第六章氧化反应-1ppt课件

1、有机合成有机合成 主讲人：南光明主讲人：南光明第六章第六章 氧化反应氧化反应氧化反应是有机合成的一类常用的重要反应。有氧化反应是有机合成的一类常用的重要反应。有机化学中氧化反应常定义为加氧反应或脱氢反机化学中氧化反应常定义为加氧反应或脱氢反应应6-1 醇的氧化醇的氧化6-2 碳碳-碳双键氧化反应碳双键氧化反应6-3 碳碳-碳键断裂氧化碳键断裂氧化6-4 碳碳-氢键的氧化氢键的氧化6-1 醇的氧化醇的氧化 醇经氧化可生成羰基化合物，生成的产物醇经氧化可生成羰基化合物，生成的产物取决于醇的结构、所用的氧化剂及氧化反取决于醇的结构、所用的氧化剂及氧化反应条件。一级醇经过温和氧化成醛，醛进应条件。一级

2、醇经过温和氧化成醛，醛进一步氧化成羧酸。二级醇可氧化成酮，如一步氧化成羧酸。二级醇可氧化成酮，如果剧烈氧化可发生碳果剧烈氧化可发生碳-碳键的断裂生成两分碳键的断裂生成两分子羧酸子羧酸6-1-1 铬氧化剂铬氧化剂 铬氧化剂是一类具有多种性能的六价铬试铬氧化剂是一类具有多种性能的六价铬试剂，几乎可以氧化所有可被氧化的基团，剂，几乎可以氧化所有可被氧化的基团，通常可以控制氧化条件使主要生成一种产通常可以控制氧化条件使主要生成一种产物。在氧化过程中，如醇的氧化，铬由六物。在氧化过程中，如醇的氧化，铬由六价被还原为四价。价被还原为四价。 常用的铬氧化剂有三氧化铬和重铬酸盐。常用的铬氧化剂有三氧化铬和重铬

3、酸盐。 铬酸在有机合成中的重要用途是醇的氧化。铬酸在有机合成中的重要用途是醇的氧化。 机理：铬酸与醇首先形成酯，醇的羟基同碳上的氢失机理：铬酸与醇首先形成酯，醇的羟基同碳上的氢失去，同时铬氧键断裂生成酮去，同时铬氧键断裂生成酮RRHOHH2CrO4RRHO CrOOHORROHHH2CrO4RRHO CrOOOHH2ORRO + HCrO3+ H3O醇的空间位阻对铬酸氧化醇的速率的影响：醇的空间位阻对铬酸氧化醇的速率的影响：t-BuHOHHat-BuHHbOH3:1HOHHaHHbOHHHBu-tBu-t5:1 铬酸氧化剂特点：氧化能力强、反应是在酸性铬酸氧化剂特点：氧化能力强、反应是在酸性条

4、件下。不适用对酸敏感的基团醚、缩醛等条件下。不适用对酸敏感的基团醚、缩醛等和易氧化基团烯基、硫醚基、酚羟基、氨基和易氧化基团烯基、硫醚基、酚羟基、氨基等的醇类，一些极易被过度氧化的醇也不适等的醇类，一些极易被过度氧化的醇也不适用铬酸的氧化。用铬酸的氧化。PhROHCr()PhOR+PhOH+ ROH 伯醇用铬酸氧化成醛，随之被氧化成酸，采伯醇用铬酸氧化成醛，随之被氧化成酸，采用随时蒸出的方法。用随时蒸出的方法。 Jones reagent：对于铬酸酸性敏感的或其：对于铬酸酸性敏感的或其他易氧化基团的醇，采用此试剂三氧化铬他易氧化基团的醇，采用此试剂三氧化铬-稀硫酸稀硫酸-丙酮）丙酮）CrO3,

