LiAIH_4和NaBH_4的还原反应

第26卷第1期辽宁师范大学学报(自然科学版)

2003年3月Jo urnal of Liaoning N ormal Univ ersity (Natural Science Edi tion) 文章编号:100021735(2003) 0120056203

Vol. 26 N o. 1

Mar. 2003

LiAIH 4和NaBH 4的还原反应

于世钧, 郭 宏

X

(辽宁师范大学化学系, 辽宁大连 116029)

摘 要:Li AlH 4和NaB H 4是有机合成中常用的两种还原剂. 对NaB H 4在有机合成中的发展予以简要概述, 并论述分析

了Li Al H 4和NaB H 4在不同有机化学教材中存有争议的问题, 从而帮助广大读者更清楚准确的认识LiAl H 4和NaB H 4的还原能力及选择性.

关键词:氢化铝锂; 硼氢化钠; 还原反应中图分类号:O621. 254. 2 文献标识码:A

自从1946年发现了LiAlH 4的制备和应用以来[1], 金属氢化物在有机合成中作为还原剂的应用研究得到极大重视. 由于他们具有反应条件温和、反应速度快、反应单一、反应产率高及选择性好等优点, 在有机合成中已成为不可缺少的还原手段. 特别是LiAlH 4和NaB H 4在基础有机化学教材中都进行了介绍, 二者之间有明显的差别. 但对一些还原反应, 很多书论述并不详细, 甚至不准确. 这往往给初学者带来一些认识模糊和误解. 另外, 随着现代化学技术的发展, 它们同一些新的催化技术相结合, 提高了它们还原选择性, 这使它们在有机合成中得到更广泛的应用. 而这些新技术在现有的教科书中并未介绍, 这使学生对它们的认识仍比较落后. 本文就这两点问题做以介绍和解析, 使读者能够更好的认识LiAlH 4和NaB H 4的还原反应.

1 LiAl H 4和NaB H 4还原性的比较

表1 LiAl H 4和NaB H 4在一般情况下还原性的比较基团) C HO ) COCl LiAl H 4+++++++++++

N aB H 4++++------?

产物) C H 2O H CHO H ) C H 2O H ) C H 2O H ) C H 2O H+RO H ) C H 2O H RCH 2N HR ) CH 2N H 2C H

H 2

) C O 2R ) C O 2H 或RCO 2)

) CON HR ) C S N ) O H R *) N O 2

RX

R ) N H 2

RH

R 为烷基; 当R 为苯基时产物是ArNHNHAr 或ArN .

X 收稿日期:2002211212

, , , .

第1期

于世钧等: Li AlH 4和NaB H 4的还原反应 57

由上表可以看出在一般情况下LiAlH 4和NaB H 4都能还原醛、酮、酰氯、酸酐化合物, 而对于腈、酯(内酯除外) 、硝基化合物等NaBH 4不能还原. 这说明LiAlH 4还原能力强, 但选择性差; 而NaB H 4还原作用比较温和, 具有很高的选择性.

现有基础有机化学教材认为NaB H 4不能还原酯、腈、硝基化合物, 但实际上NaB H 4在一定条件下能够还原上述化合物, 并且由于NaB H 4反应条件温和、价格便宜、易于处理以及能够用于水相; 而LiAl H 4选择性差、危险、不能用于水相等原因, 人们更倾向于使用NaB H 4作为还原剂.

2 NaB H 4对酯、腈、硝基化合物的还原

2. 1 对酯的还原

虽然在通常条件下, NaB H 4不能还原酯. 但研究表明, NaB H 4能够将A 2羟基、A 2和B 2羰基酯分别还原成1, 22和1, 32二醇[2]. 此外, 金属氢化物在一些金属盐存在下其还原性能往往大大改变. 比如:NaB H 4在有LiCl 存在时, 可以还原酯

[3]

.

[4]

NaB H 42Z nCl 2在叔胺存在下是一个很强的还原试剂, 能够将酯还原成醇. 但该反应在无胺存在时不发生. NaBH 42I 2在回流条件下也能将酯还原成醇

CO 2R PhC H 2CO OEt

2. 2 对腈的还原

用一些金属盐(如二价铜盐、钴、镍等金属卤化物、硫酸盐和羧酸盐) 与NaB H 4共同作用, 以及用NaB H 42I 2在THF 中回流都能够将腈还原成胺. 如[4]:

PhC H 2CN

NaB H 42ZrCl 4THF, r. t.

NaB H 42I 2

THF

NaO H

NaB H 42I 2, THF 70e , 0. 5h NaB H 4/ZnC l 2叔胺, THF, 加热, 2h

.

