金屬氫化物還原具有對反應條件溫和,副反應少以及產率高的優點,特別是某些烴基取代的金屬化合物,顯示瞭對官能團的高度選擇性和較好的立體選擇性。在復雜的天然產物的合成中,較之其他還原法顯示出更多的優點。安耐吉品牌常備常用的金屬氫化物,如氫化鋁鋰(LiAlH4)、硼氫化鈉(鉀)[Na (K)BH4],以及發展瞭化學和立體選擇性好的試劑,例如氘代硼氫化鈉NaHD4、氰基硼氫化鈉NaBH3CN,三乙酰氧基硼氫化鈉(CH3COO)3BHNa等。
金屬氫化物類還原劑
一、硼氫化鈉
(一)基本信息
硼氫化鈉(Sodium borohydride)是一種無機化合物,分子式NaBH4。硼氫化鈉為白色粉末,容易吸水潮解,可溶於水和低級醇,在室溫下與甲醇迅速反應生成氫氣。在無機合成和有機合成中硼氫化鈉常用做還原劑。
圖 硼氫化鈉NaBH4
(二)主要應用
硼氫化鈉具有較強的選擇還原性,它可以在非常溫和的條件下實現醛酮羰基的還原,生成一級醇、二級醇。少量硼氫化鈉可以將腈還原成醛,過量則還原成胺。它能夠將羰基、醛基選擇還原成羥基,也可以將羧基還原為醛基,而不與酯、酰胺作用,一般也不與碳碳雙鍵、叁鍵發生反應:
(三)反應操作及淬滅
硼氫化鈉在溫和條件下還原醛、酮的基本操作:
使用甲醇或者乙醇為溶劑,醛酮羰基化合物與硼氫化鈉的物質的量比為1:1。采用階段升溫法,開始控溫50℃,當反應足夠時間後,再回流反應,薄層層析監控反應進度。反應一般是完全的,溶劑用量隻要能夠滿足反應後不至於形成白色粘漿即可。反應不需要嚴格無水,甚至有用水當作溶劑的例子:比如還原對甲酰基苯甲酸,還原的是甲酰基(甲醛),先用氫氧化鈉中和瞭羧基,然後在水中反應即可成功還原甲酰基。
淬滅處理反應過剩的硼氫化鈉:當反應完成後,將反應液降溫到0℃,慢慢滴加6M的稀鹽酸直至pH值到5左右,有固體鹽析出就過濾。然後萃取得到產物。
使用硼氫化鈉時應特別小心,在通風櫥中進行操作。應貯存在陰涼、幹燥的庫房中。防潮,防震,勿與無機酸共貯混運,遠離熱源、火種及易燃物品。與硼氫化鈉接觸後有咽喉痛、咳嗽、呼吸急促、頭痛、腹痛、腹瀉、眩暈、眼結膜充血、疼痛等癥狀。吸入或者皮膚接觸該試劑對人體有害。
二、硼氘化鈉
硼氘化鈉(Sodium borodeuteride)是一種無機化合物,分子式NaBD4。硼氘化鈉為白色粉末,容易吸水潮解,可溶於水和低級醇,用做還原劑。
氘同位素標記經常被用來研究有機和生物有機反應機制,隨著氘化用於動力學同位素效應(KIE)調節氘化活性藥物成分性能的提升,人們對氘代藥物的興趣正在增加。因此,安耐吉提供的硼氘化鈉,產品純度可達95%,豐度99 atom% D,助力科研實驗。
硼氘化鈉的操作及淬滅註意事項同硼氫化鈉,使用過程應特別小心,所有操作均在通風櫥中進行。
三、硼氫化鉀
硼氫化鉀,是一種無機化合物,化學式為KBH4,為白色結晶性粉末,在空氣中穩定,無吸濕性。硼氫化鉀易溶於水,溶於液氨,微溶於甲醇和乙醇,幾乎不溶於乙醚、苯、四氫呋喃、甲醚及其他碳氫化合物。在堿性環境中穩定,遇無機酸分解而放出氫氣,具有強還原性。
圖 硼氫化鉀
硼氫化鉀主要用作還原劑,用於有機選擇性基團的還原反應;用於醛、酮、酰氯化物的還原劑,以及用於制氫和其他硼氫鹽。也用於分析化學、造紙工業、含汞廢水的處理及合成纖維素鉀等,也可用於制藥、纖維素的改良劑、紙漿漂白等。
硼氫化鉀的操作及淬滅註意事項同硼氫化鈉,使用過程應特別小心,所有操作均在通風櫥中進行。
四、氰基硼氫化鈉
圖 氰基硼氫化鈉 NaBH3CN
氰基硼氫化鈉是一種無機化合物,化學式為NaBH3CN,為白色粉末。它是一種溫和的還原劑,廣泛用於醛、酮的還原,特別是酮的還原胺化作用。
五、三乙酰氧基硼氫化鈉
