药物合成教学资料氧化反应.ppt

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1、第六章,氧化反应,Oxidation Reaction,氧化反应的概念,无机化学中：,有机化学中：,无明显的电子得失,广义的氧化反应：氧化数升高的反应,范围太广，不能反映本质,狭义的氧化反应：得到氧或失去氢的反应,得氧,失氢,氧化难易程度：,很多情况下，产物比反应物更易氧化,化学试剂氧化催化氧化电解氧化,第一节 氧化反应机理,由于氧化反应的机理复杂多样，且有些氧化反应的机理游尚不明确，此节内容不详细讲解了，后续会结合具体的反应，讲解已研究明确的机理,第二节 烃类的氧化,烷烃、远离官能团的饱和碳原子不易氧化,苄位,烯丙位,羰基-位,1.氧化生成醛,一、苄位C-H键的氧化,(1)反应通式,(2)反

2、应机理,硝酸铈铵(CAN)作为氧化剂,Ceric Ammonium Nitrate(NH4)2Ce(NO3)6,铬酰氯(CrO2Cl2)作为氧化剂(Etard反应),无反应实例，不讲,(2)影响因素,反应温度的影响,高温会造成过度氧化,电子效应的影响,芳环上有硝基、氯等吸电子基团时，对苄位甲基氧化生成醛的反应不利，收率降低,硝酸铈铵作为氧化剂,（反应在酸性介质中进行，不论有几个甲基，最终只氧化一个）严格注意温度的影响。,(4)应用特点,三氧化铬-醋酐作为氧化剂,醋酐充当保护剂,2.氧化生成酮、羧酸,(强氧化剂),(3)应用特点：苄位亚甲基或甲基化合物氧化生成相应的酮或羧酸,(87%-93%),

3、二、羰基-位活性C-H键的氧化,1.生成-羟基酮,(1)反应通式,(2)反应机理,(3)影响因素,决速步骤是酮的烯醇化，加入路易斯（如三氟化硼乙醚BF3）有利于氧化,(4)应用特点：a-羟基酮的制备,2.生成1，2-二羰基化合物,(1)反应通式,(2)反应机理,(3)影响因素,SeO2的用量溶剂水,（4）反应特点,1，2-二酮的制备,只有一种a-碳时才有意义,a-酮酸的制备,三、烯丙位活性C-H键的氧化,1用二氧化硒氧化,（1）反应通式,(3)影响因素,反应溶剂,以醋酸或醋酐为反应溶剂，可以起到保护醇羟基的作用,(a)当有多个烯丙位时，优先氧化取代基多的一侧的烯丙位,氧化的选择性规则,(b)在

4、不违背(a)原则下，氧化的优先顺序CH2CH3 CHR2,(c)当(a)与(b)有矛盾时，一般遵循规则(a),优先氧化取代基多的一侧的烯丙位,(d)双键在环内时，双键碳上取代基较多一侧的环上烯丙们C-H键被氧化,(e)末端双键在氧化时，常发生烯丙位重排，羟基引入在末端,2.用CrO3-吡啶络合物(Collins试剂)和铬的其它络合物氧化,铬酐与吡啶络合物溶于二氯甲烷中进行氧化,PCC 氯铬酸-吡啶鎓盐,Collins试剂,(1)反应通式,在一些反应中，用该试剂进行氧化的同时发生烯丙双键的移动，是由于铬酸氧化按自由基机理进行的，中间体烯丙基自由基会转位，造成双键移动。,(3)反应特点：烯丙酮的制

5、备,3 用过（氧）酸酯 氧化,第三节 醇类的氧化反应,一 伯、仲醇被氧化成醛、酮,1.用铬化合物氧化,(1)反应通式,(4)应用特点,铬酸(H2CrO4)作氧化剂,实际用时把Na2Cr2O7,K2Cr2O7,CrO3等溶于酸,Jones氧化法,CrO3-稀H2SO4-丙酮,26.72gCrO3溶于23mL浓硫酸，再加水稀释到时100mL，在0-20滴加到溶有醇的丙酮溶液中,铬酸的改良方法,氧化快速体系中有大量丙酮存在，生成的酮不会被进一步氧化化学选择性好，不会对不饱和键、烯丙位碳、氨基等造成影响,特点：,缺点：不适合把伯醇氧化为醛,Collins氧化法是对Sarret氧化法改进,Sarett试

6、剂：CrO3-Py，是把铬酐在吡啶介质中进行氧化，其中CrO3与吡啶形成了络合物,特点：把伯醇氧化为醛、把仲醇氧化酮,缺点：以吡啶为介质，产物难以分离提纯,Collins氧化法,Collins对Sarett氧化进行了改进，得到Collins试剂,CrO3-Py-CH2Cl2,先把铬酐与吡啶作用生成络合物，把络合物分离后溶于二氯甲烷介质中进行氧化,氧化性与Sarett试剂相同，产物的分离提纯更简便,缺点：性质不稳定、易吸潮、不易保存、易燃、氧化须在无水条件下，耗量大,选择性氧化,6molL盐酸184mL在搅拌下迅速加入100g(1mol)三氧化铬。5 min后冷却到0。在10 min内小心加入7

