第七章还原 一节
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与金属复合物不同，硼烷是亲电性氢负离子转移还原剂， 它首先进攻富电子中心故易还原羧基，并可与双键发生硼 氢化反应，首先加成而得取代硼烷，进而酸水解而得烃。
(1) 硼烷对烯烃的还原
硼烷对碳—碳不饱和键的亲电加成，所形成的烷基取代硼烷 加酸水解使碳—硼键断裂而得饱和烃，从而使不饱和键还原。 历程：
C C BH3
OH
陈宁等对ZrCl-NaBH4 体系还原羧酸作了系统 的研究，研究内容包括苯甲酸、月桂酸、水杨酸、 硬脂酸、已二酸等的还原，均获得了较高的收率。
3. 以NaBH4-I2体系还原羧酸时，室温条 件下反应，可以获得较高的收率。
需要注意的是，当苯环上为相邻的羧基 和脂基时，只有羧酸被还原。
COOH CO2Et NaBH4 -I2 THF ,0-25 OH CO2Et 82
第七章 还原反应
（reduction reaction）
一、还原反应定义：
在化学反应中，使有机分子中碳原子总的氧化态降低的反应 称为还原反应；即在还原剂的作用下，能使有机分子得到电子 或使参加反应的碳原子上的电子云密度增加的反应。（可看作 为有机分子中加氢或减少氧的反应）。
二、分类：
按 还 原 方 法
（3）烷氧基铝对羰基化合物的还原
利用烷氧基铝将羟基化合物还原成醇的反应 称为 Meerwein-Ponndorf-Verley 反应，常用异丙醇铝/异丙醇还原 体系，形成六圆环过渡态，然后异丙基上的氢原子以氢负离子 的形式从烷氧基转移到羰基碳原子上，得到醇—酮配位化合物 ，铝—氧键断裂，生成新的醇—铝衍生物，经醇解后的醇
三、硼氢化钠还原羧酸机理
氢负离子还原机理
O R C OH + NaBH4 O 4 R C O B Na
3
O
4R
C
O
B3 Na + H2
+ 2NaBH4
4
RCH2O 2H2O
B3 Na + 2NaBO2
4RCH2OH + NaBO 2
O 机理：R C R
OBH3 Na
O R C R
+ Na BH3
N
N
2.亲电反应—亲电加成
硼烷对不饱和键（烯烃、醛、酮、羧酸、及其衍生物、 腈、和肟）的还原反应均属于亲电性负离子转移机理。 硼烷可由硼氢化钠与三氟化硼反应制备；乙硼烷是硼 烷的二聚体，系有毒气体，一般溶于四氢呋喃使用。 在四氢呋喃等醚类溶液中，存在下列平衡：
4BF3 THF 2B2H6 +3NaBF4 3NaBH4 + H BH2 + 2 2 O BH3 H2B H O
H O
R R' H
H
R 3
O
OMH3 R'
H
2H2O 4 R O M 4 R'
OH + MO2
(2) 金属复氢化物对含氮化合物的还原
脂肪族硝基化合物能被LiAlH4/AlCl3还原为胺；而芳香烃硝 基化合物用LiAlH4还原通常得偶氮化合物，如与AlCl3合用则仍可 还原成胺。硝基化合物一般不被硼氢化钠所还原，但在催化剂（ 如硅酸盐、钯、二氯化钴等）存在下，可将硝基化合物还原成胺 。硫代硼氢化钠是还原芳香族硝基化合物为胺的有效还原剂，且 不影响分子中存在的氰基、卤素和稀键。亚硝基化合物用LiAlH4 还原通常也得偶氮化合物。金属复氢化物可将肟还原为胺，若反 应温度较低可得羟胺。
2008年，Yasumitsu Suzuki等利用计算机建立反 应过渡态模型，表明硼氢化钠在还原羰基时是以一个 包括Na+，羰基氧和硼的一个复杂过渡态进行的。
→
