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第六章第六章 氧化反应氧化反应 Chapter 6 Oxidation ReactionChapter 6 Oxidation Reaction 烃类、醇类、醛、酮的氧化反应 含烯键化合物的氧化反应 芳烃、胺的氧化反应 脱氢反应及其他氧化反应 学习内容 学习要求 掌握烃基、醇与烯键氧化常用的氧化剂与特 点。 熟悉各类氧化剂的应用范围，以及它们对不 同功能基氧化时的异同点。 了解芳烃的氧化、脱氢氧化与其它氧化反应 。 被氧化的物质失去电子或发生部分电子转移的过程 。对于以共价键结合的有机化合物，可将氧化视为碳 原子周围的电子云密度降低的过程。 碳原子氧化数（或氧化态、氧化值）升高的反应。 广义有机氧化反应 氧化反应的定义、分类与应用 狭义有机氧化反应 专指非一价原子上氧原子数增加，氢原子数减少的反应 。 实现氧化的过程大体上可以分为四种方法 化学试剂氧化: 利用化学氧化剂进行的氧化 电解氧化: 利用电解方法进行的氧化 生物催化氧化: 利用微生物进行的氧化 氧气（或空气）催化氧化: 利用催化剂进行的氧化 根据被氧化的原子 ： C-氧化 S-氧化 N-氧化 第一节 烃类的氧化 苄位C-H键的氧化 羰基-位活性C-H键的氧化 烯丙位活性C-H键的氧化 1.氧化生成醛 （1） 铬酐-醋酐（CrO3-Ac2O) 一、苄位C-H键的氧化 氧化苄位甲基形成醛基 常用的氧化剂有铬酐-醋酐、二氯铬酰、 硝酸铈铵 制备：将CrO3溶解在水中，在00C下加入一定量的 浓HCl，并在100C左右滴加硫酸，分层、分离、蒸 馏。收集沸点1170C馏分即为Etards试剂。 （2）二氯铬酰（ Etards试剂） 举例： （3）硝酸铈铵（Ce(NH4)2(NO3)6）， CAN） （反应在酸性介质中进行，不论有几个甲基，最终只氧化一个） 影响因素 1 温度 2 电子效应 常用的氧化剂有Na2Cr2O7、 KMnO4、CrO3和稀硝酸等 Na2Cr2O7则是在酸性介质中使用。 KMnO4一般在碱性或中性介质中使用 直接氧化苄位亚甲基为酮的适宜的氧化剂是CAN(+硝酸)和 Cr(VI)盐催化的过氧化物。 (1) 铬酸： 2.氧化成酸或酮 举例： (2)KMnO4为氧化剂 特点：1 强氧化剂，钾盐比钠盐稳定性好。 2 经济易得，反应条件温和，易操作。 3 能适应不同pH范围，氧化能力因pH不同而异 4 易溶于水，难溶于有机物，在极性小的有机物中 反应受影响，加入相转移催化剂产率大大提高 (3) 硝酸为氧化剂（稀硝酸） 二、羰基-位活性C-H键的氧化 1.形成-羟基酮 氧化羰基位活性烷基可得-羟基酮或-二酮。 LTA或Hg(OAc)2可氧化羰基活性烷基，生成其乙酸酯，水 解得到-羟基酮。 Pb(OAc)4 (LTA) Hg(OAc)2 尽管甲基、亚甲基和次甲基都可被氧化，但BF3的存在可 以提高氧化甲基的选择性。 其反应机理如下： 羰基位活性烷基可被SeO2(或H2SeO3)氧化为-二酮(Riley氧化）。 2.生成1,2-二羰基化合物 举例： 选择合适的氧化剂，烯丙位烷基可被氧化为醇、酯、醛或酮 ，而双键则得以保留，但由于反应多以自由基或碳正离子机理 进行，所以经常发生双键重排。 