药物合成反应第七章氧化反应技术课件.ppt

第七章 氧化反应,药物合成技术,在药物合成中，借助氧化反应可以得到种类繁多的化合物，如醇、醛、酮、羧酸、酚、醌、环氧化合物等含氧化合物，以及脱氢的不饱和烃类、芳香化合物等。氧化反应是在氧化剂或氧化催化剂存在下实现的，氧化剂种类很多，特点各异，一种氧化剂往往可以与多种不同的基团发生反应，而同一种基团也可以被多种氧化剂氧化，同时氧化过程往往伴随很多副反应，因此，在药物合成中，选择符合要求的合适的氧化剂是非常重要的。,返回,一、氧化反应的概念,氧化反应（ oxidation reaction）是一类最常用的有机化学反应。广义氧化反应对以共价键结合的有机化合物来说，可视为碳原子周围的电子的密度降低，即碳原子氧化态升高的反应。习惯上的有机合成化学的氧化反应是指狭义概念的氧化，即指有机物分子中氧原子的增加、氢原子的消除、或与两者有关。也可以理解为有机化合物中插入氧原子，或将官能团转化为高氧化态。,狭义：加氧去氢广义：电子转移，使C上电子云降低,一、氧化反应的概念,返回本节,二、氧化反应的类型,根据反应所采用的氧化剂及操作方法不同，氧化反应可以分为化学氧化、催化氧化以及生物氧化。 化学氧化是指在氧化剂的直接作用下完成的氧化反应。 催化氧化是指在催化剂存在下，使用空气或氧气实现的氧化反应。 生物氧化是指用微生物进行的氧化反应。,返回本节,（一）高锰酸钾,一、锰化合物,高锰酸钾是一种强氧化剂，高锰酸钾在碱性、中性或酸性中均能发生氧化作用，所以应用范围较广，但由于介质的pH不同，其氧化性能也不同。,在中性或碱性介质中，锰由MnO4-被还原为 MnO2；在酸性介质中，锰由MnO4-被还原为Mn2+：,一、锰化合物,（一）高锰酸钾,（二）活性二氧化锰,对活性二氧化锰的活性有一定的要求，一般市售的二氧化锰的活性很小或没有活性，不能应用。,氧化剂二氧化锰有两种，即二氧化锰和硫酸的混合物以及活性二氧化锰。,一、锰化合物,一般是新鲜制备，而且使用过量较多，反应时间又长，所以经常使用的是二氧化锰与硫酸的混合物。,（二）活性二氧化锰,返回,一、锰化合物,（一）铬酸盐,二 、铬化合物,在酸性中铬酸盐均为重铬酸盐，其中用的最多的是重铬酸钠，它可在各种浓度的硫酸中使用，具有强氧化性能，其反应式如下：,（一）铬酸盐,在中性或碱性条件下，重铬酸钠的氧化性能较弱，反应式为：,二 、铬化合物,将三氧化铬加到过量的吡啶（质量比为三氧化铬 ：吡啶=1：10）中即生成三氧化铬-吡啶配合物吡啶溶液，它可以氧化伯、仲醇为醛酮，效果很好，对酸敏感的官能团没有影响。,（二）三氧化铬-吡啶配合物(Collins试剂),也可将三氧化铬吡啶配合物从吡啶中分离出来，干燥后再溶于二氯甲烷中使用，这样组成的溶液称为Collins试剂。它是使伯、仲醇氧化成醛、酮最普通的方法。,二 、铬化合物,（二）三氧化铬-吡啶配合物(Collins试剂),缺点在于该试剂很易吸潮，很不稳定，不易保存，需要在无水条件下进行反应；同时为了加快和反应完全，需用相当过量的试剂（五倍理论用量）；另外配制时容易失火等。铬化合物还有铬酰氯等。,二 、铬化合物,返回本节,（一）卤素,三、含卤氧化剂,含卤氧化剂很多，最常用的是氯气、次氯酸盐，其次是溴和碘及其含氧化合物。,氯气价廉很早就被用作氧化剂，使用时多通入水或碱性水溶液，起氧化作用的实际上是次氯酸或次氯酸盐。,氯气氧化后生成盐酸，容易处理，但在氧化过程中常常伴有氯化反应。溴的氧化性与氯相似，但氧化能力比氯较弱。溴为液体，可溶于四氯化碳、氯仿、二硫化碳或冰醋酸中，配制成一定浓度的溶液使用方便，但价格较贵。