氧化反应13的课件

1、第五章 氧化反应氧化反应:使底物增加氧或失去氢的反应 第一节 烃类的氧化反应 苄位、烯丙位及羰基 -活性位重要，有实际意义，其他位置则无实际意义，因氧化产物复杂。一、 苄位烃基的氧化形成醛形成酮形成酸 (一) 形成醛 (1) CrO3/Ac2O/H2SO4试剂，先生成二磺酸酯，再水解成醛(2) 氯化铬酰(Chromychlorde)CrO2Cl2机理:(离子型)(3) 硝酸铈铵Ce(NH4)2(NO3)6,CAN选择性好 当反应在酸性介质中时，不论有多少个甲基，最终只氧化一个。 它可选择性的氧化1-卞甲基，而不是其他环甲基。（4）影响因素反应温度电子效应的影响 苯环上有-NO2、-X吸电子基时

2、，收率降低。(二) 形成羧酸或酮(1) 铬酸为氧化剂 芳环侧链易被氧化成羧酸，当芳环上侧链多于两个碳原子时，则氧化的卞位的碳氢键生成酮。(2) 高锰酸钾为氧化剂 高锰酸钾为强氧化剂，它在酸、碱以及中性溶液均能起到氧化作用。在酸性介质中氧化能力最强。 如：髓袢利尿药阿佐塞米中间体的合成。产率90% 高锰酸钾特点：不管多长侧链均被氧化成-COOH(3) 硝酸为氧化剂 硝酸为强氧化剂，浓度不同，氧化能力不同，硝酸本身被还原的产物也不同。稀硝酸被还原成NO，浓硝酸被还原成NO2。 硝酸氧化多甲基时，只氧化一个甲基。 硝酸可将芳核或芳杂环侧链氧化，常用于制备羧酸。(4) 空气氧化 在碱、钴盐或钒氧化物的

3、存在下，用空气可使卞位甲基氧化成羧酸。二、 羰基位氧化(一) 形成a-羟酮 反应通式 该方法常用于重要药物中间体羟基丙二酸酯的制备。 如：(二)氧化形成酮 羰基位的甲基或亚甲基，可氧化成相应的羰基，得到1，2-二羰基化合物。 SeO2作氧化剂，但-位烃基相同才有合成意义 共轭体系的活泼亚甲基或甲基也可被氧化成相应的羰基三、 烯丙位氧化(一) 以SeO2/H2O/HOAc为氧化剂(1) 化合物有多个烯丙位时，优先氧化取代基多的一侧，产物以反式为主。(2)在不违背上述规则情况下的氧化顺序:CH2CH3CH 34 : 1 (3)当上述两规则有矛盾时,一般遵循(1)(4)双键在环内时，双键碳上取代基较

4、多一边的环上烯丙位碳氢键被氧化(5)当烯烃中有两个亚甲基时，都被氧化。(6)末端双键氧化时，发生重排，羟基引入末端(二) CrO3-吡啶复合物(Collins试剂)(1) 选择性的氧化烯丙位(2)在一些反应中，按自由基机理进行，此时，中间体烯丙基自由基会转位，造成双键移位。(三) 有机过氧酸作为氧化剂：在烯丙位上引入酰氧基，经水解得到烯丙醇类。注：脂肪族烯烃氧化时，发生异构化作用原因:(稳定性)(90%) (10%) 第二节 醇的氧化反应一 伯、仲醇被氧化成醛、酮(一) 铬的化合物作为氧化剂1 铬酸为氧化剂 ,脂肪或酯环的仲醇被氧化成酮，收率好。 甾体环上位阻大的OH反而易被氧化。因为脱氢是控

