概述

氧化反应是一类使底物 (原料) 增加氧或失去氢的反应, 使底物中有关碳原子周围的电子云密度降低, 即碳原子失去电子或氧化态升高, 因此, 氧化反应也可以认为是一类使有机分子中氧原子增加或氢原子消除的反应。

虽然有些反应 ( 如卤化、 硝化, 磺化等) 在反应过程中底物有关碳原子周围的电子云密度降低, 有关碳的氧化态也有所升高, 但习惯上这些反应不归属于氧化反应, 所以, 本章内容不包括形成 C-X C-N 和 C-S键的反应。

虽然催化脱氢和典型的氧化反应有所差异,但习惯上却常把它们和氧化反应同时讨论。氧化反应是药物合成中的一类基本反应。”利用氧化反应可以制备各种含氧化合物,如:醇、 醛, 酮, 羧酸、 酚、 醌、 环氧化合物等; 也可以制备各种不饱和芳香化合物、不饱和烃类等。氧化反应通过各种氧化剂来实现, 使用不同氧化剂可得到不同氧化程度 , 不同氧化位置或者不同立体异构的氧化产物。

氧化反应可分为化学氧化、生物氧化、电解氧化、催化氧化。本章重点讨论化学氧化。适当涉及催化氧化。

氧化反应机理

氧化剂不同, 氧化反应机理也不尽相同。 总结归纳各种氧化反应, 机理一般可归纳为电子型或自由基型. 其中, 电子型又包括亲电型或亲核型机理。

1、亲电反应

(1) 亲电加成

碘和湿羧酸银氧化烯键成1,2-二醇的反应属亲电加成反应机理。

羧酸银和碘反应形成碘正离子, 后者与双键形成环状碘化物, 乙酰氧负离子由碘桥三元环的背面进攻, 形成五元环状正离子, 进一步水解成顺式 1,2-二醇单乙酰酯。 

该反应结果使富电子烯键打开, 分别在两个碳原子上加上一个羟基, 形成 1,2-二醇化合物, 为亲电加成反应。

2、亲电取代

二氧化硒 (SeOz) 氧化烯丙位烃基生成烯丙醇的反应属亲电取代反应机理。

加SeO2作为亲烯组分与具有烯丙位氢的烯发生亲电烯反应 (ene reaction), 脱水, [2,3]-。迁移重排, 恢复原来的双键, 硒酯裂解, 得到烯丙醇。 该反应结果使烯键α-质子被羟基取代,反应机理为亲电取代反应。

3、亲电消除 

铬酸氧化醇成醛或酮的反应使醇羟基上的质子和其相邻碳原子上的质子被消除, 形成羰基 (碳氧双键), 为亲电消除反应。 伴随着碳原子上质子的消除, 碱性条件对该反应有利。

铬酸和醇作用, 形成铬酸酯, 后者发生酯断裂, 生成醛或酮。 就酯断裂而言, 有分子内断裂和分子间断裂的两种解释。

分子内断裂：

分子间断裂：

SeOz选择性脱去酮羰基的α,β-氢,得到α,β-不饱和酮的反应属亲电消除反应机理。酮的烯醇式和二氧化硒形成硒酸酯,经[2,3]-o迁移重排,β-消除,最后形成α,β-不饱和酮。 该反应结果使酮羰基的α,β-质子被消除, 形成烯键 (碳碳双键), 为亲电消除反应。

二氧化硒脱氢与二氧化硒氧化羰基α位活性亚甲基成α-二酮 (参见本章第二节的相关内容),具有类似的中间体,这两个反应相互竞争,同时存在。当反应条件和底物结构有利于α-消除时, 生成α -二酮。 含水二嘿烷, 乙醇作溶剂 时有利于a-消除; 当反应条件和底物有利于β-消除时,生成α,β-不饱和酮,叔丁醇和芳香化合物作溶剂时对β-消除有利。

2、亲核反应

(1) 亲核消除

二甲基亚砜 (DMSO) 氧化醇成醛或酮的反应属亲核消除反应机理。

亲电试剂 (E) 活化 DMSO, 生成活性锍盐 (sulfonium salt), 与醇反应形成烷氧基锍盐,发生消除反应,生成醛或酮和二甲硫醚。

常用的强亲电试剂E有:DCC,Ac2O,(CF:CO)2O,SOCl,(COCI)2等，如DMSO-DCC氧化使醇羟基上的质子和其相邻碳上的质子被消除,形成羰基(碳氧双键),为亲核消除反应。在酸催化下,DCC和DMSO生成活性锍盐,再和醇作用得烷氧锍盐;在碱催化下,失去质子,同时S-O键断裂,得醛或酮和二甲硫醚。

(2) 亲核加成

过氧化物 (ROOH) 氧化α,β-不饱和酮形成α,β-环氧化酮的反应使缺电子烯键变成环氧, 为亲核加成反应机理。

ROO-对α,β-不饱和酮的缺电子烯进行亲核加成, 然后形成环氧化合物. 在此过程中,α,β-不饱和双键有形成单键的可能, 故链状化合物中双键构型变换是可能的, 其趋势是由不太稳定的构型变为稳定的构型。

(3) 亲核取代

四醋酸铅[Pb(OAc)4]氧化羰基a位活性C-H键生成a-醋酸酯酮的反应属亲核取代反应机理。

References:

[1]《药物合成反应》

来源：博普智库