催化氫化反應(yīng)是指還原劑或氫分子等在催化劑的作用下對(duì)不飽和化合物的加成反應(yīng)。它是有機(jī)化合物還原方法中方便、常用、重要的方法之一。

多相催化氫化反應(yīng)主要包括碳碳、碳氧、碳氮鍵等不飽和重鍵的加氫反應(yīng)和某些單鍵發(fā)生的裂解反應(yīng)。被還原的底物和氫一般吸附在催化劑表面，活化后進(jìn)行反應(yīng)。

多相催化氫化主要有如下優(yōu)點(diǎn)。①還原范圍廣、反應(yīng)活性高、選擇性好、速度快：有些反應(yīng)（如碳碳不飽和鍵的加氫）應(yīng)用其他方法比較復(fù)雜和困難，而應(yīng)用催化氫化比較方便；②經(jīng)濟(jì)適用：氫氣本身價(jià)格低廉，成本低，操作方便，對(duì)醛酮、硝基及亞硝基化合物都能起還原作用，不需其他任何還原劑和特殊溶劑；③后處理方便、反應(yīng)條件溫和、操作方便：反應(yīng)完畢后，只需濾去催化劑，蒸發(fā)掉溶劑即可得到所需產(chǎn)物，產(chǎn)品純度、收率都比較高，且干凈無(wú)污染。因此，多相催化氫化在藥物合成中有廣泛的應(yīng)用。

01碳碳不飽和鍵的多相催化氫化

1） 烯、炔的多相催化氫化：烯鍵和炔鍵均為易于氫化還原的官能團(tuán)。通常用鈀、鉑和Raney鎳作催化劑，在溫和條件下即可反應(yīng)。除酰胺鹵和芳硝基外，分子中存在其他可還原官能團(tuán)時(shí)，均可用氫化法選擇性還原炔鍵和烯鍵。例如：

抗精神病藥物匹莫齊特（pimozide）中間體的合成。

心血管系統(tǒng)藥物艾司洛爾（Esmolol）中間體的合成。

肺心病治療藥物樟磺咪芬（Trimetaphan）中間體的合成。

一般規(guī)律：炔鍵活性大于烯鍵，位阻較小的不飽和鍵活性大于位阻較大的不飽和鍵，三取代或四取代烯需在較高的溫度和壓力下方能順利進(jìn)行反應(yīng)。

p-2型硼化鎳能選擇性地還原炔鍵和末端烯鍵，而不影響分子中存在的非末端雙鍵，效果較Lindlar催化劑好。

p-2型硼化鎳在還原多烯類(lèi)化合物時(shí)，不導(dǎo)致烯鍵異構(gòu)化，也不導(dǎo)致芐基或烯丙基的氫解。

在多相氫化反應(yīng)中，炔烴、烯烴和芳烴的加氫常得到不同比例的幾何異構(gòu)體。

一般認(rèn)為，吸附在催化劑表面的是作用物分子不飽和結(jié)構(gòu)空間位阻較小的一面，已吸附在催化劑表面的氫分步轉(zhuǎn)移到作用物分子上進(jìn)行同向加成（syn-addition）。因此，氫化產(chǎn)物的空間構(gòu)型主要由作用物的空間因素和催化劑的性質(zhì)兩個(gè)方面決定。

在炔類(lèi)和環(huán)烯烴的加氫產(chǎn)物中，由于同向加成，產(chǎn)物以順式體為主，但由于向反式體轉(zhuǎn)化更穩(wěn)定等因素，所以仍有一定量的反式體。

雌性激素藥雌酮（Estrone）中間體的合成。

2）芳香環(huán)的多相催化氫化：苯為難于氫化的芳烴，芳稠環(huán)（如萘、蒽、菲）的氫化活性大于苯環(huán)。取代苯（如苯酚、苯胺）的活性也大于苯，在乙酸中用鉑作催化劑時(shí)，取代基的活性為ArOh>ArNh2>ArCOOh>ArCh3。不同的催化劑有不同的活性順序，用鉑、釕催化劑可在較低的溫度和壓力下氫化，而鈀則需較高的溫度和壓力。如苯甲酸可用鉑催化劑在較溫和的條件下還原為環(huán)己基甲酸。

激素藥炔諾孕酮（Norgestrel）中間體的合成。

某些取代苯選用銠作催化劑，可在較溫和的條件下氫化，得到較好的收率。

02醛酮的多相催化氫化

目前，催化氫化還原是應(yīng)用廣泛的將羰基還原為羥基的兩種還原方法之一。

醛和酮的氫化活性通常大于芳環(huán)而小于不飽和鍵，醛比酮更容易氫化。脂肪族醛、酮的氫化活性較芳香醛酮低，通常以Raney鎳和鉑為催化劑，而鈀催化劑的效果較差，且一般需要在較高的溫度和壓力下還原。例如，由葡萄糖氫化的山梨醇（Sorbiol）。

治療帕金森病的藥物左旋多巴（Levodopa）中間體的合成。

與脂肪族醛、酮?dú)浠煌Z是芳香族醛、酮?dú)浠钟行У拇呋瘎?。在加壓或酸性條件下，芳香族醛、酮?dú)浠傻拇剂u基能進(jìn)一步被氫解，終得到甲基或亞甲基。氫化法是還原芳酮為烴的有效方法之一。