,（一）卤素,三、含卤氧化剂,次卤酸本身不稳定，易分解，但它的盐较稳定，通常将它制成次卤酸盐保存。次卤酸盐用得最多的是次氯酸盐，即把氯气通入碱性溶液中即可。次卤酸盐是一种氧化剂，可以使醇类氧成相应的醛、酮。因此，凡具有CH3CH(OH)-构造的醇会先被氧化成乙醛或甲基酮，再进行卤仿反应。,（二）次卤酸盐,含卤化合物还有其它的氧化剂，如过碘酸、碘-羧酸银等也常用。,三、含卤氧化剂,返回本节,（一）过氧化氢,四、其它氧化剂,过氧化氢俗称双氧水，是比较温和的氧化剂，其最大的优点是反应后本身转变为水，无残留物。但双氧水不稳定，只能在低温下使用，需要严格控制工艺条件。市售的双氧水浓度常是3%或30%，近年来，由于高能燃料的需要，含量90%更浓的过氧化氢已有出售。但这些产品切不可与可燃物接触，以免发生燃烧，爆炸事故。,（二）有机过氧酸,分子中具有过氧键，通式可用RCOOOH表示结构的羧酸称为有机过氧酸,简称过酸，其酸性比相应的羧酸弱。,四、其它氧化剂,常用的有机过氧酸有：过氧甲酸、过氧乙酸、过氧三氟乙酸、过氧间氯苯甲酸等，其中过氧三氟乙酸的酸性和氧化性最强，间氯过氧苯甲酸最稳定。过氧苯甲酸和过氧邻苯二甲酸是结晶性化合物，可在惰性溶剂（如乙醚、氯仿）中进行反应，是制备环氧化物合物的常用的氧化剂。过氧酸的性质不稳定，一般是现用现配，久置易分解，如有杂质存在时，有加速分解作用。在使用或配制过程中，容易发生爆炸，故特别注意安全防护。由于过酸能形成分子内氢键，因此比相应的酸易于挥发。,（二）有机过氧酸,四、其它氧化剂,四醋酸铅一种选择性很强的氧化剂，它可由铅丹（ ，有毒）与含少量醋酐的冰醋酸加热制得。四醋酸铅的化学性质不稳定，遇水立即分解 。所以，用四醋酸铅作氧化剂的反应，多数在无水有机溶剂如冰醋酸、氢仿、二氯甲烷、硝基苯、已腈等中进行。四醋酸铅除用于苄位烃基的氧化外，还可用于羰基烃基化的氧化、邻二醇的氧化、一元醇的选择性氧化等。,（三）四醋酸铅,四、其它氧化剂,二甲基亚砜 ，DMSO是实验室常用的一种极性非质子溶剂，它又是一种很有用的选择性氧化剂，它无色无臭微苦，吸湿性的液体，它能氧化伯、仲醇及磺酸酯成相应的羰基化合物。,（四）二甲基亚砜（DMSO）及其类似物,四、其它氧化剂,高铁氰化钾和三氯化铁、Tollen 试剂都是较弱的氧化剂。又称六氰合铁酸钾，赤血盐钾。高铁氰酸根配离子在反应过程中得到一个电子，自身还原成亚铁氰酸配离子。,（五）高铁氰化钾（赤血盐）,四、其它氧化剂,高铁氰化钾的氧化，多用于酚的氧化偶合、吲哚衍生物的合成、季铵盐和酰肼化合物的氧化等。,（五）高铁氰化钾（赤血盐）,四、其它氧化剂,返回,一、烃类化合物的氧化反应,一、脂肪烃的氧化二、含烯烃的化合物的氧化三、苄位烃基的氧化四、羧酸活性烃基的氧化五、稀丙位烃基的氧化,一、烃类化合物的氧化,（一）脂肪烃的氧化,烷烃分子中，碳碳键和碳氢键都是结合得比较牢固的共价键，在一般条件下不易被氧化，这是由于在催化剂的作用下，初期形成的氧化产物总是比原料更易被氧化，但在高温高压或适当催化剂的作用下可以使它发生部分氧化，生成各种含氧衍生物（如醇、醛、酸等）。,（二）含烯键化合物的氧化,1烯键环氧化 （1）含烯键的羰基（与烯键共轭）化合物环氧化：当,-不饱和羰基化合物中碳碳双键与羰基相共轭时，一般在碱性条件下用过氧化氢或叔丁基过氧化氢（t-BuOOH）使之环氧化。,一、烃类化合物的氧化反应,（1）含烯键的羰基（与烯键共轭）化合物环氧化,一、烃类化合物的氧化反应,（2）不与羰基共轭的烯键环氧化：,过氧化氢或过氧化氢烷（或名烷基过氧醇）作氧化剂 在过渡金属配合物的催化下，用过氧化氢或过氧化氢烷作氧化剂，加入的催化剂是过渡金属配合物，这些金属配合物包括由钒、钼、钨、铬、锰和钛所构成的配合物。