还原反应机理

2019/12/71第九章还原反应增加氢原子减少氧原子9.1化学还原反应9.2催化氢化2019/12/729.1化学还原反应•9.1.1金属还原剂•1.底物与进攻试剂•▲活泼金属•▲合金•▲其盐类。•一般用于还原反应的活泼金属有碱金属、碱土金属、以及铝、锡、铁等。合金包括钠汞齐、锌汞齐、铝汞齐、镁汞齐等。金属盐有硫酸亚铁、氯化亚锡等。2019/12/732.反应机理及影响因素CO+MCOMM-eCOMHHCOHArNOOFe-eArNOOHArNOOHFe-eArNOOHH2O_HArNOFe-eArNOFe-eArNOHArHNOHFe-eArNHFe-eArNHHArNOHHHHArNH22019/12/742223449443ArNOFeHOArNHFeO电解质介质化学结构与反应活性铁的品质和用量过程与特点O2NCHCNCH3Fe/NH4Cl95,1.5ChNH2CHCNCH3消炎药苯恶洛芬中间体（1）铁和低价铁盐为还原剂2019/12/75（2）钠和钠汞齐作为还原剂芳香族化合物液氨非共轭二烯Birch反应CH3H3COOHLi/NH3/Et2O40,30minCCH3H3COOHH羧酸酯金属钠+无水乙醇伯醇Bouveault-Blanc反应：PhCHPhCH2COOEtNa/EtOH/AcOEt85~90,1~2ChPhCHPhCH2CH2OH2019/12/76（3）锌和锌汞齐作为还原剂一、强碱性介质中锌粉还原亚硝基、羟胺化合物氧化偶氮化合物ArNO+ArNHOHArN=NAr+H2OOArNHOHArN=NAr+O3ArNH2副反应ArNHOH+ArNH2H2+H2O2019/12/77一、强碱性介质中锌粉还原亚硝基、羟胺化合物氧化偶氮化合物氢化偶氮化合物ArN=NAr+O2H2ArNHNHAr+H2O副反应：ArN=NAr+O3H22ArNH2+H2O2019/12/78一、强碱性介质中锌粉还原亚硝基、羟胺化合物氧化偶氮化合物氢化偶氮化合物联苯胺系化合物652265264642slowCHNHNHCHNHCHCHNH2[][]kArNHNHArH2019/12/7922255ArNOZnHOArNHNHArZnO第一阶段：100~105℃12~13%NaOH第二阶段：90~95℃9%NaOH第三阶段：50℃稀盐酸还原还原转位第四阶段：稀硫酸及硫酸钠成盐析出2019/12/710二、锌粉其它还原(1)锌粉将硝基还原为氨基NH2NO2Zn/NaOHC2H5OH,reflux,1hNH2NH2抗组胺药奥沙米特（oxatomide）中间体(2)锌还可将醛或酮还原成醇COZn/NaOH25,70~74,2CHOHChCHOH钙拮抗剂盐酸马尼地平（manidipine）中间体2019/12/711酸性条件下还原醛基、酮基为甲基或亚甲基Clemmensen反应NCHCOOHCH2CH3OOZn,(C2H5)OHCl(g)0CNCHCOOHCH2CH3O抗凝血药吲哚布芬（Indobufen）2019/12/712（4）锡和二氯化锡作为还原剂在酸性条件下可还原硝基成氨基O2NNCCH3NCH3CH3Sn/HCl85CNH2NCCH3NCH3CH3驱虫药甲氨基苯脒中间体HONNOHH2NOHSnCl2/HCl2019/12/7133.