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如何實(shí)現(xiàn)酯到醛的精準(zhǔn)轉(zhuǎn)化?——探秘還原劑DIBAL-H

 化學(xué)小白 2025-09-26 發(fā)布于四川

二異丁基氫化鋁(Diisobutylaluminium Hydride,簡稱DIBAL、DIBAL-H或DIBAH)是一種具有高度選擇性的有機(jī)化學(xué)還原劑,在現(xiàn)代有機(jī)合成中扮演著不可或缺的角色。其化學(xué)式為C?H??Al,分子量為142.222,CAS登錄號(hào)為1191-15-7。一般情況以二聚體,三聚體的形式存在。

DIBAL結(jié)構(gòu)式|圖源:摩熵化學(xué)(MolAid)

在適當(dāng)?shù)臏囟葪l件下,DIBAL-H 能夠高效地將醛、酮、酰氯、羧酸酯和羧酸還原為相應(yīng)的醇;將亞胺、腈和酰胺還原為相應(yīng)的胺。雖然烷基鹵對(duì) DIBAL-H 是惰性的,但磺酸酯可被 DIBAL-H 定量還原生成相應(yīng)的烷烴。

1955 年,DIBAL-H 首次出現(xiàn)在化學(xué)文獻(xiàn)中。當(dāng)時(shí),馬克斯-普朗克煤炭研究所(位于德國魯爾區(qū)米爾海姆)的 Karl Ziegler、Kurt Schneider 和 Josef Schneider 展示了該試劑與其它有機(jī)鋁氫化物可將醛還原為醇。此后,DIBAL-H 的應(yīng)用進(jìn)一步拓展,能夠在更溫和的條件下將羧酸、酯及腈類化合物還原為醛。在類似條件下,氫化鋁鋰是一種比 DIBAL-H 更強(qiáng)的還原劑。

圖源:cheminfographic

物理性質(zhì)來看,DIBAL-H具有良好的有機(jī)溶劑相容性,可溶于大多數(shù)常見有機(jī)溶劑,包括己烷、庚烷、環(huán)己烷、甲苯、乙醚、二氯甲烷和THF等。

DIBAL-H 具有較強(qiáng)的吸濕性,暴露在空氣中容易自然。一般在干燥的無水無氧體系中使用,在通風(fēng)櫥中進(jìn)行操作,在冰箱中儲(chǔ)存。

與大多數(shù)金屬氫化物一樣,DIBAL-H 在空氣中會(huì)自發(fā)氧化,并與水發(fā)生劇烈反應(yīng),甚至?xí)?。鑒于這些危險(xiǎn),它通常以脂肪烴(如己烷)、芳香烴(如甲苯)或醚(如四氫呋喃)溶液的形式出售。

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二異丁基氫化鋁還原性

因?yàn)殇X原子存在空軌道因此二異丁基氫化鋁具有路易斯酸性。因此類似于二異丁基氫化鋁這類的ate配位的還原劑常常表現(xiàn)出一些特殊的反應(yīng)性。腈能被還原到亞胺,然后通過水解最終得到醛。因此腈可以等同看做醛??s醛能被還原成醚。例如,用DIBAL與亞芐基縮醛反應(yīng)會(huì)得到芐基的醚(參考PMB保護(hù))。另外,在低溫條件下進(jìn)行反應(yīng)的話,部分情況酯能被還原成醛,這一般不易達(dá)到。一般用兩個(gè)摩爾當(dāng)量以上的DIBAL先還原到醇之后,再氧化回到醛,要花去很多步驟。而近些年,含有DIBAL的ate型還原劑表現(xiàn)出了這樣的部分還原的效果。加入n-BuLi得到的ate型還原劑LiAlH(i-Bu)2(n-Bu),能作為一種非常強(qiáng)的還原劑使用。

DIBAL-H還原劑特點(diǎn)

DIBAL-H(二異丁基氫化鋁)是有機(jī)合成中廣泛使用的一種重要還原劑,具備以下特性:

(1)溫度敏感性:DIBAL-H還原能力主要受到反應(yīng)溫度的影響。因此,通過對(duì)反應(yīng)體系溫度的控制可以實(shí)現(xiàn)對(duì)官能團(tuán)的高度選擇性還原。通常它可以在-78°C至70°C的溫度范圍內(nèi)使用,還原能力基本上覆蓋了常用還原劑NaBH4, BH3 和LiAlH4的功能范圍。

(2)多功能性:能夠?qū)⑷?、酮、酰氯、羧酸酯和羧酸還原成相應(yīng)的醇,以及將亞胺、腈和酰胺還原成相應(yīng)的胺。

(3)選擇性:DIBAL-H在低溫條件下可以選擇性地將羧酸酯還原成相應(yīng)的醛,以及將內(nèi)酯還原成相應(yīng)的環(huán)狀半縮醛。此外,它還能將腈還原成相應(yīng)的醛,通過亞胺中間體和隨后的水解步驟實(shí)現(xiàn)。