对于非官能化烯键的环氧化最有效的催化剂是 和Salen-锰配合物。以 作催化剂时，常用过氧化氢烷作氧化剂。,一、烃类化合物的氧化反应,反应常在烃类溶剂中进行（或烯烃本身兼作溶剂），醇或酮作溶剂有抑制反应的倾向。,（2）不与羰基共轭的烯键环氧化：,一、烃类化合物的氧化反应,当有腈（或腈基）存在下双键环的氧化，由于碱性过氧化氢在腈存在时可使富电子双键发生环氧化。这种氧化剂的特点是：该试剂不和该试剂不和酮发生Baeyer-Villiger反应。这一特点常用来使一些非共轭不饱和酮中的双键环氧化。,（2）不与羰基共轭的烯键环氧化：,一、烃类化合物的氧化反应,在非共轭不饱和酮中的双键是富电子的，不和碱性过氧化氢作用，而用过氧酸时，则会发生Baeyer-Villiger氧化。所以本试剂可方便地对这一结构的双键环氧化。,（2）不与羰基共轭的烯键环氧化：,一、烃类化合物的氧化反应,（2）不与羰基共轭的烯键环氧化：,一、烃类化合物的氧化反应,有机过氧酸为环氧化剂,（2）不与羰基共轭的烯键环氧化：,一、烃类化合物的氧化反应,过氧酸氧化烯键，首先生成环氧化合物，但若反应条件选择不当，会进一步反应生成邻二醇的酰基衍生物，再在碱的作用下，形成邻二醇。酸性弱的过氧酸如三个芳香过氧酸（过氧苯甲酸、单过氧邻苯二甲酸和间氯过氧苯甲酸）较适合于合成环氧化合物。,（2）不与羰基共轭的烯键环氧化：,一、烃类化合物的氧化反应,2烯键氧化成1，2-二醇,(1)氧化成顺式1，2-二醇： 高锰酸钾作氧化剂,油酸的全羟基化,一、烃类化合物的氧化反应,在烯烃全羟基化中用高锰酸钾氧化烯键是应用较广泛的方法。反应反应条件十分重要，常规的反应条件是用水或含水有机溶剂（丙酮、乙醇或叔丁醇等）作溶剂，加计算量低浓度（1%3%）的高锰酸钾，在碱性条件下（pH为12以上），低温反应。否则会引起双键断裂，生成羧酸。由于不饱和酸在碱性溶液中溶解，所以本法对不饱和酸的全羟基化最为适合，收率也高。高锰酸钾过量或者浓度提高都对进一步氧化有利。,一、烃类化合物的氧化反应,碘和羧酸银为氧化剂（Woodward 法）,由1mol碘和2mol醋酸银或苯甲酸银所组成的试剂，称为Prevost 试剂，该试剂可氧化烯键成1，2-二醇，产物结构随反应条件不同而异，当有水存在时（Woodward 反应），得到顺式1，2-二醇的单酯，水解得顺式的1，2-二醇；而在无水条件下（Prevost 反应）则得到反式1，2-二醇的双酯化合物。,一、烃类化合物的氧化反应,该试剂的价值在于它的专一性，反应条件温和。游离碘在所用的条件下，不影响分子中的其他敏感基团。,碘和羧酸银为氧化剂（Woodward 法）,一、烃类化合物的氧化反应,（2）氧化成反式1，2-二醇,过氧酸为氧化剂，过氧酸氧化烯键可生成环氧化合物，亦可形成1，2-二醇，这主要取决于反应条件。如环已烯用过氧甲酸溶液氧化，生成的环氧化合物立即与甲酸作用得反式单酯，经水解得反式二醇。如：,一、烃类化合物的氧化反应,（2）氧化成反式1，2-二醇,Prevost反应，以碘和羧酸银试剂，在无水条件下，和烯键作用可获得反式1，2-二醇的双羧酸酯，此反应为Prevost反应。,生成的二酯水解得反式1，2-二醇。本反应条件温和，不会影响其它敏感基团。,一、烃类化合物的氧化反应,3烯键的断裂氧化,（1）用高锰酸钾氧化 最常用和最简单的将烯键断裂氧化成羰基化合物或羧酸的方法是高锰酸钾法，如：,一、烃类化合物的氧化反应,（2）用臭氧氧化分解,用臭氧氧化分解 这也是一个氧化断裂烯键的常用方法。