芳香分子的反应
Wolff-Kishner, Clemmensen和其他羰基还原
最后更新:2022年10月16日|
沃尔夫-基什纳，克莱门森和其他有趣的还原
在这篇文章中，我们将通过4种方法将C=O还原为CH2包括:
- 沃尔夫-基什纳反应
- 克莱门森还原法
- 催化加氢
- 硫缩醛的形成和还原
但首先，你为什么要这么做?好吧，这是一个常见的小综合问题的关键组成部分，我喜欢称之为“伟大的弗里德尔-克罗夫茨工作方法”。
目录
- 伟大的弗里德尔-克拉夫特工作方法
- 酮的Wolff-Kishner还原
- 沃尔夫-基什纳反应机理
- 酮类的克莱门森还原
- 为什么你更喜欢沃尔夫-基什纳而不是克莱门森，反之亦然?
- 羰基还原的第三种方法:催化加氢法
- 硫缩醛的还原
- 一个变通的例子
- 最后一个提示:反转极性
- 笔记
- 测试你自己!
- (高级)参考资料和进一步阅读
1.伟大的弗里德尔-克拉夫特工作方法
最近的一篇文章涵盖了苯基碳上的氧化(即在靠近芳香环的碳上)。我们发现，苄基C-H键异常弱，并且可以相对容易地(选择性地!)转化为C-Br或C-O键。
今天我们要反向讨论减少苯碳，特别是酮(C=O)还原为烷基(CH2）.
这一点特别重要，因为伟大的Friedel-Crafts工作方法。
那是什么你会问?
你们可能还记得傅克烷基化具有初级的芳香环烷基卤化物会导致碳正离子重排。例如，苯与氯丙基进行傅氏烷基化反应得到的是异丙基苯，而不是丙基苯。
伟大的Friedel-Crafts工作区解决了这个问题。我们从Friedel-Crafts开始酰化，在不进行重排的情况下进行，然后减少酮一直到CH2．
那么我们如何减少酮分解成烷烃?四种方法。
2.酮的Wolff-Kishner还原
酮的Wolff - Kishner还原法利用联氨(NH2NH2)作为还原剂在强碱(KOH)存在的高沸点质子溶剂(乙二醇，HO-CH2CH2-哦，沸点197°C)。
反应的驱动力是肼转化为氮气。
这不是温柔的过程;需要加热到近200°C，才能使反应以合理的速度进行。［注1］
第一步是形成腙酮(腙是亚胺我们将在后面的课程中讨论)。肼(NH2NH2)会增加羰基，经过一系列质子转移步骤，水被排出。点击这里查看腙形成机制的图片．(链接至图片)
一旦腙形成，沃尔夫-基什纳的真正行动就开始了!
3.沃尔夫-基什纳反应机理
北半球2(pK一个大约21)，并且在足够高的温度下可以被强碱脱质子(碱可能是最重要的共轭碱乙二醇，而不是KOH)。这个去质子化似乎是速率限制步骤。
下一步是最棘手的，质子化碳．需要注意的是，共振形式是不存在的，想象一下形成这种碳上带负电荷的物种的共振形式是有帮助的然后用溶剂(乙二醇)使其质子化。
这就产生了一种具有氮氮双键的物质，在被碱脱质子后，不可逆地分解产生氮气和一个碳离子(即一个带负电荷的碳)。
碳的质子化完成了这个过程。
悬停为完全箭头推动机制或者点击这个链接．
4.酮类的克莱门森还原
第二种方法是减少羰基芳香的酮是用一种叫做克莱门森还原．这里的还原剂是“锌汞合金”(Zn-Hg)，在酸性条件下使用;其中一种方法需要水溶液HCl的存在，例如:
这个过程对芳香酮最有效;非芳香酮，就没那么多了。这个机制还没有完全制定出来;它被认为是通过锌汞合金的一系列单电子转移而发生的。
5.为什么你更喜欢沃尔夫-基什纳而不是克莱门森，反之亦然?
在入门课上很少遇到沃尔夫·基什纳比克莱门森更重要的情况，反之亦然，但这里有一些需要考虑的事情。
还有两种方法值得一提，虽然你可能在后面的课程中才会看到它们酮化学是重点。
6.羰基还原的第三种方法:催化加氢法
第一种是催化氢化，即使用金属催化剂，如Pd/C或Pt/C与氢气(H2）.