氧化烯丙位烷基常用的氧化剂有SeO2、CrO3-Py络合物(Collins 试剂)和过氧酸酯等。 三、烯丙位的氧化反应 SeO2可将烯丙位烷基氧化为醇，反应机理与其氧化羰基位烷基的机 理类似 1. SeO2/H2O/HOAc 有以下几种情况 (a)当有多个烯丙位时，优先氧化取代基多的一侧的烯丙位 (b) 在满足（a）原则下，氧化顺序是CH2CH3 CHR2 (c) 当上述两规则有矛盾时，一般遵循规则a (d) 环内双键，在(b)前提下优先氧化环上的烯丙位 2.铬酐-吡啶（分子内盐） (Collins试剂（CrO3.2Py /CH2Cl2) 3.有机过酸酯 （引入酰氧基后水解） 一 、伯、仲醇被氧化成醛、酮 第二节 醇的氧化 （1 ）铬酸(H2CrO4)为氧化剂 1.用铬化合物氧化 甾体环上位阻大的OH反而易被氧化。因为脱氢是控制反应速率的步骤 （26.72gCrO3溶于23ml浓硫酸中，然后以水稀释至100毫升） （2）Jones氧化法(CrO3-H2SO4-丙酮) 特点：1 酸性 2 选择性氧化仲醇，不影响其他敏感基团（醚键、氨 基、不饱和键、酮基、烯丙位碳氢键） （3）铬酐吡啶络合物 Collins试剂：CrO3:Py=1:2 铬酐加到砒啶中 弱碱性 烯丙位、苄位-OH（不改变双键位置） 适合于所有对酸敏感的官能团的醇类氧化 (4) 砒啶氯铬酸盐 （Pyridinium Chlorochromate，PCC) (5) 砒啶重铬酸盐 （Pyridinium Dichromate, PDC) 特点 1 稳定，市场上可以购买； 2酸性不如PCC； 3氧化性比PCC强 4根据溶剂的不同，可以选择性将伯醇氧化为醛或羧酸； 5氧化仲醇时反应速度慢，通常需要加入酸为催化剂（砒啶三氟 乙酸盐或3A MS 不同铬氧化剂的特点和应用 高锰酸钾活性很高，氧化伯醇可得到酸，氧化含-H的仲醇常 导致降解，但氧化不含-H的仲醇可得到相应的酮(反应时加入酸 或镁盐中和生成的碱，也可高收率地获得酮)。 2锰化合物的氧化 （1） KMnO4 （2）活性二氧化锰(MnO2） 二价锰盐（硫酸锰）在碱性溶液中与高锰酸钾反应制得的活 性二氧化锰(MnO2)是,-不饱和醇（即烯丙醇、炔丙醇、 苄醇等）的选择性氧化剂。常用的溶剂有水、苯、石油醚、 氯仿、二氯甲烷、乙醚、丙酮等。 该氧化反应条件温和、选择性好，被广泛用于甾体化合物、生物 碱、维生素A等天然产物的合成。 抗忧郁药盐酸齐美宁（zimeldine Dihydrochloride）的中间体3-吡 啶基-4-溴苯基甲酮 利尿药盐酸西氯他宁（Cietanine Hydrochloride）的中间体4,3-O- 亚异丙基吡哆醛 该氧化剂的区域选择性还表现在当烯丙位羟基和其他羟基共存时， MnO2只氧化烯丙位羟基。 3.二甲基亚砜(DMSO )做氧化剂 将DMSO分子中的氧负离子衍生为更好的离去基团后，再与待氧化的醇 发生亲核取代反应得到烷氧锍盐。该锍盐经消除反应可得醛(酮)。 衍生的方法主要是使之与酸酐或酰氯等反应，如Ac2O、(CF3CO)2O、 SOCl2、(COCl)2和DCC等，其中以三氟乙酸酐和草酰氯为优。此法反 应条件温和，收率较好，应用广泛。 （1）DMSO-DCC法(Pfitznor-Moffat法) 溶DCC于DMSO中，加入待氧化的醇和给质子体，常温下即可反应 。双键、酯、酰胺、叠氮和糖苷键等不受影响。适用于空间障碍 小的伯仲醇的氧化。 立体位阻大的醇不易氧化 （2）DMSO-Ac2O法(Albright-Goldman法) 用Ac2O代替DCC，可避免使用DCC时难于后处理的缺点，也不需要 加给质子体，缺点是对于位阻小的羟基，可发生乙酰化及生成甲硫甲 醚(Pummerer反应)的副反应。 (能氧化选择性差、位阻大的醇) 副反应：甲硫甲醚的生成(Pummerer反应)。 特点： 碳酸银(硝酸银/碳酸钠)氧化条件温和，可氧化伯醇和仲醇。 优先氧化烯丙位羟基，然后是仲醇，位阻大的醇不被氧化。 1,4-、1,5-和1,6-二元伯醇氧化时得内酯。 （1）Ag2CO3为氧化剂 4.其他氧化剂 可待因的氧化 其反应机理据认为是自由基过程。 (2) Oppenauer氧化（奥芬脑尔） 在醇铝或醇钾催化下，在负氢受体(一般为丙酮或环己 酮)存在下，氧化仲醇为酮的方法。 反应机理 醇铝中介的负氢转移 常用于甾醇的氧化，其它基团不受影响。如Finasteride中间体 的合成。 (Oppenauer氧化和H2CrO4氧化均不适合伯醇的氧化) 在氧化仲醇为酮的同时可完成双键在5,4位之间的转位 ，在甾醇氧化中应用十分广泛。 (3) N-卤代酰胺为氧化剂 （NBSN溴代琥珀酰亚胺,NBAN溴代乙酰胺,NCAN-氯代 乙酰胺 二、醇被氧化成羧酸 伯醇深度氧化可得羧酸。铬酸较为常用，也可在碱性条 件下使用高锰酸钾。 仲醇氧化时得到的酮可转化为烯醇式，可在剧烈氧 化时得降解的羧酸。 铬酸还能把苄醇酯直接氧化为羧酸 异丁醇氧化为异丁酸 丙醇氧化为丙酸 三、1，2-二醇的氧化 1 Pb(OAc)4作氧化剂 氧化顺式邻二醇经过环状中间体过程 氧化反应式邻二醇可能为消除过程 2.高碘酸为氧化剂 (HIO42H2O) (H5IO6) 可将邻二叔醇氧化为二酮。通过环状中间体完成 的(顺式异构体反应速率大)。 铬酸氧化伯仲邻二醇时，得相应的邻二酮，而不发生碳碳键断裂。 3.铬酸为氧化剂 第三节 醛、酮的氧化 1.KMnO4为氧化剂 一、 醛的氧化 2. 铬酸为氧化剂 3. 氧化银为氧化剂 4. 有机过酸（氧化芳醛） Dakin反应 二、酮的氧化 Baeyer-Villiger拜尔-维利格 氧化 第四节 含烯键化合物的氧化 （氧化剂：碱性条件下用过氧化氢或者叔丁基过氧化氢，过氧三氟乙酸） 反应机理：亲核加成反应 一、 烯键的环氧化 1. ，-不饱和羰基化合物的环氧化 2 不与羰基共轭的双键的氧化（电核密度高） (1) H2O2 (OH- ，腈）,ROOH/（催化剂为:V、W、Mo、Cr等的配合物） 特点：双键电子云越高，越易氧化 （2）有机过酸为氧化剂 形成的环氧环在位阻小的一侧 电子云密度低的双键用CF3CO3H 环氧键的形成，不改变原来双键的立体构型 当分子中烯键和酮基共存时，过氧酸主要对酮基发生 Baeyer-Villiger氧化，若要选择性环氧化烯键，可使用腈和 碱性过氧化氢氧化剂。该氧化剂属于一个亲电性环氧化试剂， 不和酮基发生Baeyer-Villiger氧化，主要氧化富电子的烯键 。 