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第六章还原反应（1学时，12.28）（reduction）一、概述为精细有机合成化学中最广泛应用的单元反应之一。与氧化反应相反：氧原子减少，氢原子增加，两者兼有。氧原子减少PhNNPhOPhNNPh[H]氢原子增加PhNNPhPhNH2NH2Ph[H]两者兼有PhNO2PhNHOHPhCOOHPhCH2OHNO2NO2NH2NH2[H][H][H]特点：较氧化反应易于控制。类型：（1）活泼金属Fe/HCl，Zn/HOAc，Na/ROH,Zn-Hg/HCl，Na-Hg/EtOH等（2）低价元素的化合物Na2S2O4,NaS,FeCl2,SnCl2,TiCl3,TiCl2等（3）金属氢化物NaBH4,LiAlH4,（4）催化加氢Pd,Pt,Ni,/H2.(5)有机金属还原剂:异丙醇铝，叔丁醇铝，甲醛，葡萄糖。（6）非金属：Me2S，Ph3P二、催化氢化（加氢反应）（一）概念：属间接还原，通过催化剂的协助还原底物（烯烃，炔烃，羰基化合物等）多相催化剂过渡金属吸附在催化剂的表面催化剂：Pd,Pt,Ni,RaneyNi，PtO2，Rh等，活性：PdRhPtNiRu载体:活性炭,氧化铝,氧化硅溶剂:EtOH,EtOAc,Et2O,hexanes,etc.底物在金属表面的吸附能力：炔烃〉双烯烃〉烯烃〉烷烃均相催化剂(R3P)3RhClH-HHHcatalystsurfaceHHCCHCCCHCHCHC多相催化:在不溶于反应体系中的固体催化剂的作用下，氢气还原在液相中的底物的反应。1．机理RCH=CHR'RCH2CH2R'Pd/C,H2氢化(Hydrogenation)：使碳-碳，碳-氧，碳-氮等重键加氢。ArCH2NR2ArCH3+Pd/C,H2R2NHOCH2PhOOHOPd/C,H2氢解(Hydrogenolysis):在催化氢化的条件下，底物分子被化验裂解成两个或两个以上的小分子的反应。使一些单键发生裂解：如卤代物，苄醇类，苄胺类，酰卤类的氢解和脱硫、酯的酯解等.高压氢化100~300atm,100~300oC低压或常压氢化1~4atm,0~100oCP,压力：即为压强，kg/cm2,psi-poundspersquareinch1pound=0.453kg,1inch=2.54cm,1psi=0.07kg/cm2.1atm=1.0332kg/cm2.炔烃的加氢顺式加氢Lindlar催化剂：Pd/CaCO3，喹啉反式加氢Na，液氨炔烃+H2LindlarCatalyst(Pd/BaSO4/quinoline)烯烃部分毒化用于还原反应活性高的官能团cisolefins(LindlarReduction)酰氯+H2,Pd/BaSO4醛(RosemundReduction)Org.Rxn.1948,4,362烯，炔同时存在，还原到停留在烯的一步。(三)不同催化剂催化氢化反应1．装置：（1）常压或低压氢化反应装置（2）低压或高压加氢反应装置：2．催化剂（1）RaneyNickel兰尼镍a.加氢催化：可还原烯烃，－NO2化合物，－CN，C=N-OH,羰基，芳基，卤代烃制备：铝镍合金（1：1）溶于600mL10%NaOH水溶液中，90～95oC0.5h加完，搅拌1h,滗出液体，水洗，乙醇洗，始终有液体覆盖，酒精中保存，冰箱中保存三个月。S,P,As,Bi可使之中毒。RaneyNi通常不加载体。b.脱硫（2）铂催化剂活性很强可以还原除了酯、羧酸和酰胺外，各种不饱和基团均可被还原。如：醛酮、腈、硝基化合物，还原氨化反应等。反应通常可在较低温度和较低氢气压力下反应。铂黑、铂炭、二氧化铂等。载体铂催化剂：Pt/C酸能促进铂的催化氢化。缺点：价格昂贵。（3）钯催化剂对烯烃、炔烃加氢活性高，还原酮、腈、硝基化合物，还原氨化反应等，氢解活性也很强。