第七章氧化反应

1、第七章 氧化反应第一节、概第一节、概 述述定义定义: 狭义，加氧去氢狭义，加氧去氢 广义：广义：失去电子或电子转移，使失去电子或电子转移，使c上电子云降低上电子云降低无机化学中：无机化学中：有机化学中：有机化学中：无明显的电子得失无明显的电子得失一、概念一、概念广义的氧化反应：广义的氧化反应：氧化数升高的反应氧化数升高的反应狭义的氧化反应：狭义的氧化反应：得到氧或失去氢的反应得到氧或失去氢的反应得氧得氧失氢失氢 二、氧化反应类型二、氧化反应类型 化学氧化反应化学氧化反应: : 在化学氧化剂的直接作用完成的氧化反应。在化学氧化剂的直接作用完成的氧化反应。 化学氧化剂化学氧化剂: : 无机氧化剂无

2、机氧化剂 (kmno(kmno4 4,k,k2 2crcr2 2o o7 7,h,h2 2o o2 2等等) ) 有机氧化剂有机氧化剂( (异丙醇铝异丙醇铝, ,四醋酸铝四醋酸铝, ,过酸等过酸等) ) 催化氧化：催化氧化： 在催化剂存在下在催化剂存在下, ,使用空气或氧气实现的氧化使用空气或氧气实现的氧化反应。反应。生物氧化：生物氧化： 在微生物作用下进行的氧化反应在微生物作用下进行的氧化反应 。 ch3o2nna2cr2o7,h2so4140度，30mincooh (86.5%)o2nnch3kmno4,h2o80-90度hclncooh(81-91%)三、氧化反应在药物合成中的应用三、氧

3、化反应在药物合成中的应用 通过氧化反应通过氧化反应, ,可以合成很多药物中间体及药物可以合成很多药物中间体及药物, ,氧化反应在药物合成中应用广泛。氧化反应在药物合成中应用广泛。（局麻药普鲁卡因procaine中间体）（维生素类药烟酸nicotinicacid）第二节第二节 常用无机氧化剂常用无机氧化剂一一 、 锰化合物锰化合物( (一一) )、(kmno(kmno4 4) )高锰酸盐高锰酸盐强氧化剂强氧化剂 常用常用kmnokmno4 4, ,氧化范围广泛氧化范围广泛, ,且可在酸性且可在酸性, ,碱性碱性, ,及中性介及中性介质中作用质中作用, ,介质不同介质不同, ,氧化能力不同氧化能力

4、不同, ,以酸性条件下氧化能力以酸性条件下氧化能力最强。但最强。但kmnokmno4 4的氧化反应常在碱性或中性条件下进行的氧化反应常在碱性或中性条件下进行( (因因酸性介质中酸性介质中, ,可选用可选用mnomno2 2, ,或或kcrkcr2 2o o7 7, ,反应易控制反应易控制, ,而且更经而且更经济济),),反应为：反应为： 2kmno4 + h2o 2 mno2 + 2koh + 3o 1. 1.烯烃的氧化烯烃的氧化烯烃ccrrhrkmno4(冷或热）kmno4,h(热或浓）ccoh ohco + rrrcoho（可用于药物合成中）kmnokmno4 4可氧化可氧化: : 烯烃烯

5、烃, ,醇醇, ,醛醛, ,酮酮, ,芳烃侧链及稠环的裂化氧化。芳烃侧链及稠环的裂化氧化。 适合于不饱和酸的全羟基化，得顺式适合于不饱和酸的全羟基化，得顺式1 1，2-2-二醇二醇，收率高。，收率高。 反应反应a a介质介质, ,可用丙酮可用丙酮, ,中性水溶液中性水溶液, ,硫酸镁溶液硫酸镁溶液, ,乙醇溶液乙醇溶液以及碱性水溶液。以及碱性水溶液。 egeg： 醋酸去炎松醋酸去炎松12345678910kmno4,h2o,hgso4ohohohohchoofch2oacokmno4,ch3coch3,hcooh0度以下choofch2oacoohoh(90%)2.2.醇的氧化醇的氧化 rch