R=Me, Et

2Br, 22SC H 2Ph 2O H X=2

42N O 2, 42O H

52%~98%

H 2CH 2O H 85%

H 2O

2C H 2N H 2 91%, PhC N H 2N H 2 72%

2. 3 对硝基化合物的还原

在金属离子作用下, NaB H 4可使N ) O 键断裂. 如:用NaB H 42CuSO 4或NaB H 42BiCl 3能将硝基化合物还原成胺[4].

RNO 2

NaB H 4/B iCl 3

THF

NaB H 4/CuSO4EtO H, 0e , r. t

H 2 35%~90%, RhNO 2H 2 94%

3 NaB H 4在还原选择性方面的提高

把NaB H 4载于惰性材料上是近几年发展起来的新方法. 此法是把NaB H 4均匀地分散于载体(如大孔树脂、聚乙二醇等) 的表面、孔穴或骨架上, 使NaB H 4与被作用物充分的接触, 可有效的弥补NaB H 4不溶于大多数有机溶剂的不足. 此外, 用这种方法还能够提高NaB H 4的还原能力及选择性. 3. 1 NaB H 4做载体上的试剂还原不活泼酮[4]

NaB H 42大孔树脂215(H +) 就是一种新的催化剂. 它具有很强的还原能力, 能够还原不活泼酮. 对缩酮、烯丙基乙酸、烯丙基C 2内酯、羧酸酯、卤素和孤立的双键等在还原过程中都不受干扰. 3. 2 用PEG 2NaB H 4作用选择性还原醛[5]

用NaB H 4、聚乙二醇、二甘醇二甲醚和苯甲酸共同作用, 得到的是在网状结构中含有硼氢键的白色; .

58

辽宁师范大学学报(自然科学版)

PEG 2NaB H 4, 苯甲酸

甲苯

第26卷

RC HO+RCOC H 32O H+RCOC H 3

4 NaB H 4对卤代烃的还原

NaB H 4能否还原卤代烃, 不同教科书[3, 6]对此观点不一, 但从查阅的文献来看, NaB H 4不象LiAlH 4那样能在非极性溶液中还原卤代烃.

NaB H 4需要在二甲基亚砜、六甲基磷酸酰胺、二甲基甲酰胺和二甘醇等极性溶剂中对伯、仲、叔、烯丙基、苄基等各种卤化物以及某些二卤化物还原. 但反应主要在80e 左右才能进行[7].

C H 3(C H 2) 8C H 2I

NaB H 4, Me 2SO 485e , 0. 25h

10H 32 93%

[7]

Rolla 等在三丁基十六烷基溴化作用下, 成功地用NaBH 4在18e 以下使有机卤化物还原, 而对有机卤化物分子中同时存在的酰基、酰胺和腈基等官能团不起作用.

总之, 对于LiAlH 4和NaBH 4在有机合成中的应用, 应根据具体的反应, 控制适当的反应条件(如金属盐、温度、溶剂以及利用离子交换技术等) , 改变LiAlH 4和NaB H 4的还原能力及选择性以达到满意的效果, 从而使它们在有机合成及实际生产中都得到广泛的应用. 参考文献:

[1] FINHOLT A E , B OND A C, J R, et al. Li thium Aluminum Hydride and Lithium Gallium Hydride and s ome of their Application i n Organic and In 2

organic Che mis try [J].J A m C hem Soc, 1947, 69:119921203.

[2] D ALLA V, Catteau J P, PALE P. Mechanis tic R ationale for the NaB H 4Reduction of A 2keto Es ter[J].Tetrahedron Lett, 1999, 40:519325196. [3] 王葆仁. 有机合成反应(上册) [M].北京:科学出版社, 1982. 139, 158.

[4] MARIAPPAN P, M UNIAPP AN T. Methods of Enhancem ent of Reacti vity and Selecti vity of Sodi um B orohydride for Applications in Organic Synthesis

[J].J Organo met C hem, 2000, 609:1372151.

[5] B LAN TON J R. the Selective Reducti on of Aldehydes using Polyethylene Gl ycol 2sodium B orohydride Deri vatives as Phase [J].Synth C om mun, 1997,

27(12) :209322102.

[6] 邢其毅. 基础有机化学(上册) [M].北京:人民教育出版社, 1981. 299. [7] 车荣睿. 硼氢化钠在有机合成中的应用[J].化学试剂, 1986, 8(2) :94296.

