还原反应总结概述-课件.ppt

1、还原反应还原反应还原反应的定义及方法u 定义：在还原剂的作用下使有机物分子中增加氢原子或减少氧原子，或者两者兼而有之的反应称为还原反应。u 还原方法催化氢化催化加氢催化氢解化学还原金属氢化物 (NaBH NaBH4.4.LiBHLiBH4 4 LiAlHLiAlH4 4)金属 (Fe、Zn)非金属 (水合肼水合肼 、硼烷）硼烷）催化氢化u催化加氢（催化氢化）催化加氢（催化氢化）含有不饱和键的有机物分子，在催化剂的含有不饱和键的有机物分子，在催化剂的存在下，与氢分子反应，使存在下，与氢分子反应，使不饱和键全部或部不饱和键全部或部分加氢分加氢的反应，叫做催化加氢（氢化）。的反应，叫做催化加氢（氢化

2、）。C CC CCOCOHC NNOOCOOH芳杂环芳杂环举例说明举例说明NO2ClCONH2HClCO+H2/Pd/C50506060H2/Pd/CC2H5OHCOO CH2COOHCH3+催化氢化氢化还原脱去苄基氢化还原脱去苄基C33H36N2O4M=524.65Z06ONHCHONOHOC19H24N2O4M=344.40Z07HONHCHOHNOHOPd/CH2阿福特罗（Z07）的制备常见还用于还原酰氯、硝基、炔烃、醛基、烯烃、羰基，也用于脱去氨基保护基，比如苄氧羰基（cbz)苄基常用脱去方法：催化氢解、Pd-C/HCOOH、Pd-C/HCOONH4、Pd-C/NH2NH2 催化氢化催

3、化剂类型催化剂类型 还原型纯金属粉：还原型纯金属粉：Pt、Pd、Ni等，如等，如骨架镍骨架镍、骨架铜、骨架铜化合物型：氢氧化物、氧化物、硫化物如化合物型：氢氧化物、氧化物、硫化物如PtO2、MoS载体型：如载体型：如Pt/C、Pd/C实验室一般都用载体型：实验室一般都用载体型：5%10%Pd/C操作注意：金属还原剂操作注意：金属还原剂Pt、Pd、Ni一般用水保护，防止一般用水保护，防止与空气接触自燃，所以减压过滤时，不能滤得太干。与空气接触自燃，所以减压过滤时，不能滤得太干。用量用量 Ni：10%15%被催化物质质量被催化物质质量 Pd/c：1%5%被催化物质质量被催化物质质量 Pt/c：0.

4、5%1%被催化物质质量被催化物质质量被氢化物的结构与性能被氢化物的结构与性能 空间效应越大，越不易靠近催化剂，需要空间效应越大，越不易靠近催化剂，需要强化反应条件，如升高温度、增加压力、强化反应条件，如升高温度、增加压力、提高催化剂活性等。提高催化剂活性等。分子结构不同，催化氢化的难易程度不同：分子结构不同，催化氢化的难易程度不同：酰氯酰氯硝基硝基炔烃炔烃醛基醛基烯烃羰基烯烃羰基 直链烯烃环状烯烃萘苯烷基苯芳直链烯烃环状烯烃萘苯烷基苯芳烷基苯烷基苯温度和压力温度和压力 温度和压力直接影响氢化反应的速度温度和压力直接影响氢化反应的速度。举例说明：C33H36N2O4M=524.65Z06ONHC

5、HONOHOC19H24N2O4M=344.40Z07HONHCHOHNOHOPd/CH2阿福特罗（Z07）的制备0.4MPa/30反应：完全脱去两个苄基，需要反应910h。0.4MPa/45反应：完全脱去两个苄基，需要反应45h。溶剂的极性溶剂的极性 溶剂对反应物和氢化物的溶解度能影响氢化反应速度和反应的选择性溶剂对反应物和氢化物的溶解度能影响氢化反应速度和反应的选择性，因为溶剂的存在使反应物的吸附性发生了变化，改变氢的吸附量。，因为溶剂的存在使反应物的吸附性发生了变化，改变氢的吸附量。溶剂的存在也会引起催化剂表面状态的改变，可使催化剂分散得更好溶剂的存在也会引起催化剂表面状态的改变，可使催

