第六章 氧化反应
药物合成反应第六章氧化反应

嘌呤及其衍生物的氧化
要点一
总结词
嘌呤及其衍生物是一类重要的生物碱,其氧化反应在药物 合成中具有重要意义。
要点二
详细描述
嘌呤可以通过氧化反应生成8-羟基嘌呤和8-醛基嘌呤等化 合物,这些化合物在药物合成中具有广泛的应用。常用的 氧化剂包括硝酸、高锰酸钾、过氧化氢等。
详细描述
腈的氧化通常会将其转化为相应的羧酸或酸 酐,这一过程在药物合成中常用于制备具有 生物活性的化合物。在氧化过程中,需要注 意控制反应条件,以避免过度氧化导致产物 的分解或副反应的发生。
06
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杂环化合物的氧化
呋喃和噻吩的氧化
总结词
呋喃和噻吩是重要的杂环化合物,其氧化反应在药物 合成中具有广泛应用。
氧化等。
醇的氧化产物通常是醛 、酮、酸等,这些化合 物在药物合成中具有重
要应用。
醇的氧化反应通常需要 在较低的温度和压力下 进行,因此相对安全。
醛酮的氧化
醛酮的氧化可以通过多种方式进行, 如空气氧化、过氧化物氧化、金属盐 催化等。
醛酮的氧化反应通常需要在较低的温 度和压力下进行,因此相对安全。
醛酮的氧化产物通常是羧酸、酯、腈 等,这些化合物在药物合成中具有重 要应用。
氧化反应在药物合成中的应用
01
02
03
引入官能团
通过氧化反应,可以在药 物分子中引入羟基、羧基 、羰基等官能团,从而改 变药物的性质。
碳-碳键的形成
某些氧化反应可以用于合 成含有碳-碳键的药物分子 ,如烯烃、醇、醛等。
杂环化合物的合成
利用氧化反应可以合成各 种杂环化合物,如吡啶、 嘧啶等。
氧化反应的机理与选择性
第六章氧化反应

第六章氧化反应从广义上来讲,凡是有机物分子中碳原子失去电子,碳原子总的氧化态增高的反应均称为氧化反应;从狭义上讲,凡使反应物分子中的氧原子数增加,氢原子数减少的反应称为氧化反应。
利用氧化反应除了可以得到各类有机化合物如醇、醛、酮、酸、酯、环氧化物和过氧化物等,还可以制备有机腈和二烯烃等。
有机物的氧化反应都是强放热反应,因此,氧化反应中及时移除反应热是一个很关键的问题。
烃类和其它有机物的氧化反应几乎都是不可逆反应,反应都能进行到底。
有机合成中氧化方法主要有三种,即催化氧化和催化脱氢、化学氧化、电解氧化。
此外,生物氧化在有机合成中的应用也日益受到人们的重视。
生物氧化是一种较缓和的氧化过程。
人类在很早以前就利用微生物进行氧化反应来进行酿酒、制醋。
生物氧化具有高度的选择性,收率高,反应条件温和,三废少等特点。
因此,生物氧化是一种很有发展前景的氧化合成方法。
第一节催化氧化和催化脱氢一、催化氧化在没有催化剂的情况下,有机物在室温下与空气接触,就能发生缓慢的氧化反应,这种现象称为自动氧化。
在实际生产中常常需要使用催化剂,以提高反应的速度和选择性。
在催化剂存在下进行的氧化反就应称为催化氧化。
催化氧化法生产能力大,对环境污染小,且作为氧化剂的空气和氧来源广泛,无腐蚀性。
因此,工业上大吨位产品多采用空气催化氧化法。
氧化反应根据反应温度和反应物聚集状态不同,又可分为液相催化氧化和气相催化氧化反应。
液相催化氧化多在100︒C左右进行反应;气相催化氧化则常在200~400︒C下进行反应。
(一)液相空气氧化液相空气氧化是液态有机物在催化剂存在下,通入空气进行的催化氧化反应。
液相空气氧化反应的实质是在气液两相间进行的,大多采用鼓泡型反应器。
1.反应历程液相空气氧化属于自由基反应历程,其反应历程包括链的引发,链的传递和链的终止三个步骤,其中决定性步骤是链的引发。
下面以烃的氧化为例:(1)链引发 烃类R-H 在光照、热及可变价金属盐或自由基引发剂的作用下发生C-H 键的均裂而生成自由基R ⋅。
药物合成反应-第六章-氧化反应

另外,二氧化硒毒性非常大,使用极大受限。
位 氧 化
2
选择性的氧化可将烯丙位氧化为醛、酮或醇而不破坏双键。
烯