实例分析FNO2FNH2FFCH3(CH2)4COCH3NaCH3(CH2)4CHCH3OHCOOHO2NH2NCOOHSn/HCl2019/12/7149.1.2含硫化合物还原剂一、用硫化碱的还原硫化钠硫氢化钠多硫化钠铵类硫化物硫化铁——齐宁（Zinin）还原还原芳香族硝基222222367436ArNOSHOArNHSOOH电子供给者硫化物质子供给者水或醇22S0222SSS浓度较稀时是一个双分子反应过程2019/12/715OCH3OHCHKBH4/EtOHrefluxOHCH3OHCH避孕药炔诺酮中间体ClClCH2ClONaBH4/CH3OH..,2rthClClCH2ClOClClCH2ClOHOCH2NSNHKBH4/NaOH/EtOHOHCH2NSNH抗真菌药芬替康唑中间体驱虫药左旋咪唑中间体2019/12/7162222223467436ArNONaSHOArNHNaSONaOH22222223ArNONaSHOArNHNaSO碱度的影响取代基的影响还原剂的影响：OCH3NO2NO2OCH3NH2NO2还原过程部分还原、完全还原2019/12/717二、用含氧硫化物的还原亚硫酸盐连二亚硫酸钠(1)亚硫酸盐还原亚硫酸盐可将硝基、亚硝基、羟胺基、偶氮基还原成氨基，将重氮盐还原成肼。324224NaHSOHSOArNHSOArNNHSO3NaSO3Na2422,2AcidhydrolysisHONaHSOArNHNHOHNO2Na2SO3/NaHSO3OHSO3NaNHSO3NaH3+OOHSO3NaNH22019/12/718(2)连二亚硫酸钠还原NHNHOONO2COOHNa2S2O4/H2O30~33,1ChNHNHOONO2COOHNHNHOONH2COOH抗凝血药莫哌达醇（mopidamol）中间体2019/12/7199.1.3金属氢化物还原剂LiAlH4LiBH4KBH4NaBH2S3（CH3CH2CH（CH3）—）3BHLi亲核试剂主要有用于还原含极性的不饱和键（羰基，氰基等）物质，如醛、酮、酰卤、环氧化合物、酯、酸、酰胺、腈、肟、硝基等，也可进行脱卤还原1.底物与进攻试剂▲■2019/12/7202.反应机理和影响因素COHAlH2+CHOAlH3COCHOAlH22CHOAl4CHOH2019/12/7213.实例分析NNH3CCH3H3CCH3HOCH3CH3HOOLiAlH4C2H5OOCCH2COCH2COOC2H5NaBH4C2H5OOCCH2CH(OH)CH2COOC2H5CH2H2COHONSHNNSHNKBH4/NaOH/EtOH2019/12/7229.1.4硼烷还原剂亲电性氢负离子转移还原剂易还原羧基与双键发生硼氢化反应O2NCN(CH3)2OB2H6/THF,1hO2NCH2N(CH3)22019/12/7239.1.5肼还原剂一、还原硝基NCNO2H2NNH2/FeCl3/CCH3OHCNNH2催化剂：三氯化铁、硫酸钴、镍、铜等担载在活性碳或硅胶或硅藻土上CH3O2NNO2CH3NH2NO22223/HNNHHOCHOH70~75C222HNNHHO140CCH3NH2NH22019/12/724二、还原重氮键OH(H3C)3CNN2223/HNNHHOCHOHCat.OH(H3C)3CNH2+NH2三、还原醛或酮为甲基或次甲基Wolff—КИЖЕР—黄鸣龙还原反应H3COCHNCCH2CH2COOHOH2NNH2/H2O/KOH140~160,1ChH3COCHNCCH2CH2COOHHH抗癌药物苯丁酸氮芥中间体2019/12/7259.1.6烷氧基铝还原剂OCHCOAlCH3CH3OAlCH+CH3COCH3(CH3)2CHOHHCOH+(CH3)2CHOAl(CH3)2CHOH+RCORAlOCH(CH3)23RCHOHR+CH3COCH32019/12/7269.1.7电解还原法CN(CH3)2OPbH2CN(CH3)22019/12/7279.2催化氢化优点缺点催化一、基本过程（1）反应物在催化剂表面的扩散、物理和化学吸附；氢