6、化剂分散得更好，有利于被氢化物、氢、催化剂三者之间的接触反应。，有利于被氢化物、氢、催化剂三者之间的接触反应。举例说明：阿福特罗（举例说明：阿福特罗（Z07)及半脱保护杂质及半脱保护杂质C33H36N2O4M=524.65Z06ONHCHONOHOC19H24N2O4M=344.40Z07HONHCHOHNOHOPd/CH2经实验验证：用无水甲醇作溶剂的氢化反应速度要比无水乙醇作溶剂经实验验证：用无水甲醇作溶剂的氢化反应速度要比无水乙醇作溶剂反应快得多。反应快得多。制备阿福特罗的半脱保护杂质（只脱一个苄基制备阿福特罗的半脱保护杂质（只脱一个苄基）HONHCHONOHOONHCHONOHOPd/

7、CH2氢化制备条件：用异丙醇作溶剂、氢化温度氢化制备条件：用异丙醇作溶剂、氢化温度30，氢化压力氢化压力0.3MPa。溶剂的极性溶剂的极性催化氢化的优缺点优点优点：反应易于控制，产品纯度较高，收率反应易于控制，产品纯度较高，收率 较高，三废少，在工业上应用广泛。较高，三废少，在工业上应用广泛。缺点缺点：需要使用防爆带压设备，安全措施要：需要使用防爆带压设备，安全措施要求高，生产成本投入高。求高，生产成本投入高。金属氢化物还原剂NaBH4还原还原将酮还原为醇，由于将酮还原为醇，由于NaBH4是碱性试是碱性试剂，直接脱去溴化氢形成环氧物。剂，直接脱去溴化氢形成环氧物。福莫特罗中间体合成福莫特罗中间

8、体合成ONO2BrOONO2ONaBH4、水甲醇 NaBH4在通常条件下不能还原羧酸、酯、酰胺、氰基和硝基，但是加入一些添加剂后还原性和选择性会增强。参考文献：Journal of Organometallic Chemistry 609(2000)137151 羧酸的还原 （101BHG-D)NaBH4/AlCl3金属氢化物还原剂OHCOOHC13H16O3M=220.26OHCH2OHC13H18O2M=206.28Z02XNaBH4/AlCl3乙二醇二甲醚此还原体系能快速地把酯和羧酸还原为相应的醇，以及将腈类还原为相应的胺，但是该体系不能还原羧酸钠盐和硝基化合物。金属氢化物还原剂 羧酸的

9、还原 RCOOHNaBH4_ZnCl2THF,RCH2OHR=alkyl/arylCH3(CH2)8COOHNaBH4_I2THF,0-25CH3(CH2)8CH2OHCOOMeCOOHNaBH4_I2THF,0-25COOMeCH2OH以上两种还原体系都能直接将脂肪族和芳香族的羧酸还原为相应的醇。金属氢化物还原剂 羧酸的还原 COOHO2NBOP reagentNaBH4,THFO2NOH99%COOHBOP reagentNaBH4,THFOH90%BOP试剂是六氟磷酸苯并三唑-1-氧基三(二甲氨基)磷，别名为卡特缩合剂此还原体系的特点是：化合物中的硝基、氰基、叠氮基和酯基不受影响金属氢化

10、物还原剂 羧酸酯的还原RCOORNaBH4/ZnCl2tertiary amine,THF,，2hRCH2OHR=Me,EtX=2-Br,2-SCH2Ph,4-NO2,4-OH52-98%NaBH4-ZnCl2体系在三乙胺存在的情况下具有很强大还原性，羧酸酯可以平稳的被还原成对应的醇，而在没三乙胺时，还原却很难以进行。CO2EtNaBH4-I2THF,70,0.5 hH2OOH85金属氢化物还原剂 氰基的还原PhCH2CNPhCH2CH2NH291NaBH4-ZrCl4THF,rtPhCNNaBH4-I2THFNaOHPhCH2NH272金属氢化物还原剂 三乙酰氧基硼氢化钠还原胺化H3COON

11、H2OHNC10H12O2M=164.20C7H9N M=107.15C17H21ONM=255.35NaBH(CH3COO)3二氯甲烷三乙酰氧基硼氢化钠有更好的化学选择性，能够避免羰基还原为醇的副产物，可以使醛（酮）与胺“一锅”反应直接进行还原胺化，反应过程中可以加入少量的乙酸催化，若加入乙酸会产生N-乙酰基副产物，可用三氟乙酸代替，避免副产物产生，此反应也可用氰基硼氢化钠直接还原胺化，由于后处理时会产生剧毒副产物（氰化氢和氰化钠），不利于环保。金属氢化物还原剂 LiAlH4LiAlH4 可还原醛、酮、酰氯、羧酸、酯、酰胺、磺酸酯、卤代烃、环氧化物、腈、亚胺、肟、叠氮、硝基化合物等。CH3(