,一、烃类化合物的氧化反应,（三）苄位烃基的氧化,1氧化生成醇和酯,铅盐对苄位C-H键的酯化作用低于CAN,一、烃类化合物的氧化反应,（三）苄位烃基的氧化,1氧化生成醇和酯,硝酸铈铵对芳烃的苄位C-H键氧化有较好选择性,一、烃类化合物的氧化反应,（三）苄位烃基的氧化,1氧化生成醇和酯,LTA是一个温和的氧化剂，且有很好的选择性 。,一、烃类化合物的氧化反应,（三）苄位烃基的氧化,1氧化生成醇和酯,以上所用的氧化剂都需要在无水的AcOH介质中进行反应，某些芳环化合物的结构中苄位碳原子上只有一个氢原子，则可以选择较强的氧化剂，且仅获得相应的单一的氧化物。,一、烃类化合物的氧化反应,2氧化生成醛,（1）硝酸铈铵（CAN）-甲苯氧化剂,一、烃类化合物的氧化反应,（三）苄位烃基的氧化,（2） CrO3-Ac3O氧化剂,将芳环上甲基氧化成相应的芳香醛二醋酐衍生物。该反应中，过量的醋酐与醛基成酯的速度大于氧化的速度。这是制备芳香醛的方法之一。,一、烃类化合物的氧化反应,（3）铬酰氯作氧化剂,Etard反应,一、烃类化合物的氧化反应,3氧化形成酮,一、烃类化合物的氧化反应,4氧化形成羧酸,很多强氧化剂可氧化苄位甲基成相应的芳烃甲酸，常用的氧化剂有Na2Cr2O7、KMnO4、CrO3和稀硝酸等。,一、烃类化合物的氧化反应,（四）羰基活性烃基的氧化 1形成-羟酮,羰基位的活性烃基可被氧化成-羟酮。反应先在位上引入乙酰氧基（即形成酯），再经水解生成-羟酮，可用下式表示：,一、烃类化合物的氧化反应,如3-乙酰氧基孕甾-11，20-二酮在BF3存在时，可被氧化成3，21-二乙酰氧基孕甾-11，20-二酮，其收率过86%。,（四）羰基活性烃基的氧化 1形成- 羟酮,一、烃类化合物的氧化反应,（四）羰基活性烃基的氧化 2形成1，2-二羰基化合物,只有当羰基邻位仅有一个可氧化的烃基，或者两个亚甲基处于相似（或对称）的位置时，这类氧化才有合成意义,一、烃类化合物的氧化反应,（四）羰基活性烃基的氧化 2形成1，2-二羰基化合物,一、烃类化合物的氧化反应,（五）烯丙位烃基的氧化 1用二氧化硒氧化,一、烃类化合物的氧化反应,案例：例抗肿瘤药喜树碱的合成,（五）烯丙位烃基的氧化 1用二氧化硒氧化,一、烃类化合物的氧化反应,案例分析：当化合物中有多个烯丙位烃基存在时，氧化的选择规则是：氧化双键碳上取代基较多一边的烯丙位烃基，并且产物总是以E-烯丙基醇或醛为主。在不违背上述规则条件下，氧化顺序是。当烯烃中有两个亚甲基时，则两个都被氧化，得两氧化产物的混合物。当上述两规则有矛盾时，常遵循规则。末端双键在氧化时，常会发生烯丙位重排，羟基引入末端。,（五）烯丙位烃基的氧化 1用二氧化硒氧化,一、烃类化合物的氧化反应,（五）烯丙位烃基的氧化 2用CrO3-呲啶配合物（Collins试剂）和铬的其它配合物氧化,一、烃类化合物的氧化反应,二、醇类的氧化,（一）伯醇、仲醇的氧化 1伯、仲醇被氧化成醛、酮 2醇被氧化成羧酸 （二）二元醇的氧化 11,2二醇的氧化 21,3-二醇的氧化 31，n-二醇的氧化（n4）,（一）伯醇、仲醇的氧化1伯、仲醇被氧化成醛、酮,（1）用铬的化合物氧化,二、醇类的氧化,1伯、仲醇被氧化成醛、酮,用作氧化醇的铬化合物是铬酐、重铬酸盐、铬酐-呲啶配合化合物（Collins试剂）、氯铬酸呲啶盐（PCC）等，这些试剂都需要在酸性条件下进行反应，它们是使伯醇氧化成醛，仲醇氧化成酮的最普通的氧化方法。,二、醇类的氧化,1伯、仲醇被氧化成醛、酮,（2）用锰的化合物氧化,二、醇类的氧化,案例：抗抑郁药盐酸齐美定的中间体3-吡啶基-4-溴苯基甲酮的制备,1伯、仲醇被氧化成醛、酮,二、醇类的氧化,案例分析：抗抑郁药盐酸齐美定的中间体3-吡啶基-4-溴苯基甲酮的制备中用二氧化锰氧化醇为酮，有较好的收率，但由于吡啶环的影响，反应需要加热回流10h.,1伯、仲醇被氧化成醛、酮,二、醇类的氧化,1伯、仲醇被氧化成醛、酮,还有就是利尿药盐酸西氯他宁的中间体的制备使用了活性二氧化锰。