有机合成化学与路线设计chapter6 氧化反应_图文.ppt
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有机合成中的氧化还原反应PPT共27页
化合物被氧化的容易程度随亲核性的增强而增加，大致顺序：
R H < R OH< R NH2 ,< CH3 < CH2 < CH
CC < CC < CC
另外，一个有机化合物的可氧化性一般与其可被利用的氢原子有关， 氧化伴随着氢的给出或者氧的获得。例如甲苯可被氧化为苯甲醛， 进一步氧化为苯甲酸。
O
O
Ar CH3
10
4. 位阻大的2o羟基反应活性ation examples：
12
2. KMnO4：
N Cl N
HO
O
O
KMnO4 KMnO4
O
N
OH
Cl N
OH
O O
HO
O
O
KMnO4氧化的特点：
1. 强氧化性
2. 氧化产物与体系的PH密切相关，酸性条件下氧化性更强，
2. When (COCl)2 is used, the initial intermediate is unstable above -60 0C for benzyl or allylic alcohols, or above -20 0C for other alcohols
3. Yield of Swern Oxidation is high. However, the condition can cause epimerization of alfa -chiral center and C=C migration and was not good in too small (mg) or too large scale (Kg).
KMnO4的副产物也与PH关系很大。
13
14
3. MnO2：
R H < R OH< R NH2 ,< CH3 < CH2 < CH
CC < CC < CC
另外，一个有机化合物的可氧化性一般与其可被利用的氢原子有关， 氧化伴随着氢的给出或者氧的获得。例如甲苯可被氧化为苯甲醛， 进一步氧化为苯甲酸。
O
O
Ar CH3
10
4. 位阻大的2o羟基反应活性ation examples：
12
2. KMnO4：
N Cl N
HO
O
O
KMnO4 KMnO4
O
N
OH
Cl N
OH
O O
HO
O
O
KMnO4氧化的特点：
1. 强氧化性
2. 氧化产物与体系的PH密切相关，酸性条件下氧化性更强，
2. When (COCl)2 is used, the initial intermediate is unstable above -60 0C for benzyl or allylic alcohols, or above -20 0C for other alcohols
3. Yield of Swern Oxidation is high. However, the condition can cause epimerization of alfa -chiral center and C=C migration and was not good in too small (mg) or too large scale (Kg).
KMnO4的副产物也与PH关系很大。
13
14
3. MnO2：
药物合成反应 第六章 氧化反应
一、醇的氧化
1. Chromium Regent • （1）Jones ：CrO3/acetone/H2SO4
对酸敏感化合物不能用此法； 如果起始原料是醛，可氧化成酸；
• （2）Sarret and Collins Regent
• 制备存在危险性； • 产品从吡啶中分离困难；
Example
（3）PCC、PDC
(氧环在位阻小的一侧形成)
PH值有影响:
2.不与羰基共轭的烯键的环氧化
O
CH3 H
CH3 H
+ CH3CO3H
CH3 H
C
C
CH3 H
+ CH3CO2H
烯烃在试剂的作用下，生成环氧化合物的反应称为环氧化反应。
O OH
+
OH R
+
H O
反 应 机 理
R
C O
+
[
R
C O
C O
O
-
O
] -
OH R C O O