5、 acetone/H2O稀H2SO4, 15-20deO Sarett reagent:三氧化铬与双吡啶形成的三氧化铬与双吡啶形成的配合物，可使一级醇氧化成醛，二级醇氧化配合物，可使一级醇氧化成醛，二级醇氧化成酮，产率很高，因是在吡啶这种碱性条件成酮，产率很高，因是在吡啶这种碱性条件下的反应，双键、缩醛等敏感基团不受影响。下的反应，双键、缩醛等敏感基团不受影响。R-CC-CH2OHCrO3-Py2/CH2Cl2R-CC-CHO6-1-2 二氧化锰二氧化锰 二氧化锰在中性条件下将醇氧化成醛或酮。新制二氧化锰在中性条件下将醇氧化成醛或酮。新制的二氧化锰可将的二氧化锰可将-碳上为不饱和键的一级、二级

6、碳上为不饱和键的一级、二级醇氧化成相应的醛、酮，不饱和双键不受影响，醇氧化成相应的醛、酮，不饱和双键不受影响，用二氧化锰氧化剂，烯丙醇、苄醇比饱和醇容易用二氧化锰氧化剂，烯丙醇、苄醇比饱和醇容易氧化，伯醇比仲醇易氧化，利用这一活性差异，氧化，伯醇比仲醇易氧化，利用这一活性差异，可以进行选择性氧化可以进行选择性氧化OHMnO2CHOHOHO6-1-3 二甲亚砜二甲亚砜 二甲亚砜与二甲亚砜与-卤代酮加热反应可生成卤代酮加热反应可生成-羰基醛。羰基醛。氧化反应可能机理如下：氧化反应可能机理如下：S ORRXSORRH:BRRO +S+ HBOBrDMSO, 100deOHOOHDMSO, reflu

7、xOMoffatt氧化反应氧化反应 在活化剂在活化剂DCC存在下，二甲亚砜氧化醇成存在下，二甲亚砜氧化醇成酮。（其它活化剂有乙酐、五氧化二磷、酮。（其它活化剂有乙酐、五氧化二磷、三氧化硫等）三氧化硫等）OHODMSO, DCCH3PO4OONCN6-1-4 高碘酸酯高碘酸酯 是一类在中性条件下氧化醇成醛酮的氧化是一类在中性条件下氧化醇成醛酮的氧化剂，尤其适用对酸、热不稳定的化合物的剂，尤其适用对酸、热不稳定的化合物的氧化。由邻碘苯甲酸与溴酸钾在硫酸中反氧化。由邻碘苯甲酸与溴酸钾在硫酸中反应，再经过与乙酸应，再经过与乙酸/乙酸酐在乙酸酐在100加热反加热反应制备。该试剂在室温条件下即可将醇氧应制

8、备。该试剂在室温条件下即可将醇氧化成相应的醛酮。化成相应的醛酮。ICOOHKBrO3H2SO4OIHOOOAc2O, AcOH100deOICAOOACOOAcOICAOOOOAcOH高碘酸酯CH2Cl2O6-1-5 Oppenauer 氧化氧化 在温和条件下，在丙酮中用烷氧基铝异在温和条件下，在丙酮中用烷氧基铝异丙基铝将伯醇或仲醇氧化成醛或酮的反丙基铝将伯醇或仲醇氧化成醛或酮的反应。醇和酮之间发生氢的转移，双键或其应。醇和酮之间发生氢的转移，双键或其它对酸不稳定的基团利用此反应它对酸不稳定的基团利用此反应OHAl(OPri)3acetone/benzeneO此反应的局限性在于当碳此反应的局限

