硼氢化钠还原(张亚民)
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ZnBH4的还原能力和NaBH4相当，但碱性较小，适用于对碱敏感的底物 ZnCl2 + 2NaBH4 ZnBH4 + 2NaCl
Page 16
其他金属盐
2: 碱土金属盐碱金属等可以置换钠离子得到其他硼氢 化金属盐, 活性得到提高或降低,LiCl,CaCl2;
MCl + 2NaBH4
MBH4 + NaCl
Page 18
还原胺化
• 反应机理:
O
+ R1 R2
HN R4 R3
R2 R4 N
R1 OH R3
R2
R4
N
H
R2
R4
N
R1
R3
R1
R3
1: 还原剂需要有选择性,能优先还原亚胺盐而不是还原醛酮.
Page 19
还原胺化
• 反应实例:NaBH(OAc)3
H
N O+
NaBH(OAc)3/AcOH
N
CH2Cl2 Rt. 24h
RCOOBH2 + RCOONa 50%
RCH2O B
RCH2OH 50%
Page 11
硼氢化钠和质子酸
• 机理和应用
F3C COOH + NaBH4
F3C COOBH3Na + H2 RCOOH
RCOOBH2 + CF3COONa + H2
RCH2O B
浓硫酸也可以发生类似反应
R +
N Boc
Bz NH
NH2 NaBH3CN
F
CH3COOH
CH2Cl2
N
Boc
Page 20
还原胺化
• 反应实例:NaBH4/Mg(ClO4)2
OTBS
O +
NH2R
Mg(ClO4)2 NaBH4
OTBS H NHR
H
反应底物和金属形成刚性的络合环状结构
Page 21
还原胺化
• 反应实例:Ti(O-i-Pr)4
O
Ar
Ar
R
NN
R
Co
O
OO
O
Cobalt complex,7
1: 手性金属试剂,价格高,不容易买到
2：手性季氨盐
3：一些糖,氨基酸等也被报道用于提高 产物的e.e值
Page 4
2: 原子半径较大的金属盐, 参与还原α,β- 环氧酮。 比较常用的有CsCl, LaCl。
THPO
n-Bu O
O
NaBH4,MCl MeOH,0oC
化金属盐, 活性得到提高或降低,LiCl,CaCl2; 3: CuSO4,BiCl3可用于还原硝基; 4: 过渡金属盐被硼氢化钠还原后催化氢化. 5: 相转移催化剂
Page 15
其他金属盐
1: 本身是弱Lewis 酸: ZnCl2,CoCl2,TiCl4,SnCl4等
CoCl2产生硼烷,活性较高;
硼氢化钠和碘
• 应用示例
COOMe NaBH4
COOH
I2
0-25OC
COOMe CH2OH
选择性还原酸,酯基不受影响
还原酯需要加热
还原酰胺也需要加热
Page 14
其他金属盐
• 反应机理不尽相同:
主要有下列几类: 1: 本身是Lewis 酸: ZnCl2,CoCl2,TiCl4,SnCl4,活性较高; 2: 碱土金属盐碱金属等可以置换钠离子得到其他硼氢
O NaBH4
OH
MeO
methanol,0OC MeO
• 还原酸酐:
Boc NH O O
OO
NaBH4
Boc NH
water,0-5OC OH
低温下选择性较好,硝基等基团不受影响
Page 3
NaBH4的立体选择性
• NaBH4与手性试剂
O
OH
Cobalt complex,7
O
NaBH4,ethanol
+
+
+
+
?
+
+
+
+
?
+
?
+-
+-
?
+
+
+
_
?
+
+
_
_
?
+
+
_
_
?
_
_
_
_
?
_
_
_
_
+
+ : 可以发生反应 - : 不能发生反应
? : 不确定
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谢谢
Page 24
Page 9
BF3
• 反应实例,活性没有AlCl3高
R
O R O R1
O R N R1
R2
CN R
(RCH2CH2)3B
R OH 还原羧酸衍生物
R N R1 R2
R NH2 还原氰基
Page 10
硼氢化钠和质子酸
• 机理和应用
2R COOH + 2NaBH4
2 R COOBH3Na + 2H2 (RCOO)2BH2Na + NaBH4
硼氢化钠和碘
• 机理
2NaBH4 + I2
B2H6 + H2 + 2NaI
• 应用范围和BF3一样,还原能力类似于硼烷, 易消除的羟基不受影响。最经典的应用就是氨基醇的制备。
R COOH NaBH4
NH2
I2
CH2OH R
NH2
COOH NaBH4
R
HN O
I2
R1
CH2OH R
HN
R1
Page 13
活性次序： LiBH4 > NaBH4 > Ca(BH4)2 ≈KBH4
这里CaCl2参与的还原得到 很好的1，2 还原的产物
Page 17
其他金属盐
• 应用示例
O PdCl2
Ar R MeOH Ar R
Ph
PdCl2
Ph
Ph PEG/CH2Cl2
Ph +
Ph
Ph
91%
trace
HO
N
NH2
NiCl
Page 6
硼氢化钠和Lewis酸
• 1. AlCl3,机理和应用
NaBH4 + AlCl3
B2H6+ AlH3 + NaCl
产物有乙硼烷和氢化铝,活性类似 LiAlH4,可以替代
Page 7
• 反应实例
R
AlCl3
(RCH2CH2)3B + AlH3 原子不经济
O R O R1
O R N R1
R2
CN R
R OH
R N R1 R2
R NH2
还原羧酸衍生物 还原氰基
其他应用: 如脱卤,脱苄,还原肟等等.
