金属锌在有机合成中的应用

对于芳基卤化物 ,用锌粉和质子溶剂还原 ,如果
的效果.
有零价 Pd 的存在 ,很容易发生 Ullmann 偶联 ,生成
联苯类化合物 . 在这一偶联反应中 ,冠醚的加入 ,能
提高反应速度和产率[ 23 ].
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7 杂原子间的化学键还原
在酸性介质中 ,用锌粉还可以还原硝基 、亚硝基
共轭三烯[ 5 ].
催化剂 . 印度科学家 Swami[ 8b ] 利用锌粉 、季胺盐和
甲
醇体系在回流条件下 ,成功还原多种芳香醛成醇. 如
果对两个羰基相邻的二酮 ,采用这一反应 ,用锌粉和
醋酸回流 ,可以高选择性地生成 α2羟基酮. 我国化
学家黄耀曾先生等[ 8a ] 利用 SbCl3为催化剂 ,在含水
该方法 , 不仅操作简单 ,条件温和 (室温下搅拌 30
h) ,而且还能有效地避免了羰基被还原.
我们实验小组[ 8e ] 利用 CO2Π H2OΠ Zn 反应体系 ,
在超临界二氧化碳介质中成功地还原醛生成相应
醇 ,其转化率最高可达 99 %以上 ,而且还有效避免
了催化剂 、有机溶剂的使用. 我们推测其反应机理与
LI , Jin2Heng
( Laboratory of Cellulose and Lignocellulosics Chemistry , Guangzhou Institute of Chemistry ,
Chinese Academy of Sciences , Guangzhou 510650)
LI , Guo2Ping J IANG , Huan2
including the reduction of carbon2
oxygen bonds,carbon2
reduction,reaction
处在元素周期表中的 ⅡB族,
419℃,沸点为907
由于它价廉易得,无毒,锌在
通常市售的金属锌有
金属丝等多种形式.
锌粉在醋酸中的反应机理类似 ,这一体系能够提供
反应所需的酸性环境.
2 碳氧双键的还原
用金属锌为还原剂还原羰基化合物 ,在不同的 催化剂及反应条件下 ,一般可以得到不同的产物或 基团 :简单还原加成生成醇[ 8 ],羰基碳间的偶联生成 频哪醇[ 9 ],脱氧生成亚甲基 ( 著名的 Clemmensen 还 原) [ 10 ].另 外 , 在 无 质 子 的 溶 剂 中 , 或 在 有机硅等 Lewis 酸的作用下 ,还会产生碳碳偶联反应[ 11 ,14 ].
Cope 等对 α2羟基酮进行还原 ,选择性很好地得 到酮[ 15 ].环氧化合物也可以用这一试剂开环 ,生成 仲醇 [ 17 ].在零价 Pd 催化剂的存在下 ,断开的碳氧键 中的碳可以发生偶联反应 ,即自身偶合 ,也可以作为 亲核 试 剂 进 攻 活 化 的 羰 基 碳 , 形 成 新 的 碳碳单 键[ 18 ].
国家自然科学基金(No. 29872039) 资助项目.
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2. 1 羰基化合物还原生成醇[ 8 ]
在合成设计中 ,我们常需要把酮或醛直接还原
成羟基 ,除了传统的金属氢化物还原和催化氢化外 ,
采用锌粉作还原剂 ,同样也可以选择性还原芳基酮
随后 ,又有人将这一方法加以改进 ,用它来合成 成苄基醇 ,这一反应通常需要质子酸或 Lewis 酸作
Konwar 等[ 14 ] 在无水条件和非质子溶剂乙腈中 , 以三氯化铝 (Lewis 酸) 为催化剂 ,可以使醛或酮发生 交叉偶联反应 ,生成烯烃.
2. 4 碳碳偶联反应[ 11 ,12 ]
Corey 等[ 12 ] 在 Clemmensen 还原的基础上 , 在反 应中加入三甲基氯硅烷 ( TMSCl) ,得到一些不饱和 的化合物. TMSCl 对质子惰性的物质 ,在羰基上先加 成后脱水 ,生成碳碳双键. 这一反应在有机合成上作 为一种新的成环反应途径 ,受到有机化学家们高度
率的硫醇 ,但这种含水的硫醇会阻止进一步的反应 ,
95 %的产率 ,这是一种替代 Wittig 反应合成该类化
Kobayashi[ 28 ] 用锌粉 、二甲基乙酰胺和二氯二甲基硅
合物的有效手段之一.