9、性在于当碳-碳双键与所生成的羰基不是碳双键与所生成的羰基不是共轭状态时，会发生双键的迁移，得到共轭的不饱和酮共轭状态时，会发生双键的迁移，得到共轭的不饱和酮6-1-6 其它氧化剂其它氧化剂 铂催化氧化反应：用铂催化剂和氧进行催铂催化氧化反应：用铂催化剂和氧进行催化氧化是在温和条件下氧化伯醇或仲醇的化氧化是在温和条件下氧化伯醇或仲醇的一种有效方法。氧化伯醇时，可以根据产一种有效方法。氧化伯醇时，可以根据产物来控制反应条件，双键不受催化氧化反物来控制反应条件，双键不受催化氧化反应的影响。应的影响。RCH2OHO2/Pt0.5 hO2/Pt2 hRCHORCOOH 三苯基碳酸铋氧化：在温和的条件下可

10、以选三苯基碳酸铋氧化：在温和的条件下可以选择性地将伯醇或仲醇氧化成醛或酮，其它官择性地将伯醇或仲醇氧化成醛或酮，其它官能团如巯基、氨基等不受影响。试剂尤其适能团如巯基、氨基等不受影响。试剂尤其适用氧化烯丙醇或苄醇成羰基化合物。用氧化烯丙醇或苄醇成羰基化合物。RC=CHCH2OH + Ph3BiOOOCH2Cl2RC=CHCHO6-2 碳碳-碳双键氧化反应碳双键氧化反应 碳碳-碳双键用不同的氧化剂氧化可以得到不碳双键用不同的氧化剂氧化可以得到不同的氧化产物。强氧化剂氧化可发生碳同的氧化产物。强氧化剂氧化可发生碳-碳碳键的断裂生成酮或羧酸。控制反应条件可键的断裂生成酮或羧酸。控制反应条件可以得到环

11、氧化合物、羟基化合物、双羟基以得到环氧化合物、羟基化合物、双羟基化合物等化合物等6-2-1 碳碳-双键环氧化反应双键环氧化反应 最常用的氧化剂是过氧化合物如过氧化氢、最常用的氧化剂是过氧化合物如过氧化氢、过氧羧酸、醇的过氧化物。不同的过氧化过氧羧酸、醇的过氧化物。不同的过氧化试剂的氧化能力取决于离去基团的共轭酸试剂的氧化能力取决于离去基团的共轭酸的酸性强弱，过氧化试剂氧化能力如下：的酸性强弱，过氧化试剂氧化能力如下：CF3CO3H NO2CO3HCO3H CH3CO3H HO-OH t-BuO-OHROOH +OORHO+ ROHROOH +RRMRRO+ ROH 过氧化氢可以氧化烯烃为环氧化

12、物，常在水或过氧化氢可以氧化烯烃为环氧化物，常在水或与水混溶的溶剂中反应，通常反应较慢，但在与水混溶的溶剂中反应，通常反应较慢，但在金属催化剂的催化作用下，反应明显加快。催金属催化剂的催化作用下，反应明显加快。催化剂有：三氧化钼、五氧化二钒化剂有：三氧化钼、五氧化二钒 醇的过氧化物常用的是叔醇过氧化物，伯醇、醇的过氧化物常用的是叔醇过氧化物，伯醇、仲醇的过氧化物易于重排分解。醇的过氧化物仲醇的过氧化物易于重排分解。醇的过氧化物易于溶于有机溶剂，比过氧化氢稳定且易于处易于溶于有机溶剂，比过氧化氢稳定且易于处理。理。 环氧化反应中取代基较多的双键比取代基少环氧化反应中取代基较多的双键比取代基少的更

13、易反应。富电子的双键比缺电子的双键的更易反应。富电子的双键比缺电子的双键易反应。易反应。t-BuOOH, PhHMo(CO)6, refluxOCHOt-BuOOHTi(), SiO2CHOO 对于含烯丙醇结构的烯烃，在金属催化剂对于含烯丙醇结构的烯烃，在金属催化剂存在下，叔丁基过氧化氢可区域选择性或存在下，叔丁基过氧化氢可区域选择性或立体选择性的环氧化反应。立体选择性的环氧化反应。CH2OHt-BuOOH/V(acac)2CH2OHOOHt-BuOOH/V(acac)2OHO 过氧化氢在碱性介质中产生过氧负离子，对过氧化氢在碱性介质中产生过氧负离子，对，-不饱和羰基化合物的双键进行共轭加成式