(4)對(duì)空間位阻敏感:由于其分子結(jié)構(gòu)龐大,DIBAL-H對(duì)底物的空間位阻非常敏感。它更容易還原位阻小的官能團(tuán),而難以進(jìn)攻位阻大的官能團(tuán)。這一特性有時(shí)可以用來實(shí)現(xiàn)區(qū)域選擇性還原。

(5)Lewis酸性:DIBAL-H表現(xiàn)出Lewis酸的性質(zhì),能夠催化某些反應(yīng),如與酮肟反應(yīng)時(shí)直接得到擴(kuò)環(huán)的環(huán)胺。

(6)對(duì)水和空氣敏感:DIBAL-H具有較強(qiáng)的吸濕性,對(duì)空氣和濕氣敏感,遇水會(huì)發(fā)生激烈反應(yīng)放出氫氣,因此一般在干燥的無水體系中使用。

(7)溶解性:DIBAL-H通常以溶液形式出售(常見于己烷、甲苯或二氯甲烷中),這便于精確量取和操作。它在烴類溶劑中溶解性好。

(8)安全性:由于其反應(yīng)性,DIBAL-H在操作時(shí)需要在通風(fēng)櫥中進(jìn)行,并在冰箱中儲(chǔ)存。

(9)應(yīng)用廣泛:DIBAL-H在有機(jī)合成中應(yīng)用廣泛,包括在藥物合成和自然產(chǎn)物合成中的應(yīng)用。

DIBAL-H反應(yīng)信息

圖源:摩熵化學(xué)(MolAid)

二異丁基氫化鋁安全信息

圖源:摩熵化學(xué)(MolAid)

二異丁基氫化鋁屬于高?;瘜W(xué)品,具有多重危險(xiǎn)特性。根據(jù)危險(xiǎn)化學(xué)品分類標(biāo)準(zhǔn),DIBAL-H被列為:

  • R11:高度易燃

  • R35:引起嚴(yán)重灼傷

  • R63:可能有對(duì)胎兒造成傷害的危險(xiǎn)

  • R65:吞食可能造成肺部損傷

  • R67:蒸汽可能引起困倦和眩暈

使用DIBAL-H時(shí)必須遵循嚴(yán)格的安全操作規(guī)程

①環(huán)境控制:必須在通風(fēng)良好的通風(fēng)櫥中進(jìn)行操作,確保蒸氣濃度低于職業(yè)暴露限值。

②個(gè)人防護(hù):穿戴適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)服、化學(xué)防護(hù)手套和護(hù)目鏡或面部防護(hù)罩。建議使用防飛濺面具和抗化學(xué)腐蝕的衣服。

③防火措施:遠(yuǎn)離熱源、火花和明火,禁止吸煙。使用防爆電器設(shè)備、照明和工具。

④儲(chǔ)存條件:在冰箱中(2-8°C)儲(chǔ)存,保持容器密閉并存放在干燥處。

DIBAL-H如何快速高效后處理?

1.用適量乙醚稀釋后冷卻到0°C;

2.慢慢加入0.04x mL水;

3.加入0.04x mL 15%氫氧化鈉水溶液;

4.加入0.1x mL水;

5.升溫到室溫?cái)嚢?5分鐘;

6.加入一些無水MgSO4;

7.攪拌15分鐘后過濾除鹽。


二異丁基氫化鋁其獨(dú)特的選擇性還原能力,特別是在低溫條件下 (-78°C) 選擇性地將羧酸酯還原成相應(yīng)的醛的能力,使其在復(fù)雜分子合成和官能團(tuán)轉(zhuǎn)化中占有不可替代的地位。

隨著有機(jī)合成方法的不斷發(fā)展,DIBAL-H的新應(yīng)用和新反應(yīng)仍在不斷被發(fā)現(xiàn)和開發(fā)。特別是在天然產(chǎn)物全合成、藥物中間體制備和功能材料合成領(lǐng)域,DIBAL-H繼續(xù)發(fā)揮著重要作用。

盡管DIBAL-H具有顯著的危險(xiǎn)性,但只要遵循正確的操作規(guī)范和安全指南,它仍然是一種安全可靠、高效多變的合成工具。未來,隨著化學(xué)家對(duì)DIBAL-H反應(yīng)機(jī)理的進(jìn)一步理解和應(yīng)用范圍的拓展,這一試劑必將在合成化學(xué)領(lǐng)域繼續(xù)發(fā)揮其重要作用,為新材料、新藥物的開發(fā)提供有力支持。


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