7、9.1mL(1mol)吡啶。重新冷却到0，析出黄橙色固体。过滤，真空干燥。PCC固体不吸水，可以在室温下长期保存。比较安全，可以大量使用,酸性,氯铬酸-吡啶鎓盐(PCC)氧化法,pyridinium chlorochromate,pyridinium dichromate,重铬酸-吡啶鎓盐（PDC）氧化法,中性氧化性强于PCC,2锰化合物氧化,(1)反应通式,(2)反应机理,MnO2可看作是高锰酸的酸酐,(3)应用特点,高锰酸盐作氧化剂,伯醇会被氧化成羧酸,仲醇被氧化成酮，酮羰基的a-碳上有氢原子时，酮会被进一步氧化,不饱和醇（烯丙醇、炔醇、苄醇）饱和醇仲醇 伯醇,活性二氧化锰(MnO2)作氧

8、化剂,活性二氧化锰即新制备的MnO2,3.用二甲亚砜(DMSO)氧化,(1)反应通式,常用的强亲电试剂：DCC,Ac2O,(CF3CO)2O,SOCl2,(COCl)2,Dimethyl Sulfoxide,(2)反应机理,(3)应用特点,DMSO-DCC(Pfitznor-Moffat)氧化法,Dicyclohexylcarbodiimide,DMSO-Ac2O法(Albright-Goldman法),以酮为氧化剂，以醇铝为催化剂把醇氧化为醛酮,4.Oppenaure氧化,(1)反应通式,Al(OR)3,酮类化合物,(2)反应机理,二、醇被氧化成羧酸,1.反应通式,2.反应机理,3.应用特点

9、：醇氧化制备羧酸,三、1，2-二醇的氧化,1.反应通式,(1)用Pb(OAc)4氧化,3.应用特点,F3CCOOH,(2)用高碘酸氧化,一、醛的氧化,第四节 醛、酮的氧化反应,1.反应通式,3.应用特点,(1)醛氧化制备羧酸,氧化银氧化性弱，选择性好,二、酮的氧化,1.反应通式,3.应用特点：酮氧化制备羧酸,第五节 含烯键化合物的氧化,一、烯键环氧化,1.a,b-不饱和羰基化合物的环氧化,(1)反应通式,(2)反应机理,d+,(3)影响因素,pH值的影响,pH,OH-,ROO-,酯水解,醛氧化,立体效应的影响,环氧产物的取代基空间排斥力最小的为稳定产物,（4）应用特点,环氧环在位阻小的一侧,2

10、.不与羰基共轭的烯键的环氧化,(1)反应通式,(3)影响因素,溶剂的影响 常用烃类等惰性溶剂,过氧化物结构的影响,越易离去，氧化能力越强,氧化能力,酸根越易离去氧化能力越强,电子效应的影响,烯键电子云密度大有利于环氧化，因此，烯键上有给电子基（如烃基）时有利于环氧化,92%,8%,80%,20%,立体效应的影响,环氧环在位阻小的一侧,环氧化环与烯丙位的羟基同侧,(4)应用特点,过氧化氢或烷基过氧化氢作氧化剂,碱性，等量的腈存在,过氧酸优先进行Bayer-Villiger重排,二 烯键被氧化成1，2-二醇,1.顺式羟基化,(1)反应通式,高锰酸钾作氧化剂,13%高锰酸钾水溶液，PH12,(3)应

11、用特点,四氧化锇作氧化剂（OsO4）,由于OsO4价格昂贵且剧毒，常用催化量的OsO4与H2O2,t-BuOOH,氯酸盐等氧化剂共同使用,三 烯键断裂氧化,PH12 一般712；912,1.用高锰酸盐氧化,(1)反应通式,(2)反应机理,冠醚为相转移催化剂,2臭氧分解,O3,(1)反应通式,(2)反应机理,为避免残留的臭氧对醛的过度氧化，水解常加入锌粉、二甲硫醚、亚磷酸酯等弱还原剂,第五节 芳烃的氧化反应,二、氧化成醌,1.反应通式,苯难氧化，稠环较易,有给电子基取代的、电子云密度大的芳环易氧化,Fremy盐,第七节 脱氢反应,一、羰基的a,b-脱氢反应,1.二氧化硒为脱氢剂,(1)反应通式,(3)应用特点,2.醌类作氢接受体,对苯醌,氯醌,DDQ,(1)反应通式,(3)影响因素,(4)应用特点,二、脱氢芳构化,1.反应通式,3.应用特点,(1)催化脱氢,常用催化剂：铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)等,十氢萘,（2）DDQ为脱氢剂,Edstrom,E.D.;Yu,T.Tetrahedron 1997,53,4549-4560,第八节 胺的氧化反应（自学）第九节 其他氧化反应（自学）,