3.3 氢化铝锂和硼氢化钠
金属氢化物还原剂最常用的是LiAlH4、NaBH4。这两种金属氢化物具有反应速率快、副反应少、收率高、反应条件温和以及选择性还原等优点,以及对某些有机物的还原甚至是“独一无二”的,因而备受人们关注。
3.3.1 氢化铝锂和硼氢化钠还原剂的特征以及还原范围
在氢化物还原剂中,LiAlH4是强还原剂,除可将羧酸及其衍生物直接还原为醇外,还可以还原羰基化合物为醇,还原—CC—OH、—NO2、—CH2X、—CH2OTs等其他官能团。LiAlH4一般不还原不饱和碳-碳双键或叁键(但当不饱和键的α-或β-位有极性基团活化时,还原也可以发生)。大多数有机化合物可被LiAlH4还原,反应快、效率高,因此,它是一类应用十分广泛的“广谱”还原剂。
LiAlH4可由粉末状的LiH与无水AlCl3在干醚溶剂中反应制备:
LiAlH4易与含活泼氢的化合物(水、醇、酸等)反应,发生分解,因而反应宜在无水的情况下进行,常用醚与THF为溶剂。一般是将被还原物的醚溶液加至LiAlH4中,有时亦将LiAlH4加至被还原物的溶液中。
NaBH4为另一种重要的金属氢化物类还原剂。作用较LiAlH4缓和,它只能使羰基化合物或酰胺还原为醇,而不影响碳碳双键与硝基,因此选用适当的金属氢化物可对羰基化合物进行选择性还原:
NaBH4常温下对水、醇等均较稳定,虽不溶于乙醚,却能溶于水、醇中而不会发生分解,因此可用其作为还原介质。如还原反应需要较高温度,则可改用THF、DMSO等为溶剂。
NaBH4可由氢化钠与硼酸甲酯制备,其反应式为:
4NaH+B(OMe)3 NaBH4+3NaOMe
NaBH4虽为缓和的还原剂,但添加季铵盐或冠醚可提高其还原能力。
LiAlH4和NaBH4都是常用的还原剂,LiAlH4虽还原性强,具有许多优点,但由于其价格昂贵,所以工业生产上会选择价格相对便宜的NaBH4为还原剂。
3.3.2 还原机理
该类还原剂具有和,因而金属氢化物是很强的亲核试剂。还原反应过程中,包括负离子H-向被还原物分子的转移。以羰基的还原为例,H-转移到羰基的碳原子上进行亲核加成,从而实现了还原为醇的过程。中的四个氢可依次参与反应,其过程可表示如下:
在Al中以第一个氢原子的作用最为强烈,其后性能依次减弱,则与此相反。因此,掌握还原反应机理,人们可有效地进行选择性还原。
3.3.3 LiAlH4的还原
(1)羧基及其衍生物的还原
(2)羰基化合物的还原
(3)硝基化合物与腈的还原
3.3.4 NaBH4的还原
(1)羰基化合物的还原
(2)酸酐的还原
(3)酰氯的还原