第七章第七章 还原反应还原反应（reduction reaction）还原一节课件在化学反应中，使有机分子中在化学反应中，使有机分子中碳碳原子总的原子总的氧化态降低氧化态降低的反应的反应称为还原反应；即在还原剂的作用下，能使称为还原反应；即在还原剂的作用下，能使有机分子得到电子有机分子得到电子或使参加反应的或使参加反应的碳原子上的电子云密度增加碳原子上的电子云密度增加的反应。（可看作的反应。（可看作为有机分子中加氢或减少氧的反应）。为有机分子中加氢或减少氧的反应）。催化氢化反应：催化条件下，反应底物与分子氢进行加氢反应化学还原反应：使用化学物质作为还原剂的反应生物还原反应：使用微生物发酵或活性酶进行底物中特定结构的还原反应按还原方法二、分类：二、分类：一、还原反应定义：一、还原反应定义：还原一节课件催化剂类别非均相催化氢化：催化氢化中，催化剂自成一相以气态氢为氢源者称多相催化氢化以有机物为氢源者称转移氢化均相催化氢化：催化剂溶于反应介质中还原剂差异亲核反应（负氢离子的转移）亲电反应自由基反应还原一节课件（一）电子反应机理（一）电子反应机理 1、亲核反应、亲核反应亲核加成亲核加成 （1 1）金属复氢化物对羰基化合物的还原）金属复氢化物对羰基化合物的还原 金属复氢化物对羰基化合物及其衍生物的还原，金属复氢化物对羰基化合物及其衍生物的还原，除酰胺和腈还原为胺外，其他的底物一般都还原为醇除酰胺和腈还原为胺外，其他的底物一般都还原为醇 . . 金属复氢化物类还原剂为碱金属氢化物与第三组金属复氢化物类还原剂为碱金属氢化物与第三组元素硼、铝等的氢化物之间所形成的复合盐。（常用元素硼、铝等的氢化物之间所形成的复合盐。（常用者：氢化铝锂者：氢化铝锂 （LiAlHLiAlH4 4) ) 、硼氢化锂（、硼氢化锂（LiBHLiBH4 4) ) 、硼、硼氢化钾（氢化钾（KBHKBH4 4) ) 及其衍生物：三仲丁基硼氢化里及其衍生物：三仲丁基硼氢化里C C2 2H H5 5CH(CHCH(CH3 3) )3 3BHLiBHLi、硫代硼氢化钠、硫代硼氢化钠（NaBHNaBH2 2S S3 3）、和氰基硼氢化钠）、和氰基硼氢化钠NaBHNaBH3 3（CNCN） 等。等。 三、还原反应机理三、还原反应机理还原一节课件 金属复氢化物具有四氢铝离子（金属复氢化物具有四氢铝离子（AlHAlH4 4 ）或四氢硼）或四氢硼离子离子 （AlHAlH4 4 ）的复盐结构，这种复合负离子具有）的复盐结构，这种复合负离子具有亲核性，可向极性不饱和键（羟基、氰基等）中带亲核性，可向极性不饱和键（羟基、氰基等）中带正电荷的碳原子进攻，继而氢负离子转移至带正电正电荷的碳原子进攻，继而氢负离子转移至带正电荷的碳原子上形成络合物离子，与质子结合而完成荷的碳原子上形成络合物离子，与质子结合而完成加氢还原过程加氢还原过程还原一节课件 (2) (2) 金属复氢化物对含氮化合物的还原金属复氢化物对含氮化合物的还原 脂肪族硝基化合物能被脂肪族硝基化合物能被LiAlHLiAlH4 4/AlCl/AlCl3 3还原为胺；而芳香烃硝还原为胺；而芳香烃硝基化合物用基化合物用LiAlHLiAlH4 4还原通常得偶氮化合物，如与还原通常得偶氮化合物，如与AlClAlCl3 3合用则仍可合用则仍可还原成胺。硝基化合物一般不被硼氢化钠所还原，但在催化剂还原成胺。硝基化合物一般不被硼氢化钠所还原，但在催化剂（如硅酸盐、钯、二氯化钴等）存在下，可将硝基化合物还原成（如硅酸盐、钯、二氯化钴等）存在下，可将硝基化合物还原成胺。硫代硼氢化钠是还原芳香族硝基化合物为胺的有效还原剂，胺。硫代硼氢化钠是还原芳香族硝基化合物为胺的有效还原剂，且不影响分子中存在的氰基、卤素和稀键。亚硝基化合物用且不影响分子中存在的氰基、卤素和稀键。亚硝基化合物用LiAlHLiAlH4 4还原通常也得偶氮化合物。金属复氢化物可将肟还原为胺，还原通常也得偶氮化合物。金属复氢化物可将肟还原为胺，若反应温度较低可得羟胺。若反应温度较低可得羟胺。 （3 3）烷氧基铝对羰基化合物的还原）烷氧基铝对羰基化合物的还原 利用烷氧基铝将羟基化合物还原成醇的反应利用烷氧基铝将羟基化合物还原成醇的反应 称为称为 Meerwein-Ponndorf-Verley Meerwein-Ponndorf-Verley 反应，常用异丙醇铝反应，常用异丙醇铝/ /异丙醇还原异丙醇还原体系，形成六圆环过渡态，然后异丙基上的氢原子以氢负离子体系，形成六圆环过渡态，然后异丙基上的氢原子以氢负离子的形式从烷氧基转移到羰基碳原子上，得到醇的形式从烷氧基转移到羰基碳原子上，得到醇酮配位化合物，酮配位化合物，铝铝氧键断裂，生成新的醇氧键断裂，生成新的醇铝衍生物，经醇解后的醇铝衍生物，经醇解后的醇还原一节课件Meerwein-Ponndorf-Verley 反应反应醛或酮与异丙醇铝在异丙醇溶液中加热，还原成相应的醇，而异丙醇则氧化为丙酮，将生成的丙酮由平衡物中慢慢蒸出来，使反应朝产物方向进行。这个反应相当于Oppenauer氧化的逆向反应。还原一节课件还原一节课件 （4 4）甲酸及其衍生物对羰基化合物的还原胺化）甲酸及其衍生物对羰基化合物的还原胺化 在过量甲酸及其衍生物存在下，羰基化合物与氨、胺在过量甲酸及其衍生物存在下，羰基化合物与氨、胺的还原胺化反应称为的还原胺化反应称为 Leuckart Leuckart 反应。反应。在过量甲酸作用下，甲醛与伯胺或仲胺反应，生成甲基化在过量甲酸作用下，甲醛与伯胺或仲胺反应，生成甲基化胺的反应称为胺的反应称为Eschweiler-ClarkeEschweiler-Clarke甲基反应。其反应的历程甲基反应。其反应的历程一般认为最初的中间产物为一般认为最初的中间产物为ShiffShiff碱，然后经六圆环过度态碱，然后经六圆环过度态将来源于甲酸的氢负离子转移至亚胺碳上，得到还原胺化将来源于甲酸的氢负离子转移至亚胺碳上，得到还原胺化产物。产物。还原一节课件Leuckart反应醛或酮在高温下与甲酸铵反应得伯胺:除甲酸铵外，反应也可以用取代的甲酸铵或甲酰铵。还原一节课件反应中甲酸铵一方面提供氨，另一方面又作为还原剂。还原一节课件Eschweiler-Clarke反应在过量甲酸存在下，一级胺或二级胺与甲醛反应，得到甲基化后的三级胺：甲醛在这里作为一个甲基化试剂。还原一节课件还原一节课件（5 5）水合肼在碱性条件下对醛、酮的还原）水合肼在碱性条件下对醛、酮的还原 在碱性条件下，水合肼向醛、酮羰基亲核进攻，缩合在碱性条件下，水合肼向醛、酮羰基亲核进攻，缩合为腙，进而形成氮负离子，电子转以后形成碳负离子，经为腙，进而形成氮负离子，电子转以后形成碳负离子，经质子转移而放氮分解，最后与质子结合转变为甲基或亚甲质子转移而放氮分解，最后与质子结合转变为甲基或亚甲基化合物。基化合物。 还原一节课件Wolff-Kishner-黄鸣龙还原反应醛、酮在强酸性条件下河水合肼加热反应，还原成醛、酮在强酸性条件下河水合肼加热反应，还原成烃的反应称为烃的反应称为Wolff-Kishner-Wolff-Kishner-黄鸣龙还原反应。黄鸣龙还原反应。l（1 1）反应通式）反应通式还原一节课件l（2）反应机理）反应机理还原一节课件 2.亲电反应亲电反应亲电加成亲电加成 硼烷对不饱和键（烯烃、醛、酮、羧酸、及其衍生物、硼烷对不饱和键（烯烃、醛、酮、羧酸、及其衍生物、腈、和肟）的还原反应均属于亲电性负离子转移机理。腈、和肟）的还原反应均属于亲电性负离子转移机理。 硼烷可由硼氢化钠与三氟化硼反应制备；乙硼烷是硼硼烷可由硼氢化钠与三氟化硼反应制备；乙硼烷是硼烷的二聚体，系有毒气体，一般溶于四氢呋喃使用。烷的二聚体，系有毒气体，一般溶于四氢呋喃使用。在四氢呋喃等醚类溶液中，存在下列平衡在四氢呋喃等醚类溶液中，存在下列平衡：与金属复合物不同，硼烷是亲电性氢负离子转移还原剂，与金属复合物不同，硼烷是亲电性氢负离子转移还原剂，它首先进攻富电子中心故易还原羧基，并可与双键发生硼它首先进攻富电子中心故易还原羧基，并可与双键发生硼氢化反应，首先加成而得取代硼烷，进而酸水解而得烃。氢化反应，首先加成而得取代硼烷，进而酸水解而得烃。