第四章 氧化反应

ห้องสมุดไป่ตู้ 5) 以 二 价 钴 盐 为 催 化 剂 ， 伯 醇 被 空 气 氧 化 为 羧 酸 。 6) 5-甲基吡嗪-2-羧酸是降血糖药格列吡嗪（glipizide)合成的中间体， 可由2,5-二甲基吡嗪为原料经催化氧化来制取。
7) 空气氧化属自由基型反应，生成氢过氧化物，氢过氧化物再分解 成相应的氧化产物。 8）单线态O2在低温或室温下，在光、微波或过氧化氢、次氯酸钠、 烷基过氧化氢、过氧酸等氧化剂作用下，可与某些具有二烯结构或类 似二烯结构的化合物生成环状过氧化物。
9) 饱和烃分子中 C-H键的选择性氧化是相当困难的，但对于具有特 殊结构形式的叔丁烷来说，它可在催化剂量的HBr作用下被氧化为过 氧叔丁醇。
10) Wacker反应：在PdCl2/CuCl2存在下，利用空气中的氧气使烯烃 转化为醛或酮的反应。
第三节 高价金属化合物为氧化剂的氧化反应
一、四氧化锇为氧化剂
第四章 氧化反应
Oxidation Reaction
定义:
• 广义上讲，有机分子中碳原子氧化数升高的化 学转化过程称为氧化反应。 • 狭义上讲，则是指有机物分子中增加氧，失去 氢的反应。 • 通过氧化反应，可以将烯烃、醇、醛、酮、活 性亚甲基化合物、芳烃等转化为相应的醇、环 氧化物、醛、酮、酸等化合物。
三、四价铅为氧化剂
1) 氧化铅（PbO2）常以糊状形式存在并在微酸性介质中用作氧化剂。 2) 最常用的四价铅氧化剂是四乙酸铅[Pb(OAc)4]。它是一种选择性很强 的氧化剂，由铅丹与乙酸一起加热制得。易被水分解，氧化常发生在并 醋酸、苯、氯仿、乙腈等有机溶剂中，加入少量水和醇可加快反应速率。 3) 邻二醇被Pb(OAc)4氧化，经碳碳键断裂，生成两个羰基化合物，环状 邻二醇则生成二羰基化合物。 4) 顺式邻二醇氧化速率较快， Pb(OAc)4的氧化在有机溶剂中进行。
第一节 氧化剂概述
氧化剂种类很多，其作用特点各异：
1) 一种氧化剂可以对多种不同的基团发生氧化反应，同一种基团也可 以因所用氧化剂和反应条件的不同，给出不同的氧化产物。 2) 工业上廉价易得且应用最广的氧化剂是空气或氧气。空气和氧气以 外的氧化剂总称为化学氧化剂；使用化学氧化剂的反应统称为“化学 氧化”。 3) 化学氧化剂普遍价格高，对环境产生污染。开发廉价、低污染、高 效的化学氧化剂是药物化学研究人员永恒的研究课题。
4) 液相催化氧化均属于游离基反应，对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。
5) 促进剂有两类：a) 有机含氧化合物，如三聚乙醛、乙醚或丁酮等；b) 溴化物，如溴化铵、溴化乙烷、四溴化碳等。
二、气相催化氧化
1) 气相催化氧化多用于易被气化的化合物的氧化，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。 2) 常用催化剂包括金属和金属氧化物，金属催化剂有Cu, Co, Ag, Pt, Pd等，金属氧化物催化剂有V2O5, MoO3, Bi2O3, Fe2O3, Sb2O3, SeO2, TeO2和Cu2O等。 3) 在实际中，多数应用的是多组分复合物，也可负载于硅胶、沸石、 分子筛等材料上使用，V2O5是最常用的氧化催化剂。 4) 反应通常在列管式固定床或流化床中进行。
CO2H Na2Cr2O7 / H2SO4 140 oC, 30 min NO2 NO2 CO2H 260-280 oC N N 70-75% yield 86.5% yield
局麻药普鲁卡因的中间体
抗结核药异烟肼的中间体
氧化反应总类繁多，所表现出来的共同点包括：1) 氧化剂种类多，同样的氧 化剂能完成不同底物的氧化，同样的底物可被不同的氧化剂氧化，氧化产物 强烈依赖反应条件。2) 氧化反应为强放热反应，及时移走热量，是反应平稳 进行。3) 氧化反应在热力学上均可以看作是不可逆反应，尤其是完全氧化反 应。4) 氧化过程中，伴随副反应很多。
1) Criegee氧化反应：应用四氧化锇（OsO4）为氧化剂的氧化反应。 2) 用于烯烃氧化制备顺式1,2-二醇，其选择性高于KMnO4氧化法， 也用于甾醇结构测定。 3) 氧化机理： OsO4与烯键顺式加成生成环状锇酸酯，而后水解成顺 式二醇。
4) 一些刚性分子如甾体化合物，锇酸酯一般在位阻小的一边形成。 5) 锇酸酯的水解为可逆反应，加入一些还原剂，如Na2SO3, HCHO等 将锇酸还原，有利于正反应进行。 6) 吡啶和叔胺类化合物对该反应有催化作用，因此吡啶常作为OsO4 氧化反应的介质。
第二节 催化氧化
一、液相催化氧化
1) 常用的催化剂为过渡金属离子如钴盐、锰盐、铜盐、铂-炭、氧化 铬等。 2) 液相催化氧化中，所消耗的主要是空气或氧气，反应一般在 100200 oC以及压力不很高的条件下即可。
3) 对硝基苯乙酮是合成氯霉素（chloromycetin)的重要中间体，用对硝 基乙苯为原料经液相空气氧化制得。
第一节 氧化剂概述
常用氧化剂类型：
第一类，金属元素的高价化合物。如：KMnO4, MnO2, CrO3, K2Cr2O7, PbO2, Tl(NO3)3, Ce(NO3)4等。 第二类，非金属元素的高价化合物。如： HNO3, N2O4, SO3, NaClO, NaClO3, NaIO4, DMSO等。 第三类，无机富氧化合物。如：臭氧、双氧水、过氧化钠、过碳酸钠、 过硼酸钠等。 第四类，有机富氧化合物。如：有机过氧化物，包括 CH3CO3H, tBuOOH等。 第五类，非金属元素单质。如：卤素等。
二、氧化银和碳酸银为氧化剂
1、氧化银
Ag2O可使醛基氧化成羧基，酚羟基氧化成醌，分子中的双键及 仅对强氧化剂敏感的基团不受影响。在工业上，采用负载Ag2O的 CuO为催化剂，以空气为氧化试剂实施反应。
2、碳酸银
1) Ag2CO3是氧化伯醇、仲醇的较理想的氧化剂，氧化反应有一定的 选择性。位阻大的羟基不容易被氧化，优先氧化仲醇，烯丙位羟基比 仲醇更容易被氧化。 2) 1,4-二醇、1,5-二醇、1,6二醇等二元伯醇，可氧化生成环内酯。 3) Ag2CO3可直接用作催化剂，也可将其沉积在硅藻土上使用。