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1 第七章还原 7 1常用还原方法在有机合成中 较常用的还原方法有 a 催化氢化 b 金属氢化物还原 c 溶解金属还原 2 7 1 1催化氢化催化氢化反应通常是在非均相催化剂的存在下 于氢气环境中通过搅拌振荡化合物的溶液而进行 催化剂主要有 RaneyNi Pt 或附在载体上的Pd和Rh 载体是为了降低催化剂的活性及增大催化剂的比表面 常用C BaSO4 CaSO4等作载体 溶剂有 非极性溶剂 如环己烷等 极性溶剂 如乙酸等 根据压力大小 可分 a 低压氢化 1 4atm 0 100 b 高压氢化 10 100atm 温度可高达300 3 各官能团在催化氢化作用下均有其相对应的产物 例如 返回 4 7 1 2金属氢化物还原某些金属氢化物是氢负离子 H 合成子 的合成等价物 常用金属氢化物还原剂有 金属氢化物还原剂说明1 LiAlH4不能还原ArNO22 LiAlH OC CH3 3 3只能还原醛 酮 生成醇 而RCOCl RCHO3 NaAlH2 OCH2CH2OCH3 2不能还原腈 Red Al 4 NaBH4不能还原羧酸 酰胺 腈 硝基化合物和卤代烃5 NaBH3 CN 只能还原醛 酮和卤代烃6 LiBH4不能还原酰胺 腈 硝基化合物和卤代烃7 AlH3不能还原硝基化合物和卤代烃 5 对 不饱和羰基化合物 AlH3的选择性优于LiAlH4 如 返回 6 7 1 3溶解金属还原溶解金属还原的过程 电子从金属 如Li Na K Mg Ca Zn Sn和Fe等表面转移到反应物上 质子给予体 如水或乙醇等 在电子转移的同时或在以后阶段加入 并生成还原产物 过程表示如下 7 酮还可以进行Clemmensen反应 酮和锌汞齐反应 羰基被还原成亚甲基 还有黄鸣龙反应 等 返回 8 7 2官能团的还原7 2 1烯烃的还原催化加氢为顺式加成 在有位阻的烯烃中 加成发生在位阻较小的一边 产物的位阻较小 例如 在某些情况下 小心地控制反应条件 则可选择性地还原存在于酯 酮甚至醛分子中的双键 例如 9 均相催化剂三 三苯膦基 氯化铑具有高度选择性 还原反式共轭双键 而二酰亚胺HN NH可还原非极性和中等极性的C C双键 但不能还原强极性的C C双键 如 10 7 2 2炔烃的还原炔烃的催化氢化 如使用降低活性的催化剂 如Lindlar催化剂 吸附在BaSO4上的Pd 以喹啉或乙酸铅部分毒化 可使氢化停留在顺式烯烃阶段 用LiAlH4可把 羟基炔还原成反式烯丙基醇 如 11 非末端炔烃在液氨中使用Na或Li 经溶解金属还原过程 可得反式烯烃 例如 12 7 2 3醛和酮的还原根据还原剂 催化剂和反应条件的不同 可将醛或酮成不同的产物 1 还原成醇 2 还原成连二醇 3 酮还原成亚甲基 Clemmensen反应 13 1 醛和酮还原成醇醛和酮可通过催化氢化 金属氢化物 溶解金属和异丙醇铝等方法还原成醇 当在还有其他可被还原的基团存在下还原羰基时 异丙醇铝 只能还原醛酮 作还原剂具有较强的选择性 例如 14 实例 对羰基的还原 CH3 2CHOH Al2O3亦是选择性很高的还原剂 其特点 可把 不饱和醛还原成烯丙醇类 酮基在高温下被还原成亚甲基 NO2 CN和卤素不被还原 15 例如 返回 16 2 醛和酮还原成连二醇醛和酮经溶解金属还原 生成连二醇 例如 除Mg外 可用的金属还有Zn和Al 返回 17 3 酮羰基经锌汞齐还原 生成亚甲基 Clemmensen反应 例如 18 改进方法 用肼 碱性条件代替金属汞齐 酸性条件 Wolff Kishner Huangminglongreaction 醛 酮和肼在强碱性条件下反应 羰基被还原成亚甲基 其特点 应用范围广 原料经济 