二 、烯键被氧化成1，2-二醇的反应 烯键氧化成1,2-二醇，即烯键的全羟基化作用，在分子降解 和全合成方面都是十分有用的反应。在这方面可用的试剂较 多，且具有不同的立体化学选择性。 能使烯键氧化成顺式邻二醇的常用氧化剂是KMnO4、四氧化锇 及碘-湿乙酸银。 1. 生成顺式1，2-二醇 (1) KMnO4为氧化剂（13%高锰酸钾水溶液，有机相/水相，pH12 由于锇酸酯不稳定，常加入叔胺（如吡啶）组成配合物，以稳 定锇酸酯，加速反应。 (2) OsO4为氧化剂:（四氧化锇） 在一些刚性分子中，如甾体，锇酸酯一般在位阻小的一面形成 (3) 碘-湿乙酸银Woodward法(I2+RCOOAg+H2O) 2. 氧化成反式1，2-二醇 (1)有机过氧酸（生成 后水解） (2) prevost反应 I2+RCOOAg(无水) 碘和羧羧酸银银在无水条件下可将双键键氧化为为反式邻邻二醇酯酯 ，再经经水解得到反式邻邻二醇。 在无水条件下，碘、羧酸银和双键形成的环内 酯与羧酸加成开环(从环内酯的背面进攻)，得到 反式二醇酯，再水解得到反式邻二醇。 三、烯键断裂氧化 1KMnO4为氧化剂 (pH12 一般712；912 ) 2臭氧为氧化剂 其反应过程包括过氧化物的形成、重排以及还原等步骤(以锌粉还原为例） 通用型氧化剂，反应选择性差。 一、芳烃的氧化开环 第五节 芳烃的氧化反应 1KMnO4为氧化剂（芳稠环，电子云密度高） 2催化氧化O2/V2O5 产物为顺丁烯二酸 二、氧化成醌（自学） 三、芳环的酚羟基化 （自学） SeO2在叔丁醇、芳香烃等溶剂中与酮类化合物发生,-脱氢氧化反应。此类脱 氢反应在甾酮类衍生物中应用较多，例如： 第六节 脱氢反应 一、羰基的,-脱氢反应 （1）SeO2为脱氢剂 链状或环状1,4-二酮类化合物在二氧化硒作用下，脱氢反应发生在两个羰基之间 ，形成共轭的不饱和二酮： 二氧化硒对羰基化合物的,-脱氢和-H氧化成羰基的反应是相互竞争，同时存 在的。反应条件和底物结构影响氧化与脱氢反应的趋势。一般采用含水二噁烷、乙醇 作溶剂时有利于-H的氧化；采用叔丁醇、芳香烃等作溶剂时对,-脱氢有利。 苯醌是最早用于脱氢反应的醌类化合物，但其脱氢能力差。 四氯-1,4-苯醌（氯醌，chloranil）和2,3-二氯-5,6-二氰苯醌（DDQ ）等。 氯醌 DDQ 这些醌类脱氢剂主要用于甾酮的脱氢。雄甾-4-烯-3,17-二酮用DDQ 作脱氢剂，若无其他催化剂，得雄甾-1，4二烯-3,17-二酮（见下例 ）；当有强酸（HCl或PTS）催化时，产物是雄甾-4,6-二烯-3,17-二酮 ： （2） 醌类作氢接受体 3. 有机硒作脱氢剂（自学） 二 、脱氢芳构化 1.催化脱氢 含有一个或两个双键的六元环化合物，常易于脱氢形成芳烃 或芳杂环，芳构化的同时伴有氢或其他基团的消除或分子内 重排，催化剂或脱氢剂可加速芳构化。 醌类化合物也常作为脱氢芳构化试剂，常用脱氢能力较强的DDQ ，较少使用氯醌。醌类对于完全饱和的脂环化合物不起作用，但 只要环中存在一个双键，即可用DDQ等使之脱氢芳构化。如十氢 萘不能与醌类化合物进行脱氢，而八氢萘可用DDQ脱氢成萘。具 有季碳原子的碳环化合物，用醌类化合物脱氢芳构化时，