6、2ohchohrrcohrrrkmno4roohcorr不氧化羧酸在碱性条件下，高锰酸钾氧化伯醇成酸，产品单一。在碱性条件下，高锰酸钾氧化伯醇成酸，产品单一。高锰酸钾氧化仲醇成酮，酮经烯醇化可进一步氧化成高锰酸钾氧化仲醇成酮，酮经烯醇化可进一步氧化成羧酸的混合物，羧酸的混合物， 镇静催眠药溴米索伐镇静催眠药溴米索伐中间体中间体 抗菌药羧苄青霉素抗菌药羧苄青霉素中间体中间体chch2ch2ohh3ch3ckmno450-70度chch2cookh3ch3c h2so4 ph 2-3chch2coohh3ch3cch3ch2chch2ohch2ch3kmno4,h2o,naoh20-40度ch3c

7、h2coonach2ch3ch3ch2coohch2ch3 仲醇氧化成羧酸产物复杂仲醇氧化成羧酸产物复杂, ,无合成价值。只有当氧化产物无合成价值。只有当氧化产物酮的羰基酮的羰基-上无上无h h时时, ,才可得高收率酮才可得高收率酮 。 egeg：4-吡啶基苯基甲醇吡啶基苯基甲醇 4-苯甲酰基吡啶苯甲酰基吡啶 加羧酸或镁盐以除去反应中生成的碱加羧酸或镁盐以除去反应中生成的碱, ,也可得高收率酮。也可得高收率酮。egeg：chohnkmno4conchch3chch3ohohkmno4,mg(no3)2cch3cch3oo(66%)3.3.醛、酮的氧化醛、酮的氧化 醛醛 羧酸羧酸 酮一般不易被氧

8、化酮一般不易被氧化, ,在强氧化条件下在强氧化条件下, ,发生发生c-cc-c断裂生成断裂生成羧酸羧酸, ,少有合成价值。某些结构的环酮氧化断裂时少有合成价值。某些结构的环酮氧化断裂时, ,只生成只生成一种产物一种产物, ,可用于合成可用于合成 。okmno4,hch2coohch2ch2cooh4.4.芳烃芳烃抗疟疾药米帕林中间体抗疟疾药米帕林中间体 局麻药甲呱卡因中间体局麻药甲呱卡因中间体 若分子内含有酚羧基和氨基若分子内含有酚羧基和氨基, ,不能采用不能采用kmnokmno4 4氧化氧化, ,因为这些因为这些基团易于氧化基团易于氧化 。ch3clclkmno4,py70度，5hhclco

9、ohclclnch3kmno4,h2o70-90度hclncooh芳烃侧链无论链多长芳烃侧链无论链多长, ,只要有只要有a-h a-h 存在存在, ,氧化后得到氧化后得到苯甲苯甲酸类化合物酸类化合物, ,药物合成中常用。药物合成中常用。eg：5.5.稠环化合物的氧化稠环化合物的氧化稠环化合物经稠环化合物经 kmnokmno4 4氧化氧化, ,部分芳环开环部分芳环开环 。（氧化发生在（氧化发生在e密度比较高的环上）密度比较高的环上） no2kmno4,h2ono2coohcoohch3kmno4oh-coohcooh以上两个反应中杂环稳定以上两个反应中杂环稳定 nphkmno4,naohnphc

10、oohcoohnnkmno4,h2onncoohcooh( (二二) )、二氧化锰、二氧化锰该反应条件该反应条件温和温和，常在，常在室温室温下进行。下进行。常用的溶剂有水、苯、石油醚、氯仿、二氯甲烷、乙醚、丙常用的溶剂有水、苯、石油醚、氯仿、二氯甲烷、乙醚、丙酮等。反应时，将活性酮等。反应时，将活性mnomno2 2悬浮于溶液中，加入要氧化的醇，悬浮于溶液中，加入要氧化的醇，室温下搅拌，过滤，浓缩即可。室温下搅拌，过滤，浓缩即可。1 1）活性）活性mno2氧化不饱和醇成不饱和醛、酮，氧化不饱和醇成不饱和醛、酮，伯醇氧化成醛伯醇氧化成醛，仲醇氧化成酮仲醇氧化成酮，氧化时双键构型不受影响，氧化时双