5、制反应速率的步骤；处于竖键的羟基比处于横键的羟基易于氧化。2. Jones试剂 26.72gCrO3+23mlH2SO4加水至100ml制得，丙酮溶液作为溶剂。它能把仲醇氧化成酮，伯醇氧化成酸。3铬酐吡啶络合物 Collins试剂：CrO3:Py=1:2 PCC: 氯铬酸吡啶盐 PDC: 重铬酸吡啶盐(1) Collins试剂适合于所有对酸敏感的官能团的醇类氧化，结构中双键位置不会发生变化；缺点:性质不稳定，易吸潮，不易保存，氧化剂用量大，易着火等。(2) PCC试剂适合于对酸敏感的官能团的醇类氧化； 缺点:反应后生成含铬离子的黑色胶状副产物，处理麻烦。因此常将PCC吸附于硅胶、分子筛、离子交

6、换树脂等各种载体上，后处理简单，而且氧化效率提高。 选择性氧化烯丙位、苄位-OH，产物收率很好。 (3) PDC试剂的氧化大多在中性的CH2Cl2中进行，如果在DMF或者DMSO中进行，氧化性更强。Jones: CrO3/H2SO4/Acetone, 条件太剧烈，对酸敏感则 不适用。Sarrat: CrO3/Py, 条件相对温和， 但催化剂制备危险， 伯醇难于氧化，产物分离困难。Collins:CrO3/Py/CH2Cl2, 解决了伯醇氧化的问题， 分 离依然困难。 PCC: 弱酸性， 伯醇氧化问题用此得以解决, 但对烯丙醇 较差。PDC: 中性，适用范围广，烯丙醇更有效。PDC/DMF 可把

7、非共轭伯醇氧化为羧酸。以铬试剂为基础的氧化方法(二) 锰的化合物作为氧化剂1 KMnO4在强酸性、碱性和中性条件都可以将伯醇氧化成酸，仲醇氧化成酮。2 活性MnO2:新鲜制备的MnO2，能选择性氧化,-不饱和醇(如烯丙位、苄位、炔基等)为相应的羰基化合物。 活性MnO2选择性好，能将烯丙位的伯醇氧化成,-不饱和酯。3 碳酸银(Ag2CO3)为氧化剂，特点如下 ：(1) 多个羟基，只氧化活性最大的羟基。(2) 烯丙位羟基较仲羟基更易被氧化。(3) 优先氧化位阻小的仲醇。(4) 1,4-、1,5-、1,6-二元伯醇氧化时生成相应的环内酯。4 二甲亚砜(DMSO) ，可被DCC、Ac2O、三氟乙酸酐

8、、草酰氯、三氧化硫等活化，在温和条件下将醇氧化。(1) 二甲亚砜DCC氧化具有选择性，对于立体位阻大的醇用DMSO氧化较难。 如下，位羟基与甲基和乙酰基处于同一侧空间，位阻大只形成少量产物。 本法缺点：所用的DCC毒性较大，反应产物中的尿素衍生物较难除去。(2) DMSO-Ac2O能氧化选择性差、位阻大的醇，并可避免毒性大及副产物难处理的缺点。 用甲磺酸酐(MeSO2)2O代替(CH3CO)2O在六甲磷酰胺中反应，可使副反应降低。5 Oppennauer氧化 伯醇或仲醇在叔-醇铝的存在下，用过量的酮使之氧化成相应的酮，是仲醇氧化成酮的有效方法。 该氧化的特点：烯丙位易氧化，甾醇烯丙位氧化会发生

9、双键位移。例：雌激素酮的合成二 醇被氧化成羧酸 醇易被氧化，弱的氧化剂把醇氧化成醛或酮，强的氧化剂把醇氧化成酸。如铬酸、高锰酸钾、硝酸等。三 1,2二醇的氧化1. Pb(OAc)4作为氧化剂顺式比反式易被氧化机理: (顺式) (反式)2. 高碘酸为氧化剂 (反式不被氧化) 如：抗呕吐药甲磺酸多拉司琼中间体二醛的合成 第三节 醛酮的氧化反应一、醛的氧化（一）高锰酸盐为氧化剂，酸性中性碱性溶液，均能氧化成羧酸，并且收率较高（二）铬酸为氧化剂（三）有机过氧酸为氧化剂 有机过氧酸为强氧化剂，可将芳醛氧化成羧酸，但选择性差，在将芳醛氧化成羧酸同时，也能把分子中易被氧化的氨基、酚羟基等副产物。1. 当醛基