近年报道的各种硼氢化钠体系能增强硼 氢化钠的还原性或π-面选择性，基本上都 是因为加入的新基团使BH4-的负氢亲核性 增强，或使羰基双键电子拉向氧增强羰基C 的缺电子性。 如，在I2-NaBH4体系中，I+离子与羰基 氧形成离子对使双键电子拉向氧，羰基炭 形成缺电子中心更易接受BH4-的进攻。
硼氢化钠还原羧酸机理及应用举例
一、硼氢化钠的结构
NaBH4的四氢硼阴离子，具 有以硼原子为中心的四面体 结构，氢原子处在四面体的 四个顶点上，可能释放出的 氢负离子碱性很强并具有强 亲核性。
二、硼氢化钠应用背景
在现代有机合成中,金属氢化物是一 类重要的试剂, 其中最常用的就是硼氢 化钠(NaBH4 ) 。NaBH4 用于有机物的 还原,反应条件温和,可以很容易的将醛 或酮还原为醇,在质子溶剂中将亚胺或亚 胺盐还原为胺, 经过修饰的硼氢化钠还 可以还原羧酸、羧酸酯、胺基化合物和 腈等,硼氢化钠还原法成本适中,用途十 分广泛。
℃
NaBH4 -源自文库2 95
℅
THF ,0-25
℃
CH3(CH2)8COOH
CH3(CH2 )8CH2OH
℅
4. 采用卡特缩合剂（BOP reagent）NaBH4体系可以很容易的实现羧酸的选择性还原， 而-NO2、-CN、-COOR等不被还原。
COOH
OH
BOP reagent NaBH4,THF
CH2CH3
（1）反应通式 O
R
O R'
H2NNH2
R NNH2 R'
R
NaOEt或 KOH
R'
CH2 + N2
R
NNH2 R'
碱
R
N R' NH
R HN
R' NH
R
H
R
（2）反应机理
R N R H R' NH R' H R CH2 R' HN NH
R NNH2 R' R H R'
碱
R R' -N2
（5）水合肼在碱性条件下对醛、酮的还原
在碱性条件下，水合肼向醛、酮羰基亲核进攻，缩合 为腙，进而形成氮负离子，电子转以后形成碳负离子，经 质子转移而放氮分解，最后与质子结合转变为甲基或亚甲 基化合物。
OH
Wolff-Kishner-黄鸣龙还原反应
Zn粉 ,(C2H5)2O 醛、酮在强酸性条件下河水合肼加热反应，还原成 N CHCHOOH HCl(g) 烃的反应称为Wolff-Kishner-黄鸣龙还原反应。
Meerwein-Ponndorf-Verley 反应
醛或酮与异丙醇铝在异丙醇溶液中加热，还原成 相应的醇，而异丙醇则氧化为丙酮，将生成的丙 酮由平衡物中慢慢蒸出来，使反应朝产物方向进 行。这个反应相当于Oppenauer氧化的逆向反应。
（4）甲酸及其衍生物对羰基化合物的还原胺化
在过量甲酸及其衍生物存在下，羰基化合物与氨、胺 的还原胺化反应称为 Leuckart 反应。 在过量甲酸作用下，甲醛与伯胺或仲胺反应，生成甲基化 胺的反应称为Eschweiler-Clarke甲基反应。其反应的历 程一般认为最初的中间产物为Shiff碱，然后经六圆环过 度态将来源于甲酸的氢负离子转移至亚胺碳上，得到还原 胺化产物。
催化氢化反应：催化条件下，反应底物 与分子氢进行加氢反应
化学还原反应：使用化学物质作为还原剂的 反应
生物还原反应：使用微生物发酵或活性酶 进行底物中特定结构的还原反应
催 化 剂 类 别
非均相催化氢 化：催化氢化 中，催化剂自 成一相
以气态氢为氢源者称多相催 化氢化
以有机物为氢源者称转移 氢化 均相催化氢化：催化剂 溶于反应介质中
Leuckart 反应 醛或酮在高温下与甲酸铵反应 得伯胺:除甲酸铵外，反应也可以 用取代的甲酸铵或甲酰铵。