在无水条件下 ,75 ℃下回流 ,成功地还原芳基磺酰
氯为 芳 基 硫 醇 和 连 硫 化 物 , 其 转 化 率 最
4s2,其最外层的s
其独特的电子结构决定了其独
锌是一种强还原剂,它在中性 、酸性
和碱性条件下均具有较强的还原能力,它可以还原
碳碳重键 、碳卤键 、碳硫键
在不同介质和催化剂作用下,得到的
Reformatsky试剂[ 2 ]等在
. Rieke等在金属锌
以他的名字命名的
试剂引起广大有机化学家的高度重视[ 3 ].11. 1时的minFeng,质子Ξ 李
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醋酸和超声超声波的作用下 ,可以获得 87 %的产 率[ 9 ].
率大增 ,就会产生烯烃. 总之 ,用卡宾中间体来解释 这些反应的机理是合理的.
2. 3 Clemmensen 还原[10 ]
利用锌汞齐在盐酸存在下 ,把羰基还原成亚甲
基 ,这就是我们熟知的 Clemmensen 的还原.
-6520Abstract This paper reviews the advances in studies of various reactions using zinc metal as reductant in the carbon multiple bonds,carbonoxygen double bonds,
金恒
(中国科学院广州化学研究所纤维素化学开放研究实验室 广州 510650)
摘要
以及它在有机合成中的应用. 讨论了金属锌在催化剂的作用
下 ,还原碳碳 、碳氮 、
碳卤等单键的还原和偶联.
关键词 金属锌 ,化学还原 ,反应
Recent Advances in Organic Reactions Using Zinc Metal as Reductant
成功地还原卤代烷基和卤代烯基化合物. 在醋酸介
质中 ,这一反应先会产生有机基 ,然后自由基生成新
的碳碳键 (Barbier reaction) ,或者被进一步还原[ 19 ]. 4. 1 还原脱卤
脂肪族的碘代物和溴代物和苄基氯等采用醋酸
和锌的还原体系 ,很容易获得烃类化合物. 尽管卤代
芳烃还原活性相对困难一些 ,但 Gronowitz 等 在 [ 20a ]
有机合成中有着非常广泛的应用件非 常 温 和:温 度 为65℃,反 应 时 间 为10～60
的使用研究上做出突出贡献,[ 4 ].
Rieke Zn
在此 ,我们对以锌为还原剂应用于还原 、偶联反应等 方面的工作作一综述.
Ξ E2mail : jhf @mail . gic. ac. cn
Received November 6 , 2001 ; revised and accepted March 19 , 2002.
2. 2 还原成频哪醇 利用 Zn2Cu偶联芳基醛生成 1 ,22二醇 (pinacol)
的最早报道见于 1892 年 ,近年来使用 TiCl3作催化 剂 ,在酸性水溶液中可以合成频哪醇. 人们推测这一 反应是自由基反应机理. 利用锌和铜还原混合酮反 应生成频哪醇的方法 ,与经典的钠和镁还原的方法 相比 ,不仅所需的试剂价廉易得 ,而且操作简便 ,在
烯加成发生偶联反应. 对不饱和的环己酮可以发生
1 ,4 加成.
烯丙基溴是一个非常有用的合成子 ,在以锌为
还原剂的反应中 ,首先生成的自由基进攻羰基碳 ,生
成各种醇 ,这一方法已被广泛采用[ 21 ].我国科学家
戴立信 、侯雪龙等[ 19b ] 利用烯丙基溴 、锌粉在碱性的 4. 4 脱卤偶联反应
碳酸氢钠水溶液中 ,进攻亚胺的碳原子 ,取得了很好
Motherwell 等[ 13 ] 对反应机理进行了探讨. 他们认 为有机氯硅烷的加入 ,硅原子的空轨道会与羰基氧 先配位 ,然后生成硅醚 ,而二价锌本身是一种 Lewis
中心 ,它可以稳定卡宾 ,这样一来 ,卡宾间的碰撞几
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4 碳卤键的还原
有机化学
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在不同的反应条件下 ,利用锌粉为还原剂 ,可以
化金属锌 ,加速反应的进行.
Sasson 等[ 8a ] 通过研究证实 ,利用锌粉和水还原 这一类型的反应机理是金属锌提供电子 ,而质子来 自被活化水分子 (溶剂) .
