有机合成-还原反应

有机合成还原反应主要内容：负氢转移还原反应(重点)催化氢化反应可溶性金属还原反应其它还原剂还原7-1负氢转移还原反应7-1-1氢化锂铝7-1-2烃氧基铝氢化物7-1-3双（甲氧乙氧基）铝氢化物（Red-Al）7-1-4硼氢化物7-1-5酰氧基和烃基硼氢化物7-1负氢转移还原反应负氢转移还原反应：是有机合成中广泛使用的一类还原反应，负氢转移还原反应是以金属氢化物（NaBH4）作为负氢转移试剂提供负氢离子，加成到被还原的反应物或底物，达到氢化还原。负氢转移试剂分为两种：亲电性负氢转移试剂（硼烷、铝烷）-还原极性不饱和键（羰基）和碳-碳双键；亲核性负氢转移试剂（氢化锂铝、硼氢化钠）-还原极性不饱和键（如：羰基），对碳-碳双键一般不能还原。亲电性负氢转移试剂：硼烷、铝烷BHHHAlHHH亲核性负氢转移试剂：LiAlH4(lithiumaluminiumhydride-LAH),NaBH4(Sodiumtetrahydridoborate)AlHHHHLiBHHHHNaNaBH4和LiAlH4是最常用的两种还原剂：4LiH+AlCl3LiAlH4+3LiCl4NaH+B(OMe)3NaBH4+3CH3ONa7-1-1氢化锂铝是还原极性官能团最有效的还原剂，能还原大部分的羰基化合物（醛、酮、羧酸、酸酐、酯等）。还原过程是通过氢化锂铝的负氢离子的转移实现。铝结合的氢减少，其氢化物的还原活性降低。AlHHHHLiORRHAlHHOHRRLiAlHHHOHRRLiRROHAlHHORHR2LiAlORRH4LiH3O4RRHOH用氢化锂铝还原α，β-不饱和羰基化合物，主要得到羰基还原产物-烯丙醇(还原极性不饱和键)OH(1)LiAlH4/THF(2)H3OOH非对映选择性：与羰基直接相连的取代基是手性基团，用氢化锂铝还原时，负氢离子加到立体位阻较小的一面OOOOTHP(1)LiAlH4/THF(2)H3OOOOHOTHP不对称还原：如果与羰基直接相连的取代基是可旋转的手性基团，依据手性碳原子所连的基团的大小差别，从小的一面进攻占主导。（Cramrule:稳定的构象；进攻的方向）HPhEtOLiAlH4HPhEtOHH+HPhEtOHMeH80%20%羰基化合物的α-碳连有极性基团，则不遵守CramruleHClROR'LiAlH4HClROHHR'LiAlH4HOPhHORPhHOORAlHHHAlH3HOPhHOHRHOt-BuLiAlH4t-BuOHH酯经氢化锂铝还原得到相应的醇NCOOEtLiAlH4NCH2OHOHCOOMeLIAlH4OHCH2OH酰胺用氢化锂铝还原得到相应的胺：一级、二级酰胺与氢化锂铝反应，氮上的活泼氢被夺取，形成酰胺氮负离子，氢化铝作用于羰基氧，形成的铝氧化合物在氮上的孤对电子参与下脱去氧铝基，经过亚胺中间体，再经过进一步还原，水解得到相应的一级、二级胺。三级酰胺还原反应则经过亚胺盐中间体，在还原得到三级胺。HAlRHHNAlHH2ORCH2NH2RONH2LiAlH4RNHLiOAlH3RNHLiOAlH2H-LiOAlH2RHNH腈用氢化锂铝还原，首先生成亚胺盐，再进一步还原成伯胺LiAlH4CNCNHAlH3Li(1)LiAlH4(2)H3OCH2NH2环氧化物经过氢化锂铝还原得到醇，负氢离子进攻位阻较小的一边，顺序是伯碳优先于仲碳，仲碳优于叔碳O(1)LiAlH4(2)H3OHO氢化锂铝还原卤代物或磺酸酯得到氢解产物。机理为负氢作为亲核试剂进行SN2反应.伯卤代烃、仲卤代烃可被氢化锂铝还原成烃，叔卤代烃还原成烯烃.脂肪卤代烃比芳香卤代烃易还原去卤素.芳香卤代烃中碘化物、溴化物可被还原，芳香氯化物不行BrOMe(1)LiAlH4,THF(2)H3OOMeOH+SO3ClOSOO(1)LiAlH4,Et2Oreflux,(2)H3O7-1-2烃氧基铝氢化物氢化锂铝是一个强还原剂，能还原醛、酮、羧酸、酸酐、酯等多种官能团，使用此还原剂缺乏选择性。