第六章 氧化反應(yīng)(4)

第六章氧化反應(yīng)6.1醇羥基和酚羥基的氧化反應(yīng)6.2碳-碳雙鍵的氧化反應(yīng)6.3酮的氧化反應(yīng)6.4芳烴側(cè)鏈和烯丙位氧化內(nèi)容1第六章氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)必須通過氧化劑來實(shí)現(xiàn)。氧化劑：親電試劑，它進(jìn)攻有機(jī)物電子密度大的部位，從有機(jī)

物中取得電子。氧化劑分類：通用氧化劑（如KMnO4）；選擇性氧化劑（如SeO2,Pb(Ac)4）氧化反應(yīng)是一類最常用和極重要的有機(jī)化學(xué)反應(yīng)。有機(jī)化合物中，凡失去電子或電子偏移使碳原子上電子云密度降低的反應(yīng)，稱為氧化反應(yīng)。狹義而言，是指有機(jī)物分子中氧原子增加或氫原子減少，或二者兼而有之的反應(yīng)，不涉及形成新的碳-鹵鍵，碳-氫鍵和碳-硫鍵。2第六章氧化反應(yīng)有機(jī)物結(jié)構(gòu)：

不同類型的化合物，氧化反應(yīng)難易程度不同。氧化反應(yīng)分類：機(jī)理：

許多氧化反應(yīng)機(jī)理尚不清楚。3第六章氧化反應(yīng)通用型氧化劑：KMnO44第六章氧化反應(yīng)6.1醇羥基和酚羥基的氧化反應(yīng)一、伯、仲醇被氧化成醛、酮1.用鉻的化合物氧化

六價鉻（VI）化合物，包括CrO3-Py(Collins),重鉻酸鹽、氯鉻酸吡啶鹽（PCC）等，在酸性條件下可使伯醇氧化為醛，仲醇氧化成酮。如：CrO3-Py(Collins試劑)：將CrO3加到Py中制得5第六章氧化反應(yīng)

Corey等人與1975年報道了用氯鉻酸吡啶蓊鹽（PCC），重鉻酸吡啶蓊鹽（PDC）作氧化劑氧化醇成為醛、酮。6第六章氧化反應(yīng)7第六章氧化反應(yīng)

DMAP與氯鉻酸組成的吡啶蓊鹽，可選擇性地氧化烯丙醇及芐醇類，如：2.用活性二氧化錳氧化活性二氧化錳是α，β-不飽和醇（如烯丙醇、芐醇）進(jìn)行選擇性氧化的氧化劑，反應(yīng)條件溫和，操作簡便，如：8第六章氧化反應(yīng)當(dāng)分子中有數(shù)個羥基時，活性二氧化錳可選擇氧化烯丙位羥基：3.用碳酸銀氧化氧化劑特點(diǎn)：反應(yīng)條件溫和，可在中性環(huán)境進(jìn)行，且收率較高。反應(yīng)選擇性：

（1）位阻大的羥基不易被氧化；優(yōu)先氧化仲醇；

烯丙位比仲醇更易被氧化。

9第六章氧化反應(yīng)（2）1,4-1,5-,1,6-二醇等二元伯醇氧化時，可生成相應(yīng)的內(nèi)酯，其余的二醇氧化后得羥基醛或羥基酮：10第六章氧化反應(yīng)4.用DMSO氧化

二甲亞砜（DMSO）是實(shí)驗(yàn)室廣泛使用的非質(zhì)子極性溶劑，它又是非常有用的選擇性氧化劑。它能在酸、堿和脫水劑協(xié)助下將伯、仲醇氧化成醛、酮，也能將上述醇的磺酸酯，一些活潑的鹵化物如α-鹵代酸，α-鹵代酸酯、芐鹵及α-鹵代苯乙酮等氧化為羰基化合物。11第六章氧化反應(yīng)親電試劑如DCC(二環(huán)己基碳二亞胺),Ac2O,(CF3CO)2O,SOCl2,(COCl)2,等活化，生成活性锍鹽，它極易與醇形成烷氧基锍鹽，接著發(fā)生消除反應(yīng)，生成醛或酮與二甲硫醚。反應(yīng)機(jī)理：氧化劑特點(diǎn)：反應(yīng)條件溫和，產(chǎn)物分離簡便，收率高，費(fèi)用低

反應(yīng)選擇性好。常用組合：DMSO-DCC，DMSO-Ac2O，DMSO-（COCl)2※

DMSO-DCC/H3PO4((堿還可用三乙胺等有機(jī)堿)12第六章氧化反應(yīng)優(yōu)先氧化空間位阻小的羥基，對分子中不飽和鍵、酯、磺酸酯、糖苷鍵等不影響，廣泛用于糖類、核酸、甾體化合物和生物堿等天然化合物和藥物的合成。13第六章氧化反應(yīng)※