,二、醇类的氧化,1伯、仲醇被氧化成醛、酮,（3）用碳酸银氧化,二、醇类的氧化,1伯、仲醇被氧化成醛、酮,（4）用二甲基亚砜（DMSO）氧化,二、醇类的氧化,1伯、仲醇被氧化成醛、酮,（5） Oppenauer氧化法,二、醇类的氧化,1伯、仲醇被氧化成醛、酮,案例：,二、醇类的氧化,1伯、仲醇被氧化成醛、酮,案例分析：,Oppenauer氧化法已被广泛地应用于甾醇的氧化，特别是将烯丙位的仲醇氧化成可被氧化成,-不饱和酮，对其他基团无影响，但在甾醇氧化反应中常常有双键的移位，以生成,位的共轭酮。分子中含有不饱和键或其他对酸敏感的官能团的化合物，用此法较为合适。反应必须在无水的介质中进行，避免叔丁醇铝或异丙醇铝水解，导致反应失败。,二、醇类的氧化,2醇被氧化成羧酸,二、醇类的氧化,（二）二元醇的氧化11，2二醇的氧化,二、醇类的氧化,21，3-二醇的氧化,二、醇类的氧化,（二）二元醇的氧化31，n-二醇的氧化（n4）,二、醇类的氧化,返回,（一）醛的氧化 1醛被氧化成酸,三、醛、酮的氧化,（一）醛的氧化 2Dakin反应,三、醛、酮的氧化,（二）酮的氧化,三、醛、酮的氧化,（二）酮的氧化,案例分析：,环己酮，在中性和弱碱性条件下氧化成1,1-二羟基双环己基过氧化物衍生物，而在酸性条件，如HCl的催化下，生成另一种氧化物1-羟基-1-氢过氧双环己基过氧化物。,三、醛、酮的氧化,返回本节,四、芳烃的氧化,（一）芳烃的氧化开环（二）氧化成醌（三）芳环酚羟基化,四、芳烃的氧化,（一）芳烃的氧化开环,芳烃基苄位碳氢键易被氧化，但当芳环上连有供电基团，如氨基、羟基时，苯环易被氧化，故这类氧化反应对苯的衍生物没有合成意义。而稠环和稠杂环被氧化时，被氧化的常是苯环，故用高锰酸钾可合成某些邻二甲酸或杂环邻二甲酸。如：,四、芳烃的氧化,（二）氧化成醌,另外许多氧化剂都可将芳烃氧化成醌，在选择不同氧化剂时，要与所氧化的芳烃的氧化态相适应。大致的原则是芳烃的氧化态越高，则选择的氧化剂强度（或氧化能力）应越弱和越温和，这样才能得到收率较好的醌。当芳环上连有供电子基团（如氨基、羟基）时，芳环易被氧化成醌类化合物。如维生素E中间体的制备：,四、芳烃的氧化,（三）芳环酚羟基化,Elbs氧化是在芳环上引入酚羟基的主要方法，即过二硫酸钾在冷碱溶液中氧化酚类，在原有酚羟基的邻对位引入酚羟基，反应一般发生在酚羟基的对位，对位有取代基时，则在邻位氧化，例如：,四、芳烃的氧化,在酸催化下，用过氧化物（如过氧化氢、过氧化醚、过氧酸、过氧碳酸酯）将芳烃氧化成酚，也叫酚羟基化反应。如在三氟化硼存在下，过氧化三氟乙酸是氧化芳烃较为有效的试剂，它能将均三甲苯氧化成2,4,6-三甲基苯酚，将甲苯氧化成邻甲苯酚，但用于氧化苯时，仅得少量的酚。如：,（三）芳环酚羟基化,一、催化氧化,催化氧化就是在催化剂存在下，用空气或氧气对有机化合物进行氧化的反应。为了提高催化氧化的选择性并加快反应速度，常选用适宜的催化剂。,催化氧化分为液相催化氧化和气相催化氧化两大类。 液相催化氧化时，将空气或氧气通入作用物与催化剂的溶液或悬浮液中反应。 气相催化氧化时，将作用物在400600汽化，与空气或氧气混合后，通过灼热的催化剂使它们反应。,第四节、催化氧化,一、催化氧化二、生物氧化,（一）液相催化氧化,液相催化氧化常用的催化剂： 钴盐（醋酸钴、丁酸钴、环烷酸钴等）、锰盐（醋酸锰等）、铜盐、铂-炭、氧化铬等。