10、的邻、对位有-OH等供电子基时，有利于a式重排，则经甲酸酯生成羟基(Dakin反应)。2. 若无取代基或供电子基在间位以及存在吸电子基时，则按“b式”重排，形成酸。（四）Ag2O为氧化剂：氧化活性小，选择性高，一般用于易氧化的醛和某些酚，对其他氨基、酚羟基、双键不影响。 氧化银价格昂贵，在工业应用时，常采用含氧化铜的氧化银作为催化剂，通入空气进行。（五）碱熔融法：当醛和固体NaOH和KOH混合一起加热，放出氢气，得到羧酸盐，经酸化得羧酸。二、酮的氧化（一）Baeyer-Villiger氧化：在有机过氧酸作用下，酮发生氧化重排，生成相应的酯或内酯化合物。（二）二氧化硒或亚硒酸氧化：可使酮中羰基邻

11、位的甲基或亚甲基氧化，生成酮醛或双酮的衍生物。 甲基酮衍生物可在碱性条件下水解失去甲基，得到相应的酸和卤仿。（三）稀硝酸氧化：将醛酮氧化成二元酸三、-羟基酮的氧化 -羟基酮是重要的药物中间体，由于受邻位羰基的影响， -羟基的氧化很容易进行。 如：抗癫痫药苯妥英钠中间体二苯乙二酮的制备就是以安息香为原料经氧化制得。 该反应可用多种氧化剂。如O 2 /CuSO 4/C5H5N/H 2 O氧化收率在86%，用稀硝酸在110度120度氧化收率在96%，但是硝酸氧化性腐蚀性强， 目前改用NH4NO3/(AcO) 2Cu可达98%。 第四节 含烯键化合物的氧化反应一、烯键的环氧化 烯键用一定量的有机过氧酸

12、在无水惰性有机溶剂中低温处理，则生成1,2-环氧化合物。（一）与羰基共轭双键的氧化 氧化剂：过氧三氟乙酸，碱性条件下用过氧化氢或者叔丁基过氧化氢环氧化机理： 此键可旋转，最终生成比较稳定的E型环氧化合物 两个较大基团在环的两侧 如：PH值有影响:（二）不与羰基共轭的烯键的环氧化1. 过氧醇ROOH为氧化剂，ROOH+V、Mo、W、Cr、Ti等构成的配位化合物。（1）非官能化烯键的环氧化。过氧化氢烷的结构可影响反应速率，简单归纳如下：A. 当烷基上有吸电子基团时，增加氧化速率。2-辛稀环氧化时，用不同的烷基过氧醇具有不同的反应速率。B. 烯烃的结构对反应速率也有影响，烯键上连接多个烃基时，可加快

13、氧化速度。C. 分子中存在一个以上双键时，连接烃基较多的双键优先被氧化。D. 环烯烃的氧化比较容易发生，不含复杂结构时，氧环在位阻较小的侧面形成。E. 加入R-CN对C=C氧化时，不发生Baeyer-Villiger氧化反应。（2） 对烯丙位双键的环氧化：在过渡金属配合物催化下，用烷基过氧醇作氧化剂，能选择性的将烯丙醇的双键环氧化。氢键作用所致 有机过氧酸环氧化特点：双键电子云越高，越易氧化，链接较多烃基的双键优先被氧化。2. 有机过氧酸为氧化剂，有机过氧酸中，间氯过氧苯甲酸比较稳定，其他需要在使用前新鲜制备。特点：形成的环氧环在位阻小的一侧。特点：电子云密度低 用CF3CO3H 氧化。特点：