我们经常看到催化氢化反应用于还原烯烃而且炔烃但它也可以用于酮，如果你把它调得足够高(即更高的温度，更高的H2）.
在条件中有一个微妙的调整，有时不被提及，就是碳上铂(Pt-C)或氧化铂(PtO2)通常用来代替钯(Pd)。
通常，酮的还原通常在酒精阶段。然而，在这种情况下酒精在一个苯基上，(即在芳香环附近的碳上)的还原可以发生在更远的烷烃上(回想一下，苯基位置的键往往更容易断开，因为相邻的芳香环可以为它们提供电子密度)。
7.硫缩醛的还原
第二种常用的方法是转换酮与HS-CH合成硫缩醛2CH2-SH和路易斯酸如BF3.．［注2然后用a处理硫缩醛还原剂被称为兰尼镍:它是一种细分化的镍，含有吸附的氢，它通过一种有点神秘的过程，也被认为与自由基有关，将C-S键裂解成C-H键。(参见:试剂-兰尼镍］
与克莱门森和催化加氢不同，硫缩醛/兰尼镍方法不仅限于苯酮类。它可以用来完全“消失”一个醛或酮，作为战略的一部分伍德沃德红霉素的合成．
8.一个变通的例子
有了工具箱中的这些方法，我们现在可以用更具体的东西填充箭头上的模糊描述“还原”。
以下是Friedel-Crafts Workaround的一个具体例子:
9.最后一个提示:反转极性
最后要注意的是苯基的还原酮到烷烃上，取代基的极性颠倒。它转换了一个电子元-导电性(酰基)变成电子供体昊图公司- - - - - -,帕拉-导演。当我们讨论芳香族化合物的合成时，我们会对此进行更多的讨论，但只要看看这两个例子....
另外两个反转取代基极性的例子是硝基的还原和a的拜耳-维利格氧化酮到一个酯．我们接下来会讲到这些!
笔记
注1．解决沃尔夫-基什纳反应中高温要求的一种方法是使用强碱t-BuOK在DMSO溶液这可以在室温下进行。［裁判：j。化学。Soc，1962，84年,1734 - 1735。)
注2。，路易斯酸如BF3.或ZnCl2常用于此反应[请参阅Org Syn参考]尽管在实践中，如果起始材料是一种酸性物质，像HCl这样的质子酸是完全没问题的醛或酮［请参阅Org Syn参考］
在Corey和Seebach的制备1,3-二硫烷的方法中，起始原料是1,3-丙二硫醇和二甲氧基甲烷(CH3.哟2哟3.)，相当于甲醛。男朋友3.，一种强刘易斯酸，在这个过程中比无水酸的产量更好，随后BF3.似乎是有机化学教科书中首选的刘易斯酸，尽管在入门课程中看到的大多数硫缩醛生成反应都来自醛或酮，但并非如此缩醛树脂．
测试你自己!
点击翻转
点击翻转
点击翻转
- 德国化学研究所Universität耶拿:德国化学研究所酮和醛军队Wasserstoff。(奥地利第一储蓄Abhandlung。)
沃尔夫,L。
Lieb。安。化学。1912394(1), 86
DOI：10.1002 / jlac.19123940107
路德维希·沃尔夫关于用联氨还原醛和酮的原始论文。 - 腙的Wolff-Kishner反应
斯曼特，h.h.;哈穆特，c.h.