,液相催化氧化中，由于只使用空气或氧气及少量催化剂，不消耗化学氧化剂，所以比化学氧化法经济。其反应温度较气相催化氧化低，一般在100200之间，反应压力亦不太高。,液相催化氧化的选择性也较好，可使反应停留在中间阶段，因此常用于制备有机过氧化物和机酸。,一、催化氧化,（一）液相催化氧化,对硝基苯乙酮是合成氯霉素的重要中间体，它是由对硝基乙苯经液相空气氧化制得。,一、催化氧化,该反应分为三个阶段 1开始反应阶段（亦称诱导期）,该阶段主要是生成对硝基乙苯-游离基（1）。游离基的形成需要能量。因此，在开始反应阶段需将对硝基乙苯加热，以供给能量使产生游离基，加入催化剂硬脂酸钴有利于加速游离基的产生并降低反应温度。,（一）液相催化氧化,一、催化氧化,2连锁反应阶段,游离基与氧分子反应生成对硝基乙苯-过氧游离基。对硝基乙苯-过氧游离基（2）再与另一分子对硝基乙苯作用生成对硝基乙苯-氢过氧化物（3），后者重复上述反应，使连锁反应连续地进行下去。,一、催化氧化,3氢过氧化物分解阶段,在连锁反应阶段生成的氢过氧化物在催化剂作用下分解，生成对硝基苯乙酮。这样，由于氢过氧化物不断地生成和分解，使连锁反应连续不断地进行。,在上述反应系统中，若游离基相互结合就会使连锁反应中断。,一、催化氧化,3氢过氧化物分解阶段,使连锁反应中断的因素主要有一些抑制剂、氧化副产物以及反应器壁等，须加以注意。,一、催化氧化,液相催化氧化促进剂： 液相催化氧化均属于这样的游离基反应，对于有些诱导期特别长的反应，除使用催化剂外，往往需要再加入少量促进剂。用作促进剂的化合物有两类，一类是有机含氧化合物，如三聚乙醛、乙醚或甲乙酮等；另一类是溴化物，包括无机和有机溴化物，如溴化铵、溴乙烷，四溴化碳等。,（一）液相催化氧化,一、催化氧化,（二）气相催化氧化,气相催化氧化多用于一些易被气化的化合物的氧化，而且要求原料和产品有足够的热稳定性，不易被分解或深度氧化。 气相催化氧化常用的催化剂有钒和镍等过渡金属氧化物，银、钯等贵金属。,一、催化氧化,反应大致分为以下5个步骤：,反应物在催化剂表面的扩散； 反应物在催化剂表面吸附； 被吸附的反应物发生氧化反应，并释放出热量； 氧化产物自催化剂表面脱附； 脱附的产物由催化剂表面扩散到流体相并带走热量。,（二）气相催化氧化,一、催化氧化,气相催化氧化反应通常是在列管式固定床或流化床中进行的。反应器的结构比较复杂。为了维持反应的适宜温度，反应器内必须有足够的传热装置，以便及时移走氧化反应释放出的巨大热量。,（二）气相催化氧化,一、催化氧化,（二）气相催化氧化,糠酸是重要的有机合成中间体，采用气相催化氧化法生产。工业生产中，鉴于氧化银价格贵，采用含有氧化铜的氧化银作催化剂，通入空气进行。反应中，氧化银起氧化作用后被还原成银，银接着被氧化铜氧化再生成氧化银，而被还原生成的氧化亚铜由空气氧化再生成氧化铜。这样氧化银可重复使用，节省了银。,一、催化氧化,二、生物氧化,利用微生物对有机化合物进行氧化的反应称为生物氧化。其实质是利用微用物代谢所产生的酶为催化剂的催化氧化。酶是生物体内产生的一类蛋白质，它具有特殊的催化功能；生物体内进行的许多化学变化如氧化、还原、水解、酯化、缩合等，都是在酶的作用下进行的，酶被称为“生物催化剂”。,生物氧化和一般的发酵生产有所不同，其发酵的产物一般不是目的产物，而只是利用微生物的酶对底物的某一部位进行特定的化学反应来获得一定的产物。整个生产过程，微生物的生长和氧化完全可以分开，一般先进行菌种的培养的，在菌生长过程中累积氧化所需要的酶，然后利用这些酶来改造分子的某一部位。需了解各种菌产酶的最适条件，并尽可能地诱导生产所需要的酶而抑制不需要的酶。