为最常用的催化剂之一，可制成氧化钯、钯黑和载体钯（Pd/C）钯碳催化剂(10％)的制备在200ml烧杯中加入5.0氯化钯，65ml水和8.8mL浓盐酸，加热助溶。呈棕色溶液，待用。在1000ml三口瓶中放人250g粉状活性碳(化学纯)和200mL水。加热煮沸15min。在搅拌下加入上述棕色氯化钯溶液。在剧烈搅拌下，维持温度在90－95oC之间，徐徐加入22m1甲醛(40％)。加毕，继续搅拌15min。然后冷却到20oC以下，在搅拌下慢慢加入30％氢氧化钾水溶液，使反应混合液的pH=5～6。再搅拌20mL过滤，水洗二、三次，转移到烧杯中，用5%硝酸浸泡过夜，或更长时间。过滤，水洗至中性，取出干燥，密闭保存，待用。钯硫酸钡催化剂，Pd，BaSO4(5%钯/BaSO4)的制备8.2克氯化钯溶在20毫升浓盐酸和50毫升水中．另溶126.2克氢氧化钡八水合物于1.2升水中，加热在80oC快速搅拌．一次加入120毫升6N硫酸，井继续加入硫酸直到溶液呈酸性．在搅拌中加入上面的氯化钯溶液和8毫升37%甲醛水溶液，并用30％氢氧化钠溶液中和使反应物对石蕊纸呈碱性．继续搅拌五分钟，放置使催化剂下沉．倾去上层清液，加入水到原有体积，再快速搅拌，放置，倾泻．如是重复八到十次．最后用直径90毫米中等细度的砂芯漏斗过滤，并用250毫升水分五次洗涤．最后一次尽量吸千．在烘箱中烘干，重93—98克，磨细，在紧塞玻瓶中保存。NNCOOEtCOOEtPd/C,H2(4atm)EtOHNNCOOEtCOOEt小结：烯、炔：常压或低压，H2，Ni，Pd，Pt醛、酮H2，Ni、加热，加压酸、酯高温，高压，Ni，Pd，Pt200oC酰胺，腈NiRh,500-100oC,高压酰卤Pd/BaSO4－NO2常压，Pd，Ni，Pt＝NOH,＝NH室温1～4atm－Ar10-20Mpa,100-200oC三、直接还原（一）碱金属的还原作用：碱金属：外层电子－具有“亲核试剂”的性质，对缺电子的部位进行亲核加成。1．Na，醇（1）将酯还原为相应的醇RCOOR'Na/R'OHRCH2OH+R'OH(CH2)8CO2EtCO2EtNa,EtOH(CH2)8CH2OHCH2OH（2）将肟还原成相应的胺ONH2OHNOHNa,EtOHNH2（3）萘的还原Na,戊醇Na,乙醇（4）杂环NNHNa,EtOH2．Na/非质子溶剂制环状a-羟基酮(CH2)8CO2EtCO2EtNa,C6H6OONa+Na+OOHCH3OHCO2CH3CO2CH3NaxyleneOOH3．Mg，Mg－Hg，Mg－ZnO+Mg(Hg)benzeneMgOOH2OOHOHOMg(Hg)OHOHOMg(Hg)HOOH4．Birch还原Li，Na，K，NH3（l）（1）还原芳环COOHCOOHOMeLi,NH3(l)OMeH3O+O（2）炔烃得到反式烯烃RCCHNaNH3RCHCH2（二）其它金属1．Fe,HCl(30%)NO2Fe,HClNH22.Sn,HClNO2Sn,HClNH2COOHCOOH3.Zn-Hg,浓盐酸，Clemmensen还原OrganicReactions1975,22,401ComprehensiveOrganicSynthesis1991,vol8,307.还原酮到饱和烷烃4.Wolff-KishnerReductionOrganicReactions1948,4,378ComprehensiveOrganicSynthesis1991,vol.8,327.还原酮到饱和烷烃（三）金属氢化物的还原AluminiumHydrides1.LiAlH42.AlH33.Li(tBuO)3AlH4.(iBu)2AlHDIBAL-H5.Na(MeOCH2CH2O)2AlH2REDAL1．LiAlH4LithiumAluminiumHydride----LiAlH4(LAH)Chem.Rev.1986,86,763Org.Rxn.1951,6,469.