氫化還原非共軛烯烴，羰基、氰基、硝基、疊氮基等不被還原,此催化劑不發(fā)生氫解反應。,催化劑不發(fā)生氫解反應,7-3 可溶性金屬還原反應,可溶性金屬是一類有效還原劑，可以還原多種不飽和化合物。可溶性金屬還原法是由金屬表面

11、的電子或溶解的金屬的電子轉移到被還原的反應物的單電子轉移過程，溶劑作為質(zhì)子源提供質(zhì)子，常用的金屬是：鋰、鈉、鈣、鎂等。常用做質(zhì)子源的溶劑是醇、乙酸、胺。,7-3 可溶性金屬還原反應,7-3-1 羰基化合物的還原 7-3-2 還原裂解反應 7-3-3 炔烴還原 7-3-4 共軛體系的還原,7-3-1 羰基化合物的還原 原理：,可溶性金屬還原酮具有良好的立體選擇性，優(yōu)先生成熱力學穩(wěn)定的醇,7-3-2 還原裂解反應 可溶性金屬可用于還原裂解反應，尤其是切斷芐基-氧基或芐基-氮鍵，這是催化氫解的一種替代方法。芐基及烯丙基的鹵化物、醚、酯均可被可溶性還原劑還原裂解,有機鹵化物用可溶性金屬試劑可以進行還原脫鹵。通常采用鎂、鋅在質(zhì)子性溶劑中進行,7-3-3 炔烴還原 金屬還原的一個基本用途是還原非末端炔烴成烯烴。反應具有高度的立體選擇性，主要生成反式烯烴,7-3-4 共軛體系的還原 孤立碳-碳雙鍵由于加成所需較高的能量，不被可溶性金屬還原劑還原。碳-碳雙鍵處在共軛體系，電子加成所形成的中間體可被共軛穩(wěn)定，可以被還原，應用最廣泛的是堿金屬-液氮試劑部分還原芳烴的方法（Birch還原法）,此法由于芳環(huán)取代基團的電負性不同，得到的還原產(chǎn)物雙鍵所處的位置不同 機理：,使用鈣代替堿金屬還原苯甲醚同樣可以得