Chapter 6 氧化反应4.ppt

1、第六章 氧化反应,Chapter 6 Oxidation Reaction,第六章 氧化反应,烷烃氧化； 醇的氧化 醛酮的氧化 碳碳双键的氧化 芳环的氧化 脱氢反应 胺的氧化反应 其它氧化反应 合成诸如醇、醛、酮、醌、羧酸及羧酸酯等含氧化合物,概 述,氧化:狭义加氧去氢 广义电子转移，使C上电子云降低,特点：条件难以控制 实验室和工业上不同，工业上用O2,常用氧化剂 一锰化合物氧化剂 二铬化合物氧化剂 三过氧化物氧化剂 四、含卤氧化剂 五其他氧化剂,第一节 烃类的氧化,第一节 烃类的氧化,苄位，羰基活性氢，烯丙位,1. 氧化成醛 直接氧化芳甲烷为醛的适宜的是CAN(+含水乙酸)、CrO3-Ac

2、2O和CrO2Cl2(Etard反应)。,硝酸铈铵（Ce(NH4)2(NO2)6） CAN,二、苄位烃基的氧化,产物：醇、酯、醛、酸或酮,反应在酸性介质中进行，不论有几个甲基，最终只氧化一个,铬酐-醋酐（CrO3-Ac2O)氧化苄位甲基形成醛基,酸性介质中：H2SO4/AcOH 芳环上的所有甲基均可被氧化； 吸电子基降低其氧化活性。,二氯铬酰（Etard埃塔试剂）,制备：HCl、H2SO4滴加到CrO3中，蒸馏除水,Etard反应的自由基机理同铬酐（形成双铬酸酯然后水解得醛，略)，其离子历程为,同碳二醇酯,2. 氧化为醇和酯 芳甲烷氧化时易发生深度氧化； 硝酸铈铵(NH4)2Ce(NO3)6,

3、CAN) 四乙酸铅(Pb(OAc)4,LTA) 四三氟乙酸铅(Pb(OCOCF3)4) 在含水乙酸中，可生成醇，而醇将部分地被进一步氧化为醛,反应机理,无水条件下，成酯后，不被进一步氧化-醇 苄位多余氢易使进一步氧化； 芳环上有供电子基时，有利于氧化,如苄位仅一个氢，可用较强氧化剂 如：10-甲基蒽酮可被30%H2O2在碱性条件下迅速氧化，其反应机理可能为：,3氧化成酮或酸,直接氧化苄位亚甲基为酮的适宜的氧化剂：CAN(+硝酸)和Cr(VI)盐催化的氧化物或铬酸盐。 CAN(+硝酸)氧化的反应机理可能与氧化苄甲基为醛的机理类似，也就是氧化得到水合酮，再脱水。,铬酸：,KMnO4为氧化剂,强氧化

4、剂可氧化苄位甲基为酸 氧化剂： KMnO4、 铬酸、稀硝酸、空气,硝酸为氧化剂（稀硝酸） 空气氧化（O2) （在碱或钒盐存在下，空气氧化可使苄位甲基氧化成羧基）,二、 羰基-位氧化 1、形成-位羟基酮,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。,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。,反应机理,2形成1,2-二羰基化合物,羰基-位活性烷基可被SeO2(或H2SeO3)氧化为-二酮。反应可在二噁烷、乙腈和乙酐等溶剂中进行 选择性差,小心控制反应条件，用KMnO4可将羰基 位活性甲基氧化为-酮酸(剧烈的反应条件可脱羧并深度氧化)

5、，如苯乙酮的氧化。,三、 烯丙位的氧化反应,烯丙位烷基可被氧化为醇、酯、醛或酮，而双键则得以保留。 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。 常用的氧化剂有SeO2、CrO3-Py络合物(Collins试剂)和过氧酸酯等。,1、SeO2/H2O/HOAc为氧化剂,SeO2可将烯丙位烷基氧化为醇，反应机理与其氧化羰基位活性烷基的机理类似：,选择性原则, 当有多个烯丙位时，优先氧化取代基多的一侧的烯丙位, 在原则下，CH2CH3 CHR2, 在相矛盾时，按, 环内双键，在前提下优先氧化环上的烯丙位,Collins试剂性质：深红色晶体。易吸潮。溶于二氯甲烷等惰性溶剂中。 Coll

