Birch还原反应

Birch还原反应Birch还原是一种使芳香族化合物还原成脂肪族化合物的反应，它是连接芳香族和脂肪族化合物的桥梁，因此，它是有机合成中一种非常有用的方法，本文介绍了其发展的时间，机理、特点、用途。Birch还原是一种使芳香族化合物还原成脂肪族化合物的反应，具体是用钠和醇在液氨中将芳香环还原成1,4-环己二烯。此反应最早由澳大利亚化学家ArthurJohnBirch(1915–1995)在1944年发表。Birch还原的重要性在于：尽管剩下的双键（非芳香性）更为活泼，该反应却能停留在环己双烯上，而不继续还原。目前已经成为有机合成中最有用的方法之一。Birch还原反应的特点：Birch还原反应不同于催化氢化将芳香族化合物还原成饱和脂肪族化合物，通常可以得到1,4-环己二烯衍生物，由于碱金属和碱土金属很容易溶解于液氨，所得的溶液具有溶剂化电子，因此是很强的还原剂，在质子供体(通常是醇)存在下，芳香族底物还原起始于电子可逆加成，形成的自由基负离子可被进一步还原成双负离子，两者都可以接受质子，形成己二烯游离基或负离子，最后己二烯负离子的质子化发生在中心碳原子上，形成非共轭双烯。Birch还原的反应速率和生成1,4-双烯的区域性于芳香环上取代基性质有关，还原的速率取决于电子的转移，推电子基团使芳香环钝化（苯甲醚例外）并使质子化发生在2,5-位，而吸电子基团有利于电子的转移。Birch还原反应的通式：反应中的钠也可以用锂或钾取代，使用的醇通常是甲醇或叔丁醇。反应机理:钠溶于液氨中会形成一个电子盐的亮蓝色溶液，化学式为[Na(NH3)x]+e−。溶剂化电子会与芳香环加成，形成一个自由基负离子。溶液中的醇此时作为质子试剂提供一个氢原子。对大多数反应物来说，氨上的氢酸性还不够。如果是取代芳香化合物，当取代基是羧基等吸电子基时，能够稳定碳负离子并生成最少取代的烯烃；当取代基是供电子基时，则生成取代最多的烯烃。热力学不稳定的非共轭1,4-加成产物往往产率超过热力学稳定的1,3-加成产物，这是由于共轭的戊二烯负离子中间体HOMO的最大轨道系数是在中间那个碳原子上，导致生成的1,4-环己双烯没有办法经过平衡移动而生成更加热力学稳定的产物，因此，生成的是动力学稳定产物。Birch烷基化：在卤代烃的存在下，碳负离子也可以发生亲核取代反应生成新的碳-碳键。如下图所示，在Birth还原中生成的负离子中间体可以被一个合适的亲电试剂捕获，例如卤代烃：根据逆合成分析，前者即是后者的合成子。在下图所示反应中，1,4-二溴丁烷被加入到苯甲酸叔丁酯中，最后生成烷基化的1,4-环己双烯产物。Birch还原的用途：近年来有机硅化学的发展，芳香硅醚成为birch还原的另一种有用底物，在还原过程中，三甲基硅醚容易断裂，而叔丁基二甲硅醚和异丙基二甲硅醚是稳定的，这样得到相应的烯醇硅醚，可以在碱性介质中获得不饱和环己酮，并可直接选择性酰化，得到1,3-二酮。邻-甲氧基苯甲酸衍生物经birch还原-烯丙基化后在钯盐催化下，可以制备二环[3.3.1]类型化合物。一些类型Wieland-Miescher酮类似物用通常的Robinson成环方法，结果并不令人满意，而用不同醚保护的2,6-二羟基苯甲酸酯是制备这类酮良好的起始原料，这样，birch还原后,选择除去一个保护烯醇醚，有利于随后带酯基的环化反应。近年来，Birch还原已经从用于简单的烷基苯和芳香醚类化合物扩展到芳香族酸、酯、酮、酰胺和腈类化合物，并在天然产物合成中得到广泛应用，最近，应用Birch还原烷基化不对称反应合成手性环己烷衍生物，开辟了Birch还原新的合成应用前景。