圖 三乙酰氧基硼氫化鈉 (CH3COO)3BHNa
三乙酰氧基硼氫化鈉是一種有機化合物,結構式為 (CH3COO)3BHNa,白色結晶粉末,易溶於苯及四氫呋喃,是較溫和的選擇性硼氫化試劑。與水反應,溶於乙腈和1,2-二氯乙烷。
三乙酰氧基硼氫化鈉用於酮和醛的胺化還原反應,羰基復合物和胺類的還原胺化/內酰胺化,以及芳基醛的還原胺化。
六、氫化鋁鋰
(一)基本信息
四氫鋁鋰LiAlH4,又名氫化鋁鋰,為白色結晶性粉末,不溶於烴類,溶於乙醚、四氫呋喃,一般與其他物質如AlCl3合用從而降低反應活性以提高選擇性。LiAlH4作為還原劑優點多,反應條件溫和、反應速度快、反應單一、反應產率高。
圖 氫化鋁鋰
(二)主要應用
氫化鋁鋰,主要用作羰基試劑、還原劑。
(三)淬滅及後處理
四氫鋁鋰是特別有用的還原劑,可以還原醛、酮、酸、酯、氰基、酰胺等。但如果對它的後處理不得當,很容易生成Al(OH)3膠狀物,致使過濾非常困難,從而收率低。安耐吉研發經驗總結,四氫鋁鋰(LiAlH4)的兩種高效淬滅方法:
方法一:
先根據投料量估算剩餘LAH的量,將微濕的Na2SO4.10H2O固體研磨碎以後,在 0~5℃分批加入。處理過程比較溫和,不會劇烈放熱,待沒有明顯氣體放出後,再補充滴加少量的水, 並在室溫下攪拌15min,以保證淬滅完全。因在淬滅過程中加入瞭Na2SO4使得固體分散度很好,所以容易過濾,亦不易包裹產物。
反應量少,可以采用加入Na2SO4.10H2O破壞LAH的方法。如果反應量較大,加入NaOH水溶液破壞LAH也是不錯的方法。
方法二:
1、換算出LiAlH4的添加量(質量,g),例如1.0 g;
2、按照1:1:3的比例依次逐滴加入以下物質
(1)1.0 mL的H2O
(2)1.0 mL的15% NaOH溶劑(水溶液的質量分數)
(3)3.0 mL的H2O
3、用矽藻土過濾,乙酸乙酯沖洗,無水硫酸鈉幹燥,濾液濃縮蒸幹!
加1倍量的LAH,就加1倍量15% NaOH aq(用1.2倍量的水和NaOH配成15%的水溶液),將該溶液緩慢的滴加進去(一開始要逐滴加入)。LAH 的分子量是38,水是18,需要2摩爾的水。
LiAlH4 + 2H2O→LiAlO2 + 4H2
這樣加入少許過量的水,可以把所有的Li、Al元素轉化為偏鋁酸鋰,偏鋁酸鋰是粗大顆粒,很容易過濾。濾液直接濃縮幹,得到產物,一般不需要做其他分離。
四氫鋁鋰雖然好用,但比較危險。用的過程要註意安全操作,特別是量比較大的時候,反應開始時,冷卻+N2保護是必要的操作。
七、氘代氫化鋰鋁
氘代氫化鋰鋁(LiAlD4)為白色粉末,用做還原劑。
氫化鋰鋁作為還原劑,可還原酮羰基為亞甲基;氘代氫化鋰鋁作為反應試劑,可還原酮羰基得到氘代分子砌塊。安耐吉提供的氘代氫化鋰鋁,產品純度可達98%,豐度99 atom% D,助力科研實驗。
八、二異丁基氫化鋁
(一)基本信息
二異丁基氫化鋁(diisobutyl aluminium hydride),又稱DIBAL-H,是一種有機物,化學式是C8H19Al。無色液體,一般是保存在1.0M的甲苯或者正己烷溶液中,主要用作精細化學品的還原劑和氫鋁化劑。
(二)主要應用
DIBAL-H是一種新型金屬有機化合物,可使酮、羧酸、酯等選擇性還原成相應的醛或者醇。DIBAL-H遇水發生激烈反應生成氫和異丁烷。四氫呋喃不適宜作DIBAL-H還原的溶劑,因為兩者反應生成易配位化合物。
(三)淬滅及後處理
DIBAL-H反應完成後,在甲醇中慢速淬滅,再在水中完全淬滅。或者,稀釋的鹽酸也可以用於淬滅。
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