J。点。化学。Soc。1964年,86(14), 2909年
DOI:10.1021 / ja01068a028
一个非常好的关于腙分解的物理有机研究，涉及哈米特图(物理有机化学中的经典工具)，确定了电子密度之间的关系羰基碳和机理。 - 减少类固醇酮和其他羰基改进Wolff-Kishner法合成的化合物
Huang-Minlon
J。点。化学。Soc。1949，71(10), 3301年
DOI:10.1021 / ja01178a008
沃尔夫-基什纳反应的一锅改进，包括在加热联氨之前蒸馏掉多余的水和联氨。结果提高了产量，显著缩短了反应时间。 - 利用磺基腙衍生物雄甾烷-17 β-醇还原酮
Caglioti
Org。Synth．1972年,52, 122年
DOI:10.15227 / orgsyn.052.0122
由于标准的沃尔夫-基什纳还原反应所涉及的苛刻条件，在更温和的条件下发展了许多变化，更适合有机合成。使用甲酰肼代替联氨可以使反应条件更温和-甲酰肼可以用NaBH4回流甲醇(68°C vs. 200°C!)。 - γ-PHENYLBUTYRIC酸
l·马丁
Org。Synth．1935年,15, 64年
DOI:10.15227 / orgsyn.015.0064
一个可靠的，经过测试的程序，一个简单的克莱门森还原，演示如何这个反应可以用来减少A酮在一个羧酸． - 埃尔里克·克莱门森:《科学与科学的结合》，《科学与科学》。
Clemmensen E。
化学。的误码率。191346(2), 1837 - 1843
DOI:10.1002 / cber.19130460292
克莱门森关于金属锌在酸中还原醛和酮的原始论文。请注意，尽管这篇文章是提交给一家德国期刊的，而且是用德语写的，克莱门森当时正在美国的帕克-戴维斯工作。 - 克莱门森还原法
马丁，e.l.。
Org。反应。1942年,1, 155年
DOI:10.1002/0471264180. or001.07 - 酮在无水有机溶剂中的克莱门森还原反应
Vedejs E。
Org。反应。1975，22, 401年
DOI:10.1002/0471264180. or022.03 - 分子内酰基亚硝基Diels-Alder法立体选择性全合成(-)-磷毒素C
成use Masaichi, Aoyagi Sakae和Kibayashi千寻
j .化学。Soc。，Perkin反式．1，1996, 1113 - 1124
DOI:10.1039 / P19960001113
在这种情况下，由于条件温和，克莱门森还原可以用于全合成34来35是一种克莱门森还原，它选择性地还原了酮在酰胺存在的情况下
嘿，伙计，很棒的内容。问个小问题:在Wolff - Kischner反应中，你提到腙质子的pKa值是21，而去质子酸盐的碱很可能是乙二醇的共轭碱。这怎么可能呢?用pKa值来计算，这是不可能的，因为醇基的pKa值在16左右(导致更强的酸)。
一个很好的经验法则是，如果pKa差为8或更小，那么酸碱反应就有足够的能量来进行。再加上沃尔夫-基什纳式会增加大量热量。
嘿，有一点疑问，沃尔夫-基什纳还原法对醛有效吗?
它对非芳香族化合物也有效吗?
是的，它确实适用于醛，最好在稍微修改的条件下进行(DMSO作为溶剂，KOtBu作为碱)。https://pubs.acs.org/doi/10.1021/ja00868a048
在沃尔夫-基什纳反应机制中，Oh-是不是一个更好的离去基呢
是的，一般来说，HO(-)是一个不好的离去基，但它是一个比脱质子氮更弱的碱(和更好的离去基)。
如果使用高压催化氢化反应，芳环本身会减少吗?
谢谢。
在不接触芳香环的情况下还原酮是很有可能的。不，芳香环对还原的抵抗力更强。
先生，在克莱门森还原中使用的盐酸也会在反应物中加入双键吗?(如果存在)
这是一种可能性。我个人不建议在实验室中使用克莱门森如果你担心官能团的兼容性。
为什么Clemmenson还原能将NO2和羰基化合物一起还原为NH2，而wolf kishner反应不能?
锌汞合金除能还原酮外，还能还原许多官能团，包括硝基。
沃尔夫-基什纳的还原是通过形成腙;在没有任何金属催化剂的情况下，硝基与联氨不发生任何反应。
嘿，我的朋友!很棒的东西和很棒的解释。我有个问题!
锌汞合金和浓盐酸(用于克莱门森还原的试剂)比LiAlH4更强的还原剂吗?
我想是的，因为LiAlH4只能将羰基化合物还原为醇，但锌汞齐和浓缩盐酸可以直接将其还原为醇。
我不这么想。
说实话，克莱门森真的没什么用。关于它的最后一篇好的评论是在1944年写的。它对苯环附近的酮有好处，仅此而已。
例如，克莱门森不会还原酯或酰胺，而LiAlH4可以。