12、CH2)5CHO(1)LiAlH4,Et2O(2)H2OCH3(CH2)5CH2OHCOOH(1)LiAlH4,Et2O(2)H2OCH2OHC6H5CO2C2H5(1)LiAlH4,Et2O(2)H2OC6H5CH2OH+C2H5OH醛酮羧酸酯金属氢化物还原剂 LiAlH4C6H5CClO(1)LiAlH4,Et2O(2)H2OC6H5CH2OHCH3CN(C2H5)2O(1)LiAlH4,Et2O(2)H2OCH3CH2N(C2H5)2n-C7H15CN(1)LiAlH4,Et2O(2)H2On-C7H15CH2NH2酰氯酰胺腈LiAlH4 还原环氧化物成醇。氢负离子优先进攻位阻小的碳原子

13、。O(1)LiAlH4,THF(2)H2OOH金属氢化物还原剂 LiAlH4LiAlH4 还原磺酸酯、卤代烃成烃。氢化铝锂还原能力很强，选择性差且反应条件要求高，主要用于羧酸及其衍生物的还原。常用的溶剂是无水THF、无水甲苯和无水乙醚，对水、酸、醇极易分解。氢化铝锂一般不还原碳碳双键。金属还原剂 铁粉还原剂 铁粉还原反应原理：铁粉还原反应原理：通过电子转移而实现的，其中铁是给电子体，被还原物首先在铁通过电子转移而实现的，其中铁是给电子体，被还原物首先在铁表面得到电子，再从质子给体（水、醇等）得到质子被还原。表面得到电子，再从质子给体（水、醇等）得到质子被还原。电解质：稀盐酸、稀硫酸、醋酸、氯化

14、铵或电解质：稀盐酸、稀硫酸、醋酸、氯化铵或FeCl2等水溶液。等水溶液。硝基化合物结构的影响：硝基化合物结构的影响：芳环上有吸电子基团时，芳环上有吸电子基团时，硝基接受电子能力增加，容易被还原硝基接受电子能力增加，容易被还原。芳环上有给电子基团时，芳环上有给电子基团时，硝基接受电子能力减弱，不易被还原硝基接受电子能力减弱，不易被还原。铁粉的影响：铁粉的影响：洁净、粒细和质软的灰铸铁屑，优于组成比较纯净的钢屑。洁净、粒细和质软的灰铸铁屑，优于组成比较纯净的钢屑。通常使用通常使用60-10060-100目铁粉。太粗的铁粉表面积小，反应慢；太细的铁粉，目铁粉。太粗的铁粉表面积小，反应慢；太细的铁粉，

15、后处理困难。后处理困难。用量：用量：每摩尔硝基物理论上需要每摩尔硝基物理论上需要2.252.25摩尔铁屑，实际为摩尔铁屑，实际为3-43-4摩尔。摩尔。金属还原剂电解质的影响：电解质的影响：n微电池反应原理：电解质微电池反应原理：电解质增加水溶液的导电性，加速铁的电化学增加水溶液的导电性，加速铁的电化学腐蚀，腐蚀，反应速度加快。反应速度加快。n保持介质的保持介质的pH=3.5-5，使溶液中有铁离子存在。间歇还原时，使溶液中有铁离子存在。间歇还原时 ，需，需补加电解质。补加电解质。n常用电解质是氯化铵、氯化亚铁，用量为被还原物的常用电解质是氯化铵、氯化亚铁，用量为被还原物的10-20%，浓浓度在

16、度在3 3左右。左右。n适当增加电解质的浓度可使还原速度加快适当增加电解质的浓度可使还原速度加快。浓度过高，则将使还。浓度过高，则将使还原速度减慢。原速度减慢。反应温度的影响：反应温度的影响：通常在接近反应液沸腾温度下反应。通常在接近反应液沸腾温度下反应。金属还原剂铁粉还原剂铁屑在酸性条件下为强还原剂，可将芳香族硝基、脂肪族硝基以及其它含氮氧功能团（亚硝基、羟氨基等）还原成氨基，将偶氮化合物还原成两个胺，将磺酰氯还原成巯基。它是一种选择性还原剂，尤其是对硝基选择性高且还原能力强，一般情况下对卤素、烯键、羰基无影响。铁粉还原剂举例说明：阿福特罗举例说明：阿福特罗C32H34N2O5M=526.6