11、键构型不受影响。ch3chcch3chch3ohmno2 c5h1225oc,12hch3chcch3coch3chomno2 , c5h12ohch225oc ,7d2 2）二氧化锰和硫酸的混合物）二氧化锰和硫酸的混合物氧化性温和，可用水为溶剂。氧化性温和，可用水为溶剂。ch3mno2+ h2so4cho芳烃侧链。氧化生成醛。芳烃侧链。氧化生成醛。芳胺。氧化成醌。芳胺。氧化成醌。nh2mno2+ h2so4ch3ooch3二、铬化合物二、铬化合物两种形式两种形式: :重铬酸盐和三氧化铬重铬酸盐和三氧化铬( (铬解铬解) ) (na (na2 2crcr2 2o o7 7在水中溶解度比在水中溶

12、解度比k k2 2crcr2 2o o7 7 大大, ,较常用较常用) ) 氧化反应氧化反应: : na2cr2o7 + 4h2so4 na2so4 + cr2(so4)3 + 4h2o + 3o三氧化铬的制备三氧化铬的制备: : na2cr2o7 + h2so4 na2so4 + 4h2o + cro3（一）、铬酸（一）、铬酸强氧化剂强氧化剂 氧化形式有氧化形式有: na: na2 2crcr2 2o o7 7-h-h2 2soso4 4-h-h2 2o o ； crocro3 3-h-h2 2o-ho-h2 2soso4 4 有时加入有时加入hac hac 助铬酐解聚助铬酐解聚 铬酸氧化剂

13、显橘红色铬酸氧化剂显橘红色, ,氧化后变为氧化后变为crcr3+3+显绿色显绿色, ,由此控制由此控制 反应反应, ,判断终点。判断终点。1 1、醇的氧化、醇的氧化铬酸氧化仲醇生成酮比由伯醇制备醛铬酸氧化仲醇生成酮比由伯醇制备醛的收率好，尤其适用的收率好，尤其适用于一些水溶度较小的酮的制备；若加入于一些水溶度较小的酮的制备；若加入mnmn2+2+，则可以减少，则可以减少副反应，收率更好。副反应，收率更好。伯醇生酸，仲醇生酮。伯醇生酸，仲醇生酮。eg：ohna2cr2o7,h2so4,h2o55度o（83-85%）chc6h13ch3ohna2cr2o7,h2so4,h2o100度chc6h13

14、ch3o（92-96%） 若醇分子中存在由易氧化基团若醇分子中存在由易氧化基团, ,铬酸氧化采用琼斯改良方法铬酸氧化采用琼斯改良方法 ( (琼斯试剂琼斯试剂, ,即即26.7gcro26.7gcro3 3 溶于溶于 23ml23ml浓浓h h2 2soso4 4 中中, ,加水稀释到加水稀释到100 ml)100 ml)将琼斯试剂在将琼斯试剂在0 02020度滴加到被氧化醇的丙酮溶液中度滴加到被氧化醇的丙酮溶液中进行氧化进行氧化 琼斯试剂的特点琼斯试剂的特点: :有选择性有选择性, ,反应缓和反应缓和, ,分子中的分子中的不受影响不受影响, ,反应迅速反应迅速, ,收率好收率好, , cccc

15、chh3cohcoch3cro3,h2so4,h2och3coch3ch3ccoch3o(97%)eg：h3cohh3ch3ccro3,h2so4,h2o,ch3coch3h3coh3ch3c（79%）hococh3cro3,h2so4,h2o,ch3coch30-20度ococh3（89%）2 2、醛的氧化、醛的氧化 醛易被铬酸氧化为醛易被铬酸氧化为rcooh ,rcooh ,一般不作为合成方法一般不作为合成方法, ,仅用于少数制备。仅用于少数制备。 egeg： （90%90%） 消炎镇痛药布洛芬消炎镇痛药布洛芬ochona2cr2o7,h2so4,h2o100度ocooh（75%）chch