14、 的形成，不改变原来双键的立体构型二、烯键氧化成1,2-二醇（一）顺式羟基化1. KMnO4为氧化剂：是烯烃全羟基化最广泛使用的方法，控制反应条件非常重要，否则经常发生进一步氧化。 pH大于12以上有利于水解，生成邻二醇；pH低于12则利于进一步氧化。 高锰酸钾过量或浓度过高都对进一步氧化有利。 KMnO4为氧化剂常规反应条件：有机相/水相，低浓度(13%) ，碱性条件pH12以上，低温下进行。2. 用OsO4为氧化剂对烯烃双键进行全羟基化是一种较好的顺式羟基化方法，收率较高。锇酸用H2O2、HClO3氧化成OsO4，Py：稳定剂，与Os过渡元素空轨道形成配合物。两个-OH与 在相反位置(3)

15、 Woodward法：有水条件下I2+2CH3COOAg氧化烯键得顺式二醇。（二）反式羟基化1. 过氧酸法，生成环氧化合物之后水解的反式二醇。2. Prevost反应，无水条件下I2+2CH3COOAg氧化烯键得反式二醇。此反应条件温和，对其他敏感基团不影响。三 烯键的断裂氧化（一） 用高锰酸钾氧化 (PH12 一般712；912 ) 单独使用高锰酸钾选择性差，会使分子中其他易被氧化的基团同时被氧化，其次反应中产生的大量二氧化锰，除增加后处理的困难外，还会吸附产物。 利用高锰酸钾和高碘酸钠按比例组成的溶液可以克服上述缺点。 冠醚作为相转移催化剂，KMnO4+NaIO4(1:6)可克服单独用KM

16、nO4时的特点。（二） 用四氧化锇氧化 OsO4+NaIO4 (1:210)（三） 臭氧氧化分解：这是氧化断裂双键常用方法之一。由于中间产物有爆炸的危险，而不予分离，直接将其氧化或断裂成羧酸、酮、醛或醇。 当分子中有2个或以上双键时，电子云密度高，空间位阻小的双键优先被氧化。 具有不饱和侧链的芳环化合物中，不饱和侧链被选择性氧化，芳环和芳杂环与臭氧反应迟钝。 共轭双烯氧化时，生成的产物取决于臭氧的用量。 第五节 芳烃的氧化一、芳烃的氧化开环（一）高锰酸钾为氧化剂：即:芳环上有供电子基的优先被氧化。（二）催化氧化O2/V2O5 产物为顺丁烯二酸 。（三）四氧化钌和稀的次氯酸盐水溶液 ，反应特点：

17、破坏苯环，而不影响与之相连的侧链烷基和环烷基。二、氧化成醌（一）芳烃氧化成醌：苯和烃基苯芳烃活性小，在强氧化剂和氧化条件下，也难以得到醌；而奈等稠环芳烃可在硫酸或醋酸等条件下用铬酸氧化制得醌。（二）由酚、苯胺和芳醚氧化成醌Fremy盐 为氧化剂反应特点：1 具有供电子取代基促进反应，吸电子基抑制反应。2 酚羟基无对位取代基，可氧化成醌。3 当对位有取代基时得邻醌。4 邻对位都有取代基，产物是对醌。（三）氢醌和其衍生物氧化成醌 氢醌可在温和条件下氧化成醌，质量好，收率高。对于多取代氢醌则用浓硝酸氧化得相应苯醌。 对不含卤素的氢醌，用Ag2O和Ag2CO3等弱氧化剂就可以有效地氧化成相应的醌。 第

18、六节 脱氢反应一、羰基,-脱氢反应（一）二氧化硒为脱氢剂：与一般酮类化合物发生,-脱氢氧化反应。1、此类脱氢反应在甾酮类衍生物中应用较多。2、链状或环状1,4-二酮类化合物 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。 采用叔丁醇、芳香烃等作溶剂时对,-脱氢有利。（二）醌类为脱氢剂 当苯醌分子中引入吸电子基团，如氯、氰基等，则接受氢的能力增强。 常用脱氢剂：四氯-1,4-苯醌（氯醌，chloranil）氯醌 DDQ活性更强于氯醌应用： 这些醌类脱氢剂主要用于甾酮的脱氢。4烯3酮甾体化合物脱氢位置的选择性：一般生成1,4二烯3酮（A） 和4,6二烯3酮 （B），强烈条件下生成1,4,6三烯3酮甾体化合物。（