在溫和條件下，選用適當(dāng)活性的Raney鎳作為還原劑，可得到醇。

03羧酸衍生物的多相催化氫化

1）酰鹵的多相催化氫化：酰鹵與加有活性抑制劑（如硫脲）的鈀催化劑或以硫酸鋇為載體的鈀催化劑，于甲苯或二甲苯中，控制通入氫量略高于理論量，即可使反應(yīng)停止在醛的階段，得到收率良好的醛。在此條件下，分子中存在的雙鍵、硝基、鹵素、酯基等不受影響，如重要制藥中間體*氧基benjiaquan的合成。

2，6-二甲基吡啶的siqingfunan可作為鈀催化劑的抑制劑。在鈀催化下，將氫 通入等當(dāng)量的酰氯及2，6-二甲基吡啶的siqingfunan溶液中，在室溫下反應(yīng)，即可以良好的產(chǎn)率得到醛。本法條件溫和，特別適用于對(duì)熱敏感的酰氯的還原。如8-壬酮酰氯用本法還原時(shí)，羰基不受影響。

2）腈的多相催化氫化：催化氫化法是腈類(lèi)化合物還原的主要方法。催化氫化還原可在常溫下以鈀或鉑為催化劑，或在加壓下以活性鎳為還原劑，通常其還原產(chǎn)物中除伯胺外，還有較大量的仲胺，這是所生成的伯胺與反應(yīng)中間物（亞胺）發(fā)生副反應(yīng)的結(jié)果。

為了避免生成仲胺的副反應(yīng)，可以鈀、鉑或銠為催化劑，并在酸性溶劑中還原，使產(chǎn)物伯胺成為銨鹽，從而阻止加成副反應(yīng)的進(jìn)行；或以鎳為催化劑，在溶劑中加入過(guò)量的氨，使不易發(fā)生進(jìn)一步脫氨，從而減少副產(chǎn)物的產(chǎn)生。例如，在抗皮炎藥物維生素B6（Vitamin B6）中間體的合成中，一步催化氫化實(shí)現(xiàn)了硝基成氨基、氰基成氨甲基、氯被氫解掉等三個(gè)基團(tuán)的轉(zhuǎn)化。

04含氮化合物的多相催化氫化

1）硝基化合物的多相催化氫化：催化氫化法也是還原硝基化合物的常用方法，其具有價(jià)廉、后處理手續(xù)簡(jiǎn)便且無(wú)"三廢"污染等優(yōu)點(diǎn)?；钚枣嚒⑩Z、鉑等均是常用的催化劑。通常，使用活性鎳時(shí)，氫壓和溫度要求較高，而鈀和鉑可在較溫和的條件下進(jìn)行。例如抗生素奧沙拉秦（Olsalazine）中間體的合成。

由于催化氫化還原活性與催化劑及反應(yīng)條件有關(guān)，因而可根據(jù)不同的需要，調(diào)節(jié)或控制反應(yīng)活性。例如硝基苯還原，可選擇合適的氫化條件，使反應(yīng)停留在生成苯胲階段，然后在酸性條件轉(zhuǎn)位得對(duì)氨基酚。這是生產(chǎn)制藥中間體對(duì)氨基酚的簡(jiǎn)捷路線。

硝基化合物尚可采用轉(zhuǎn)移氫化法還原，常用的供氫體為肼、環(huán)己烯、異丙醇等。其中，應(yīng)用普遍的是肼。其反應(yīng)設(shè)備及操作均十分簡(jiǎn)便，只需將硝基化合物與過(guò)量的水合肼溶于醇中，然后加入鎳、鈀等氫化催化劑，在十分溫和的條件下，即可完成反應(yīng)。分子中存在的羧基、氰基、非活化的烯鍵均可不受影響。

2）肟和亞jiaan的多相催化氫化：催化氫化法亦是將肟和亞jiaan還原成伯胺或仲胺的有效方法，在制藥工業(yè)中已廣泛采用，常用的催化劑是鎳和鈀。

抗心律失常藥美西律（Mexiletine）中間體的合成。

3）疊氮化合物的多相催化氫化：疊氮化合物可被多種還原劑還原生成伯胺。其常用的方法是催化氫化和用金屬氫化物。而在催化氫化法中常用的催化劑是活性鎳和鈀。例如降壓藥貝那普利（5）芳雜環(huán)類(lèi)的多相催化氫化

某些芳雜環(huán)類(lèi)化合物也可發(fā)生多相催化氫化反應(yīng)。其催化還原活性較苯類(lèi)芳環(huán)大，但比醛酮類(lèi)化合物小。

參考：藥物合成反應(yīng)

總結(jié)

氫化反應(yīng)在醫(yī)藥、精細(xì)化工和其他有機(jī)合成中具有非常重要的地位。氫化反應(yīng)原子利用率很高，同時(shí)可以減少后續(xù)的分離和純化過(guò)程。但氫氣參與的反應(yīng)在實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)化生產(chǎn)中危險(xiǎn)系數(shù)極大，難于控制，易造成安全事故，國(guó)家安監(jiān)局把氫化反應(yīng)納入18類(lèi)重點(diǎn)監(jiān)管危險(xiǎn)反應(yīng)中。現(xiàn)階段隨著連續(xù)氫化技術(shù)的發(fā)展，使用連續(xù)氫化反應(yīng)儀或設(shè)備將間歇式氫化反應(yīng)轉(zhuǎn)化成連續(xù)氫化反應(yīng)，可極大的降低反應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)提高設(shè)備及操作的安全性。目前歐世盛連續(xù)氫化設(shè)備能成功實(shí)現(xiàn)雙鍵還原，硝基還原，脫芐基，芳香環(huán)還原，氰基還原，氫化脫鹵等反應(yīng)。

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