DMSO-Ac2O用Ac2O代替DCC，適用于氧化空間位阻大的羥基，并可避免使用毒性大的DCC。但收率比DMSO-DCC法低。14第六章氧化反應(yīng)5.其它氧化法：(i)Oppenauer氧化法：仲醇氧化為酮反應(yīng)機(jī)理15第六章氧化反應(yīng)（ii）Pb(OAc)4(LTA)氧化法雙鍵位移，與羰基共軛：16第六章氧化反應(yīng)(iii)O2/Pt氧化法：工業(yè)上用于從L-山梨糖制備Vc中間體(iv)亞硝酸鈉-乙酸酐氧化17第六章氧化反應(yīng)(v)固載氧化劑氧化法固載氧化劑即將氧化劑固載在支撐試劑上，成為有機(jī)合成的一個熱點(diǎn)。★

固載氧化反應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)：（a）操作簡便，快速有效；（b）充分利用熱力學(xué)和動力學(xué)因素如高溫、廉價試劑促進(jìn)反應(yīng)（c）改善試劑反應(yīng)活性和選擇性；（d）減少或消除環(huán)境污染；（e）試劑可再生★常用固載載體：硅膠，Al2O3,黏土（如，蒙脫土）18第六章氧化反應(yīng)固載氧化反應(yīng)的氧化劑制備及反應(yīng)特征性較強(qiáng)，需要用時要查文獻(xiàn)，再選擇、嘗試。（見書P259~261）如：19第六章氧化反應(yīng)二、二元醇的氧化1.1,2-二醇的氧化常用試劑：過碘酸（HIO4），四醋酸鉛（LTA）可用于測定結(jié)構(gòu)兩羥基無法形成環(huán)狀過渡態(tài)時，氧化反應(yīng)不進(jìn)行。比較：20第六章氧化反應(yīng)2.1,3-1,n-（n≧4）等二醇的氧化：

用Ag2CO3

氧化1,3-二醇

，可得到一個羥基一個羰基的化合物；而1,n-（n≧4）二醇的氧化則可得到相應(yīng)的內(nèi)酯，但反應(yīng)時需要大過量的Ag2CO3。21第六章氧化反應(yīng)三、酚的氧化酚類化合物很容易被氧化，形成穩(wěn)定的酚氧自由基：如：聯(lián)萘酚的合成：22第六章氧化反應(yīng)又如：利用該反應(yīng)，可將根皮乙酰苯轉(zhuǎn)化為地衣酸23第六章氧化反應(yīng)烯鍵可被一些試劑氧化生成各種氧化物。氧化劑：H2O2/OH-;t-BuOOH/OH,m-ClC6H4CO3H6.2碳-碳雙鍵的氧化反應(yīng)6.2.1烯鍵環(huán)氧化反應(yīng)機(jī)理：首先是ROO-的親核加成，然后形成環(huán)氧化合物：24第六章氧化反應(yīng)1.不與羰基共軛的烯鍵的環(huán)氧化這類烯鍵的電子云密度較高，雙鍵的氧化帶有親電性特征。常用氧化劑：

H2O2（

t-BuOOH

）/過渡金屬配合物;

有機(jī)過氧酸

（1）H2O2（

t-BuOOH

）/過渡金屬配合物：常用過渡金屬配合物：Mo(CO)6

；Salen-Mn(III)配合物；

[Ti(OPri)4]/酒石酸二酯（Sharpless）環(huán)氧化反應(yīng)特點(diǎn)：（i）取代基多的烯鍵優(yōu)先氧化；（ii）順式加成，氧環(huán)在位阻小的一側(cè)。25第六章氧化反應(yīng)Sharpless試劑可選擇氧化烯丙醇雙鍵。Sharpless環(huán)氧化法是由烯丙醇制備手性烯丙醇環(huán)氧化物的極好方法。缺點(diǎn)為反應(yīng)時間太長，手性催化劑回收率低。改進(jìn)方法有二：（1）添加催化劑；（2）使用高分子支載的酒石酸酯。26第六章氧化反應(yīng)（2）有機(jī)過氧酸為環(huán)氧化試劑：常用氧化劑：過氧苯甲酸，間氯過氧苯甲酸，過氧乙酸，三氟