The Reduction of LiAlH 4and NaBH 4

Y U Shi 2jun, GU O Hong

(Department of Chemis try, Liaoning Norm al Universi ty, Dalian 116029, C hina)

A bstra ct :Li A l H 4and NaB H 4are common reductive reagents in organic synthesis. This paper reports the development of NaB H 4in organic synthesis and discusses some controversial problems in dif ferent reference books , then analyz es them in order to help readers better understand the reductibility and chemoselectivity of LiAlH 4and NaB H 4. Key words :lithium aluminium hydride; sodium borohydride; reduction

第26卷第1期辽宁师范大学学报(自然科学版)

2003年3月Jo urnal of Liaoning N ormal Univ ersity (Natural Science Edi tion) 文章编号:100021735(2003) 0120056203

Vol. 26 N o. 1

Mar. 2003

LiAIH 4和NaBH 4的还原反应

于世钧, 郭 宏

X

(辽宁师范大学化学系, 辽宁大连 116029)

摘 要:Li AlH 4和NaB H 4是有机合成中常用的两种还原剂. 对NaB H 4在有机合成中的发展予以简要概述, 并论述分析

了Li Al H 4和NaB H 4在不同有机化学教材中存有争议的问题, 从而帮助广大读者更清楚准确的认识LiAl H 4和NaB H 4的还原能力及选择性.

关键词:氢化铝锂; 硼氢化钠; 还原反应中图分类号:O621. 254. 2 文献标识码:A

自从1946年发现了LiAlH 4的制备和应用以来[1], 金属氢化物在有机合成中作为还原剂的应用研究得到极大重视. 由于他们具有反应条件温和、反应速度快、反应单一、反应产率高及选择性好等优点, 在有机合成中已成为不可缺少的还原手段. 特别是LiAlH 4和NaB H 4在基础有机化学教材中都进行了介绍, 二者之间有明显的差别. 但对一些还原反应, 很多书论述并不详细, 甚至不准确. 这往往给初学者带来一些认识模糊和误解. 另外, 随着现代化学技术的发展, 它们同一些新的催化技术相结合, 提高了它们还原选择性, 这使它们在有机合成中得到更广泛的应用. 而这些新技术在现有的教科书中并未介绍, 这使学生对它们的认识仍比较落后. 本文就这两点问题做以介绍和解析, 使读者能够更好的认识LiAlH 4和NaB H 4的还原反应.

1 LiAl H 4和NaB H 4还原性的比较

表1 LiAl H 4和NaB H 4在一般情况下还原性的比较基团) C HO ) COCl LiAl H 4+++++++++++

N aB H 4++++------?

产物) C H 2O H CHO H ) C H 2O H ) C H 2O H ) C H 2O H+RO H ) C H 2O H RCH 2N HR ) CH 2N H 2C H

H 2

) C O 2R ) C O 2H 或RCO 2)

) CON HR ) C S N ) O H R *) N O 2

RX

R ) N H 2

RH

R 为烷基; 当R 为苯基时产物是ArNHNHAr 或ArN .

X 收稿日期:2002211212

, , , .

第1期

于世钧等: Li AlH 4和NaB H 4的还原反应 57

由上表可以看出在一般情况下LiAlH 4和NaB H 4都能还原醛、酮、酰氯、酸酐化合物, 而对于腈、酯(内酯除外) 、硝基化合物等NaBH 4不能还原. 这说明LiAlH 4还原能力强, 但选择性差; 而NaB H 4还原作用比较温和, 具有很高的选择性.

现有基础有机化学教材认为NaB H 4不能还原酯、腈、硝基化合物, 但实际上NaB H 4在一定条件下能够还原上述化合物, 并且由于NaB H 4反应条件温和、价格便宜、易于处理以及能够用于水相; 而LiAl H 4选择性差、危险、不能用于水相等原因, 人们更倾向于使用NaB H 4作为还原剂.

2 NaB H 4对酯、腈、硝基化合物的还原

2. 1 对酯的还原

虽然在通常条件下, NaB H 4不能还原酯. 但研究表明, NaB H 4能够将A 2羟基、A 2和B 2羰基酯分别还原成1, 22和1, 32二醇[2]. 此外, 金属氢化物在一些金属盐存在下其还原性能往往大大改变. 比如:NaB H 4在有LiCl 存在时, 可以还原酯

[3]

.

[4]

NaB H 42Z nCl 2在叔胺存在下是一个很强的还原试剂, 能够将酯还原成醇. 但该反应在无胺存在时不发生. NaBH 42I 2在回流条件下也能将酯还原成醇

CO 2R PhC H 2CO OEt

2. 2 对腈的还原

用一些金属盐(如二价铜盐、钴、镍等金属卤化物、硫酸盐和羧酸盐) 与NaB H 4共同作用, 以及用NaB H 42I 2在THF 中回流都能够将腈还原成胺. 如[4]:

PhC H 2CN

NaB H 42ZrCl 4THF, r. t.