应用特点: 二氧化硒氧化
CH CH CH2
丙 位
二氧化硒可将烯丙位氧化为醛或酮,但如果想得到醇羟基,需在醋酸溶液中以醋酸酯的形 式分离产物,再水解得羟基。
氧 化
SeO2/C2H5OH heat
高锰酸钾、四氧化鋨及碘&湿羧酸银是常用的氧化条件。反应一般经历环状过渡态。
高锰酸钾需要低浓度及碱性 pH>12低温反应,否则易进
KMnO4
OH
NaOH
OH
一步氧化。
KMnO4 H2O
CHO CHO
CH3 OsO4/Py CH3 Et2O
CH3
OH 两 个 OH在 位 阻 小 的 地 方 生 成
OH
CH3
醇 氧 化
DMSO-Ac2O,能氧化大 位阻的醇;
1
Oppenauer氧化:
三烷氧基铝(如异丙醇铝)和丙酮,氧化仲醇为酮。(伯醇不适合此氧化)
特别适合氧化烯丙位醇为α,β-不饱和酮,普通仲醇也可,但β,γ-双键常移位到α,β。
O
O
O
CH3CCH3
60%
Al(O-ipr)3
HO
HO
H3CO
CH N
N 奎宁
O
CH3
CH (OCCH3)2
CHO
CrO3 / Ac2O / H2SO4
H2SO4 H2O
(65-66%)
NO2
NO2
NO2
苄 位 氧 化
1
非选择性强氧化
使用强氧化剂KMnO4、Na2Cr2O7、Cr2O3或稀硝酸等,将苄甲基氧化为羧基。
第六章 氧化反应

饱和脂肪烃的氧化反应仅对那些具有叔C-H键的饱和烃才有 合成价值。铬酸或高锰酸盐常常可将叔C-H键选择性氧化成叔醇, 若为手性叔碳的C-H键,氧化时可保持构型。
n-Bu CH 3 Et
CH 3
PhCH 2NEt3MnO 4 3℃ , 数天
H
Na 2 Cr2 O 7 HClO 4 / HOAc / H 2 O
CH 3 CH 3 CH 3
n-BuONO / CH 3ONa (91%)
CH 3 NOH O
CH 2O/ HCl / HOAc (~100%)
CH 3
CH 3 O O
O
6.1.4 烯丙位烃基的氧化
烯丙位的甲基、亚甲基或次甲基在一些氧化剂作用下可被氧化成相应的醇 (酯)、醛或酮,而双键不被氧化或破坏,但可能发生双键的迁移。 铬酐-吡啶配合物和二氯甲烷组成的溶液称为Collins试剂,它和PCC[铬酐吡啶配合物的盐酸盐]在室温下可使醇迅速氧化成相应的羰基化合物,而对醇 中的双键、苄位亚甲基和硫醚不起作用。若使用过量的Collins试剂(室温) 或PCC(在二氯甲烷或苯中回流),可将烯丙位碳氢键氧化成羰基。
n-Bu CH 3 Et
CH 3 OH
(72%)
OH
桥环化合物的桥头C-H键一般为叔C-H,张力较大的桥头碳 氢键因离子和自由基均难形成,不易发生氧化反应,但一些环 系较大的桥环化合物的氧化反应也可选择性地发生在桥头碳原 子上。例如:
(40%~50% )
HO
CrO3 / Ac2O / AcOH 35 C , 1h , r.t. , 6h(71%)
OH
CrO 3 / H 2SO 4 / 丙酮 (75%)
O
Jones 氧化
OLeabharlann OHH(73%)
第六章-氧化反应(2)

OO
N O
C C OCH3
ClH2C C N S
H
(67%)
SeO2是缓和的氧化剂,反应常以二噁烷、乙酸、乙酐、乙腈 作溶剂,反应常在沸水浴或溶剂回流的温度下进行。如果SeO2 用量不足,会使羰基α位的活性烃基氧化成醇,所以一般SeO2 用量稍过量;若溶剂存在少量的水,会使反应加速。
氧化机理: SeO2和酮的烯醇式发生亲电性进攻形成硒酸酯, 进而发生【2,3】-σ迁移重排,形成相邻的酮醛或邻二酮,而 SeO2则被还原成单质硒。
RO
OH
Se
R'
O
R
O OH Se
[2,3]-迁移
RO OH
O R' H
Se R' O
H
RO
Se
OH
R' O
SeO2及亚硒酸的毒性比As2O3更大,并且腐蚀皮肤。 相邻的双酮也可用亚硝酸甲酯、亚硝酸异戊酯等试剂制得,羰基 α位活性烃基被亚硝基化,互变异构式肟酮(oximinoketone), 经水解,则得1,2-二羰基化合物。