,返回,二、生物氧化,生物氧化具有明显的特点：高度的专一性与选择性；具有高收率、高质量和低成本；改善生产环境。,二、生物氧化,虽然酶是温和条件下进行反应的高效催化剂，但由于酶的特点使生物氧化存在一些问题。酶只能和底物作用一次，生产能力低，生产周期长。产品的提取、分离、精制较麻烦。固定化酶技术的应用可以解决一些问题。,二、生物氧化,生物氧化的关键: 是选择专属性高的微生物和控制适宜的发酵条件。 包括选择各种微生物自身适宜的培养基、发酵进行前对发酵罐、培养基、空气过滤器及有关设备必须进行蒸汽灭菌、增加氧气的供给并使其均匀分散，保证微生物生长及生物氧化的需要，提高转化率、选择最适宜发酵温度、pH值、选择最佳接种时机及接种量。此外，根据需要还需补料（加糖、通氨等）以调节发酵过程于最佳范围。,二、生物氧化,由于微生物几乎对甾体分子中的每个位置上的碳原子都能进行各类不同程度的氧化，所以生物氧化较多的用于甾体药物的制备。另外，生物氧化现已越来越多地用于抗生素、氨基酸、有机酸、核酸、维生素和甾体激素等的合成中。,二、生物氧化,维生素C的合成也使用了生物氧化。其中“二步发酵法”是我国研究出的新方法。D山梨糖醇用黑醋菌氧化，可生成L山梨糖，再用假单胞菌氧化而得到2-酮-L-古龙糖酸，后者经酸处理烯酵化、内脂化转变为维生素C。,二、生物氧化,维生素C的合成,二、生物氧化,返回,一、选择题（一）单项选择题 （二）多项选择题 二、简答题三、完成下列反应方程式四、写出下列反应的主要 试剂,目标检测,（一）单项选择题,目标检测,1在什么介质中KMn4的氧化能力最强 AHCl BAcOH CH2O DNaOH,一、选择题,2用20% KMnO4 (酸性水溶液)氧化烯烃得到的主要产物是 A顺式二醇 B-羟酮 C羧酸 D反式二醇,335一三甲苯用CAN和50%AcOH发生氧化反应，通常生成物中有多少个醛基 A 1 B2 C3 D0,4用臭氧氧化烯键使之断裂的方法最大的优点是 A氧化能力强 B无危险性 C臭氧反应后本身无副产物 D反应速度快,查看答案,（一）单项选择题,5过氧酸使含烯键化合物环氧化，得到的产物是 A顺式加成物 B反式加成产物 C随条件而定 D多种产物混合物,6氧化成羧酸，可选择作氧化剂的是 A碱性 B C氧化物 D,7活性的特点中没有的是 A选择性好 B反应条件温和 C叔胺不会放氧化 D氧化能力强,8醇类与丙酮、异丙醇铝、甲苯反应生成 反应中氢的接受体是 A醇类 B丙酮 C异丙醇铝 D甲苯；,目标检测,查看答案,（一）单项选择题,91,2一二醇氧化常导致C-C键的断裂，下列说法错误的是 A所有类型的1，2-二醇均能被四乙酸铅氧化 B过碘酸对三元醇或多元醇，只要2个羟基处于相邻位置的2个C上，都可氧化 C铬酸仅将1，2-二醇氧化成相应的羰基化合物 D1，2-二醇在四乙醋铅的作用下，生成相应的小分子醛或酮,10醛易被氧化成羧酸，下列说法错误的是 A高锰酸钾在酸性溶液中能氧化芳香醛或羧酸 B新制备的氧化银适于醛的氧化，不影响其他易氧化基团如双键 C有机过氧酸与芳香醛反应，只能将醛基氧化为羟基 D利用碱熔融法也可使醛醛氧化成羧酸,目标检测,查看答案,（二）多项选择题,1羰基位活性烃基用SeO2氧化成相应的1，2-二羰基化合物。下例情况下才有合成意义的是 A羰基邻位有两个处于相似的位置 B羰基邻位有两个处于对称的位置 C羰基邻位仅有一个可氧化的羟基 D没有要求； E上述都要求,2DMSO-Ac2 O和DMSO-DCC法氧化醇类比较，特点在于 A毒性小 B副产物难处理 C不加其他溶剂 D适用于位阻小的羟基氧化 E适用于位阻大的羟基氧化,3稀硝酸氧化伯醇为羧酸的特点有 A价廉 B反应液中无残渣 C副反应少 D无环境问题 E反应液中有残渣,目标检测,查看答案,（二）多项选择题,4酮的氧化产物依赖于所应用的氧化剂，下列说法正确的是 A有机过氧酸氧化酮生成相应的酯或内酯化合物 B 可使酮羰基邻位的甲基或亚甲基氧化生成-酮醛或-双酮的衍生物 C稀 可将环酮氧化成二元酸 D对苯基溴代苯乙酮以DMSO氧化，生成对苯基苯乙酮醛 E上述说法都不对,目标检测,查看答案,二、简答题,1什么是氧化反应？