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1、第一节第一节 还原反应机理还原反应机理一一 非均相催化氢化反应非均相催化氢化反应1 1 基本原理基本原理非均相催化氢化的五个连续步骤非均相催化氢化的五个连续步骤a:a:作用物分子向催化剂界面扩散作用物分子向催化剂界面扩散;b:b:作用作用物分子向催化剂表面吸附物分子向催化剂表面吸附(物理和化学物理和化学););c:c:作用物分子向催化剂表面发生化学反应作用物分子向催化剂表面发生化学反应;d:d:产物分子在催化剂表面解析产物分子在催化剂表面解析;e:e:产物分子由催化剂界面向介质扩展。产物分子由催化剂界面向介质扩展。第1页/共88页一般决速步骤主要为吸附和解吸两步：一般决速步骤主要为吸附和解吸两
2、步：(1)(1)物理吸附和化学吸附物理吸附和化学吸附:物理吸附物理吸附(范德华吸附范德华吸附):):作用物分子在作用物分子在catcat表面浓集，表面浓集，为物理作用力，无选择性多分子吸附。为物理作用力，无选择性多分子吸附。化学吸附：化学键引起，形成新的化学键，生成活化学吸附：化学键引起，形成新的化学键，生成活化吸附中间物，降低活化能，使氢化进行。化吸附中间物，降低活化能，使氢化进行。第2页/共88页活化中心：活化中心：catcat表面晶格上有很高活性的表面晶格上有很高活性的特定部位，如：原子、离子。有若干原子特定部位，如：原子、离子。有若干原子有规则排列而成的一个小区域。作用物分有规则排列而
3、成的一个小区域。作用物分子结构与活性中心结构间有一定的几何对子结构与活性中心结构间有一定的几何对应关系，才能发生化学吸附，表现出催化应关系，才能发生化学吸附，表现出催化活性。活性。第3页/共88页 (2)(2)化学吸附中的电性因素和几何因素化学吸附中的电性因素和几何因素几何因素几何因素:cat:cat金属晶格参数在金属晶格参数在2.4-4.08 2.4-4.08 时，催时，催化氢化活性较好。氢活化最好晶格参数化氢化活性较好。氢活化最好晶格参数3.5-4.08 3.5-4.08 。不饱和键最好晶格参数。不饱和键最好晶格参数2.4-2.8 2.4-2.8 。烯烃在烯烃在NiNi上的化学吸附模型。上
4、的化学吸附模型。(两点吸附两点吸附)与与 正四面体正四面体键角接近，易形成键角接近，易形成 第4页/共88页电性因素：电性因素：a a：当：当d d轨道中有轨道中有8-98-9电子时活性最好电子时活性最好(Pt(Pt、RhRh、Ni)Ni)；NiNi：RhRh：PtPt：PdPd：效果仍很好效果仍很好b b：FeFe：空空d d轨道较多，反应物与其易结合轨道较多，反应物与其易结合 吸附物不易解析，因而使吸附物不易解析，因而使catcat不活泼不活泼 ；c c：CuCu：无无d d空轨道，与反应物结合难，空轨道，与反应物结合难，不易吸附或只有弱吸附，不易吸附或只有弱吸附，catcat也无活性。也
5、无活性。第5页/共88页乙烯成键乙烯成键 轨道部分进入轨道部分进入PtPt空空d d轨道形成轨道形成 配键，配键，PtPt的占有的占有d d轨道电子、部分进入乙烯的空反键轨道电子、部分进入乙烯的空反键 轨道，形成反馈轨道，形成反馈 键，使键，使C-CC-C键长有键长有1.335 -1.335 -1.37 1.37 ，反应活性提高。，反应活性提高。第6页/共88页作用物在催化剂表面上的吸附方式作用物在催化剂表面上的吸附方式a:a:烯的双键烯的双键 吸附吸附b:b:烯的烯的 吸附吸附c:c:烯的烯的 -烯丙吸附烯丙吸附(与与*表面平行表面平行)，可以解释烯烃，可以解释烯烃双键异构和立体异构现象。双