• 2. 氧化生成酮、羧酸 • 应用特点
KMnO4、Na2Cr2O7、Cr2O3和稀HNO3作 氧化剂
空气氧化
用硝酸铈铵作氧化剂， 苄位亚甲基氧化成酮
SeO2试剂
(82%)
二 羰基a位活性烃基的氧化
1.形成a-羟酮
（1）反应通式
• （2）影响因素
加BF3可催化酮的烯醇化，KC有利，从而有 利于乙酰化。
• ②铬酰氯为氧化剂
(Chromychlorde)CrO2Cl2
机理:(自由型)
Etard复合体
机理:(离子型)
(Etard复合体)
• （3）影响因素 • ①反应温度
1. Chromium Regent • （1）Jones ：CrO3/acetone/H2SO4
对酸敏感化合物不能用此法； 如果起始原料是醛，可氧化成酸；
• （2）Sarret and Collins Regent
• 制备存在危险性； • 产品从吡啶中分离困难；
Example
（3）PCC、PDC
(氧环在位阻小的一侧形成)
PH值有影响:
2.不与羰基共轭的烯键的环氧化
O
CH3 H
CH3 H
+ CH3CO3H
CH3 H
C
C
CH3 H
+ CH3CO2H
烯烃在试剂的作用下，生成环氧化合物的反应称为环氧化反应。
O OH
+
OH R
+
H O
反 应 机 理
R
C O
+
[
R
C O
C O
O
-
O
] -
OH R C O O
• 2. 氧化生成酮、羧酸 • 应用特点
KMnO4、Na2Cr2O7、Cr2O3和稀HNO3作 氧化剂
空气氧化
用硝酸铈铵作氧化剂， 苄位亚甲基氧化成酮
SeO2试剂
(82%)
二 羰基a位活性烃基的氧化
1.形成a-羟酮
（1）反应通式
• （2）影响因素
加BF3可催化酮的烯醇化，KC有利，从而有 利于乙酰化。
• ②铬酰氯为氧化剂
(Chromychlorde)CrO2Cl2
机理:(自由型)
Etard复合体
机理:(离子型)
(Etard复合体)
• （3）影响因素 • ①反应温度
第六章 氧化反应
一般都氧化成—COOH，但CrO3 H2SO4 COOH + CH3CH2COOH
仲醇氧化生成酮，酮不易继续氧化
OH CH3(CH2) 3C C CH CH3 O CrO 3 , H 2SO 4 H 2O AcOMe CH3(CH2) 3C C C CH3
PhCH H2O2, NaOH C Ph MeOH , 30-40℃ CN Ph H C O C CONH2 Ph
6.2 醇化合物的合成 6.2.1 水解法合成醇
环氧化后经水解得到1,2-醇化合物，水解方法不同，所
得醇的产物也不相同。环氧乙烷用还原水解法得单醇。
CH 3CH=CH2 过酸 CH 3CH O CH 2 LiAlH 4 OH CH 3CH CH3
姚金娘烷醇
6.2.3 高锰酸钾氧化合成醇
高锰酸钾是常用的通用型氧化剂。用高锰酸钾氧化烯 烃也是同侧加成，生成邻二醇。
C C
R C C R H + KMnO 4 H OH
+ KMnO4
C C
R H C O
O O
Mn
O O
R
H 2O
C OH C OH
C O O H ( Ⅴ) R MnO 4 R H C O R O
CH3CH2CH2OH CH3CH2OH
K2Cr 2O7
CH3CHO
70-72%
1）CrO3氧化 苯环氧化成醌，侧链如是甲基或叔丁
基，可保持不变。个别芳环也可氧化成醌，与高锰酸
钾氧化不同。
CMe3 CrO3 AcOH CMe3 O
CMe3
O CMe3
O
CrO3 H2SO4
O CrO3 AcOH O
度和酸性溶液，可进一步氧化得羰基化合物。如在溶液中
第六章氧化反应
第四节 醛、酮的氧化
• 一、醛的氧化 • 1.反应通式
• 2.应用特点 • （1）醛氧化制备羧酸
新制Ag2O、CuO氧化
（2）Dakin反应
当醛基的邻、对位有-OH等供电子基时，则 经过酸氧化，甲酸酯中间体生成羟基
当-CHO邻、对位有供电子基时，芳环电子云密度较 丰富，有利于“b式”重排；若无取代基或供电子 基在间位以及存在吸电子基时，则按“a式”重排， 形成酸。
• O3/H2O2; O3/Zn/H+; O3/DMS; O3/Ph3P
• NaIO4/KMnO4; NaIO4/OsO4替代方法