14、不饱和羰基化合物的双键进行共轭加成式的环氧化反应。的环氧化反应。OHOOHOHHOOOOHOOOOMeOHH2O2, NaOHOO ，-不饱和腈在过氧化氢碱性介质中，首先在氰不饱和腈在过氧化氢碱性介质中，首先在氰基上加成，随之在双键上的环氧化反应得到环氧基上加成，随之在双键上的环氧化反应得到环氧酰胺，叔丁基过氧化氢碱性条件环氧化酰胺，叔丁基过氧化氢碱性条件环氧化，-不饱不饱和腈可以得到环氧腈和腈可以得到环氧腈C NH2O2, NaOHNHOOHOONH2PhPhC NOPhC NPht-BuOOHNaOH 过氧羧酸是最常用的环氧化试剂。是用相应过氧羧酸是最常用的环氧化试剂。是用相应的羧酸与过氧

15、化氢反应制取。过氧羧酸大多的羧酸与过氧化氢反应制取。过氧羧酸大多不稳定，现用现配。不稳定，现用现配。 过氧羧酸与烯烃反应是合成环氧化物最简便过氧羧酸与烯烃反应是合成环氧化物最简便的方法。尤其对孤立双键、单独用过氧化氢的方法。尤其对孤立双键、单独用过氧化氢或过氧醇不存在金属催化剂不易被环氧或过氧醇不存在金属催化剂不易被环氧化，而用过氧羧酸很容易反应，其环氧化烯化，而用过氧羧酸很容易反应，其环氧化烯烃的反应机理是过氧羧酸对碳烃的反应机理是过氧羧酸对碳-碳双键的氢碳双键的氢电性进攻电性进攻 MeClCO3H+CHCl3MeOOHOOR+OHOORO + RCOOH 过氧羧酸与烯烃环氧化反应是亲电性反

16、应，过氧羧酸与烯烃环氧化反应是亲电性反应，双键上烃基取代越多，越易反应。双键上烃基取代越多，越易反应。CH3CO3HCHCl3, refluxO 单取代的烯烃反应活性较低，通常用较强的单取代的烯烃反应活性较低，通常用较强的过氧羧酸三氟过氧乙酸、间氯过氧苯甲酸）过氧羧酸三氟过氧乙酸、间氯过氧苯甲酸） 对于构象固定的环状烯，过氧羧酸的环氧化对于构象固定的环状烯，过氧羧酸的环氧化从位阻较小的一面进攻，原茨烯优先生成外从位阻较小的一面进攻，原茨烯优先生成外向环氧化物向环氧化物m-CPBACHCl3O+OHHHH 外型 内型 6-2-2 碳碳-碳双键的双羟基化反应碳双键的双羟基化反应 烯烃用高锰酸钾或四

17、氧化锇氧化得到邻二醇。高烯烃用高锰酸钾或四氧化锇氧化得到邻二醇。高锰酸钾稀碱水溶液在控制反应温度下可将底物氧锰酸钾稀碱水溶液在控制反应温度下可将底物氧化得到顺式邻二醇，对非水溶性的底物，可采用化得到顺式邻二醇，对非水溶性的底物，可采用水与有机溶剂混溶或相转移催化剂，使烯烃在水水与有机溶剂混溶或相转移催化剂，使烯烃在水和有机相的两相体系中反应。和有机相的两相体系中反应。KMnO4, NaOHH2O/CH2Cl2, TEBAOHOH 四氧化锇氧化：是氧化碳四氧化锇氧化：是氧化碳-碳双键成邻二醇碳双键成邻二醇的有效氧化剂。的有效氧化剂。 四氧化锇的双羟基化反应是经过环加成与烯四氧化锇的双羟基化反应是