反应中甲酸铵一方面提供氨，另一方面又作为还原剂。
Eschweiler-Clarke 反应
在过量甲酸存在下，一级胺或二级胺与甲 醛反应，得到甲基化后的三级胺：甲醛在 这里作为一个甲基化试剂。
O2N
NO2
金属氢化物还原
两种主要金属氢化物的还原特性[1] 反应官能团 酮 醛 生成官能团 仲醇 伯醇 LiAlH4 √ √ NaBH4 √ √
酯
羧酸 酰氯
伯醇
伯醇 醛
√
√ √
×
× √
注： √表示官能团能被还原； 应很慢
×表示官能团不能被还原或反
还原试剂（金属氢化物）的选择：LiAlH4 反应迅速， 但后处理操作复杂一般选NaBH4
O(CH2CH2OCH3)2
C C H BH2
C C
C C H
3B
H3O
3 CC HH
B(OH)3
硼烷中的硼原子因极化而带部分正电荷，当与富电子烯 烃反应时，硼原子和氢一起加在双键的同侧（顺式加成）形成 四中心过渡态。 不对称烯烃用硼还原时，硼原子符合反马氏规则。
（2) 硼烷对羰基化合物和含氟化合物的还原
羰基化合物及其衍生物可用硼烷还原成醇或胺
R C R X
BH3
R C X BH3
BrH2 X H R C R'
H2Br X R
XH
H2O
R
R'
C R' H
C H
R'
(R’=H、烃基、OR、NR’等；X=O、N、NOH等）
硼烷对羰基化合物及其衍生物还原时，首先是缺电子的硼 原子与羰基氧原子上未共用电子结合，然后硼原子中的氢 原子以负离子形式转移至羰基上，经水解后得醇或胺 醛、酮类化合物可在较温和条件下被硼还原为醇；酰卤类 化合物不能被硼烷还原；硼烷与金属复氢化合物的不同之 处在于易还原羧基为相应的醇；硼烷可将酰胺、腈、肟等 底物还原为胺。
还 原 剂 差 异
亲核反应（负氢离子的转移） 亲电反应 自由基反应
三、还原反应机理
（一）电子反应机理
1、亲核反应——亲核加成 （1）金属复氢化物对羰基化合物的还原 金属复氢化物对羰基化合物及其衍生物的还原， 除酰胺和腈还原为胺外，其他的底物一般都还原为醇 . 金属复氢化物类还原剂为碱金属氢化物与第三组 元素硼、铝等的氢化物之间所形成的复合盐。（常用 者：氢化铝锂 （LiAlH4) 、硼氢化锂（LiBH4) 、硼 氢化钾（KBH4) 及其衍生物：三仲丁基硼氢化里 ｛［C2H5CH(CH3)］3BHLi｝、硫代硼氢化钠 （NaBH2S3）、和氰基硼氢化钠[NaBH3（CN）]等。
H R O R C R
R C R H O R C R
OBH2O C H R C R H H2O H OH R
OCHR 2 R2HCO B OCHR 2 Na OCHR 2
4 R C R + B(OH) 3 + NaOH
H
总反应
4RCO2H + 3NaBH4 +H2O 4RH2OH
+ 3NaBO2
+ 4H2
金属复氢化物具有四氢铝离子（AlH4 ）或四氢硼 离子 （AlH4 ）的复盐结构，这种复合负离子具有 亲核性，可向极性不饱和键（羟基、氰基等）中带 正电荷的碳原子进攻，继而氢负离子转移至带正电 荷的碳原子上形成络合物离子，与质子结合而完成 加氢还原过程
R H M H+ R' H R R'
H
+
R O+ R'
四、举例说明
1. 以ZnCl-NaBH4体系，在THF中回流状态下则 可以很顺利的还原脂肪羧酸和芳香酸。
NaBH4 -ZnCl2 R-COOH THF ,△ R OH R= alkyl / aryl 70-95℅