最近 ,文献[ 7 ] 报道使用锌粉在醋酸的介质中直
接发生还原反应 ,可以用于合成多种药物的中间体
哌啶酮及其衍生物 ,其转化率最高可达 95 %. 采用
特的反应活性.,可以高选择性顺式加成生成烯烃,而且,还可
以防止过度还原.炔醇类的化合物对锌粉还原,活性
硝基 、亚硝基 、氰基 、羰基 、非常高,在乙醇溶液中回流,可以获得95 %以上的
等多种官能团,转化率. White等利用Rieke Zn试剂,还原共轭烯炔
产物不同.此外,有机锌[ 1 ]、成共轭的二烯,还原二炔为烯炔和二烯烃,其反应条
的 DMF 溶液中 ,用锌粉还原醛生成醇 ,最高获得了
98 %的转化率.
1. 2 碳碳双键的还原
用锌粉还原碳碳双键的文献报道不多 , Petrier 等[ 6 ] 使用 NiCl2为催化剂 ,在含水介质和超声波的作 用下 ,用锌粉还原 α,β2不饱和羰基化合物的碳碳双 键 ,可以获得 97 %的转化率. 实验证明 ,超声波能活
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・综述与进展・
有机化学
Chinese Journal of Organic Chemistry
金属锌在有机合成反应中的应用
李国平 江焕峰
综述了近年来以金属锌作为还原剂的各种反应, 碳氧重键及碳氧 、碳硫 、
Vol . 22 , 2002 No. 11 , 801～806
关注 .
3 碳氧单键的还原原脱除 ,生成亚甲基或发生偶联反应[ 15 ],烯丙 基和苄基醚 、酯和醇也能用锌粉还原 ,这是因为烯丙 基和苄基的高反应活性 ,会与亲电试剂发生偶联反 应[ 16 ].当烯丙基化合物与易离去基团相连时 ,用锌 粉作还原剂 ,很容易生成丙二烯的中间体 ,利用这个 中间体 ,派生出一系列的烯丙基化反应 .
Luche 等[ 22 ] 发现 ,在含水介质和超声波作用下 ,锌铜 可以促进烷基卤与不饱和羰基化合物的烷基化反
应. 他们还发现 ,利用这一反应 ,可以合成带三元环
官能团的醇类化合物 ,这一反应可以用于许多天然
产物的合成.
4. 2 烯丙基化反应
如果在脱卤过程中 ,体系中存在亲电基团 ,就会
产生自由基的加成反应. 苯乙酰卤代物会与环己基
属元素
℃,在干燥空气中稳定. 碳碳叁键的还原
有机合成中有着广泛的用途. -7053 -6973薄片锌 、海绵锌 、文献报道,当碳碳叁键与吸电子基团相邻存在用锌粉可以高选择性地还原炔键 锌 与传统 粉 、 锌原子的电子排布式为3d10Lindar催化剂催化氢化不同的是,利用金属锌或
电子非常容易失去,锌合金和质子溶剂还原炔烃,锌提供电子,溶剂提供
和肟中的氮氧键 ,生成胺类化合物 ;还原磺酰氯和二
硫化物成亚硫酸盐和硫醇[ 28 ].
杜邦公司药物研究人员 Wang 等[ 24 ] 在开发抗爱
芳基硫醇传统上是用还原芳基磺酰氯的方法制
滋病的药物研究中 ,利用金属锌还原脱卤这一反应 ,
备 ,在酸性水溶液中用金属锌还原 ,可以得到较高收
用一锅法从醛开始制备二氯代末端烯 ,获得 85 %～
醋酸和水的混合溶剂中实现了对三氯噻吩的还原脱 卤生成一氯代噻吩 ,其转化率可达 90 %. β2卤代烯
酮和 α2二氯代酮都可以转化率较高地脱氯生成酮.
4. 3 烷基化反应 在含水介质中 ,烯丙基化反应很容易进行 ,但烷
基化反应却不容易进行 ,于是有人认为烷基卤在含
水介质中的离子化严重 ,会失去反应活性. 但后来 ,
presence of catalysts ,
sulfur bonds and carbon2halide bonds.
2
,
carbonKey words nitrogen bonds zinc metal ,carbon2
碳碳重键的还原
锌为 30 号元素 , -7146为过渡金 -7133.单质锌熔点为