第六节 芳烃的氧化反应 一 芳环的氧化开裂 1. KMnO4氧化
即:芳环上有供电子基的优先被氧化
2. RuO4氧化
3 CuCl+Py氧化
二、氧化成醌 1.铬酸氧化剂
• M-CPBA
• OsO4 • Bromohydrin
• Prevost • Woodward
5. Asymmetric Dihydroxylation Reaction
Sharpless Catalytic Asymmetric Dihydroxylation (AD) Reaction
三、烯烃的氧化性断裂及还原性断裂
• 二、酮的氧化
• Baeyer-Villiger oxidation
反应机理
迁移能力：3>2>环己基>苄基>苯基>1>H 越富电子烷基越先迁移
第五节 含烯键化合物的氧化
一、烯键的环氧化 1.a、b-不饱和羰基化合物的环氧化
环氧化机理：
此键可旋转，最终生成比较稳定的E型环氧 化合物
如：
两个较大基团在环的两侧
《药物合成反应》第六章 氧化反应
②KMnO4为氧化剂
H+ MnO4-+8H++5e
Mn2++4H2O
OH- MnO4-+2H2O+3e②KMnO4MnO2↓+4OH-(KOH)
CH3
KMnO4
CH2CH2CH3
COOH
不管侧链多长均被氧化成-COOH COOH
【北京大学】药学院《药物合成反应》精品课件
第一节 烃类的氧化 一苄位的氧化2氧化成酸
H3C
CH3 CAN
CHO
＜50℃
CH3
H3C
CH3
CH3 CAN
＞50℃
H3C
CH3
COOH
H3C
CH3
（反应在酸性介质中进行，不论有几个甲基，最终只氧化一个）
【北京大学】药学院《药物合成反应》精品课件
第一节 烃类的氧化
一苄位的氧化
2．氧化成酸或酮
①铬酸：
Na2Cr2O7+H2O+H+ CrO3+H2O
H
[O]
CC C
HH
OH
1．SeO2/H2O/HOAc
O CC C HH
有以下几种情况
【北京大学】药学院《药物合成反应》精品课件
第一节 烃类的氧化 三 烯丙位的氧化反应 1．SeO2/H2O/HOAc
① 当有多个烯丙位时，优先氧化取代基多的一侧的烯丙位
H3C C
C H
CH3
H3C
SeO2 HOAc
C8H17CrO3/HOAc/H2SO4
COOH
【北京大学】药学院《药物合成反应》精品课件
第一节 烃类的氧化
一苄位的氧化
第六章氧化反应--2013--1ppt课件
O OH C C H
O C C H 2
O H 2 C C
O C
O O C C
C O O H
化合价
C H C H
H H 2 S e O 2 H C H C C C C C H H C C C C 3 3 3 3 H H H O A c O H C H C H 3 3
H 2 C
H H 2 S e O 2 H C H C C C C C H H C C C C 3 3 3 3 H H H O A c O H C H C H 3 3
药物合成反应实验
二、1.2-苯并吡喃酮-3-羧酸（香豆素-3-羧酸）的合成
C H O + C H ( C O O C H ) 2 2 5 2 O H N H O
C O O C H 2 5 O
N a O H
C O O N a C O O N a O N a
H C l O
C O O H O
Knovengel反应 、水解反应
C O O H
常见的氧化剂
O
过氧化物
O O O
O CO Cl
OH
O S H3C CH3
二甲基亚砜
过氧酸酯
第一节 氧化反应机理
一、电子反应机理 1、亲电反应 （正电性---亲---负点性）
2、亲核反应 （负点性---亲---正电性）
二、自由基机理 反应过程中有自由基参与反应 （一般是其中一个反应物转化成自由基形式）
本节小结
氧化反应的机理一般分以下两种：
一、电子反应机理
1、亲电反应（正电性---亲---负点性）
2、亲核反应（负点性---亲---正电性） 二、自由基机理 自由基参与的氧化反应
重点
Chapter6氧化反应
RCC
H2O
R
R
C
H C
R
OAc
OH
OO
2．形成1,2--二羰基化合物 C C
• 羰基α-位活性烷基可被SeO2(或H2SeO3)氧化为 α-二酮。反应可在二噁烷、乙腈和乙酐等溶剂 中进行
