13.7: Зниження карбонільної групи - синтез 1º та 2º спиртів

Last updated
Save as PDF

Page ID: 24110

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Зниження альдегідів і кетонів

Найбільш поширеними джерелами нуклеофіла гідриду є гідрид алюмінію літію (LiAlH ₄) і борогідрид натрію (NaBH ₄). Примітка! Гідридний аніон не присутній під час цієї реакції; скоріше, ці реагенти служать джерелом гідриду завдяки наявності полярного зв'язку метал-водню. Оскільки алюміній менш електронегативний, ніж бор, зв'язок Al-H в LiAlH ₄ є більш полярним, тим самим роблячи LiAlH ₄ сильнішим відновником.

Додавання гідридного аніона (Н: ^-) до альдегіду або кетону дає алкоксид аніон, який при протонації дає відповідний спирт. Альдегіди виробляють 1º-спирти, а кетони виробляють 2º-спирти.

У редукціях гідридів металів утворюються солі алкоксиду нерозчинні і їх потрібно гідролізувати (з обережністю), перш ніж спиртовий продукт можна буде виділити. У відновленні борогідриду натрію система розчинника метанолу досягає цього гідролізу автоматично. У літій-алюмінієвий гідрид води, як правило, додають на другому етапі. Літій, натрій, бор та алюміній закінчуються розчинними неорганічними солями в кінці будь-якої реакції. Примітка! LiAlH ₄ і _{NaBH 4} здатні зменшити альдегіди і кетони до відповідного алкоголю.

Формально цей процес називається скороченням. Зменшення, як правило, означає реакцію, в якій електрони додаються до з'єднання; сполука, яка отримує електрони, як кажуть, зменшується. Оскільки гідрид можна розглядати як протон плюс два електрони, ми можемо думати про перетворення кетону або альдегіду в спирт як двоелектронне відновлення. Карбоніл (альдегід або кетон) плюс два електрони і два протони стає спиртом.

Приклад 1

Механізм

Цей механізм призначений для зменшення LiAlH ₄. Механізм зменшення NaBH ₄ однаковий, за винятком метанолу є джерелом протонів, що використовується на другому етапі.

1) Аніон нуклеопільного гідриду реагує з електрофільним карбонільним вуглецем, що змушує електрони пі на електронегативний атом кисню.

2) Алкоксид протонований.

Біологічне скорочення

Додавання до карбонілу напіваніонним гідридом, таким як NaBH ₄, призводить до перетворення карбонільної сполуки в спирт. Гідрид з ВН ₄ ^- аніон діє як нуклеофіл, додаючи Н ^- до карбонільного вуглецю. Протонне джерело може потім протонувати кисень отриманого іона алкоксиду, утворюючи спирт.

Альдегіди, кетони та спирти - дуже поширені риси в біологічних молекулах. Перетворення між цими сполуками є частою подією у багатьох біологічних шляхах. Однак напіваніонні сполуки, такі як борогідрид натрію, не існують в клітині. Натомість ряд біологічних донорів гідридів відіграють подібну роль.

NADH є поширеним біологічним відновником. NADH є абревіатурою нікотинаміду аденін-динуклеотиду гідриду. Замість аніонного донора, який забезпечує гідрид карбонілу, NADH насправді є нейтральним донором. Він постачає гідрид карбонілу за дуже специфічних обставин. При цьому він утворює катіон, NAD ⁺. Однак NAD ⁺ стабілізується тим, що його нікотинамідне кільце є ароматичним; воно не було ароматичним у NADH.

Зниження карбонових кислот і ефірів

Карбонові кислоти можуть бути перетворені в 1 ^o спиртів за допомогою гідриду алюмінію літію (LiAlH ₄). Зверніть увагу, що NaBH ₄ недостатньо сильний для перетворення карбонових кислот або ефірів в спирти. Альдегід утворюється як проміжний продукт під час цієї реакції, але його неможливо виділити, оскільки він більш реактивний, ніж вихідна карбонова кислота.

Складні ефіри можуть бути перетворені в 1 ^o спиртів за допомогою LiAlH ₄, тоді як борогідрид натрію (\(NaBH_4\)) не є достатньо сильним відновником для виконання цієї реакції.

Резюме реакції зменшення

Наведена нижче таблиця узагальнює реакції скорочення, розглянуті до цих пір в нашому тексті. Важливо розрізняти реактивність функціональної групи, оскільки ми додаємо більше багатоступінчастих синтетичних шляхів.

ч. 11 розділ 6 підсумок table.png