過氧乙酸等。含苯環(huán)的試劑較穩(wěn)定。環(huán)氧化反應(yīng)特點(diǎn)：（i）用芳香過氧酸效果較好；用脂肪族過氧酸，需在緩沖溶液(NaOAc)中進(jìn)行，否則，得開環(huán)產(chǎn)物。（ii）過氧酸分子中有吸電子基團(tuán)或烯鍵碳上有烴基時，環(huán)氧化反應(yīng)易進(jìn)行。27第六章氧化反應(yīng)（iii）環(huán)氧化有高度立體選擇性（無高度對映選擇性），順式加成，常從位阻小一側(cè)形成氧環(huán)。烯丙位存在如羥基、乙酰氧基等含氧基團(tuán)時，主要得氧環(huán)與乙酰氧基處于異側(cè)的產(chǎn)物。28第六章氧化反應(yīng)2.α,β-不飽和羰基化合物的環(huán)氧化：反應(yīng)速率低于孤立雙鍵。反應(yīng)機(jī)理：首先是ROO-的親核加成，然后形成環(huán)氧化合物：29第六章氧化反應(yīng)環(huán)氧化特點(diǎn)：

（1）反應(yīng)條件溫和，可通過控制反應(yīng)介質(zhì)pH得到相應(yīng)產(chǎn)物；

（2）反應(yīng)具有一定的立體選擇性，順式加成，雙鍵上取代基多者優(yōu)先氧化，氧環(huán)常在位阻小的一面；

（3）使用手性催化劑，可得到高對映選擇性的不對稱產(chǎn)物。如:pH不同，產(chǎn)物不同?？刂苝H,可使酯鍵不被水解30第六章氧化反應(yīng)雙鍵上取代基多者優(yōu)先氧化；氧環(huán)在位阻小的一邊。為何不氧化此雙鍵?31第六章氧化反應(yīng)3.烯鍵氧化成1，2-二醇烯鍵氧化成1，2-二醇，即烯鍵的全羥基化作用，氧化試劑不同，產(chǎn)物的立體化學(xué)不同。(1)順式羥基化：常用氧化劑：KMnO4

；

I2-AcOAg/AcOH/H2O(i)KMnO4(低溫，低濃度，堿性)機(jī)理32第六章氧化反應(yīng)說明：1.由于氧化劑在水相，遇到難溶于水的底物時，加入相轉(zhuǎn)移催

化劑可明顯提高產(chǎn)物收率。2.要得到順式鄰二醇，反應(yīng)時注意控制條件，否則，容易得到

進(jìn)一步氧化產(chǎn)物。見書P265。3.注意產(chǎn)物的立體化學(xué)。33第六章氧化反應(yīng)(ii)I2-AcOAg/AcOH/H2O34第六章氧化反應(yīng)水存在下，由于乙酰氧負(fù)離子從碘的三元環(huán)過渡態(tài)的另一側(cè)進(jìn)攻，所引入的羥基與碘的三元環(huán)不在同側(cè)，該立體化學(xué)特點(diǎn)與KMnO4相反，因此，可用于進(jìn)行立體選擇性的雙羥基化反應(yīng)。35第六章氧化反應(yīng)(2)反式羥基化常用試劑：過氧酸36第六章氧化反應(yīng)乙烯在鈀（II）的鹽酸水溶液中用氧將其氧化成乙醛的方法稱Wacker

反應(yīng)。6.2.2鈀催化氧化反應(yīng)在氧氣存在下，用PdCl2-CuCl2催化，可使反應(yīng)連續(xù)進(jìn)行：末端雙鍵氧化37第六章氧化反應(yīng)羰基α-位活性甲基，亞甲基等均可發(fā)生酯化。在反應(yīng)中加入三氟化硼時，對活性甲基的乙酰氧化有利。如：1.

氧化成α-羥基酮：（思考：為何不提α-羥基醛？）6.3酮的氧化反應(yīng)6.3.1酮的α-位氧化38第六章氧化反應(yīng)2.氧化成二羰基化合物：

SeO2為氧化劑SeO2對羰基兩個α-位的甲基、亞甲基的氧化缺乏選擇性，因此，只有當(dāng)羰基α-位僅有一個可氧化的烴基，或者兩個亞甲基處于相似（或?qū)ΨQ）的位置時，這類氧化才有合成意義。如：39第六章氧化反應(yīng)SeO2是緩和的氧化劑，反應(yīng)中常以diox,乙酐，乙酸，乙腈作溶劑，并在溶劑回流反應(yīng)。SeO2一般用量稍過量。溶劑中存在少量水將加速反應(yīng)。6.3.2酮的Baeyer-Villiger氧化反應(yīng)在酸催化下，醛或酮與過氧酸作用，在烴基與羰基之間插入氧生成酯的反應(yīng)，稱為Baeyer-Villiger氧化重排反應(yīng)。40第六章氧化反應(yīng)反應(yīng)機(jī)理：說明：（1）烴基遷移能力：叔烷基>環(huán)己基，仲烷基，芐基，苯基