6、ins试剂制备：将铬酐分批加到经低温冷却的过量无水吡啶中制取(切勿倒加，易着火!)。 Collins试剂应用：在有机合成中用作将伯醇或仲醇氧化为醛或酮的氧化剂，尤其适用于分子中含有对酸敏感的基团(如缩醛)或碳碳双键的醇的氧化，它们一般不受影响。,2 、酪酐-吡啶 (Collins试剂,CrO32Py CH2Cl2)为氧化剂,PCC是吡啶和CrO3在盐酸溶液中的络合盐，是橙红色晶体。它溶于CH2Cl2，使用很方便，在室温下便可将伯醇氧化为醛，而且基本上不发生进一步的氧化作用。 PCC氧化剂也称为沙瑞特（Sarrett）试剂，由于其中的吡啶是碱性的，因此对于在酸性介质中不稳定的醇类氧化为醛（或酮）

7、时，是很好的方法，不但产率高，而且对分子中存在的C=C、C=O、C=N等不饱和键不发生破坏作用,用过量的Collins试剂（室温）或PCC（C5H5NHCrO2Cl，吡啶铬酰氯 ）在二氯甲烷或苯中回流，或在硅藻土存在下使用PCC，都能使烯丙位氧化，产物收率很好。 由于反应按自由基机理进行，有时伴有双键的重排。,3 、有机过酸酯 为氧化剂,过酸酯在亚酮盐催化下，可在烯丙位基烃基上引入酰氧基，经水解可得到烯丙醇类，常用试剂有过醋酸叔丁酯和过苯甲酸叔丁酯。,练习,第二节 醇的氧化,1 . 铬化合物为氧化剂：主要为CrO3、重铬酸盐、Collins试剂、PCC和PDC(重铬酸吡啶盐)等。 在酸性条件下

8、，它们可将醇氧化为相应的羰基化合物。,一 、伯、仲醇被氧化成醛、酮,可以得到醛(酮)和酸等产物。,氧化伯醇生成醛的效率较低，是由于生成醛易进一步氧化成酸，也可与未反应的醇作用生成半缩醛，进一步氧化生成酯。 铬酸氧化仲醇生成酮效率好，特别是对于一些水溶性较小的酮。 操作方法 水溶性仲醇可在水中进行氧化，反应温为2040C 不溶于水的醇，以醋酸作为溶剂 若所合成的酮在酸性条件下易发生差向异构等反应，则在水有机溶剂（如乙醚、苯）两相中反应，使氧化生成的酮立即被萃取入有机相，避免水相中的氧化剂和酸性的影响，防止异构化或进一步被氧化的发生。,A 铬酸为氧化剂 H2CrO4,控制步骤,位阻大的OH反而易被

9、氧化。,因为脱氢是控制反应速率的步骤。,H2O,B Jones试剂,Jones试剂: 26.72gCrO3+23mlH2SO4，加水稀释到100mL，在0-20C滴加到溶有醇的丙酮溶液中进行氧化。,特点：选择性强，对氧化敏感的基团，如缩酮、酯、环氧基、氨基、不饱和键、烯丙位碳氢键等，无影响。,C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,重铬酸吡啶盐（Pyridinium dichromate，PDC），类似PCC一样的温和氧化剂，室温下为橙黄色晶体，用来把醇有限度地氧化为醛。它由E.J.Corey发明。试剂本身呈弱酸性，所以常

10、跟缓冲剂比如乙酸钠配合使用。,特点：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,NaOAc,2锰化合物的氧化,KMnO4活性很高，氧化伯醇可得到酸,100% 羰基-位无H,活性MnO2（新鲜制备的MnO2） 选择性氧化，-不饱和醇的较好的氧化剂，反应条件温和，叔醇不被氧化，可用于生物碱、甾体等天然化合物的合成与分析。 制备方法：（碱存在时）,特点：选择性强，是，-不饱和醇（即烯丙醇、炔醇、苄醇等）进行选择性氧化的氧化剂；反应条件温和，常在室温下进行；若反应缓慢，可加热回流，收率均较高。 溶剂：水、苯、石油醚、氯仿、二氯甲烷、乙醚、丙酮等。反应时，将活性MnO2