16、och2ch3chch3ch3na2cr2o7,h2so4,h2ochcoohch2ch3chch3ch33 3、芳烃侧链的氧化、芳烃侧链的氧化ch3o2nna2cr2o7,h2so4,h2ocooho2n(82-87%)c8h17cro3,hoac,h2so4,h2ocooh不论芳核侧链有多长，氧化都发生在不论芳核侧链有多长，氧化都发生在苄位碳氢键苄位碳氢键上。上。 若芳烃上有若芳烃上有-oh -oh 或或-nh-nh2 2 , ,须加保护须加保护, ,否则会氧化为醌类。否则会氧化为醌类。 egeg： 若环上存在两个若环上存在两个-oh -oh 或或-nh-nh2 2, ,则芳环比侧链更容易

17、氧化。则芳环比侧链更容易氧化。na2cr2o7,h2so4,h2onh2ch3och3och3ch3nh2.hclnh2.hclch3na2cr2o7,h2so4 30度ch3ch3oo4 4、多环芳烃的氧化、多环芳烃的氧化nh2ohna2cr2o7,h2so4h2o,40-45度oocro3,hac,h2ort 过夜oo(二二) 三氧化铬三氧化铬吡啶络合物吡啶络合物 沙瑞特试剂沙瑞特试剂:1:1份份crocro3 3 缓慢加入缓慢加入1010份吡啶中份吡啶中( (次序不能颠次序不能颠倒倒, ,否则引起燃烧否则引起燃烧),),升温至升温至3030度度, ,得黄色络合物得黄色络合物. . 康福思

18、改进方法康福思改进方法: : 先将先将crocro3 3 溶于水溶于水(1:1),(1:1),逐渐将逐渐将crocro3 3 水溶液加至水溶液加至1010分量的吡啶中分量的吡啶中, ,搅拌并冰冻冷却搅拌并冰冻冷却.(.(减少了制备减少了制备sarret sarret 试剂的潜在危险试剂的潜在危险) ) 应用应用: : 用于对酸敏感的底物的氧化用于对酸敏感的底物的氧化, ,能将能将1 1度度,2,2度度 醇及醇及烯丙位亚甲基氧化为醛或酮烯丙位亚甲基氧化为醛或酮, ,对分子中存在的对分子中存在的c = c , c = c , 缩醛缩醛, ,缩酮缩酮, ,环氧基和硫醚无影响环氧基和硫醚无影响. .1

19、.1.苄醇的苄醇的-ch2oh氧化为氧化为醛基醛基2.2.,不饱和醇及烯位亚甲基氧化为不饱和醇及烯位亚甲基氧化为rcho 或或酮酮, ,双键不双键不受影响受影响 chchch2ohcro3,pyrtchchcho (81%)cro3,pyo(60%)ch2ohcro3,pycho (63%)3. 3. 羰基羰基-co-, ,分子内同时存在的对羧敏感的基团分子内同时存在的对羧敏感的基团( (环氧基等环氧基等) ) 无影响无影响ohococh3oococh3cro3py三、过氧化物氧化剂三、过氧化物氧化剂 过氧化氢俗称双氧水，是一种环合型的氧化剂。过氧化氢俗称双氧水，是一种环合型的氧化剂。（1 1

20、）烯烃环氧化：）烯烃环氧化：碱性碱性条件下选择性氧化条件下选择性氧化,- -不饱和醛和酮的不饱和醛和酮的双键生成环氧化物双键生成环氧化物制备环氧化物制备环氧化物的常用方法。的常用方法。hoooc c cohooccchooc c c o 如异佛尔酮在如异佛尔酮在naoh甲醇溶液中与甲醇溶液中与h2o2作用，生成异佛尔作用，生成异佛尔酮环氧化合物。酮环氧化合物。ococh3ch3ch3h2o2/naoh/ch3oh1520och3ch3ch3o(3)过氧化氢在过氧化氢在酸性酸性条件下烯烃的二羟基化：生成反式邻二醇条件下烯烃的二羟基化：生成反式邻二醇 ccoocchhch3coocchoch3co