氢化锂铝中的部分氢被烃氧基取代，得到的烃氧基铝氢化物，还原能力降低，达到选择性还原LiAlH4+3CH3CH2OHLiAlH(OEt)3+3H2(1)LiAlH(OEt)3(2)H3OCNOH(1)LiAlH(OEt)3(2)H3OBrHOOBrHOHHOONMe2(1)LiAlH(OEt)3(2)H3OOH7-1-3双（甲氧乙氧基）铝氢化物（RED-AL）OOH2Na,Al,H2toluene,100deNaHAlHOOOOOHRed-Al,0.5eq5-15deRed-Al,1.1eqOHOHHOCHO(1)Red-Al,140de(2)H3OHO（芳香醛酮，先还原成苄醇，再氢解）CH2=C(CH2)8COOCH3Red-AlCH2=C(CH2)8CH2OHCOOC2H5Red-AlCH2OHOCH3CH2CH2COOCH3Red-Al-50℃OCH3CH2CH2CHOOOO(1)Red-Al(2)H3OCH2OHCH2OH7-1-4硼氢化物主要有硼氢化钠、硼氢化钾及它们与其它金属盐。最常用的是硼氢化钠，还原能力比氢化锂铝弱，主要用于还原醛、酮和酰氯，对分子中的环氧基、酯基、腈基、硝基等官能团不影响。硼氢化钠能还原醛成醇，反应通常在水、低级醇、胺类和它们的混合溶剂。CHONaBH4CH2OHOONaBH4HOO硼氢化钠虽然不能用于还原简单脂肪族酯类，但当酯基的α-位有吸电子基团取代时，增加了羰基碳的正电性，利于被硼氢化物的进攻。吸电子基团：卤素、氧原子、氮原子。NNClCOOCH3NaBH4NNClCH2OHONCOOCH3PhNaBH4ONCH2OHPh内酯化合物经硼氢化钠还原得到二醇，通常水醇混合溶剂中进行OCOOCH3NaBH4OCH2OHHNNOOOONaBH4HNNHOOOHO硼氢化钠还原亚胺得到高产率的胺NBrNNaBH4NBrNHNHCH2ONNaBH4硼氢化锂：还原能力比硼氢化钠强，能还原醛、酮和酰氯，还可还原环氧基、酯基，不能还原羧酸、腈基和硝基化合物NCOOC2H5KBH4-LiBrMeOHNCH2OHNaBH4+LiBrLiBH4+NaBr7-1-5酰氧基和烃基硼氢化物酰氧基硼氢化物还原能力比硼氢化钠弱，仅能还原醛、酮、亚胺和烯胺等NNNaBH4-AcOHNHHNCHOOKBH(OAc)3CH2OHO烃基硼氢化物：当烃基与硼结合，增加硼氢化物的还原能力，最有效的烃基硼氢化物是三乙基硼氢化锂，还原能力比硼氢化锂强，是现有的最强的亲核性氢化物BEt3+LiHTHF,LiBHEt3其最重要的作用是卤代烃的脱卤，机理为SN2的亲核取代.BrLiBEt3-DDH7-2催化氢化反应催化氢化是有机合成中最简便的还原方法之一。催化氢化反应常分为催化加氢和催化氢解，对分子中的不饱和官能团的加氢还原称为催化加氢，而发生单键破裂使某些官能团被氢置换则称为催化氢解。催化氢化是由氢气作为氢的给体，有时使用有机物作为氢的给体（醇）。根据催化剂的溶解性质，催化氢化可以分为非均相催化和均相催化7-2-1催化活性与反应性影响催化氢化反应的因素：官能团、催化剂的催化活性、催化剂的用量、反应温度、压力、溶剂等因素。最重要的因素是催化剂的活性，催化剂有铂、钯、镍、铑等。烯烃成饱和烃、羰基成羟基、硝基成氨基（paper）7-2-2催化氢化的立体化学过程：底物被吸附在催化剂表面，同时氢分子在催化剂上发生键的断裂，形成活泼的氢原子，然后氢原子由位阻小的一边顺式加成OH2/PtO2AcOHOHH7-2-3官能团的催化氢化还原1、烯烃的氢化还原烯烃的双键在催化剂存在下通常可顺利地氢化还原成饱和烃。位阻较大的烯烃较难还原钯能催化氢化许多官能团。铑催化剂是碳-碳双键选择性氢化有效催化剂CNMsOH2/Pd-CAcOEt,AcOHCNMsOOH2/Rh-AlPO4CH3OHO2、炔烃的氢化还原碳-碳三键比双键相对易氢化还原直接使用铂、钯、镍催化，产物为饱和烷烃。