很强的还原剂悬浮在etherorTHF中可还原羰基，羧基，酰氯，酸酐和酯基到醇。还原硝基，酰胺,肟，亚胺，重氮化合物和芳香族硝基化合物到胺对环氧化合物开环还原C-X键到C-H还原炔基醇到反式烯丙醇还原活性从高到低：C＝OCOORCNCONR2C-NO2CHBrCH2OSO2Ar反应机理：还原醛还原酮还原醌类化合物还原缩酮还原羧酸及其衍生物：还原酸：比酯难，多消耗0.75mol的氢化铝锂，酯消耗0.5mol的氢化铝锂.还原酸酐：还原酸酐：还原酯：还原内酯：还原酰氯:还原酰胺：还原内酰胺：还原腈：还原环氧化合物：负氢离子进攻位阻小的一边。还原硝基化合物：还原肟：还原亚胺：还原卤代烷：OHTsClOTs1.LiAlH4,Et2O,reflux2.H3O+60％还原磺酸酯：可切断C－O键，使醇脱氧。2.Li(t－BuO)3AlHLithiumTri(t-Butoxy)aluminiumHydrideLi+(tBuO)3AlH位阻较大，可选择性还原位阻小的一边。OOH+OHHHABLiAlH4/(C2H5)2OA/B=1LiAl(t-OBu)3H/THFA/B13.(iBu)2AlHDiisobutylAluminiumHydrideDIBAL或DIBAL-HOHOOHOHDIBAL还原酮和醛到醇还原酯到醇，醛还原内酯到半缩醛。OO1molDIBALEt2O,-78oCCNOOCHOOOCHNAlH3O+还原腈到醛：DIBALOHO98％只进行1，2－还原反应：DIBALNOHNH还原肟：4．SodiumBis(2-Methoxyethoxy)AluminiumHydrideREDALOrganicReactions1988,36,249OrganicReactions1985,36,1.双（甲氧乙氧基）铝氢化物（红铝），还原能力和氢化铝锂接近。热稳定性好，对干燥空气稳定。II．硼氢化物BoronHydridesReview:Chem.Rev.1986,86,763.LiBH4还原酮、醛、酯和环氧化物。Na(AcO)3BH还原酮和醛活性较低。Na(CN)BH3还原亚胺盐、酮和醛1．NaBH4SodiumBorohydride还原醛和酮到醇，还原酰氯到醇，不还原酸，酯，内酯，环氧化合物或硝基化合物。不还原孤立的烯基，炔基，硝基，腈基，卤代物。O2N(CH2)3COCH3NaBH4LiAlH4O2N(CH2)3CHOHCH3H2N(CH2)3CHOHCH3NaBH4/CeCl3LucheReduction还原a,b-不保和酮的1，2－位为烯丙醇。还可以通过加入其它的过渡金属盐使其还原性增加。TiCl4,NiCl2,CoCl2.2．SodiumCyanoborohydrideNa(CN)BH3还原胺化与对甲苯磺酰腙反应得到饱和烃。3.Na+(AcO)3BH,Me4N+(AcO)3BH还原胺化，在酮存在时，可选择性还原醛。III．硼烷BH3，B2H6BoranesHydroboration硼烷还原，还原醛、酮、羧酸、酯、硝基和腈基，还原酰胺到胺。选择性还原羧酸到1°醇不还原酯、硝基和腈基。OZn-Hg,HClHHONH2NH2,KOHHHHHSSRaneyNi(四)小结C＝O到CH2OODibaltoluene,-78oC?COCl?CHO1.2.3.CH2OPd-CH2?OODibaltoluene,-78oCCOClCHO1.2.3.CH2OPd-CH2OOHPd/BaSO4,H2HOH2CNOEtO(1).LiAlH41.(2).H3O+?2.NNCH2PhOO(1).LiAlH4?H2,Pd-C?Problem:NOEtO(1).LiAlH41.(2).H3O+2.NNCH2PhOO(1).LiAlH4H2,Pd-CNCH2OHNNCH2PhNNH