2. ZrCl-NaBH4体系还原羧酸时，在室温下 即可获得很高的产率。
COOH NaBH 4 -ZrCl4 THF ,rt, 5h 85℅
(1) 硼烷对烯烃的还原
硼烷对碳—碳不饱和键的亲电加成，所形成的烷基取代硼烷 加酸水解使碳—硼键断裂而得饱和烃，从而使不饱和键还原。 历程：
C C BH3
OH
陈宁等对ZrCl-NaBH4 体系还原羧酸作了系统 的研究，研究内容包括苯甲酸、月桂酸、水杨酸、 硬脂酸、已二酸等的还原，均获得了较高的收率。
3. 以NaBH4-I2体系还原羧酸时，室温条 件下反应，可以获得较高的收率。
需要注意的是，当苯环上为相邻的羧基 和脂基时，只有羧酸被还原。
COOH CO2Et NaBH4 -I2 THF ,0-25 OH CO2Et 82
第七章 还原反应
（reduction reaction）
一、还原反应定义：
在化学反应中，使有机分子中碳原子总的氧化态降低的反应 称为还原反应；即在还原剂的作用下，能使有机分子得到电子 或使参加反应的碳原子上的电子云密度增加的反应。（可看作 为有机分子中加氢或减少氧的反应）。
二、分类：
按 还 原 方 法
（3）烷氧基铝对羰基化合物的还原
利用烷氧基铝将羟基化合物还原成醇的反应 称为 Meerwein-Ponndorf-Verley 反应，常用异丙醇铝/异丙醇还原 体系，形成六圆环过渡态，然后异丙基上的氢原子以氢负离子 的形式从烷氧基转移到羰基碳原子上，得到醇—酮配位化合物 ，铝—氧键断裂，生成新的醇—铝衍生物，经醇解后的醇
三、硼氢化钠还原羧酸机理
氢负离子还原机理
O R C OH + NaBH4 O 4 R C O B Na
3
O
4R
C
O
B3 Na + H2
+ 2NaBH4
4
RCH2O 2H2O
B3 Na + 2NaBO2
4RCH2OH + NaBO 2
O 机理：R C R
OBH3 Na
O R C R
+ Na BH3
N
N
2.亲电反应—亲电加成
硼烷对不饱和键（烯烃、醛、酮、羧酸、及其衍生物、 腈、和肟）的还原反应均属于亲电性负离子转移机理。 硼烷可由硼氢化钠与三氟化硼反应制备；乙硼烷是硼 烷的二聚体，系有毒气体，一般溶于四氢呋喃使用。 在四氢呋喃等醚类溶液中，存在下列平衡：
4BF3 THF 2B2H6 +3NaBF4 3NaBH4 + H BH2 + 2 2 O BH3 H2B H O
H O
R R' H
H
R 3
O
OMH3 R'
H
2H2O 4 R O M 4 R'
OH + MO2
(2) 金属复氢化物对含氮化合物的还原
脂肪族硝基化合物能被LiAlH4/AlCl3还原为胺；而芳香烃硝 基化合物用LiAlH4还原通常得偶氮化合物，如与AlCl3合用则仍可 还原成胺。硝基化合物一般不被硼氢化钠所还原，但在催化剂（ 如硅酸盐、钯、二氯化钴等）存在下，可将硝基化合物还原成胺 。硫代硼氢化钠是还原芳香族硝基化合物为胺的有效还原剂，且 不影响分子中存在的氰基、卤素和稀键。亚硝基化合物用LiAlH4 还原通常也得偶氮化合物。金属复氢化物可将肟还原为胺，若反 应温度较低可得羟胺。
2008年，Yasumitsu Suzuki等利用计算机建立反 应过渡态模型，表明硼氢化钠在还原羰基时是以一个 包括Na+，羰基氧和硼的一个复杂过渡态进行的。
→