>伯烷基>甲基。（2）醛與過氧乙酸反應(yīng)，氫遷移，產(chǎn)物一般為酸。但用MPBA

在CH2Cl2

中于室溫下重排，得甲酸酯。例1：甲基酮發(fā)生Baeyer-Villiger反應(yīng)，產(chǎn)物為乙酸酯。41第六章氧化反應(yīng)例2：利用Baeyer-Villiger反應(yīng)引入羥基。例3：醛與MCPBA/CH2Cl2中重排，產(chǎn)物為甲酸酯。42第六章氧化反應(yīng)例4：6.4芳烴側(cè)鏈和烯丙位氧化43第六章氧化反應(yīng)6.4.1.芳烴側(cè)鏈的氧化芐位α-H對氧化劑敏感，易形成自由基或碳正離子的氧化中間體，使用不同的氧化劑，可得到相應(yīng)的芳香醇、醛、酮和羧酸，產(chǎn)物收率高。1.氧化生成醇和酯：需要使用選擇性氧化劑。常用氧化劑：

硝酸鈰鹽（(NH4)2Ce(NO3)6CAN），四醋酸鉛

（Pb(OAc)4,LTA）,四氟醋酸鉛（Pb(OCOCF3)4）44第六章氧化反應(yīng)（1）硝酸鈰鹽（CAN）：選擇性較好，但反應(yīng)須在無水條件下進(jìn)行，否則，產(chǎn)物為混合物。苯環(huán)上有吸電子基，收率降低：（2）四醋酸鉛（Pb(OAc)4,LTA）：本身不夠穩(wěn)定，可用Pb3O4與乙酸或三氟乙酸反應(yīng)制得，并立即使用。酯化作用低于CAN。苯環(huán)上有供電子基，利于反應(yīng)。反應(yīng)也需要在無水醋酸中進(jìn)行。如：45第六章氧化反應(yīng)加強(qiáng)反應(yīng)條件，芐位其余的α-H也會被氧化。2.氧化成醛醛基是比芐位α-H更易氧化的基團(tuán)，因此，需用選擇性氧化劑，使反應(yīng)可停止在醛的階段。常用氧化劑：硝酸鈰鹽（CAN），三氧化鉻-乙酐，催化復(fù)合劑。46第六章氧化反應(yīng)芳環(huán)上有吸電子基，對反應(yīng)不利。（收率降低至50%左右）。(2)三氧化鉻-乙酐：（需在酸性條件下進(jìn)行）(1)CAN47第六章氧化反應(yīng)反應(yīng)能停留在醛，主要是酸存在的發(fā)生以下反應(yīng)(3)Etard

反應(yīng)：氯化鉻酐CrO2Cl2

作氧化劑用鉻酰氯氧化甲基芳烴的反應(yīng)稱為Etard反應(yīng)。48第六章氧化反應(yīng)芳環(huán)上有多個甲基時，只能氧化一個：3.氧化成酮、羧酸：(1)CAN49第六章氧化反應(yīng)(2)鉻酸氧化：（自學(xué)，P276~278）在中性重鉻酸鹽水溶液中，乙苯，丙苯，異丙苯等，在高溫下發(fā)生末端碳原子的氧化：50第六章氧化反應(yīng)(3)Al2O3固載KMnO4氧化Al2O3固載KMnO4氧化芐氫：Al2O3固載KMnO4還能脫氫：51第六章氧化反應(yīng)烯丙位的甲基、亞甲基或次甲基在一些氧化劑作用下可被氧化成相應(yīng)的醇（酯）、醛或酮，而雙鍵不被氧化或破壞，但可能發(fā)生雙鍵位置的遷移。6.4.2烯丙位烴基的氧化常用氧化劑：SeO2、CrO3-Py配合物（Collins試劑），過氧酸酯1.

SeO2：氧化活性C-H鍵，如羰基的α-H，酯基、炔基、芳基及

烯丙位α-H，氧化產(chǎn)物收率較好。產(chǎn)物可以是烯丙基醇，

也可以是不飽和羰基化合物。如：52第六章氧化反應(yīng)當(dāng)化合物中存在多個烯丙位α-H時，SeO2氧化的選擇性規(guī)則：(1)優(yōu)先氧化雙鍵碳上取代基較多一邊的烯丙位烴基，產(chǎn)物以E-烯丙基醇或醛為主：53第六章氧化反應(yīng)(2)在不違背規(guī)則（1）下