副反应少 产率高 不影响碳碳重键 常压反应 返回 19 7 2 4羧酸及其衍生物的还原羧酸 酰胺和酯对催化氢化是惰性的 如乙酸乙酯和乙酸常用作低压催化氢化时的溶剂 酯容易被氢化铝锂和溶解金属还原成醇 生成2个分子的醇 经偶姻反应生成 羟基酮 羧酸被氢化铝锂还原成伯醇 需特别提到的是 羧酸衍生物可还原成醛 例如 酰氯在低活性催化剂存在下还原成醛 20 如要将叔酰胺还原成醛 可用三乙氧基氢化铝锂作还原剂 例如 苯基酯则可用三叔丁氧基氢化铝锂将其还原成醛 21 乙基酯在低温下与二异丁基氢化铝锂作用生成醛 22 7 2 5腈的还原腈经催化氢化或氢化铝锂还原 转化为伯胺 还原的中间体是亚胺 亚胺经水解可生成醛 23 例如 24 7 2 6亚胺和肟的还原醛 酮与氨 伯胺 或硝基化合物一起 经催化氢化还原成胺 例如 25 肟的还原也生成胺 例如 26 7 3其它一些化合物的还原7 3 1碳 杂原子键的还原断裂碳 杂单键经催化氢化还原断裂通常称为氢解 卤化物氢解难易 难 芳基卤化物 乙烯基卤化物 烷基卤化物 烯丙基卤化物 苄基卤化物 易 而当烃基相同时 则 难 F Cl Br I 易 极性溶剂和碱性条件有利于氢解 例如 27 氰基硼氢化钠和有机锡氢化物对氢解碳 卤键有较强选择性 氰基硼氢化钠除碳 卤键外 仅还原很少基团 因此 它几乎是一个专一性试剂 例如 氰基硼氢化钠能为将伯醇转变为烃提供了一个有效途径 28 而有机锡氢化物则按自由基过程使卤代芳烃的碳 卤键断裂 例如 注 氢化铝不能对碳 卤键进行氢解 例如 LiAlH4和NaBH4均可使伯 仲卤代烷还原为烃 但分子中其它官能团往往也受到影响 29 7 3 2环氧化物的还原开环根据还原剂 反应条件的不同 环氧化物还原开环的产物有所不同 主要有 1 酸性溶液中 Pt作催化剂 氢解所得到的是取代较少的醇 例如 30 2 中性介质中 Pd作催化剂 氢解所得到的是取代较多的醇 例如 3 高温高压 RaneyNi作催化剂 中性溶液中 取代较少的醇占优 碱性溶液中 取代较多的醇占优 例如 31 4 任何条件下 对1 芳基 1 2 环氧化物而言 还原所得羟基靠近R 例如 而用LiAlH4作还原剂 通常得到取代较多的醇 32 7 3 3 不饱和羰基化合物的还原在 不饱和羰基化合物中 该碳 碳双键比羰基双键 孤立碳 碳双键或腈更易被氢化 例如 在碱性介质中 与羰基共轭的双键的氢化优先于孤立的双键 33 如果用二异丁基氢化铝作还原剂 则羰基被还原成羟基 而碳 碳双键保留 例如 用AlH3 NaBH4作还原剂有相同的效果 亚铬盐 氨 CrII NH3 则还原C C双键而保留C O双键 例如 34 不饱和酮还原成烯 通常是经二硫缩酮被RaneyNi脱硫而实现 例如 用AlH3 NaBH4作还原剂亦可 35 7 3 4共轭二烯的还原溶解金属还原1 3 二烯可导致1 4 加成 得到顺式和反式混合产物 例如 而共轭二烯使用Ni Pt或Pd等作催化剂氢化时 则完全氢化生成烷烃 36 7 3 5芳香化合物的还原苯型化合物的催化氢化通常需要高压条件 但在此条件下 其它基团比如烯的双键和羰基也会被还原 苯型化合物较有合成意义的还原反应 使用液氨中的锂或钠的溶解金属反应 Birch反应 还原产物是环己 1 4二烯类化合物 因反应的中间体是碳负离子自由基 故吸电子取代基的存在可促进反应进行 而供电子取代基则不利于反应 有吸电子取代基 还原发生在有取代基的碳上 有供电子取代基 还原发生在该取代基的邻位碳上 37 有吸电子取代基 还原发生在有取代基的碳上 38 有供电子取代基 还原发生在该取代基的邻位碳上 39 而杂环芳香烃 则还原产物较复杂 例如 40 41 雷氏镍用于加氢还原的催化剂 由雷奈 M Raney 首先制成 灰黑色粉末或海绵状物 具有活性较高的催化效