11、悬浮于溶液中，加入要氧化的醇，室温下搅拌，过滤，浓缩即可，操作简单方便。,当烯丙醇与其它醇共存时，活性二氧化锰可选择性氧化烯丙醇。,3Ag2CO3为氧化剂,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。,可待因的氧化,4 二甲基亚砜(DMSO)作氧化剂,二甲基亚砜可被DCC、Ac2O、三氟乙酸酐、草酰氯、三氧化硫等活化，在温和条件下将醇氧化。 适合于甾族、生物碱及碳水化合物等的氧化； 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

12、经消除反应可得醛(酮)。E为强亲电试剂, 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, 而且体系为中性。 重键、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。,具有DCC类似结构的化合如 、,等可代替DCC应用于该氧化反应,质子酸一般是弱酸，酸性过强，则会发生Pummerer转位生成醇的甲硫基甲醚的副反应, 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(P

13、ummerer反应)的副反应。,此法用于位阻大的醇的氧化可获满意结果, DMSO-(COCl)2法(Swern氧化) 此法可用于氧化伯醇基仲醇，反应快，可在低温（-78OC）、碱性条件下进行。, 附：DMS/NCS法(Corey-Kim氧化) 由二甲硫醚和N-氯代丁二酰亚胺反应生成氯代二甲锍醚，后者可把伯、仲醇分别氧化为醛和酮。,5 其它方法,Oppenauer氧化法 仲、伯醇在异丙醇铝（或叔丁醇铝）催化下，用过量酮（常用丙酮或环己酮）作为氢的接受体，可被氧化成相应的羰基化合物，该反应称为Oppenauer氧化反应。,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

14、法。 反应可逆，加大丙酮量（既作溶剂又作氧化剂）； 常用于甾醇的氧化，其它基团不受影响。 Oppenauer氧化和H2CrO4均不适合伯醇的氧化,a)烯丙位易氧化 b)甾醇烯丙位氧化，双键位移,二 、 醇被氧化成羧酸,伯醇可直接氧化成羧酸，常用的氧化剂为六价铬化合物、高锰酸钾、硝酸。,亲电消除机理,若中间体生成的醛较易烯醇化，则容易发生烯醇式双键被氧化断裂的副反应。中性或酸性高锰酸钾氧化速率较慢，常用碱性高锰酸钾溶液。,硝酸为强氧化剂，稀硝酸的氧化能力强于浓硝酸，常伴有硝化的副反应,三、 1，2-二醇的氧化,1 、 Pb(OAc)4作氧化剂亲电消除反应机理,氧化邻二醇的氧化剂常用高碘酸钠或四乙

15、酸铅，结果是碳碳键断裂，生成两个羰基化合物。 氧化叔邻二醇也可用铬酸作催化剂，结果是也碳碳键断裂，生成两个酮。,四乙酸铅可氧化邻二醇为羰基化合物，而且尽管顺式的邻二醇反应速率大, 但反式的仍可反应，,氧化顺式邻二醇经过环状中间体过程,氧化反式邻二醇可能为消除过程。,2、 高碘酸为氧化剂 (HIO42H2O) (H5IO6) 高碘酸氧化1,2-二醇，常在缓冲水溶液中于室温下反应,-氨基醇和-羟基酮类化合物也可发生类似反应。,e,e,a,a,e,a,3、 铬酸,铬酸可将邻二叔醇氧化为二酮。也是通过环状中间体完成的(顺式异构体反应速率大)。,第三节 醛、酮的氧化,一 、 醛的氧化-醛易被氧化为酸,铬

16、酸、高锰酸钾、氧化银和过氧酸是常用的氧化剂。 重铬酸钾的稀硫酸溶液可氧化糠醛为糠酸。 高锰酸钾的酸性、中性和碱性溶液都可氧化脂肪醛和芳香醛为酸。,1、 KMnO4为氧化剂,2 、 铬酸为氧化剂,3、 Ag2O为氧化剂 含有易氧化基团的醛类分子，需选择性高的氧化剂，用新制备的氧化银，不影响其它易氧化基团，如双键：,工业应用：,4、有机过酸为氧化剂,过氧酸可氧化芳环上邻、对位吸电基取代的或未取代的以及间位供电基取代的芳醛为相应的酸(Baeyer-Villiger重排的氢迁移情况)。而邻、对位供电基取代的芳醛则得酚的甲酸酯(Dakin反应产物，即Baeyer-Villiger重排的芳基迁移情况,邻、