6、键异构和立体异构现象。第7页/共88页2 2 多相催化氢化反应历程多相催化氢化反应历程(1)H(1)H2 2在在catcat表面活性中心发生化学吸附表面活性中心发生化学吸附;(2)C=C+cat -(2)C=C+cat -络合物络合物;(3)(3)活化的活化的H H 半氢化状态中间物半氢化状态中间物;(4)H(4)H2 2进行顺式加成进行顺式加成 烷烃。烷烃。第8页/共88页PolyaniPolyani历程历程:第9页/共88页BondBond历程历程:(H(H转移转移)(歧化歧化)第10页/共88页BondBond历程较历程较PolyaniPolyani历程进步，可以解释历程进步，可以解释H
7、 H交交换，换，C=CC=C位置异构及顺反异构现象。但不能解位置异构及顺反异构现象。但不能解释活性中心的本质及不同释活性中心的本质及不同catcat具有不同活性的具有不同活性的结果。结果。第11页/共88页二二 均相催化氢化反应均相催化氢化反应反应历程：反应历程：均相催化剂：族元素均相催化剂：族元素 +配体配体 Rh Rh、RuRu、IrIr、CoCo及及Pt ClPt Cl、CNCN、H H、Ph3PPh3P、COCO、NONO原理：原理：H H2 2分子离解能：分子离解能：109109千卡千卡/mol/mol而而 的的 配键为：配键为：6262千卡千卡/mol/mol 的反馈键为：的反馈键
8、为：18.618.6千卡千卡/mol/mol 使键能大为降低卡，易发生反应。使键能大为降低卡，易发生反应。第12页/共88页 反应历程：反应历程：第13页/共88页 第二节第二节 不饱和烃的还原不饱和烃的还原一一 炔、烯的还原炔、烯的还原1 1 多相催化氢化多相催化氢化 常用的氧化常用的氧化catcat有：有：Ni(Ni(骨架骨架)、PdPd、PtPt、载体载体Pd/C Pd/C 及及Pt/CPt/C。第14页/共88页(维生素维生素A A中间体中间体)喹啉为抑制剂，可使喹啉为抑制剂，可使 C=CC=C而而不进一步还原不进一步还原a a：毒剂：毒剂(Poisons)(Poisons)和抑制剂和
9、抑制剂(Inhibitors)(Inhibitors)(1)(1)影响氢化反应速度和选择性的因素影响氢化反应速度和选择性的因素第15页/共88页b:b:反应温度和压力反应温度和压力第16页/共88页c:c:溶剂的影响溶剂的影响 溶剂溶剂:EtOH 53%47%:EtOH 53%47%EtOH/HCl/H EtOH/HCl/H2 2O 93%7%O 93%7%EtOH/KOH 35-50%65-50%EtOH/KOH 35-50%65-50%第17页/共88页(2)(2)炔、烯的选择性加氢及立体化学炔、烯的选择性加氢及立体化学(避孕药双炔失磺酯中间体避孕药双炔失磺酯中间体)(位阻小的一面加氢位阻
10、小的一面加氢)第18页/共88页(乙醇中制备乙醇中制备P-2P-2型，水中制备型，水中制备P-1P-1型型)第19页/共88页顺式加氢顺式加氢第20页/共88页(3)(3)转移氢化转移氢化(安宫黄体酮安宫黄体酮)第21页/共88页用肼或二酰亚胺还原用肼或二酰亚胺还原 (C=C (C=C取代基增多，氢化明显下降取代基增多，氢化明显下降)第22页/共88页(用其他方法还原多导致二硫键断裂)第23页/共88页 选择性还原末端及环外双键选择性还原末端及环外双键2 2 均相催化氢化均相催化氢化第24页/共88页(饱和烃饱和烃)3 3 硼氢化反应硼氢化反应第25页/共88页 注注:(1)(1)反应速度反应