• 选择性差
O C CH3
SeO2 OO
OO CC
H
O R C CH2 R
RO
C
OH
CH
Se
RO
R OH C
OH
OH
Ag2CO3
CH3COCH3
HO
O
OH
Ag2CO3
O
OH
OH
可待因的氧化
4． 二甲基亚砜(DMSO)作氧化剂
✓二甲基亚砜可被DCC、Ac2O、三氟乙酸酐、草酰 氯、三氧化硫等活化，在温和条件下将醇氧化。
✓适合于甾族、生物碱及碳水化合物等的氧化； ✓将DMSO分子中的氧负离子衍生为更好的离去基团 后，再与待氧化的醇发生亲核取代反应得到烷氧锍 盐。该锍盐经消除反应可得醛(酮)。E为强亲电试剂
HO
CHO
CrO3/Py
特点：烯丙位、苄位-OH（不改变双键位置） ， 适合于所有对酸敏感的官能团的醇类氧化
PCC/CH2Cl2,NNaaOONAac
CHO OH
PDC/CH2Cl2
PDC/DMF
COOH
2．锰化合物的氧化
①KMnO4活性很高，氧化伯醇可得到酸
MnO4-+2H2O+3e
MnO2+4OH
40℃
COOH
O
H3CO
CrO3/HOAc(75%)
40℃、2hr H3CO
H2O
R
R
C
H C
R
OAc
OH
OO
2．形成1,2--二羰基化合物 C C
• 羰基α-位活性烷基可被SeO2(或H2SeO3)氧化为 α-二酮。反应可在二噁烷、乙腈和乙酐等溶剂 中进行
• 选择性差
O C CH3
SeO2 OO
OO CC
H
O R C CH2 R
RO
C
OH
CH
Se
RO
R OH C
OH
OH
Ag2CO3
CH3COCH3
HO
O
OH
Ag2CO3
O
OH
OH
可待因的氧化
4． 二甲基亚砜(DMSO)作氧化剂
✓二甲基亚砜可被DCC、Ac2O、三氟乙酸酐、草酰 氯、三氧化硫等活化，在温和条件下将醇氧化。
✓适合于甾族、生物碱及碳水化合物等的氧化； ✓将DMSO分子中的氧负离子衍生为更好的离去基团 后，再与待氧化的醇发生亲核取代反应得到烷氧锍 盐。该锍盐经消除反应可得醛(酮)。E为强亲电试剂
HO
CHO
CrO3/Py
特点：烯丙位、苄位-OH（不改变双键位置） ， 适合于所有对酸敏感的官能团的醇类氧化
PCC/CH2Cl2,NNaaOONAac
CHO OH
PDC/CH2Cl2
PDC/DMF
COOH
2．锰化合物的氧化
①KMnO4活性很高，氧化伯醇可得到酸
MnO4-+2H2O+3e
MnO2+4OH
40℃
COOH
O
H3CO
CrO3/HOAc(75%)
40℃、2hr H3CO
六章 氧化反应2
2. Manganese-based Oxidation Reagents • (1) Manganese Dioxide (MnO2)
-Very mild oxidizing reagent, special "activated" MnO2 preparation required; -Selectively oxidizes allylic and benzylic alcohols to aldehyde or ketone -Requires nonpolar solvent (CH2Cl2, CHCl3, pentane, benzene, etc.)
• KMnO4
• 新制MnO2
3 用Ag2CO3氧化
Ag2CO3/硅藻土
(空阻大，不易被氧化)
(烯丙位-OH易被氧化)
4. Oxidation related DMSO • Swern Oxidation
Example
• Moffatt Oxidation
Moffatt 氧化中的问题： 1. 脲的除去-加入草酸。 2. 共轭醇异构化－加入三氟醋酸吡啶盐。 3. DCC/DMSO需过量－DMSO不做共溶剂, 以乙酸乙酯 代替亦可。
OSO3K
OH
H3CO H3CO
O
O
ONa NaOH H3CO C CH COONa H3CO
K2S2O8 / KOH 200C
CH3
CH3
ONa H3CO KO3SO C O CH3 C CH COONa CH3 H
O H3CO HO C O CH3
O
CH3
用于一般方法不易引入-OH时使用。
第六节
第六章
氧化反应