17、对位供电基取代可提高芳环的迁移能力),Dakin反应 有机过氧酸氧化芳环上醛基邻、对位有羟基等供电基取代的芳醛，经酚的甲酸酯中间体，得到羟基化合物的反应,5 、活性二氧化锰氧化,-不饱和醛,活性二氧化锰一般只氧化烯丙醇生成,-不饱和醛。但当存在氰离子和醇时，可得到相应的,-不饱和羧酸酯。 此反应仅适用于,-不饱和醛的氧化，双键的构型保持不变。用氧化银氧化时，由于采用碱性条件，常伴有双键构型改变及其它副反应。,二、酮的氧化,铬酸或高锰酸钾氧化酮，在剧烈的反应条件下，相邻羰基的碳碳健断裂，得到羧酸,Baeyer-Villiger（拜尔-维列格）氧化 酮类化合物用过酸如三氟过氧乙酸、过氧乙酸、过氧苯

18、甲酸等氧化，可在羰基旁边插入一个氧原子生成相应的酯，三氟过氧乙酸是最好的氧化剂。反应的特点是速率快，温度在10到40度之间，产率高。,R、R重排顺序：叔碳苯环-环己烷苄基-CH2CH3,第四节 含烯键化合物的氧化,一、烯键环氧化 1、与羰基共轭双键的环氧化 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,机理：1,4-亲核加成 (烷基)过氧化氢,立体选择性:,开链化合物的双键的环氧化可形成热力学更稳定的化合物。,氧环倾向于在位阻小的一面形成,选择性并不高,提高选择性,可用手性催化剂,反应在碱性条件下进行，所以，对于不饱和酯的环氧化，应控制适宜的酸度，以免酯水解。,手性季铵盐(

19、辛可宁丁衍生物)用作, -不饱和酮的环氧化时的相转移催化剂。,2、不与羰基共轭的双键的环氧化,过氧化氢、过氧醇氧化:(不与羰基共轭的双键是富电子的，催化剂为:V、W、Mo、Cr等的配合物）,有机过酸为环氧化剂,特点：双键电子云密度越高，越易氧化,特点：形成的环氧环在位阻小的一侧,电子云密度低的双键用CF3CO3H氧化,特点： 环氧环的形成，不改变原来双键的立体构型,二、 烯键被氧化成 1，2-二醇的反应,双键可在一定条件下被高锰酸钾、四氧化锇、碘/湿羧酸银和过氧酸等氧化为邻二醇。 (1) 氧化为顺式邻二醇 高锰酸钾、四氧化锇和碘/湿羧酸银是氧化双键为顺式邻二醇的常用氧化剂。其反应过程一般经过环

20、状过渡态。, 高锰酸钾作氧化剂 以水或含水的低级酮或醇作溶剂，以计量量的低浓度(13%)的高锰酸钾作氧化剂，在pH12的碱性介质中，低温下可将双键氧化为顺式二醇。, 四氧化锇作氧化剂 与高锰酸钾类似，四氧化锇氧化双键时经环状锇酸酯过渡态，再水解得到顺式二醇。反应过程中常加入叔胺(如吡啶)来稳定锇酸酯。在刚性环(如甾体)中，锇酸酯一般在位阻小的一面形成,锇酸酯,两个OH在位阻小的地方生成, 碘和湿羧酸银作氧化剂（ Woodward法） 碘和2mol羧酸银在水存在下，可将双键氧化为顺式邻二醇，此反应也称为Woodward顺式二羟基化，其反应也经过环内酯过程。,Woodward法中OH生成在位阻大的

21、地方，与OsO4氧化正相反,(2) 氧化为反式邻二醇,氧化双键为反式邻二醇的常用方法是过氧酸法以及无水的碘/羧酸银法(Prevost反式二羟基化) 过氧酸法: 以过氧乙酸和过氧甲酸较为常用,反应机理:生成环氧乙烷衍生物,然后水解, Prevost反式二羟基化法 碘和羧酸银在无水条件下可将双键氧化为反式邻二醇酯，再经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,O3,第五节 芳烃的氧化反应 一、 芳烃的氧化开环,1KMnO4为氧化剂（芳稠环，电子云密度高,开环）,2、臭氧可使芳烃开环，如马钱子碱中间体的合成。,3催化氧化 O2/

