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苄位芳环的共轭活化作用,C-H 键键能降低,是有机合成中最易被氧化的位点之一。苄位氧化的核心目标是将苄基碳从饱和态转化为醛、酮、羧酸或苄醇,其中Ar-CH2-氧化成Ar-COOH(苯甲酸类)、Ar-CH2R氧化为Ar-COR(芳酮类)是最常见的转化方向。
常用氧化剂及特点:
DDQ:适用于富电子芳烃的苄位氧化,可将甲基氧化为醛,亚甲基氧化为酮,也可用于脱苄基反应,但对含给电子基团的苄基选择性更高。
CAN:常用于富电子芳烃苄位氧化为醇或醛,对不饱和键化学惰性,可选择性脱苄基,但对仲胺脱苄效果有限。
OXONE:与KBr组合可氧化苄位亚甲基为酮,或脱除N-苄基酰胺类化合物的苄基,条件温和。
SeO2:主要用于缺电子杂芳环甲基氧化为醛,也可氧化烯丙位或苄位的甲基为醛酮,或在特定条件下氧化为羧酸。
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苄基氧化的类型
氧化到酸
芳环侧链烷基(叔烷基除外)在KMnO4、CrO3等强氧化条件下可氧化为羧酸。
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吡啶、嘧啶等杂环侧链烷基可用SeO2氧化为羧酸。
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氧化到醛
富电子芳烃甲基氧化
富电子芳烃的苄位甲基可通过CAN、DDQ、K2S2O8、PCC、O2/Co(OAc)2等氧化剂氧化为醛。给电子基团对位一般优先氧化。
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用CAN或DDQ氧化时,受得到的产物醛的吸电子效应的影响,在芳环上有多个甲基时,一般不会出现多个甲基氧化产物。从机理上讲,氧化时一般需要四当量的CAN或两当量的DDQ。
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缺电子芳烃甲基氧化
缺电子杂芳环(如吡啶、喹啉等)的2,4-位甲基可用SeO2氧化为醛,也可采用tBBOOH/I2/DMSO或PhI(OAc)2等试剂。
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对于缺电子苯环,常采取间接氧化。
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氧化到酮
苄位亚甲基可被氧化为酮,常用氧化剂有OXONE、CAN、DDQ、PhI(OAc)2、PCC、TBHP、KMnO4等。富电子芳烃的亚甲基比缺电子芳烃更易氧化,给电子基团的邻对位活性更高。
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当芳环中有吸电子基时,苄位C-H较为惰性,常常不能直接被氧化,KBr与Oxone体系可高效地实现无重金属参与的芳烃苄位氧化,在加热条件和可见光条件下均能得到氧化产物。
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若是苯并脂肪环,则得到环酮,是合成环酮的重要方法之一。
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双苄位的亚甲基易氧化到酮。
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缺电子体系的亚甲基若不易被常规条件氧化,可先转为烯烃,再氧化到酮。
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通过无溶剂的机械化学途径实现苄基化合物的C-H键选择性氧化官能团化,在不氧化-OH官能团的情况下氧化C-H键,对多种官能团表现出良好的耐受性,包括羧酸、酯、杂环和胺等。
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此外,通过引入CO2作为pH 调节剂促进反应进行,经NaClO2+ CO2+ CH2CN/H2O简单反应体系,即可实现高效转化。
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氧化到醇
苄位C-H在合适条件下可选择性氧化为苄醇,常用氧化剂有DDQ、CAN、过氧丙酮等,多见于富电子芳烃。由于苄醇易进一步氧化到醛酮,反应不易控制,因此在合成中较少直接用于制备苄醇。
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铜催化与光催化结合并使用N-羟基邻苯二甲酰亚胺(NHPI)作为氧源可以实现对映选择性苄基C−H键氧化。
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对于酸性比较强的苄位C-H可通过强碱攫氢形成负离子后空气氧化。
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双芳基亚甲基氧化到醇比较难以控制在醇阶段,实例较少且收率低,需要特殊试剂;苄位次甲基也可以氧化到醇。
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吡啶氮氧化物的2-位氧化
缺电子的吡啶类化合物2-位甲基或亚甲基除了直接氧化到醇,还可以通过氮氧化物转位的方法间接制备醇或相应的醇酯。该氧化一般通过AcO2和TFAA引发,其可以看作是分子内氧化还原反应。
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应用与注意事项
苄基氧化在药物合成、天然产物合成等领域有广泛应用,可用于构建醛、酮、羧酸等官能团。
反应条件需根据底物结构和目标产物精确控制,避免过度氧化或副反应。例如,控制氧化剂当量、反应温度和溶剂等条件可提高选择性。
部分氧化剂(如CAN、DDQ)可能产生副产物或对环境有一定影响,需注意反应后处理和废物处理。
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参考资料:
1. CRO实用有机合成反应;
2. Tetrahedron 73 (2017) 2109e2115;
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9. Inorganic Chemistry Communications 119 (2020) 108139;
10. J. Am. Chem. Soc. 2025, 147, 19093−19100;
11. J. Org. Chem. 2024, 89, 16645−16652.
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