21、oh2oohcchoohocohh2o2h+/roohoh-h2oohoh(2)(2)氧化芳香醛、酮氧化芳香醛、酮 在芳香醛中，当羰基的邻、对位有羟基等供电子基团时，在芳香醛中，当羰基的邻、对位有羟基等供电子基团时，与碱性溶液的与碱性溶液的h2o2反应，醛基经甲酸酯阶段，最后转化成反应，醛基经甲酸酯阶段，最后转化成羟基羟基的反应。的反应。ohohohohchoc6h5coohocho第三节第三节 有机氧化剂有机氧化剂一一. . 欧芬脑尔氧化反应欧芬脑尔氧化反应 1 1。或或2 2。醇在异丙醇铝醇在异丙醇铝( (或叔丁醇铝或叔丁醇铝) )的催化下的催化下, ,用过量酮用过量酮( (丙酮或环己酮丙

22、酮或环己酮) )作为氢的接受体作为氢的接受体, ,可被氧化成相应的羰基化合可被氧化成相应的羰基化合物物, ,称为欧芬脑尔氧化反应称为欧芬脑尔氧化反应. .该反应有良好的选择性该反应有良好的选择性, ,仅将醇氧化成醛或酮仅将醇氧化成醛或酮, ,而对而对 ，-x -x 无影响无影响. . chohr1r2coch3ch3+aloch(ch3)23chor1r2choch3ch3+cc（一）反应条件（一）反应条件该反应为可逆反应该反应为可逆反应, ,逆反应为逆反应为mearweinponndorfverley 还原反应还原反应. . 加过量酮加过量酮(1:20)(1:20)使反应右移使反应右移, ,

23、在无水条件下进行在无水条件下进行, ,以避免异丙以避免异丙醇铝水解醇铝水解; ;为提高反应温度为提高反应温度, ,选用苯或甲苯做为溶剂。选用苯或甲苯做为溶剂。（二）应用（二）应用1 1、 2 2。醇的氧化醇的氧化，-不饱和醇氧化成不饱和醇氧化成 ，不饱和酮不饱和酮, ,分子中其他分子中其他ohoh 也可被氧化。也可被氧化。孕甾烯醇酮孕甾烯醇酮 黄体酮黄体酮hocoh3caloch(ch3)23 tol,0.5h 回流coh3cohoohch3aloch(ch3)23110-120度，1.5hoohch3hoc6h5ohaloch(ch3)23 回流c6h5oo 甲基雄烯二醇甲基雄烯二醇 甲基睾

24、丸素甲基睾丸素 rcooohrcooho(ch3co)2o + h2o2hch3co3h + ch3cooh 过氧乙酸2、 1。醇的氧化二. 有机过氧酸 rcooh含过氧键含过氧键( (o oo o ), ),酸性比相应的有机酸弱酸性比相应的有机酸弱, ,因酸位成环因酸位成环, ,难电离难电离. . 过酸不稳定过酸不稳定, ,久置易分解久置易分解, ,故常新鲜制备故常新鲜制备, ,多由相应酸或酸酐经多由相应酸或酸酐经h h2 2o o2 2 氧化而得氧化而得 hcooh + h2o2hhco3h + h2o过氧甲酸(cf3co)2o + 2h2o22cf3co3 + h2o三氟过氧乙酸cooh

25、+ h2o2ch3so3hco3h+ h2o过氧苯甲酸cho+ o2co3hccrco3hccohrcoohccohocorhccohohcoohcoohcoohclcooh1 1、烯烃得环氧化、烯烃得环氧化酸性强的过酸酸性强的过酸, ,如如cfcf3 3cooh cooh 和和hcooh hcooh 等等, ,直接得到邻二醇直接得到邻二醇2. 2. 烯烃的邻二羟基化烯烃的邻二羟基化 同上同上3. 3. 酮的氧化酮的氧化 （baeyerbaeyervilligervilliger反应）反应）等反应后得环氧化合物等反应后得环氧化合物pb3o4 + 8hoacpb(oac)4 + 2pb(oac)2 + 4h2o4ac2o + 4h2o8hoac三. 四