18、经过环加成与烯烃生成六价锇酯，在水或醇溶液中分解成邻烃生成六价锇酯，在水或醇溶液中分解成邻二醇。二醇。 双羟基化反应从位阻小的一面进攻。双羟基化反应从位阻小的一面进攻。 氧化剂毒性和价格昂贵，如果化学剂量的使氧化剂毒性和价格昂贵，如果化学剂量的使用，使其有局限性，采用催化剂量的四氧化用，使其有局限性，采用催化剂量的四氧化锇与过氧化氢等配合使用。锇与过氧化氢等配合使用。0.2% OsO4, t-BuOOHt-BuOH/H2O, Et4NOHOHOH+OsOOOOEt2OHHOOOsOOLLH2OHHOHOH+ OsO3MeOCO2EtOsO4MeOCO2EtHOOH6-2-3碳碳-碳双键的臭氧化

19、反应碳双键的臭氧化反应 烯烃在低温下与臭氧反应，生成臭氧化加烯烃在低温下与臭氧反应，生成臭氧化加成产物。臭氧化经过进一步处理，分解成成产物。臭氧化经过进一步处理，分解成醛、酮。碳醛、酮。碳-碳双键被氧化裂解。臭氧化物碳双键被氧化裂解。臭氧化物所用的还原剂的还原能力不同，会影响最所用的还原剂的还原能力不同，会影响最终生成产物。弱还原剂粉终生成产物。弱还原剂粉/乙酸），乙酸），产物为醛、酮；强还原剂产物为醛、酮；强还原剂LiAlH4 NaBH4生成的醛酮被进一步还原成醇生成的醛酮被进一步还原成醇OPh(1) O3(2) Zn, AcOHOPhCHOOAcOHOAc(1) O3, Et2O, 0 d

20、e(2) LiAlH4, 0 deHOHHOHOOCH3(1) O3/MeOH(2) Me2SOCHOMeO(1) NaBH4(2) NH4ClOCH2OHMeO6-3 碳碳-碳键断裂氧化碳键断裂氧化 6-3-1高锰酸钾高锰酸钾 高锰酸钾稀碱溶液低温氧化烯烃得到顺式邻二高锰酸钾稀碱溶液低温氧化烯烃得到顺式邻二醇，但在剧烈条件下，通常是提高氧化剂浓度、醇，但在剧烈条件下，通常是提高氧化剂浓度、反应温度和酸性溶液，可进一步氧化成羰基化反应温度和酸性溶液，可进一步氧化成羰基化合物合物RRRHOHOHRHRRRROOROH6-3 碳碳-碳键断裂氧化碳键断裂氧化6-3-1高锰酸钾高锰酸钾 高锰酸钾稀碱溶

21、液低温氧化烯烃得到顺式高锰酸钾稀碱溶液低温氧化烯烃得到顺式邻二醇，但在剧烈条件下，通常是提高氧邻二醇，但在剧烈条件下，通常是提高氧化剂浓度、反应温度和酸性溶液，可进一化剂浓度、反应温度和酸性溶液，可进一步氧化成羰基化合物步氧化成羰基化合物RRRHOHOHRHRRRROOROH 实际操作是：催化剂量的高锰酸钾、与计量实际操作是：催化剂量的高锰酸钾、与计量化学量的高碘酸混合化学量的高碘酸混合Lemieuxvon Rudloff reagent）KMnO4HIO4COOHCOOH 6-3-2 钌氧化剂钌氧化剂 四氧化钌可氧化烯烃成醛、酮或羧酸。通常单独使四氧化钌可氧化烯烃成醛、酮或羧酸。通常单独使用