Page 8
硼氢化钠和Lewis酸
• 1. BF3,机理和应用
3NaBH4 + 4BF3
2B2H6 + 3NaBF4
产物是硼烷,可以替代硼烷直接应用
原子经济 产物单一,处理方便, 安全性高,避免了应用剧毒的硼烷
钛酸四异丙酯代替酸,对酸敏感的底物可以应用.对底物含有 缩醛，甲基酮，甲基叔丁基硅醚可以适用。
Page 22
NaBH4 R-COCl (R-CO)2O R-COOH R-COOEt RCOONR1R2 R-CN R-X R-H R-NO2
AlCl3 BF3
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
_
+
_
总结
I2
CoCl2 LiBH4 NaBH4 CuSO4
n-Bu
O OH
+
major
H H
O
O NaBH4,CeCl MeOH,0oC THPO
H H 93%
OH O
+
THPO
n-Bu O
OH minor
OH O H
H
Page 5
提高反应活性的配合体系
不同体系反应机理完全不同.
• 硼氢化钠和Lewis酸 • 硼氢化钠和质子酸 • 硼氢化钠和碘 • 硼氢化钠和金属盐 • 其他配合体系
硼氢化钠还原
张亚民
Page 1
硼氢化钠的应用特点
• 1. 廉价 • 2. 安全,后处理简单,可以用于工业化生产 • 3. 适用范围广泛, 不同条件下可以还原多种基团 • 4. 选择性较好 • 5. 新的配合体系不断被发现,发展前景广阔
Page 2
硼氢化钠的应用
• 硼氢化钠还原醛酮:
溶剂:醇或者水
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其他金属盐
2: 碱土金属盐碱金属等可以置换钠离子得到其他硼氢 化金属盐, 活性得到提高或降低,LiCl,CaCl2;
MCl + 2NaBH4
MBH4 + NaCl
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还原胺化
• 反应机理:
O
+ R1 R2
HN R4 R3
R2 R4 N
R1 OH R3
R2
R4
N
H
R2
R4
N
R1
R3
R1
R3
1: 还原剂需要有选择性,能优先还原亚胺盐而不是还原醛酮.
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还原胺化
• 反应实例:NaBH(OAc)3
H
N O+
NaBH(OAc)3/AcOH
N
CH2Cl2 Rt. 24h
RCOOBH2 + RCOONa 50%
RCH2O B
RCH2OH 50%
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硼氢化钠和质子酸
• 机理和应用
F3C COOH + NaBH4
F3C COOBH3Na + H2 RCOOH
RCOOBH2 + CF3COONa + H2
RCH2O B
浓硫酸也可以发生类似反应
R +
N Boc
Bz NH
NH2 NaBH3CN
F
CH3COOH
CH2Cl2
N
Boc
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还原胺化
• 反应实例:NaBH4/Mg(ClO4)2
OTBS
O +
NH2R
Mg(ClO4)2 NaBH4
OTBS H NHR
H
反应底物和金属形成刚性的络合环状结构
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还原胺化
• 反应实例:Ti(O-i-Pr)4
O
Ar
Ar
R
NN
R
Co
O
OO
O
Cobalt complex,7
1: 手性金属试剂,价格高,不容易买到
2：手性季氨盐
3：一些糖,氨基酸等也被报道用于提高 产物的e.e值
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2: 原子半径较大的金属盐, 参与还原α,β- 环氧酮。 比较常用的有CsCl, LaCl。
THPO
n-Bu O
O
NaBH4,MCl MeOH,0oC
化金属盐, 活性得到提高或降低,LiCl,CaCl2; 3: CuSO4,BiCl3可用于还原硝基; 4: 过渡金属盐被硼氢化钠还原后催化氢化. 5: 相转移催化剂
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其他金属盐
1: 本身是弱Lewis 酸: ZnCl2,CoCl2,TiCl4,SnCl4等
CoCl2产生硼烷,活性较高;
硼氢化钠和碘
• 应用示例
COOMe NaBH4
COOH
I2
0-25OC
COOMe CH2OH
选择性还原酸,酯基不受影响
还原酯需要加热
还原酰胺也需要加热
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其他金属盐
• 反应机理不尽相同:
主要有下列几类: 1: 本身是Lewis 酸: ZnCl2,CoCl2,TiCl4,SnCl4,活性较高; 2: 碱土金属盐碱金属等可以置换钠离子得到其他硼氢
O NaBH4
OH
MeO
methanol,0OC MeO
• 还原酸酐:
Boc NH O O
OO
NaBH4
Boc NH
water,0-5OC OH
低温下选择性较好,硝基等基团不受影响
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NaBH4的立体选择性
• NaBH4与手性试剂
O
OH
Cobalt complex,7
O
NaBH4,ethanol
+
+
+
+
?