采用Lindlar催化剂（钯粉附着在CaCO3-少量PbO2催化剂的毒化剂）OH2,LindlarO7-2-3官能团的催化氢化还原1、烯烃的氢化还原2、炔烃的氢化还原3、芳香族化合物的氢化还原4、羰基的氢化还原5、其它官能团的氢化还原3、芳香族化合物的氢化还原各种催化剂氢化还原苯的催化活性顺序是：RhRuPtPdNiCo含易发生氢解的基团，如苄基与氧或氮等相连时，一般催化剂催化还原时易发生氢解，如采用Rh、Ru催化剂，在温和的条件下即可使苯环优先氢化，不发生氢解反应CHCOOHHOH2/Pd-CCH2COOHCHCOOHHOH2/Rh-Al2O3CHCOOHHO芳环有羟基或氨基取代基，氢化还原可得酮、醇、胺等产物CH2COOHHOOHH2/Rh-Al2O3NaOH,55deCH2COOHOOHOHMeO2CCO2MeH2/Rh-Al2O3OHMeO2CCO2MeNH2H2,RhNHNH24、羰基的氢化还原催化剂及反应条件的不同，产物有醇和氢解成烃CHOH2Pd-BaSO4CH3CHOH2/PtO2FeCl3,EtOHCH2OH催化条件下，羰基比芳环易还原，但烯键更易还原，只有采用特殊的催化剂CHOH2/Os-C100℃,3MPaCH2OHOH2/RaneyNi-CrOH5、其它官能团的氢化还原O2NClMeOEtCNH2/PtO2H2NClMeOEtCNH2/Pd-CAcOHH2NClMeOEtCH2NH27-2-4催化氢解催化氢解是催化氢化中一类重要反应。与烯丙基或苄基相连的C-O键、C-N键易发生氢解反应。含有C-X，C-S单键的化合物也可发生氢解反应。苄酯、苄醚、苄胺的苄基可以氢解脱去，苄基可以作为羧基、醇、胺的保护基，苄氧甲酰基常用作保护基NNOOHOHOPhH2/Pd-CNNOOHOHOHNOOPhOOOHH2/Pd-CMeOHHNOOOHOHSCH2CH2SHBF3-Et2OSSH2/RaneyNiEtOH7-2-5均相催化氢化用可溶性催化剂，使氢化反应在均相溶液中进行，称为均相催化氢化。均相催化剂中应用较广的是铑、钌和铱配位催化剂.均相有益提高氢化还原的选择性，负反应少过程：氢加成到催化剂，同时脱去一分子三苯基膦配体，随之，烯烃与含两个氢原子的配合物配位结合。氢的迁移后生成烃基配合物，氢和烃基脱去，同时一分子三苯基膦配体重新结合到金属上，回复到原先的催化剂形式RhPh3PPh3PClPPh3H2-PPh3RhPh3PPh3PClHHRhPh3PPh3PClHHRhPh3PPh3PClHHPPh3RhPh3PPh3PClPPh3+HH催化剂在常温、常压下氢化还原非共轭烯烃，羰基、氰基、硝基、叠氮基等不被还原(Ph3P)3RhClNO2H2/(Ph3P)3RhClNO2OHH2/(Ph3P)3RhClOH此催化剂不发生氢解反应。催化剂不发生氢解反应SH2/(Ph3P)3RhClSOOH2/(Ph3P)3RhClOO7-3可溶性金属还原反应可溶性金属是一类有效还原剂，可以还原多种不饱和化合物。可溶性金属还原法是由金属表面的电子或溶解的金属的电子转移到被还原的反应物的单电子转移过程，溶剂作为质子源提供质子，常用的金属是：锂、钠、钙、镁等。常用做质子源的溶剂是醇、乙酸、胺。7-3可溶性金属还原反应7-3-1羰基化合物的还原7-3-2还原裂解反应7-3-3炔烃还原7-3-4共轭体系的还原7-3-1羰基化合物的还原原理：RROeRRORROHRROHeRROHHRROHH可溶性金属还原酮具有良好的立体选择性，优先生成热力学稳定的醇ORNa-EtOHROHHOHO(1)Li,NH3(2)MeIOHO7-3-2还原裂解反应可溶性金属可用于还原裂解反应，尤其是切断苄基-氧基或苄基-氮键，这是催化氢解的一种替代方法。苄基及烯丙基的卤化物、醚、酯均可被可溶性还原剂还原裂解MeOOHNa,