H3C CH3 n-BuONO/CH3ONa
(91%) O
H3C CH3 NOH
O
CH2O/HCl/AcOH ( ~100%)
H3C
CH3 O
O
羰基α位的活性甲基也可被氧化成羧基,生成α-酮酸,但反 应中常伴有脱羧及脱羧产物的进一步氧化,所以控制反应条件十 分重要。如苯乙酮只有在低温时,用高锰酸钾小心氧化,才可得 到苯甲酰甲酸。
ArCH(OCrCl2OH)2 Etar d复 合体
H2O
ArCH2
Байду номын сангаас
H OC rO Cl2
药物合成反应 第六章 氧化反应

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

OH
H2CrO4
O
Jones氧化法(CrO3-H2SO4-丙酮)
OH CrO3/H2SO4/CH3COCH3 O
(75%)
§2 Jones氧化法
O CrO3/H2SO4/CH3COCH3 O HO O O (73%) O
§2 PCC
Cl N H
/ CrO 3
= PCC
§2 PDC
2
N H
2
Cr2O7
PhCOOOH O + (94:6) O
§4 .1.5 有机过氧酸为环氧化剂
OH PhCOOOH O OH
§4 .1.5 有机过氧酸为环氧化剂
OOCCH 3 PhCOOOH
OOCCH 3 O
§4. 2 .1 顺式羟基化
• 常用试剂是高锰酸钾 • 四氧化锇 • 碘-湿乙酸银。
§4. 2.1 顺式羟基化
TPAP(Pr4NRuO4)
• 直接将RuCl4· nH2O加到过量的溴酸钠(NaBrO3)的l mol/L 浓度的碳酸钠水溶液中,氧化成[RuO4]-,接 着加入(Pr4N)OH,即产生深绿色的TPAP晶体, 过滤后干燥备用。TPAP用量(摩尔分数)为5%(相 对于被氧化的醇),常用的共氧化剂为双氧水和N甲基吗啉氧化物(NMO),由于TPAP是在非水介质 中氧化醇,故共氧化剂用后者。常用的溶剂是 CH2Cl2 或CH3CN,在用CH2Cl2 作溶剂时加10% 的CH3CN ,可提高催化剂的利用率。
= PDC
§2 醇氧化成酮
PhCH(OH)Ph
PCC
PhCOPh
(100%)
§2 醇氧化成醛
HO DMAP/HCl/CrO3 HO HO CHO
§2 醇氧化成酮:用锰化合物氧化
第六章 氧化反应

O2N
HO H N H O
O2N Al[OCH(CH3)2]3, HOCH(CH3)2
HO H N H O
O p-Nitro- -acetamido--hydroxyphenylpropanone
H OH (± )-thero-1-p-nitrophenyl-2acetamidopropane-1,3-diol
加氧或脱氢 的反应 称为氧化
Oxidation State(氧化态)
氧化与药物代谢
药物生物合成
第一节 烃类的氧化反应
一、 烷烃的氧化
Oxidation of alkanes and alkyl groups
Barton reaction
二、 苄位烃基的氧化
1. 氧化生成醇、酮、羧酸
2)Jones reagent (选择性氧化方法): —— CrO3-diluted H2SO4-acetone
Jones reagent HO O
—— Unsaturated secondary alcohols can be oxidized to ketones while carbon-carbon double bonds remain unchanged.
O CCH3 RC O3H
methyl
O COCH3 ? + O OCCH3
√
?
三、 –羟酮的氧化反应
第四节 含烯键化合物的氧化
一. 烯键环氧化
1. ,–不饱和羰基化合物的环氧化
,–不饱和羰基化合物中,碳碳双键与羰基共轭,一 般在碱性条件下用过氧化氢或叔丁基过氧化氢使 之环氧化.
