还原反应

用金属氢化物的还原反应

概要

羰基化合物被金属氢化物还原生成醇。已知有各种各样的强度性质不同的还原剂。以容易得到,使用方便等实用性来考量,最多被使用的有以下还原剂。

 

种类

硼氢化钠 NaBH4 (Sodium Borohydride)
最常用的一种还原剂,对水分稳定,空气中也能使用,最适合工业生产。溶解性是它的一大问题,通常用甲醇或乙醇作溶剂。酯,酰胺,羧酸不能被还原,但是酯的羰基α位若被杂原子取代的情况下是例外(可能是由于相邻的定位作用)。对于α,β-不饱和羰基化合物,优先发生1,4-还原,加入铈盐的情况下则会优先发生1,2-还原(luche还原)。
氢化铝锂 LiAlH4 (Lithium Alminium Hydride; LAH)
 相当强的还原剂。还原酮,醛不在话下,羧酸和酯也能被还原到对应的醇。腈和酰胺也能被还原,得到胺。卤化物和砜也能被还原,它们原位置上变成氢。它也能使能使环氧化合物发生开环反应。反应一般用到本身不与氢化铝锂发生反应同时有良好的溶解性的THF,乙醚等溶剂。氢化铝锂会与水或质子溶剂发生剧烈反应,放出氢气。由于反应剧烈和容易飞散,不可避免发生火灾。取用时要十分的注意。
二异丁基氢化铝                  (i-Bu)2AlH (Diisobutyl Alminium Hydride; DIBAL)
 因为铝原子存在空轨道因此二异丁基氢化铝具有路易斯酸性。因此类似于二异丁基氢化铝这类的ate配位的还原剂常常表现出一些特殊的反应性。腈能被还原到亚胺,然后通过水解最终得到醛。因此腈可以等同看做醛。缩醛能被还原成醚。例如,用DIBAL与亚苄基缩醛反应会得到苄基的醚(参考PMB保护)。另外,在低温条件下进行反应的话,部分情况酯能被还原成醛,这一般不易达到。一般用两个摩尔当量以上的DIBAL先还原到醇之后,再氧化回到醛,要花去很多步骤。而近些年,含有DIBAL的ate型还原剂表现出了这样的部分还原的效果。加入n-BuLi得到的ate型还原剂LiAlH(i-Bu)2(n-Bu),能作为一种非常强的还原剂使用。
氰基硼氢化钠                 NaBH3CN (Sodium Cyanoborohydride)
虽然比硼氢化钠的还原性要弱、但大约在pH3的酸性环境下也能保持稳定是它的一大特点。因此,它经常被用作酸性环境下还原亚胺阳离子。(Borch还原胺化)
硼氢化锂                (Lithium Borohydride)
比硼氢化钠的还原性还要强以至于它能把酯还原到醇。市面有售,也可以通过氯化锂和硼氢化钠制备得到。
三乙基硼氢化锂                 LiBHEt3(Lithium Triethylborohydride: Super-Hydride)
具有非常强的亲核性的氢源,市售的三乙基硼氢化锂都标注着Super-Hydride的字样。被用于卤化物,磺酰基化合物的还原反应。
硼氢化配体                  BH3・L (Borane Complex)
常见的有二甲基硫化硼烷,THF硼烷,均市面有售。比有毒气体的二硼烷要方便使用,作为效果等同于硼烷的还原剂被使用。在酮和羧酸之间选择性还原后者。有双键的情况下会同时发生加成反应,要注意这一点。
三乙基硅烷                 Et3SiH (Triethylsilane)
 一般还原反应都是在碱性环境下进行,三乙基硅烷能在TFA等酸性环境下做还原剂使用是它最大的特点。能被用于缩醛的还原,或是糖类的端位烷氧基的消去等。另外,与过渡金属催化剂一起使用可以做硅氢断裂加成。
二甲氧基乙氧基氢化铝           (Sodium Bis(2-methoxyethoxy)Alminium Hydride; Red-Al)
 有和氢化铝锂一样的还原性。不容易起火,适用于大量反应。

以下是常用的有选择性的,不单单只是还原反应的试剂。

硼氢化镍 Ni(BH4)2   (Nickel   Borite)
 体系中由NiCl2+NaBH4 得到。氰基和硝基等可以被还原。
三乙酰基硼氢化钠             NaBH(OAc)3 (Sodium Tri(acetoxy)borohydride)
 一般酸性条件下稳定,和NaBH3CN一样被用于还原胺化反应。另外,β位有未保护的甲氧基的情况,立体选择性还原得到anti-1,3-二醇。H_red_4.gif
硼氢化锌      Zn(BH4)2(Zinc    Borohydride)

 利用锌的螯合能,能发生syn-非对映选择性还原(下図)。常与NaBH(OAc)3 一起使用。

H_red_2.gif

三异丁基硼氢化锂   LiBH(s-Bu)3 (Lithium Tri(sec-butyl)borohydride;  L-Selectride) 三异丁基硼氢化钾 KBH(s-Bu)3 (Potassium Tri(sec-butyl)borohydride; K-Selectride)
 强高位阻还原剂、有位阻的部位不发生反应。
Schwartz试剂                Cp2ZrHCl
能与炔或烯发生加成反应,生成的有机锆试剂能进一步用作偶联反应。对硼氢化反应较慢的炔而言可作为有效的催化剂。
Stryker试剂                [(Ph3P)CuH]6
 对于α,β-不饱和羰基化合物,能够优先发生1,4-还原反应。与手性的双齿配体一起使用能催化不对称还原。
三丁基氢化锡     (n-Bu)3SnH        (Tributyl tinhydride)
 通常在有自由基引发剂的条件下、用于氢自由基还原。在Pd之类的过渡金属催化剂存在下,经过金属交换发生氢金属化、能得到另一种金属氢化物的中间体。

 

基本文献

反应机理

反应实例

苹果酸乙酯的位置选择性还原[1] H_red_3.gif 用Me4NHB(OAc)3非对映选择性还原[2]:比NaHB(OAc)3选择性更好。 H_red_5.gif 镍的Boc保护胺的第一步变换[3a]:路易斯酸+NaBH4的组合、硝基/叠氮化物/亚胺都可以被还原到胺。[3b-d] H_red_6.gif

实验步骤

实验技巧

参考文献

[1] Saito, S. et al. Tetrahedron 199248, 4067. doi:10.1016/S0040-4020(01)92187-8
[2] Evans, D. A.; Chapman, K. T.; Carreira, E. M. J. Am. Chem. Soc. 1988110, 3560. DOI:10.1021/ja00219a035
[3] (a) Caddick, S.; Judd, D. B.; Lewis, A. K. de K.; Reich, M. T.; Williams, M. R. V. Tetrahedron 2003,59, 5417. doi:10.1016/S0040-4020(03)00858-5 (b) Chary, K. P.; Ram, S. R.; Iyengar, D. S. Synlett2000, 683. DOI: 10.1055/s-2000-6614 (c) Cho, B. T.; Kang, S. K. Synlett 2004, 1484. DOI: 10.1055/s-2004-829066 (d) Fringuelli, F.; Pizzo, F.; Vaccaro, L. Synthesis 2000, 646. DOI: 10.1055/s-2000-6389

 

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