NaB H 42I 2

THF

NaO H

NaB H 42I 2, THF 70e , 0. 5h NaB H 4/ZnC l 2叔胺, THF, 加热, 2h

.

R=Me, Et

2Br, 22SC H 2Ph 2O H X=2

42N O 2, 42O H

52%~98%

H 2CH 2O H 85%

H 2O

2C H 2N H 2 91%, PhC N H 2N H 2 72%

2. 3 对硝基化合物的还原

在金属离子作用下, NaB H 4可使N ) O 键断裂. 如:用NaB H 42CuSO 4或NaB H 42BiCl 3能将硝基化合物还原成胺[4].

RNO 2

NaB H 4/B iCl 3

THF

NaB H 4/CuSO4EtO H, 0e , r. t

H 2 35%~90%, RhNO 2H 2 94%

3 NaB H 4在还原选择性方面的提高

把NaB H 4载于惰性材料上是近几年发展起来的新方法. 此法是把NaB H 4均匀地分散于载体(如大孔树脂、聚乙二醇等) 的表面、孔穴或骨架上, 使NaB H 4与被作用物充分的接触, 可有效的弥补NaB H 4不溶于大多数有机溶剂的不足. 此外, 用这种方法还能够提高NaB H 4的还原能力及选择性. 3. 1 NaB H 4做载体上的试剂还原不活泼酮[4]

NaB H 42大孔树脂215(H +) 就是一种新的催化剂. 它具有很强的还原能力, 能够还原不活泼酮. 对缩酮、烯丙基乙酸、烯丙基C 2内酯、羧酸酯、卤素和孤立的双键等在还原过程中都不受干扰. 3. 2 用PEG 2NaB H 4作用选择性还原醛[5]

用NaB H 4、聚乙二醇、二甘醇二甲醚和苯甲酸共同作用, 得到的是在网状结构中含有硼氢键的白色; .

58

辽宁师范大学学报(自然科学版)

PEG 2NaB H 4, 苯甲酸

甲苯

第26卷

RC HO+RCOC H 32O H+RCOC H 3

4 NaB H 4对卤代烃的还原

NaB H 4能否还原卤代烃, 不同教科书[3, 6]对此观点不一, 但从查阅的文献来看, NaB H 4不象LiAlH 4那样能在非极性溶液中还原卤代烃.

NaB H 4需要在二甲基亚砜、六甲基磷酸酰胺、二甲基甲酰胺和二甘醇等极性溶剂中对伯、仲、叔、烯丙基、苄基等各种卤化物以及某些二卤化物还原. 但反应主要在80e 左右才能进行[7].

C H 3(C H 2) 8C H 2I

NaB H 4, Me 2SO 485e , 0. 25h

10H 32 93%

[7]

Rolla 等在三丁基十六烷基溴化作用下, 成功地用NaBH 4在18e 以下使有机卤化物还原, 而对有机卤化物分子中同时存在的酰基、酰胺和腈基等官能团不起作用.

总之, 对于LiAlH 4和NaBH 4在有机合成中的应用, 应根据具体的反应, 控制适当的反应条件(如金属盐、温度、溶剂以及利用离子交换技术等) , 改变LiAlH 4和NaB H 4的还原能力及选择性以达到满意的效果, 从而使它们在有机合成及实际生产中都得到广泛的应用. 参考文献:

[1] FINHOLT A E , B OND A C, J R, et al. Li thium Aluminum Hydride and Lithium Gallium Hydride and s ome of their Application i n Organic and In 2

organic Che mis try [J].J A m C hem Soc, 1947, 69:119921203.

[2] D ALLA V, Catteau J P, PALE P. Mechanis tic R ationale for the NaB H 4Reduction of A 2keto Es ter[J].Tetrahedron Lett, 1999, 40:519325196. [3] 王葆仁. 有机合成反应(上册) [M].北京:科学出版社, 1982. 139, 158.

[4] MARIAPPAN P, M UNIAPP AN T. Methods of Enhancem ent of Reacti vity and Selecti vity of Sodi um B orohydride for Applications in Organic Synthesis

[J].J Organo met C hem, 2000, 609:1372151.

[5] B LAN TON J R. the Selective Reducti on of Aldehydes using Polyethylene Gl ycol 2sodium B orohydride Deri vatives as Phase [J].Synth C om mun, 1997,

27(12) :209322102.