机理
O2N
Br2, C6H5Cl O
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(2) 空气氧化
Br O2 / Co(OAc)2 / HBr / HAc 2h CH3 COOH Br (91%)
(3) 用硝酸铈铵作氧化剂,苄位 用硝酸铈铵作氧化剂, 亚甲基氧化成酮
ArCH2CH3 CAN / HNO3 900C, 70min O Ar C CH3 (77%)
O CAN / HNO3 300C, 90min (76%)
CH3 CH3 CH2 C CH CH3 SeO2 CH3 CH3 CH C OH CH CH3 CH2 OH CH3 CH2 C CH CH3
34
:
1
(3)当上述两规则有矛盾时, (3)当上述两规则有矛盾时,一般遵 当上述两规则有矛盾时 循(1)
CH3 H3C C CH CH2CH3 SeO2 H 3C CH2OH C CH CH2CH3
二
羰基 α 位活性烃基的氧化
1 形成 α -羟酮
O C O Pb(OAc)4 / BF3 O(C2H5)2 / C6H6 250C AcO AcO CH3 O O C CH2OAc
(86%)
加BF3有利于羰基的甲基乙酰化
RN O2 / tBuOH / tBuOK / P(OC2H5)3 H COCH3 CONH2 -200C HO COCH3 CONH2 RN
机理: 机理:
Ce4+ ArCH3 +
ArCH2 + Ce4+ + H2O
+ Ce3+ + H+ ArCH2
3+ ArCH2OH + Ce + H+
ArCH3OH + 2Ce
4+
+ 2Ce3+ + 2H+ ArCHO
吸电子基时,收率降低。 注:苯环上有-NO2、-X吸电子基时,收率降低。 苯环上有CH3 Ce4+/HNO3 NO2 900C,4.5h NO2 CHO
CrO3/H2O/Py=1/1/10
及Collins试剂(用于伯醇氧化成醛) Collins试剂(用于伯醇氧化成醛) 试剂
CrO3 2Py(无水) 2Py(无水) 无水
HO CrO3 / Py O O H O 250C O O
O O (90%)
H
CH3 (CH2)5 CH2 OH
Collins试剂 试
CH3CHCH2CH2CHCH3 OH OH Ag2CO3 O CH3CCH2CH2CHCH3 OH (80%)
DMSO氧化 4 用DMSO氧化 DMSO-DCC(Pfitznor-Moffat氧化 氧化) (1) DMSO-DCC(Pfitznor-Moffat氧化) 机理: 机理:
O C6H11 N C N C6H11 + H3C S CH3 H C6H11 NH C O H3C S CH3 N C6H11
CHCH2 OH
以上为Guillemonat规则(1939) 以上为Guillemonat规则(1939) Guillemonat规则
2
吡啶复合物(Collins试剂) (Collins试剂 CrO3-吡啶复合物(Collins试剂)
CH3 CrO3-吡啶 / CH2Cl2 吡 O CH3 (68%)
(96%) 或用Zn/CH COOH代替 代替P(OC 或用Zn/CH3COOH代替P(OC2H5)3亦可
若 α -H过氧基的碳原子上有H时,可发生碱 过氧基的碳原子上有H 消除反应, 羟酮的收率。 消除反应,降低了 α -羟酮的收率。采用过 氧化钼MoO 吡啶、 氧化钼MoO5、吡啶、六甲基磷酰胺复合物 (MoOPH)作试剂,可以克服上述缺陷。 (MoOPH)作试剂,可以克服上述缺陷。 作试剂
硝酸铈铵[Ce(NH (3) 硝酸铈铵[Ce(NH4)2(NO3)6,CAN] 选择性好
CH3 Ce(NH4)2(NO3)6 / HClO4 400C, 80min
CH3 Ce(NH4)2(NO3)6 / 50%HAC H3C CH3 80 C, 120min H3C CH3
0
CHO (92%)
CHO (100%)
(4)
CH3 CH3 CH3
SeO2试剂
CH3 CHO CH3
SeO2 EtOH
(82%)
2
形成羧酸、 形成羧酸、酮
(1) KMnO4、Na2Cr2O7、Cr2O3和 稀HNO3作氧化剂
CH3 KMnO4 / NaOH / H2O 350C SO2NH2 SO2NH2 SO2 COOK H+ O N
+ CH3CH
CHCH2 OCOR
(90%) 原因: 原因:
RCHCH CH2 Cu
(10%)
>
RCH
CH CH2 Cu
(稳定性) 稳定性)
第二节
一
醇的氧化反应
伯、仲醇被氧化成醛、酮 仲醇被氧化成醛、 1 用铬化合物氧化
OH H2CrO4 / H2O / Et2O 250C O (85-90%)
HO
OH RCHR H3C S H3C O CH R R
+ (C6H11NH)2C O
H3C H3C S O C
R R H
H
R (CH3)2S + R C O
HO CrO3 / Py O O H O 250C O O
O O (90%)
H
HO
CO CH3 DMSO-DCC / CF3COOH r. t.