22、四氧化钌时产量不稳定，与高碘酸钠联合使用，用四氧化钌时产量不稳定，与高碘酸钠联合使用，可显著提高氧化收率。联合氧化剂氧化能力强，氧可显著提高氧化收率。联合氧化剂氧化能力强，氧化含有氢的双键主要产物是羧酸化含有氢的双键主要产物是羧酸HOHRuO4, NaIO4CCl4, CH3CNHHOHO2CHO2CHHO2CO 6-3-3 四乙酸铅四乙酸铅 是氧化是氧化1，2-二醇、二醇、-羟基酮、邻二酮、羟基酮、邻二酮、-羟基酸的有效试剂。四乙酸铅的氧化裂解反羟基酸的有效试剂。四乙酸铅的氧化裂解反应通常在非水溶剂中进行。应通常在非水溶剂中进行。PhOOHOHPb(OAc)4PhOCH2CHO + HCHO

23、 + Pb(OAC)2Pb(OAc)4OHOHOO 四乙酸铅氧化邻二醇成醛或酮，不破坏碳四乙酸铅氧化邻二醇成醛或酮，不破坏碳-碳碳双键双键OHOHPb(OAc)4Et2OCHO 烯醇酯、烯醇三甲基硅醚或烯胺在四乙酸铅烯醇酯、烯醇三甲基硅醚或烯胺在四乙酸铅氧化作用下得到氧化作用下得到-乙酰氧基酮乙酰氧基酮HOOAcPb(OAc)4(Ac)2O, AcOHHOOAcOOSiMe3Pb(OAc)4OOAc 6-3-4 高碘酸高碘酸 高碘酸或高碘酸盐水溶液是高碘酸或高碘酸盐水溶液是1，2-二醇氧化裂解二醇氧化裂解试剂。溶剂为甲醇、乙醇、乙酸、二氧六环等。试剂。溶剂为甲醇、乙醇、乙酸、二氧六环等。能定量

24、的反应，根据高碘酸的消耗，推知多元能定量的反应，根据高碘酸的消耗，推知多元醇中相邻羟基的数目，根据产物推知原化合物醇中相邻羟基的数目，根据产物推知原化合物的结构。的结构。RHCOHHCOHCH2CH2COOHKIO4/H2SO4EtOH/H2ORCHO + CHO-CH2CH2COOH机理：机理：HHOHOHIO4HHOOIOHOOHO2CH3CHOOHOH+IOHOOHOHOHOH5IO6IOHOOHOOOOO+ IO3+ H2OHIO4-羟基酮、羟基酮、-氨基醇、氨基醇、-羟基酸、邻二酮、羟基酸、邻二酮、-酮酸与高碘酸的反应酮酸与高碘酸的反应OOH+ IO4AcOH/H2OOOH+O +

25、IO3 + H2OIO4ROOR2RCOOH +IO3 + H2O6-3-5 Baeyer-Villiger氧化反应氧化反应 过氧羧酸或过氧化氢氧化酮成酯或内酯的过氧羧酸或过氧化氢氧化酮成酯或内酯的反应反应R1R2ORCO3HHR1R2OOOROHR1OOR2+HOORHOOHOHR1R2OOO HR1OOR2+ HO 对于羰基相连的两个烃基不同时，两个基对于羰基相连的两个烃基不同时，两个基团都可能发生迁移，容易得到混合物，但团都可能发生迁移，容易得到混合物，但是不同的烃基之间有一定的选择性；迁移是不同的烃基之间有一定的选择性；迁移顺序为顺序为R3C R2CHCH2CH2=CHRCH2CH3 常用的常用的Baeyer-Villiger氧化剂有：过氧苯甲氧化剂有：过氧苯甲酸、过氧乙酸、三氟过氧乙酸等酸、过氧乙酸、三氟过氧乙酸等OCH3CF3CO3HNa2HPO4, CH2Cl2OCH3O6-4 碳碳-氢键的氧化氢键的氧化 二氧化硒是氧化碳二氧化硒是氧化碳-氢键的最常用的氧化剂。烯氢键的最常用的氧化剂。烯丙基或苄基的碳丙