11、速度:abc:abc第26页/共88页(2(2)X=-OCH X=-OCH3 3 91%9%91%9%当当X X为供电子基时，更有利单硼化物生成为供电子基时，更有利单硼化物生成第27页/共88页 57%43%57%43%95%5%95%5%当烯烃碳原子上取代基数目相等时，取当烯烃碳原子上取代基数目相等时，取代基的位阻对反应结果影响较大。代基的位阻对反应结果影响较大。第28页/共88页(3)(3)利用上述性质可制备醇或酮利用上述性质可制备醇或酮第29页/共88页二二 芳烃的还原芳烃的还原 1 1 催化氢化还原催化氢化还原(抗胆碱药安胃灵中间体抗胆碱药安胃灵中间体)第30页/共88页供电子基双键在
12、供电子基双键在2 2，5 5位形成位形成吸电子基双键在吸电子基双键在1 1，4 4位形成位形成且吸电子基有利于还原，故为且吸电子基有利于还原，故为C C 离子历程。离子历程。2 2 化学还原法化学还原法第31页/共88页第32页/共88页第33页/共88页第三节第三节 醛酮的还原反应醛酮的还原反应一一 还原成烃的反应还原成烃的反应第34页/共88页1 Clemmensen反应 (Zn+HgCl2 5-10%)有两种机理(略)第35页/共88页(1)-(1)-酮酸及其酯还原成酮酸及其酯还原成-OH-OH，、-酮酸酮酸及其酯类还原成及其酯类还原成CHCH2 2 第36页/共88页(2)(2)孤立双
13、键不受影响，与孤立双键不受影响，与 共轭双键被还原共轭双键被还原第37页/共88页第38页/共88页2 Wolff-2 Wolff-（KishnerKishner）-黄鸣龙还原黄鸣龙还原第39页/共88页注：(1)(1)黄鸣龙改进黄鸣龙改进:加二聚醇乙二醇加二聚醇乙二醇(DEG)(DEG)或三聚乙二醇或三聚乙二醇(TEG)(TEG)将生成的水带出，将生成的水带出，使收率提高许多。使收率提高许多。(80%)(80%)第40页/共88页 (85%)(85%)第41页/共88页(2)(2)对高温或强碱敏感的基团，对高温或强碱敏感的基团，不能采用上述方法。先转变成腙，不能采用上述方法。先转变成腙，再还
14、原。再还原。第42页/共88页二二 还原成醛的反应还原成醛的反应 1 1 金属氢化物还原剂金属氢化物还原剂(邻氯喘息定中间体邻氯喘息定中间体)第43页/共88页(避孕药炔诺酮中间体)第44页/共88页(酮的反应活性大于酮的反应活性大于 、-不饱和醛、酮不饱和醛、酮)第45页/共88页9-BBN9-BBN：9-9-硼双环硼双环33，3 3，11壬烷，可壬烷，可迅速还原迅速还原 、-不饱和醛、酮，而不饱和醛、酮，而不影响分子中其他易还原基因不影响分子中其他易还原基因第46页/共88页反应机理：反应机理：其他氢化物，如：其他氢化物，如：LiAlHLiAlH4 4与之机理相同与之机理相同第47页/共8
15、8页2 2 醇铝还原剂醇铝还原剂(Meerwein-Ponndorf-(Meerwein-Ponndorf-VerleyVerley反应反应)第48页/共88页第49页/共88页(92%)(92%)(天麻素中间体天麻素中间体)3 3 催化氢化还原催化氢化还原第50页/共88页第四节第四节 羧酸及其衍生物的还原羧酸及其衍生物的还原一一 酰卤的还原酰卤的还原第51页/共88页二二 酯和酰胺的还原酯和酰胺的还原 1 1 还原成醛还原成醛第52页/共88页 (心血管药物乳酸心可定中间体心血管药物乳酸心可定中间体)第53页/共88页2 2 还原成醛还原成醛第54页/共88页 (96%)(96%)3 3