机理: 自由型) 机理:(自由型)
ArCH3 + CrO2Cl2 ArCH2 + HOCrOCl2 ArCH2OCrCl2OH
ArCH2OCrCl2OH + CrO2Cl2
ArCHOCrCl2OH + HOCrOCl2
ArCH(OCrCl2OH)2
H2 O
ArCHO + 2H2CrO3
Etard复合体 Etard复合体
O C OH O + HCrO3
(6)
OH H >
H OH (3:1)
OH活性>e活性>e α -OH活性>e-OH
H < OH H OH (1:2)
H > OH
OH (2.5:1) H
(7)
Sarett试剂、Corwforth试剂 Sarett试剂、Corwforth试剂 试剂
CrO3/Py=1/10
机理: 机理:
HC 3 S O +CH C O C C 3 H 3 HC 3 O O
HC 3 S O C C 3 + C 3CO H H O HC HC 3 O
RC O 2 H H
HC 3 S O C R 2 HC 3 H
P y
1
形成醛
试剂, (1) CrO3/Ac2O/H2SO4试剂,先生成 二磺酸酯, 二磺酸酯,再水解成醛
O CH3 CrO3 / Ac2O / H2SO4 CH (OCCH3)2 H2SO4 H2 O NO2 NO2 NO2 CHO (65-66%)
2 氯化铬酰 (Chromychlorde)CrO2Cl2
CH3 (1)CrO2Cl2 / CCl4 (2)H2O Br Br CHO (80%)
机理: 离子型) 机理:(离子型)
H H
c H
+
O Cr Cl
O
CH2OCrCl2OH CrO2Cl2
CH(OCrCl2OH)2
Cl
(Etard复合体) (Etard复合体) 复合体
CHO H2O + 2H2CrO3
O
C=C、 团(NH2、C=C、
、烯丙位碳氢键) 烯丙位碳氢键)
C
CrO3+H2SO4稀释
COCH3 H2CrO4/CH3COCH3/H2O HO 0-200C O COCH3
(4) 不适合于伯醇氧化 机理: (5) 机理:
O C H O Cr O OH C O + HCrO3
O C H O Cr
CH3 (CH2)5 CHO
(80%)
O O CH2 OH
C5H5NHCrO3Cl NaOAc / CH2Cl2
O O CHO (85%)
2 用锰化合物氧化
O O
伯醇
酮,仲醇
酮
α -C上有氢时,酮收率较低; -C上无氢 上有氢时,酮收率较低; α
时,效果好。 效果好。 (1) KMnO4
CH OH N KMnO4 C O N (100%)
O C6H5 MoOPH -700C-00C HO O C 6H 5
2
形成1 形成1,2-二羰基化合物
作氧化剂, SeO2作氧化剂,但 α -位烃基相同才 有合成意义
O C CH3 SeO2 dioxane
O C6H5 CH2 C C6H5 O C6 H5 O C6 H5 (100%)
O C CHO (69-72%)
SeO2 / HAc / H2O 890C
C C
三
烯丙位烃基的氧化
1 SeO2氧化(机理不要求) 氧化(机理不要求)
遵循如下规则: 遵循如下规则:
(1) 氧化双键碳上取代基较多的一 边的烯丙位烃基
H3C C H3C C H CH3 SeO2 O HOH2C H H3C C C CH3
(2) 在不违背上述规则情况下 的氧化顺序:CH 的氧化顺序:CH2>CH3>CH
O
CO CH3
O
O
-OH为e键:Y=99% 为键 OH > e a OH -OH为a键:Y=6.20% 为键
O DMSO-DCC / Py / TFA r. t. HO O
O
(70%)