17、2Z04ONO2NOHOC32H36N2O3M=496.64Z05ONH2NOHOFe/NH4Cl85%的甲 醇 水 溶 液注意：铁粉用之前用稀盐酸活化，否则严重影响反注意：铁粉用之前用稀盐酸活化，否则严重影响反应效果。应效果。金属还原剂铁粉还原铁粉还原l生产能力强生产能力强l工艺成熟、简单，适用范围广工艺成熟、简单，适用范围广l副反应少副反应少l产生大量的铁泥和废水产生大量的铁泥和废水l反应设备不易于清洗反应设备不易于清洗优点优点缺点缺点金属还原剂 锌粉还原锌粉的还原能力与反应介质的酸碱性有关。在不同的介质中得到不同的还原产物。锌粉可还原硝基、亚硝基、羰基、碳-碳不饱和键、碳-硫键等。酸性条

18、件下 锌或锌汞齐可使羰基还原成亚甲基,该反应称为Clemmensen（克莱门森）还原。COCH3Zn-Hg,HClCH2CH3HOCHOMeOZn-Hg,HClHOCH3MeO由于反应体系为酸性，且需加热，所以此法不适用于对酸和热敏感的羰基化合物的还原。Zn-Hg Zn-Hg 活性活性ZnZnHgCl2+HCl+ZnZn-Hg金属还原剂 反应物中羧酸、酯、酰胺上的羰基不受影响。Zn-Hg,HClCCH2CH2COOHO甲甲苯苯,CH2CH2CH2COOH90%但对 酮酸和 酮酯，只能将酮基还原为羟基。CH3CCOOEtOZn-Hg,HClCH3CHCOOEtOH而对 或 酮酸及酮酯，则可将酮基

19、还原为亚甲基。CH3CCH2COOEtOZn-Hg,HClCH3CH2CH2COOEt金属还原剂 在Clemmensen还原条件下，孤立的碳碳双键不被还原，但与羰基共轭的双键能被还原。PhCHCHCOOEtZn-Hg,HClPhCH2CH2COOEt与酯羰基共轭PhCHCHCCH3Zn-Hg,HClOPhCH2CH2CH2CH3与酮羰基共轭如果化合物中既有硝基又有羰基，则两者均被还原。COCH3NO2Zn-Hg,HClNH2CH2CH3金属还原剂 锌粉与醋酸还原硝基锌粉与醋酸还原二卤化物脱卤H3CCH3CCNO2COOHH3CCH3CCNH2COOHH2NCNHNO2NHH2NCNHNH2NH

20、Zn/HOAcZn/HOAcBrBrC8H17OZn/HOACC8H17O(CH3)2CCH2CHCH3Br BrZn/HOACH3CCH3CH3金属还原剂 在碱性条件下还原酮成仲醇。盐酸马尼地平的中间体制备非金属还原剂 硼烷以乙硼烷B2H6的形式存在（常见有两种硼烷THF络合物及硼烷二甲硫醚络合物），为强还原剂。硼烷易将羧酸还原为醇，与酯反应极慢。硼烷还原官能团的活性大致为：羧酸 醛 酮 烯 腈 酰胺 环氧化合物 酯O2NCOOHBH3 THF.O2NCH2OH79%硼烷不还原酰氯、硝基化合物、卤代烃、砜、二硫化物。非金属还原剂 硼烷CH3CH2CO2HB2H6,THF25 oC,1hCH3

21、CH2CH2OHCHBrOCH3CH3OOHCNB2H6CHBrOCH3CH3OOHCH2NH2OOOB2H6THFOHOO羧酸腈醛酮与酯反应速度极慢非金属还原剂 将酮还原为醇阿福特罗的起始物料（Z02)制备乙硼烷遇水或者醇剧烈反应分解，反应溶剂只能是干燥过非质子溶剂(THF)。Aminoindanol：(1R,2S)-1-氨基-2-茚醇，不对称手性催化剂。C15H12O4NBrC15H14O4NBrM=350.16M=352.16非金属还原剂 水合肼肼是还原剂，常用的是水合肼。其特点是在还原反应中自身被氧化成氮气，污染少。以甲醇或乙醇为介质，硝基化合物在催化剂存在下用水合肼常压加热即可还原为

22、胺，对硝基化合物中的羰基、氰基、非活化CC双键都不影响，有较好的选择性，如在三氯化铁与活性炭催化下用肼还原间硝基苯甲腈：NCNO2H2NNH2/FeCl3/CCH3OHCNNH2催化剂常用有三氯化铁、硫酸钴、Pd/c、镍、铜等硝基还原成氨基非金属还原剂 WolffKishner黄鸣龙反应醛、酮羰基被还原为亚甲基它是将醛或酮和85%水合肼、氢氧化钾/钠混合后，在二聚乙二醇或三聚乙二醇等高沸点溶剂中加热蒸出生成的水，然后升温在常压下的反应24小时，即还原得亚甲基产物。这是我国唯一的人名化学反应COCH2CH3NH2NH2 H2O,NaOH(HOCH2CH2)2O,CH2CH2CH382%.非金属还