16、双分子酯还原成偶姻双分子酯还原成偶姻第55页/共88页 (氯苯达诺氯苯达诺)(地恩丙胺中间体地恩丙胺中间体)4 4 酰胺还原成胺酰胺还原成胺第56页/共88页三三 腈的还原腈的还原(凝血酸中间体凝血酸中间体)(VB6 (VB6中间体中间体)第57页/共88页(不影响不影响-NO-NO2 2)第58页/共88页四四 羧酸及酸酐的还原羧酸及酸酐的还原(加加AlClAlCl3 3起催化剂作用，否则不还原起催化剂作用，否则不还原)第59页/共88页 (B (B2 2H H6 6可还原可还原COOH-CHCOOH-CH2 2OHOH，对其他官，对其他官能团无影响能团无影响)第60页/共88页第61页/共
17、88页电解还原电解还原第62页/共88页(双氯咪唑青霉素钠中间体双氯咪唑青霉素钠中间体)第五节第五节 硝基化合物的还原硝基化合物的还原一一 活泼金属还原剂活泼金属还原剂1 Fe1 Fe还原剂还原剂第63页/共88页(甲氧非那明中间体甲氧非那明中间体)(痢特灵中间体痢特灵中间体)(不影响其他不饱和官能团不影响其他不饱和官能团)第64页/共88页2 2 其他金属还原剂其他金属还原剂(多巴胺中间体多巴胺中间体)(驱虫药甲胺苯脒中间体驱虫药甲胺苯脒中间体)第65页/共88页二二 含硫化合物为还原剂含硫化合物为还原剂(只还原一个只还原一个-NO-NO2 2，而保留另一个，而保留另一个-NO-NO2 2)
18、第66页/共88页第67页/共88页三三 催化氢化还原催化氢化还原(甲砜霉素中间体甲砜霉素中间体)第68页/共88页(异硫氰酸荧光素中间体异硫氰酸荧光素中间体)第69页/共88页 第六节第六节 氢解反应氢解反应一一 脱卤氢解脱卤氢解 活性位置的卤素易发生氢解活性位置的卤素易发生氢解N N吸电子作用使吸电子作用使4 4位位C C电子电子云密度较云密度较7 7位低，易氢解位低，易氢解第70页/共88页第71页/共88页二二 脱苄氢解脱苄氢解脱苄活性顺序：脱苄活性顺序：第72页/共88页(前列腺素前列腺素F F2 2 中间体中间体)58%)58%)第73页/共88页三三 开环氢解开环氢解第74页/共
19、88页第75页/共88页四四 脱硫氢解脱硫氢解第76页/共88页第77页/共88页第七节第七节 不对称还原反应不对称还原反应一一 -手性醛、酮的不对称还原手性醛、酮的不对称还原(Cram(Cram规则规则)最优势构象，原因：对最优势构象，原因：对O O结合，增结合，增加了体积，因而使加了体积，因而使C=O-C=O-，Z Z位于位于M M、S S中间而与中间而与L L成反式，此时构象最稳成反式，此时构象最稳定。定。第78页/共88页若羰基若羰基 -手性碳上有手性碳上有-OH-OH、-NH-NH2 2等富电等富电子基团，则可通过氢键与羰基成环。子基团，则可通过氢键与羰基成环。第79页/共88页如：
20、如：第80页/共88页第81页/共88页次进攻次进攻主进攻主进攻 (优势产物优势产物)二二 -酮手性醇酯的不对称还原酮手性醇酯的不对称还原(Prelog(Prelog规则规则)第82页/共88页(次要产物次要产物)第83页/共88页三三 脂环酮的不对称还原脂环酮的不对称还原1 -1 -取代环己酮的还原取代环己酮的还原 R -CHR -CH3 3 -CH(CH -CH(CH3 3)2 2 -C(CH -C(CH3 3)3 3 反反:顺顺 3:1 2:1 1:13:1 2:1 1:1第84页/共88页当当R R增大，横向进攻机会增多增大，横向进攻机会增多(阻碍作用阻碍作用)，主要得顺式产物，故有上述结果。，主要得顺式产物，故有上述结果。第85页/共88页2 4-2 4-取代环己酮还原取代环己酮还原为主为主 为主为主第86页/共88页当当R R增大，横向进攻机会增多增大，横向进攻机会增多(阻碍作用阻碍作用)，主要得顺式产物，故有上述结果。，主要得顺式产物，故有上述结果。第87页/共88页感谢您的观看！第88页/共88页