在一个有机反应中，怎样判断氧化还原的发生？ 2活性二氧化锰的制法、氧化特点及使用条件？应用范围？ 3 -吡啶类氧化剂都有哪些配制方法？主要用途是什么？ 4催化氧化反应的特点及其应用价值？试举例说明,目标检测,三、完成下列反应方程式,目标检测,(,2,),1,2,0,m,i,n,8,0,C,H,3,H,3,C,C,A,N,/,5,0,%,A,c,O,H,C,H,3,三、完成下列反应方程式,目标检测,四、合成下列化合物，并写出简单的工艺过程,目标检测,1苯乙酸 26-溴-2萘乙酸 3对硝基苯甲醛,第六章 氧化反应目标检测参考答案,一、选择题,（一）单选题,1A 2C 3A 4C 5A 6B 7D 8B 9C 10C,（二）多选题,1ABC 2 ABCD 3ABE 4ABCD,返回1 2 3 4,返回5 6 7 8,返回9 10,返回1 2 3,返回4,二、简答题,1.答 即指有机物分子中氧原子的增加、氢原子的消除、或与两者有关。也可以理解为有机化合物中插入氧原子，或将官能团转化为高氧化态。在一个有机反应中，通过得氧或失氢来判断氧化反应的发生。,2.答 氧化剂二氧化锰有两种，即二氧化锰和硫酸的混合物以及活性二氧化锰。经常使用的是二氧化锰与硫酸的混合物。反应条件比较温和，主要用于醇氧化成醛。选择性氧化苄位羟基成羰基，不影响非苄位羟基。,返回,第六章 氧化反应目标检测参考答案,二、简答题,3.答 将三氧化铬加到过量的吡啶（质量比为三氧化铬：吡啶=1：10）中即生成三氧化铬-吡啶配合物吡啶溶液，它可以氧化伯、仲醇为醛酮，效果很好，对酸敏感的官能团没有影响。也可将三氧化铬吡啶配合物从吡啶中分离出来，干燥后再溶于二氯甲烷中使用，这样组成的溶液称为Collins试剂。它是使伯、仲醇氧化成醛、酮最普通的方法。选择性氧化叔胺上的甲基成甲酰基。用Saretty试剂时，烯丙型和苄醇型的醇氧化成相应的醛和酮。而对非烯丙型和非苄醇型的醇的氧化，只有多环的伯醇和仲醇效果较好。Collins 试剂氧化脂肪醇和单环醇收率较高。甾胺类的叔氨基上的二甲基，用Saretty试剂选择氧化其中一个甲酰基，而另一个酰甲基不受影响。,返回,第六章 氧化反应目标检测参考答案,二、简答题,.答 不消耗价格较贵的化学氧化剂，反应温度较低，选择性好；氧化能力有限，转化率低，后处理操作复杂，氧化反应器需要耐腐蚀材料，一般带压操作。可用于高温下不稳定化合物的氧化。此外，液相催化氧化的选择性也较好，可使反应停留在中间阶段，因此常用于制备有机过氧化物和机酸。如果条件控制适宜、也可用于制备醇、醛和酮。对硝基苯乙酮是合成氯霉素的重要中间体，它是由对硝基乙苯经液相空气氧化制得。,返回,第六章 氧化反应目标检测参考答案,三、完成下列反应方程式,返回,（1）,第六章 氧化反应目标检测参考答案,（1）以铬酸盐为氧化剂，在中性介质中，高温高压条件下，苯环侧链末端被氧化：（2）以2-溴萘为原料，经氯甲基化、氰化、水解得6-溴-2-萘乙酸：,四、合成下列化合物，并写出简单的工艺过程,第六章 氧化反应目标检测参考答案,第六章 氧化反应目标检测参考答案,(3)以对硝基甲苯为起始原料，用硝酸铈铵和50%的醋酸组成氧化剂反应得到：,Thank You !,