近年报道的各种硼氢化钠体系能增强硼 氢化钠的还原性或π-面选择性，基本上都 是因为加入的新基团使BH4-的负氢亲核性 增强，或使羰基双键电子拉向氧增强羰基C 的缺电子性。 如，在I2-NaBH4体系中，I+离子与羰基 氧形成离子对使双键电子拉向氧，羰基炭 形成缺电子中心更易接受BH4-的进攻。
硼氢化钠还原羧酸机理及应用举例
一、硼氢化钠的结构
NaBH4的四氢硼阴离子，具 有以硼原子为中心的四面体 结构，氢原子处在四面体的 四个顶点上，可能释放出的 氢负离子碱性很强并具有强 亲核性。
二、硼氢化钠应用背景
在现代有机合成中,金属氢化物是一 类重要的试剂, 其中最常用的就是硼氢 化钠(NaBH4 ) 。NaBH4 用于有机物的 还原,反应条件温和,可以很容易的将醛 或酮还原为醇,在质子溶剂中将亚胺或亚 胺盐还原为胺, 经过修饰的硼氢化钠还 可以还原羧酸、羧酸酯、胺基化合物和 腈等,硼氢化钠还原法成本适中,用途十 分广泛。
℃
NaBH4 -源自文库2 95
℅
THF ,0-25
℃
CH3(CH2)8COOH
CH3(CH2 )8CH2OH
℅
4. 采用卡特缩合剂（BOP reagent）NaBH4体系可以很容易的实现羧酸的选择性还原， 而-NO2、-CN、-COOR等不被还原。
COOH
OH
BOP reagent NaBH4,THF
CH2CH3
（1）反应通式 O
R
O R'
H2NNH2
R NNH2 R'
R
NaOEt或 KOH
R'
CH2 + N2
R
NNH2 R'
碱
R
N R' NH
R HN
R' NH
R
H
R
（2）反应机理
R N R H R' NH R' H R CH2 R' HN NH
R NNH2 R' R H R'
碱
R R' -N2
（5）水合肼在碱性条件下对醛、酮的还原
在碱性条件下，水合肼向醛、酮羰基亲核进攻，缩合 为腙，进而形成氮负离子，电子转以后形成碳负离子，经 质子转移而放氮分解，最后与质子结合转变为甲基或亚甲 基化合物。
OH
Wolff-Kishner-黄鸣龙还原反应
Zn粉 ,(C2H5)2O 醛、酮在强酸性条件下河水合肼加热反应，还原成 N CHCHOOH HCl(g) 烃的反应称为Wolff-Kishner-黄鸣龙还原反应。
Meerwein-Ponndorf-Verley 反应
醛或酮与异丙醇铝在异丙醇溶液中加热，还原成 相应的醇，而异丙醇则氧化为丙酮，将生成的丙 酮由平衡物中慢慢蒸出来，使反应朝产物方向进 行。这个反应相当于Oppenauer氧化的逆向反应。
（4）甲酸及其衍生物对羰基化合物的还原胺化
在过量甲酸及其衍生物存在下，羰基化合物与氨、胺 的还原胺化反应称为 Leuckart 反应。 在过量甲酸作用下，甲醛与伯胺或仲胺反应，生成甲基化 胺的反应称为Eschweiler-Clarke甲基反应。其反应的历 程一般认为最初的中间产物为Shiff碱，然后经六圆环过 度态将来源于甲酸的氢负离子转移至亚胺碳上，得到还原 胺化产物。
催化氢化反应：催化条件下，反应底物 与分子氢进行加氢反应
化学还原反应：使用化学物质作为还原剂的 反应
生物还原反应：使用微生物发酵或活性酶 进行底物中特定结构的还原反应
催 化 剂 类 别
非均相催化氢 化：催化氢化 中，催化剂自 成一相
以气态氢为氢源者称多相催 化氢化
以有机物为氢源者称转移 氢化 均相催化氢化：催化剂 溶于反应介质中
Leuckart 反应 醛或酮在高温下与甲酸铵反应 得伯胺:除甲酸铵外，反应也可以 用取代的甲酸铵或甲酰铵。
反应中甲酸铵一方面提供氨，另一方面又作为还原剂。
Eschweiler-Clarke 反应
