一般來說,硼氫化鋰和硼氫化鈉的還原能力和底物適應范圍差不多。但是我們在實驗中遇到一底物,使用硼氫化鈉還原時氯原子很快就水解了,即使在無水溶劑中氯原子也是很快就掉;使用LiAlH4 在低溫下還原,反應很雜。后來嘗試用硼氫化鋰進行還原,取得了較好的結果。但是反應時間不能太長,不等原料反應完就要淬滅處理,否則氯原子也會逐漸水解。
羧酸的還原
羧酸比羧酸酯活性低得多。常用的還原方法為氫化鋁鋰、硼烷、硼氫化鈉、硼氫化鉀等。
氫化鋁鋰還原羧酸成醇
氫化鋁鋰可以還原羧酸成醇,對于多數(shù)底物來說產率較高,是還原羧酸常見的方法。但是,氫化鋁鋰作為還原劑選擇性較差,往往是羧基和其它官能團都被還原;另一方面,氫化鋁鋰價格昂貴,對試劑的無水處理要求非常嚴格,使其實際應用尤其是工業(yè)化應用中受到限制。由于羧基活性較低,在零下20 度以下用LiAlH4 還原羧基時反應很慢甚至不反應,所以一般不用降低反應溫度的方法來避免還原其他基團。
硼烷還原羧酸成醇
硼烷是一種較強的還原劑,室溫下即可把多數(shù)羧酸還原成醇,而且具有較好的選擇性??刂婆鹜榈挠昧坎⒃诘蜏叵路磻?,可以避免還原分子中的氰基和酯基。硼烷對于脂肪酸和多數(shù)芳香酸有很好的還原效果,但對于某些芳香酸來說反應速度很慢甚至不反應。
另外,硼烷還非常容易還原醛、酮、環(huán)氧化物及內酯等,但還原酯的反應比較緩慢,對芳香酸酯幾乎不發(fā)生反應,同樣條件下不能還原酰氯、硝基化合物及砜。
NaBH4/I2 體系還原羧酸酯成醇
硼氫化鈉一般只能還原醛、酮、酰鹵和內酯,很難還原羧酸。但其與碘組成的還原體系卻是還原羧酸的優(yōu)良試劑。Bhaskar 等研究了通常的一元酸、α, β-不飽和酸、羧酸酯以及二元酸與NaBH4/I2 體系的還原反應。實驗操作時把硼氫化鈉加入到羧酸中,待體系放出氫氣后再加入碘。結果表明,上述一元酸被還原的產率均很高,達到92 %~98 % ; α, β-不飽和酸經還原可得相應的α, β-不飽和醇,雙鍵不被還原;羧基和酯基共存時只有羧基被還原,即使二者取代位置距離很近時也是如此。
Zn(BH4)2 還原羧酸酯成醇
大多數(shù)金屬硼化物不能直接還原羧酸,需加入其它試劑如AlCl3、I2 等以提高其還原性。然而,Zn(BH4)2 作為一種溫和還原劑,很容易把脂肪酸和芳香酸還原成醇。整個反應只需化學計量的硼氫化鋅即可完成,醇的產率達80 %~95 %。反應式如下:
羧酸與硼氫化鋅反應,首先生成酰氧基硼氫化物中間體,硼氫化鋅能將此中間體還原成醇,因此能將羧酸順利還原成醇。羧酸分子中有溴、氯、硝基等官能團時,這些基團不發(fā)生反應,但碳碳雙鍵要發(fā)生硼氫化反應。
NaBH4/BOP 體系還原羧酸酯成醇
羧基較難還原,因此將羧酸還原成醇的另一途徑是把羧酸先轉化成其他活潑衍生物,然后再用硼氫化鈉還原。1998 年McGeary 報道了用BOP、DIPEA 和硼氫化鈉一步將羧酸還原成醇的反應。通過對一系列羧酸還原反應的研究發(fā)現(xiàn),該體系還原能力很強,對脂肪酸、芳香酸以及高位阻酸(如金剛烷基甲酸)都能高產率地使其還原。-NO2、-CN、-COOR、-X、-N3 等基團對此試劑都很穩(wěn)定。但對肉桂酸的還原表明,與羧基共軛的雙鍵將被部分還原。該反應的可能機理是,羧酸先與BOP 試劑和DIPEA 反應生成活性羧酸酯,后者與NaBH4 反應迅速生成相應的醇:
DCC/LiBH4 體系
DCC/LiBH4 體系還原羧酸的機制與NaBH4/BOP 體系的機制類似,DCC 首先與羧酸反應產生一個活潑中間體,后者被LiBH4 迅速還原成醇。
研究表明,該反應迅速,產率較高(43 %~78 %)。還原時與羧基共存的其它官能團如-Br、-C=C-、-NH2、-NO2 等均不受影響。