[6] 邢其毅. 基础有机化学(上册) [M].北京:人民教育出版社, 1981. 299. [7] 车荣睿. 硼氢化钠在有机合成中的应用[J].化学试剂, 1986, 8(2) :94296.

The Reduction of LiAlH 4and NaBH 4

Y U Shi 2jun, GU O Hong

(Department of Chemis try, Liaoning Norm al Universi ty, Dalian 116029, C hina)

A bstra ct :Li A l H 4and NaB H 4are common reductive reagents in organic synthesis. This paper reports the development of NaB H 4in organic synthesis and discusses some controversial problems in dif ferent reference books , then analyz es them in order to help readers better understand the reductibility and chemoselectivity of LiAlH 4and NaB H 4. Key words :lithium aluminium hydride; sodium borohydride; reduction


相关内容

  • 硼氢化钠还原法回收电镀废液中的铜
  • 2010年第30卷第4期 化工环保 ENVIRONMENTALPROTECTIONOFCHEMICALINDUSTRY 327 综合利用 硼氢化钠还原法回收电镀废液中的铜 吴 佳,张振忠,赵芳霞 (南京工业大学材料科学与工程学院,江苏南京210009) [摘要]采用NaBH4作为还原剂回收电镀废液中 ...

  • 第7章还原反应
  • 第六章 还原反应 主讲人:苏为科 第六章 还原反应 第一节. 金属氢化物还原剂---------------第二节. 溶解金属还原------------------------------第三节. 催化加氢------------------------------------第四节. 选择性还原 ...

  • 硼氢化钠在羧酸及其衍生物还原中的应用
  • ・284・吕宏飞等,硼氢化钠在羧酸及其衍生物还原中的应用Vol.29.No.4,2007 硼氢化钠在羧酸及其衍生物还原中的应用 吕宏飞, 卞 明, 张 惠 1 2 1 (1.黑龙江省石油化学研究院,黑龙江哈尔滨,150040;2.中国天辰化学工程公司黑龙江分公司黑龙江哈尔滨,150076) 摘要:硼 ...

  • 中级有机化学试题
  • Question 1 Question 2 Pinnick 氧化 Dess-Martin 氧化 Swern 氧化 IBX 氧化 Question 3 Question 4 Boc 保护基 Cbz 保护基 Fmoc 保护基 MOM 保护基 Question 5 Question 6 H2, Pd/C ...

  • 用气相分子吸收光谱仪测定水中汞
  • AJ-2100气相分子吸收光谱仪测定水中汞 (冷原子吸收法) 前言 AJ-2100气相分子吸收光谱仪配备了高校气化分离装置,可作为一种高级测汞仪器.在测定样品的过程中能够方便地将市场上供应的盐酸及硼氢化钠(或硼氢化钾) 中所含高汞空白除去而快速测定样品中的汞含量.仪器测定结果精确.灵敏度高,特别适合 ...

  • 初中学生化学能力提升练习题目
  • 初中学生化学能力提升练习(1) 姓名1.下列原子或离子中,氧化性最强的是:还原性最强的是. ++A Mg B Cu 2 C Fe D Na 2.已知下列三个反应: ++-+++++2Fe 2+Cl 2=2Fe 3+2Cl 2Fe 3+Cu =2Fe 2+Cu 2 Fe +Cu 2=Fe 2+Cu + ...

  • 清华自主招生化学真题
  • 自主招生化学试题 命题人:潘鑫 姓名 ________________ 成绩_____________________ 一 简答题(35分,17题,最后一题3分) 1. 画出CrO 5 , H3PO 2 的结构. 2. 判断H 2O 2.O 3的极性,给出理由. 3.什么金属可以用来盛浓硝酸?写出两 ...

  • 化学镀镍原理
  • 化学镀镍原理 化学镀镍镀液主要由金属盐.还原剂.pH 缓冲剂.稳定剂或络合剂等组成.镍盐用得最多的是硫酸盐,还有氯化物或者醋酸盐.还原剂主要是亚磷酸盐.硼氢化物等.pH 缓冲剂和络合剂通常采用的是氨或氯化铵等. 以次亚磷酸钠作还原剂的化学镀镍是目前使用最多的一种.其反应机理如下.在酸性环境: Ni ...

  • 以硼氢化钠为还原剂化学镀镍的电化学研究
  • March[Article] 物理化学学报(WuliHuaxueXuebao)ActaPhys.⁃Chim.Sin.2011,27(3),633-640 633 www.whxb.pku.edu.cn 以硼氢化钠为还原剂化学镀镍的电化学研究 贾 飞 王周成* (厦门大学化学化工学院,化学工程与生物工 ...