在过量甲酸存在下，一级胺或二级胺与甲 醛反应，得到甲基化后的三级胺：甲醛在 这里作为一个甲基化试剂。
O2N
NO2
金属氢化物还原
两种主要金属氢化物的还原特性[1] 反应官能团 酮 醛 生成官能团 仲醇 伯醇 LiAlH4 √ √ NaBH4 √ √
酯
羧酸 酰氯
伯醇
伯醇 醛
√
√ √
×
× √
注： √表示官能团能被还原； 应很慢
×表示官能团不能被还原或反
还原试剂（金属氢化物）的选择：LiAlH4 反应迅速， 但后处理操作复杂一般选NaBH4
O(CH2CH2OCH3)2
C C H BH2
C C
C C H
3B
H3O
3 CC HH
B(OH)3
硼烷中的硼原子因极化而带部分正电荷，当与富电子烯 烃反应时，硼原子和氢一起加在双键的同侧（顺式加成）形成 四中心过渡态。 不对称烯烃用硼还原时，硼原子符合反马氏规则。
（2) 硼烷对羰基化合物和含氟化合物的还原
羰基化合物及其衍生物可用硼烷还原成醇或胺
R C R X
BH3
R C X BH3
BrH2 X H R C R'
H2Br X R
XH
H2O
R
R'
C R' H
C H
R'
(R’=H、烃基、OR、NR’等；X=O、N、NOH等）
硼烷对羰基化合物及其衍生物还原时，首先是缺电子的硼 原子与羰基氧原子上未共用电子结合，然后硼原子中的氢 原子以负离子形式转移至羰基上，经水解后得醇或胺 醛、酮类化合物可在较温和条件下被硼还原为醇；酰卤类 化合物不能被硼烷还原；硼烷与金属复氢化合物的不同之 处在于易还原羧基为相应的醇；硼烷可将酰胺、腈、肟等 底物还原为胺。
还 原 剂 差 异
亲核反应（负氢离子的转移） 亲电反应 自由基反应
三、还原反应机理
（一）电子反应机理
1、亲核反应——亲核加成 （1）金属复氢化物对羰基化合物的还原 金属复氢化物对羰基化合物及其衍生物的还原， 除酰胺和腈还原为胺外，其他的底物一般都还原为醇 . 金属复氢化物类还原剂为碱金属氢化物与第三组 元素硼、铝等的氢化物之间所形成的复合盐。（常用 者：氢化铝锂 （LiAlH4) 、硼氢化锂（LiBH4) 、硼 氢化钾（KBH4) 及其衍生物：三仲丁基硼氢化里 ｛［C2H5CH(CH3)］3BHLi｝、硫代硼氢化钠 （NaBH2S3）、和氰基硼氢化钠[NaBH3（CN）]等。
H R O R C R
R C R H O R C R
OBH2O C H R C R H H2O H OH R
OCHR 2 R2HCO B OCHR 2 Na OCHR 2
4 R C R + B(OH) 3 + NaOH
H
总反应
4RCO2H + 3NaBH4 +H2O 4RH2OH
+ 3NaBO2
+ 4H2
金属复氢化物具有四氢铝离子（AlH4 ）或四氢硼 离子 （AlH4 ）的复盐结构，这种复合负离子具有 亲核性，可向极性不饱和键（羟基、氰基等）中带 正电荷的碳原子进攻，继而氢负离子转移至带正电 荷的碳原子上形成络合物离子，与质子结合而完成 加氢还原过程
R H M H+ R' H R R'
H
+
R O+ R'
四、举例说明
1. 以ZnCl-NaBH4体系，在THF中回流状态下则 可以很顺利的还原脂肪羧酸和芳香酸。
NaBH4 -ZnCl2 R-COOH THF ,△ R OH R= alkyl / aryl 70-95℅
2. ZrCl-NaBH4体系还原羧酸时，在室温下 即可获得很高的产率。
COOH NaBH 4 -ZrCl4 THF ,rt, 5h 85℅