23、原剂 WolffKishner黄鸣龙反应此法正好与Clemmensen还原形成互补。对碱敏感而对酸不敏感的化合物可用Clemmensen还原。相反，对酸敏感而对碱不敏感的化合物则用此法还原，如吡咯、呋喃衍生物的还原。NHH3CCOCH3CH3EtO2CNH2NH2 H2ONaOEt/EtOHNHH3CCH2CH3CH3EtO2C.WolffKishner黄鸣龙反应中酯羰基不被还原。非金属还原剂 WolffKishner黄鸣龙反应 Clemmensen还原一样，若化合物中既有硝基又有羰基，则两者均被还原。CHONH2NH2 H2O,KOH(HOCH2CH2)2O,CH371%NO2NH2.甲酸铵

24、催化转移氢化 硝基的还原RNO2HCO2NH4Pd/C CH3OHRNH2R=烷 基、芳 基近年来,利用甲酸铵进行的催化转移氢化反应能够快速、选择性的把脂肪族和芳香族硝基化合物还原成相应的胺,反应产率很高。这类反应条件温和,室温下即可进行反应，反应时间较短,通常为 3 40min。结构中存在的其他官能团如羰基、腈等,在反应过程中不受影响。甲酸铵催化转移氢化 偶氮化合物的还原用工业锌粉和甲酸铵可以使对称或不对称的偶氮化合物还原成相应的胺。NNXYZn/HCO2NH4NH2NH2X或 Y=H、OH、COOH、CH3、COCH3CH3OH/室 温YX分子中存在的其他容易被氢化或氢解的基团,如:OH、

25、COOH、COCH 3 不受影响。与以往使用贵重金属相比,用工业锌粉做催化剂产率高,反应快而且成本低。甲酸铵催化转移氢化 氰基的还原CNOHPd/C HCO2NH4CH3OHCH3OH氰基还原成胺使用包括与复合金属氢化物反应或加压条件下的催化氢化方法,如果要把氰基直接还原成甲基,反应条件很剧烈,通常需要高温高压以及特殊反应容器。用甲酸铵可以在温和的条件下直接把芳基腈还原成甲基衍生物，,但该方法不适用于脂肪族氰基的还原。甲酸铵催化转移氢化脱芳卤脱芳卤通常是采用高压催化氢解、用金属氢化物还原或加热分解。在常温常压下用甲酸铵做供氢体,以 Pd/C 作催化剂,可以使单或多卤代芳烃发生脱卤反应。OHCl

26、Pd/C HCO2NH4CH3OHOHClCl甲酸铵催化转移氢化 脱苄氧羰基ClNHCbzPd/C,HCO2NH4CH3OHClNH2在肽化学领域,能够在温和条件下快速、选择性的脱去保护基是非常重要的。甲酸铵催化转移氢化能够在近中性的条件下脱去苄氧羰基,而不影响肽链中对酸、碱敏感的其他保护基团。这种方法不影响氨基酸及肽的光学活性,有效避免其他脱保护基方法产生的外消旋作用。甲酸铵催化转移氢化能够在温和条件下选择性地脱去苄氧羰基,N 苄基,O 苄基。甲酸铵催化转移氢化 芳香醛、酮还原成亚甲基醛、酮还原成亚甲基的方法包括:Clemmensen还 原,Wolff 2 Kishner 还 原,LiAlH

27、 4/AlCl 3,或者是催化氢化。用甲酸铵做为供氢体,能够在温和条件下快速使芳香醛、酮还原成亚甲基。该方法用于多巴胺受体拮抗剂 Eticlopride 的重要中间体 2,4 2二甲氧基乙基苯的合成中。OH3CCOCH3OCH3Pd/C,HCO2NH4CH3CO2HOH3CCH2CH3OCH3甲酸铵催化转移氢化 甲酸铵与钯炭催化还原优点反应条件温和，投入成本比较低且后处理简单，易于工业化放大生产。缺点还原性比较强，选择性比较差。感悟总结 还原方法这么多，那到底选择哪一种方法呢？那就要根据自己的需求，具体问题具体分析，尽量选择经济实惠，既环保又有利于工业化放大生产的还原方法。谢谢大家的聆听！谢谢大家的聆听！