硼氢化锂还原羧酸酯成醇

硼氢化锂还原羧酸酯成醇

一般来说,硼氢化锂和硼氢化钠的还原能力和底物适应范围差不多。但是我们在实验中遇到一底物,使用硼氢化钠还原时氯原子很快就水解了,即使在无水溶剂中氯原子也是很快就掉;使用LiAlH4 在低温下还原,反应很杂。后来尝试用硼氢化锂进行还原,取得了较好的结果。但是反应时间不能太长,不等原料反应完就要淬灭处理,否则氯原子也会逐渐水解。

羧酸的还原

羧酸比羧酸酯活性低得多。常用的还原方法为氢化铝锂、硼烷、硼氢化钠、硼氢化钾等。

硼氢化锂还原羧酸酯成醇插图

氢化铝锂还原羧酸成醇

氢化铝锂可以还原羧酸成醇,对于多数底物来说产率较高,是还原羧酸最常见的方法。但是,氢化铝锂作为还原剂选择性较差,往往是羧基和其它官能团都被还原;另一方面,氢化铝锂价格昂贵,对试剂的无水处理要求非常严格,使其实际应用尤其是工业化应用中受到限制。由于羧基活性较低,在零下20 度以下用LiAlH4 还原羧基时反应很慢甚至不反应,所以一般不用降低反应温度的方法来避免还原其他基团。

硼烷还原羧酸成醇

硼烷是一种较强的还原剂,室温下即可把多数羧酸还原成醇,而且具有较好的选择性。控制硼烷的用量并在低温下反应,可以避免还原分子中的氰基和酯基。硼烷对于脂肪酸和多数芳香酸有很好的还原效果,但对于某些芳香酸来说反应速度很慢甚至不反应。

另外,硼烷还非常容易还原醛、酮、环氧化物及内酯等,但还原酯的反应比较缓慢,对芳香酸酯几乎不发生反应,同样条件下不能还原酰氯、硝基化合物及砜。

硼氢化锂还原羧酸酯成醇插图1

NaBH4/I2 体系还原羧酸酯成醇

硼氢化钠一般只能还原醛、酮、酰卤和内酯,很难还原羧酸。但其与碘组成的还原体系却是还原羧酸的优良试剂。Bhaskar 等研究了通常的一元酸、α, β-不饱和酸、羧酸酯以及二元酸与NaBH4/I2 体系的还原反应。实验操作时把硼氢化钠加入到羧酸中,待体系放出氢气后再加入碘。结果表明,上述一元酸被还原的产率均很高,达到92 %~98 % ; α, β-不饱和酸经还原可得相应的α, β-不饱和醇,双键不被还原;羧基和酯基共存时只有羧基被还原,即使二者取代位置距离很近时也是如此。

硼氢化锂还原羧酸酯成醇插图2

Zn(BH4)2 还原羧酸酯成醇

大多数金属硼化物不能直接还原羧酸,需加入其它试剂如AlCl3、I2 等以提高其还原性。然而,Zn(BH4)2 作为一种温和还原剂,很容易把脂肪酸和芳香酸还原成醇。整个反应只需化学计量的硼氢化锌即可完成,醇的产率达80 %~95 %。反应式如下:

羧酸与硼氢化锌反应,首先生成酰氧基硼氢化物中间体,硼氢化锌能将此中间体还原成醇,因此能将羧酸顺利还原成醇。羧酸分子中有溴、氯、硝基等官能团时,这些基团不发生反应,但碳碳双键要发生硼氢化反应。

NaBH4/BOP 体系还原羧酸酯成醇

羧基较难还原,因此将羧酸还原成醇的另一途径是把羧酸先转化成其他活泼衍生物,然后再用硼氢化钠还原。1998 年McGeary 报道了用BOP、DIPEA 和硼氢化钠一步将羧酸还原成醇的反应。通过对一系列羧酸还原反应的研究发现,该体系还原能力很强,对脂肪酸、芳香酸以及高位阻酸(如金刚烷基甲酸)都能高产率地使其还原。-NO2、-CN、-COOR、-X、-N3 等基团对此试剂都很稳定。但对肉桂酸的还原表明,与羧基共轭的双键将被部分还原。该反应的可能机理是,羧酸先与BOP 试剂和DIPEA 反应生成活性羧酸酯,后者与NaBH4 反应迅速生成相应的醇:

DCC/LiBH4 体系

DCC/LiBH4 体系还原羧酸的机制与NaBH4/BOP 体系的机制类似,DCC 首先与羧酸反应产生一个活泼中间体,后者被LiBH4 迅速还原成醇。

研究表明,该反应迅速,产率较高(43 %~78 %)。还原时与羧基共存的其它官能团如-Br、-C=C-、-NH2、-NO2 等均不受影响。

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