+
+
+
+
?
+
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+-
+-
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+
+
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_
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_
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+
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_
_
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_
_
_
_
?
_
_
_
_
+
+ : 可以发生反应 - : 不能发生反应
? : 不确定
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谢谢
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BF3
• 反应实例,活性没有AlCl3高
R
O R O R1
O R N R1
R2
CN R
(RCH2CH2)3B
R OH 还原羧酸衍生物
R N R1 R2
R NH2 还原氰基
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硼氢化钠和质子酸
• 机理和应用
2R COOH + 2NaBH4
2 R COOBH3Na + 2H2 (RCOO)2BH2Na + NaBH4
硼氢化钠和碘
• 机理
2NaBH4 + I2
B2H6 + H2 + 2NaI
• 应用范围和BF3一样,还原能力类似于硼烷, 易消除的羟基不受影响。最经典的应用就是氨基醇的制备。
R COOH NaBH4
NH2
I2
CH2OH R
NH2
COOH NaBH4
R
HN O
I2
R1
CH2OH R
HN
R1
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活性次序： LiBH4 > NaBH4 > Ca(BH4)2 ≈KBH4
这里CaCl2参与的还原得到 很好的1，2 还原的产物
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其他金属盐
• 应用示例
O PdCl2
Ar R MeOH Ar R
Ph
PdCl2
Ph
Ph PEG/CH2Cl2
Ph +
Ph
Ph
91%
trace
HO
N
NH2
NiCl
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硼氢化钠和Lewis酸
• 1. AlCl3,机理和应用
NaBH4 + AlCl3
B2H6+ AlH3 + NaCl
产物有乙硼烷和氢化铝,活性类似 LiAlH4,可以替代
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• 反应实例
R
AlCl3
(RCH2CH2)3B + AlH3 原子不经济
O R O R1
O R N R1
R2
CN R
R OH
R N R1 R2
R NH2
还原羧酸衍生物 还原氰基
其他应用: 如脱卤,脱苄,还原肟等等.
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硼氢化钠和Lewis酸
• 1. BF3,机理和应用
3NaBH4 + 4BF3
2B2H6 + 3NaBF4
产物是硼烷,可以替代硼烷直接应用
原子经济 产物单一,处理方便, 安全性高,避免了应用剧毒的硼烷
钛酸四异丙酯代替酸,对酸敏感的底物可以应用.对底物含有 缩醛，甲基酮，甲基叔丁基硅醚可以适用。
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NaBH4 R-COCl (R-CO)2O R-COOH R-COOEt RCOONR1R2 R-CN R-X R-H R-NO2
AlCl3 BF3
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
_
+
_
总结
I2
CoCl2 LiBH4 NaBH4 CuSO4
n-Bu
O OH
+
major
H H
O
O NaBH4,CeCl MeOH,0oC THPO
H H 93%
OH O
+
THPO
n-Bu O
OH minor
OH O H
H
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提高反应活性的配合体系
不同体系反应机理完全不同.
• 硼氢化钠和Lewis酸 • 硼氢化钠和质子酸 • 硼氢化钠和碘 • 硼氢化钠和金属盐 • 其他配合体系
硼氢化钠还原
张亚民
Page 1
硼氢化钠的应用特点
• 1. 廉价 • 2. 安全,后处理简单,可以用于工业化生产 • 3. 适用范围广泛, 不同条件下可以还原多种基团 • 4. 选择性较好 • 5. 新的配合体系不断被发现,发展前景广阔
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硼氢化钠的应用
• 硼氢化钠还原醛酮:
溶剂:醇或者水