还原一节课件(1) 硼烷对烯烃的还原硼烷对烯烃的还原 硼烷对碳硼烷对碳碳不饱和键的亲电加成，所形成的烷基取代硼烷碳不饱和键的亲电加成，所形成的烷基取代硼烷加酸水解使碳加酸水解使碳硼键断裂而得饱和烃，从而使不饱和键还原。硼键断裂而得饱和烃，从而使不饱和键还原。 历程：历程： 硼烷中的硼原子因极化而带部分正电荷，当与富电子烯烃硼烷中的硼原子因极化而带部分正电荷，当与富电子烯烃反应时，硼原子和氢一起加在双键的同侧（顺式加成）形成四反应时，硼原子和氢一起加在双键的同侧（顺式加成）形成四中心过渡态。中心过渡态。 不对称烯烃用硼还原时，硼原子符合反马氏规则。不对称烯烃用硼还原时，硼原子符合反马氏规则。还原一节课件 （2) 硼烷对羰基化合物和含氟化合物的还原硼烷对羰基化合物和含氟化合物的还原 羰基化合物及其衍生物可用硼烷还原成醇或胺羰基化合物及其衍生物可用硼烷还原成醇或胺(R=H、烃基、OR、NR等；X=O、N、NOH等） 硼烷对羰基化合物及其衍生物还原时，首先是缺电子的硼硼烷对羰基化合物及其衍生物还原时，首先是缺电子的硼原子与羰基氧原子上未共用电子结合，然后硼原子中的氢原子与羰基氧原子上未共用电子结合，然后硼原子中的氢原子以负离子形式转移至羰基上，经水解后得醇或胺原子以负离子形式转移至羰基上，经水解后得醇或胺醛、酮类化合物可在较温和条件下被硼还原为醇；酰卤类化醛、酮类化合物可在较温和条件下被硼还原为醇；酰卤类化合物不能被硼烷还原；硼烷与金属复氢化合物的不同之处在合物不能被硼烷还原；硼烷与金属复氢化合物的不同之处在于易还原羧基为相应的醇；硼烷可将酰胺、腈、肟等底物还于易还原羧基为相应的醇；硼烷可将酰胺、腈、肟等底物还原为胺。原为胺。还原一节课件硼氢化钠还原羧酸机理及应用举例一、硼氢化钠的结构NaBH4的四氢硼阴离子，具有以硼原子为中心的四面体结构，氢原子处在四面体的四个顶点上，可能释放出的氢负离子碱性很强并具有强亲核性。还原一节课件二、硼氢化钠应用背景在现代有机合成中,金属氢化物是一类重要的试剂,其中最常用的就是硼氢化钠(NaBH4)。NaBH4用于有机物的还原,反应条件温和,可以很容易的将醛或酮还原为醇,在质子溶剂中将亚胺或亚胺盐还原为胺,经过修饰的硼氢化钠还可以还原羧酸、羧酸酯、胺基化合物和腈等,硼氢化钠还原法成本适中,用途十分广泛。还原一节课件三、硼氢化钠还原羧酸机理氢负离子还原机理还原一节课件总反应总反应还原一节课件2008年，YasumitsuSuzuki等利用计算机建立反应过渡态模型，表明硼氢化钠在还原羰基时是以一个包括Na+，羰基氧和硼的一个复杂过渡态进行的。还原一节课件近年报道的各种硼氢化钠体系能增强硼氢化钠的还原性或-面选择性，基本上都是因为加入的新基团使BH4-的负氢亲核性增强，或使羰基双键电子拉向氧增强羰基C的缺电子性。如，在I2-NaBH4体系中，I+离子与羰基氧形成离子对使双键电子拉向氧，羰基炭形成缺电子中心更易接受BH4-的进攻。还原一节课件四、举例说明1.以ZnCl-NaBH4体系，在THF中回流状态下则可以很顺利的还原脂肪羧酸和芳香酸。还原一节课件2.ZrCl-NaBH4体系还原羧酸时，在室温下即可获得很高的产率。陈宁等对ZrCl-NaBH4体系还原羧酸作了系统的研究，研究内容包括苯甲酸、月桂酸、水杨酸、硬脂酸、已二酸等的还原，均获得了较高的收率。还原一节课件3.以NaBH4-I2体系还原羧酸时，室温条件下反应，可以获得较高的收率。需要注意的是，当苯环上为相邻的羧基和脂基时，只有羧酸被还原。还原一节课件还原一节课件4.采用卡特缩合剂（BOPreagent）-NaBH4体系可以很容易的实现羧酸的选择性还原，而-NO2、-CN、-COOR等不被还原。还原一节课件金属氢化物还原反应官能团生成官能团LiAlH4NaBH4酮仲醇醛伯醇酯伯醇羧酸伯醇酰氯醛注：表示官能团能被还原；表示官能团不能被还原或反应很慢两种主要金属氢化物的还原特性1还原试剂（金属氢化物）的选择：LiAlH4反应迅速，但后处理操作复杂一般选NaBH4还原一节课件