22、V2O5 产物为顺丁烯二酸,4、环己基苯氧化成环己基甲酸,催化量的四氧化钌和高碘酸组成的试剂可选择性进攻苯环，不影响侧链烷基,5、邻苯二酚、邻苯醌甚至苯酚开环,氯化亚铜和吡啶组成催化剂，在甲醇中经空气氧化，可使邻苯二酚、邻苯醌甚至苯酚开环成己二烯二酸单甲酯,二、氧化成醌,1、芳烃氧化成醌 苯和烃基苯很难被氧化成醌，萘可被铬酸氧化成1,4-萘醌，但是收率不高。蒽和菲的9,10-位被氧化的收率高。,2、由酚、芳胺和芳醚等氧化成醌 当具有两个酚羟基或氨基时，苯环比侧链更容易被氧化。 b.高价铁盐FeCl3 、 K3Fe(CN)6氧化多羟基（或氨基）苯环成醌的收率较高。,c.Teuber反应 用Fre

23、my盐将一元酚氧化成醌的选择性氧化剂，无机自由基离子型亚硝基二磺酸钾（钠）盐、 酚环上有给电子基促进反应。酚羟基对位无取代基氧化产物是对醌；对位有取代基邻位无取代基的氧化产物是邻醌；对位和邻位同时有取代基的氧化产物是对醌。,三、 酚、N-烷基取代芳胺的羟基化,过硫酸盐可在酚或N-烷基取代芳胺的芳环上(再)引入一个羟基，称为Elbs氧化。 反应通式：,亲电取代反应机理,特点： Elbs氧化引入酚羟基一般发生在酚羟基的对位，对位有取代基时则在邻位 羟基取代的杂环也可发生类似的反应,第六节脱氢反应,定义： 在分子中消除一对或几对氢形成不饱和化合物的反应称为脱氢反应。 可分为： 催化脱氢、氧化剂参与的

24、脱氢等等;较重要的有羰基的，-脱氢反应和脱氢芳构化。,一、羰基的，-脱氢反应 二氧化硒为脱氢剂,甾酮类常用二氧化硒脱氢，在羰基的，-位引入双键,2. 醌类作氢接受体 苯醌脱氢能力差，引入吸电子基如氯、氰基，则脱氢能力大大增强。常用的醌类有：四氯-1,4-苯醌（氯醌）和2,3-二氯-5,6-二氰对苯醌（DDQ）,反应通式 反应机理,这些醌类和二氧化硒类似，主要用于甾酮的脱氢，其它脂环酮的脱氢也可应用。 DDQ作脱氢剂，常用的溶剂为苯和二噁烷，因为DDQ脱氢后的生成物在上述溶剂中的溶解度小。,3. 有机硒作脱氢剂,二、脱氢芳构化,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

25、的同时伴有氢或其它基团的消除或分子内重排，催化剂或脱氢剂可加速芳构化。,1、催化脱氢,催化脱氢是催化氢化的逆过程，用作催化加氢催化剂的贵金属，铂、钯、铑等也可用作催化脱氢的催化剂。 已存在一个双键的六元环较易被催化脱氢芳构化，而完全饱和的环较难芳构化。,2、DDQ为脱氢剂,醌类化合物也常作为脱氢芳构化试剂，常用的醌类化合物是脱氢能力较强的DDQ，较少用氯醌。 完全饱和的指环化合物不能脱氢。如十氢萘不能用醌类化合物脱氢，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，可使取代基发生移位，而不失去碳原子。,3、氧化剂为脱氢剂,过量二氧化锰可使环己烯和环己二烯衍生物脱氢芳构化，而不影响其它易氧化基团不饱和杂环化合物。也可发生类似脱氢芳构化反应生成稠杂芳烃。,第七节胺的氧化反应,胺分子中的氮原子是氮的最低氧化态，可被氧化剂氧化。 一、伯胺的氧化 1.反应通式 2.反应机理 有机过氧酸氧化为自由基消除反应机理。,3.影响因素 氧化剂的影响 电子效应的影响 2,6二吸电子基取代的苯胺用过氧苯甲酸或过氧化氢氧化，得到相应的亚硝基化合物，收率较高。,4.应用特点,脂肪族伯胺用适当试剂在碱性介质中氧化，产物一般是醛亚胺、醛肟等；在酸性介质中，产物则是醛或酮。 碱性较弱的苯胺，可用氧化能力强的过氧酸直接氧化成硝基化合物；用氧化能