：22()(.)2()22()HgHadsorbHactiveHHeHNi原料和产物（2）吸附络合物之间发生化学反应（3）产物的解析和扩散，离开催化剂表面9.2.1非均相催化氢化2019/12/728二、催化剂种类常用金属制法概要举例还原型甲酸型骨架型沉淀型硫化物型氧化物型载体型Pt，Pd，NiNi，CoNi，CuPt，Pd，RhMoPt，Pd，RePt，Pd，Ni，Cu金属氧化物用氢还原金属甲酸盐热分解金属与铝的合金用碱溶金属盐水溶液用碱沉淀金属盐用硫化氢沉淀金属氯化物用硝酸钾熔融分解用活性碳、二氧化硅等浸渍金属盐再还原铂黑，钯黑镍粉骨架镍胶体钯硫化钼二氧化铂钯/活性炭、铜/二氧化硅2019/12/729催化剂的评价：活性：负荷空间速度选择性：稳定性：催化剂寿命中毒再生毒物2019/12/730三、影响因素（1）原料:中毒物质（2）温度和压力（3）物料的混和（4）反应介质2019/12/731常见用途（1）硝基化合物加氢还原制胺COOCH3OSO2CH3O2N2,10%HPdC..rtCOOCH3OSO2CH3NH2抗菌药奥沙拉秦（Olsalazine）中间体（2）叠氮化合物加氢制胺NOH3CH2COOCH2CN3NOH3CH2COOCH2CNH22,10%HPdC2019/12/732（3)还原腈为伯胺NO2NCH3ClCNH3COH2C22/5%/HPdCHOHClNNH2CH3CH2NH2H3COH2C维生素B6中间体(4)还原酰卤成醛H3COOCH3ClOCOCH324///HPdBaSOTol喹林硫H3COOCH3OHCOCH3Rosenmund反应2019/12/733(5)还原醛酮为醇HOAcOAcOAcOOAcCHORaneyNi(W6)/EtOH54.9010,..PartHOAcOAcOAcOOAcCH2OH天麻素中间体(6)还原醛酮为烷烃OCH3CH2COOH2//HPdEtOHHCH3CH2COOH茚满烷类化合物2019/12/734(7)还原芳烃COOH2/5%HPdC145~160,3.92CMPaCOOH(8)还原烯键或炔键H3COCHCHCOOH2/5%HPdCNaH2PO2H3COCH2CH2COOH心血管药物艾司洛尔（Esmolol）中间体2019/12/7359.2.2均相催化氢化•铑、钌、铱的三苯膦络合物等，如氯化三苯膦络铑(Ph3P)3RhCl，磷可以和这些金属形成牢固的配位键C6H5CHCHNO2(Ph3P)3RhCl,C6H6H2C6H5CH2CH2NO22019/12/736(Ph3P)3RhCl+S+H2Ph3P_RhPh3PSHPh3PHClCCS_RhPh3PHPh3PHClCCRhPh3PHPh3PHClCCS+H2CHCH(I)(II)(III)(I)+均相催化氢化对羰基、氰基、硝基、卤素、重氮基、酯基等不加氢，也不氢解碳-硫键等，选择性好。由于是顺式加成，因此能催化不对称加成。2019/12/7379.2.3催化转移氢化OOOOOCOCH3OCOCH3+Pd-C/EtOH氢源是氢化芳烃、不饱和萜类及醇类，如环已烯、环已二烯、四氢萘、α-蒎烯、乙醇、异丙醇、环已醇等。用于还原不饱和键、硝基、氰基2019/12/7389.2.4氢解•氢解反应是指在催化剂存在下，使碳-杂键断裂，由氢取代离去的有机分子中某些不需要的原子或基团（脱卤、脱硫等）、脱除保护基（苄基、苄氧羰基等）的反应2019/12/739OCOOCH3OHOHOHONNFOCH2PhC2H5OH,Pd/C,H2OCOOCH3OHOHOHOHNNFO+PhCH3NNNNFHOSCH3FHORaneyNi,H2NNClClClHOClRaneyNi,H2