黄鸣龙还原

学术   2024-11-23 08:31   上海  

1911 年,俄国化学家 Kishner 发现了醛或酮的腙与氢氧化钾和金属铂一起加热生成烃类的反应[1] (式 1)。次年,美国化学家Wolff 也报道了缩氨基脲或腙及无水乙醇和金属钠置于封管中加热可生成烃类的反应[2] (式2)。1946 年,我国著名有机化学家黄鸣龙对Wolff-Kishner 还原反应条件进行改良,即醛或酮与氢氧化钾或氢氧化钠及水合肼在二缩乙二醇或三缩乙二醇等高沸点溶剂中回流反应,生成相应的腙,反应过程中生成的水和过量的水合肼被不断蒸出,最后再将生成的腙加热到 180~200 ºC 生成还原产物。该方法是对 Wolff-Kishner 反应的改良,也称 Wolff-Kishner-Huang (沃尔夫-基斯内尔-黄鸣龙) 还原[3] (式 3)。

黄鸣龙还原反应的机理 (图 1):羰基化合物与肼脱水生成腙,在碱的作用下腙转化成偶氮化合物。偶氮化合物在强碱作用下失去一个质子,同时脱去一分子氮气,生成碳负离子。最后,碳负离子捕获一个质子生成目标产物[4-7]。

黄鸣龙还原反应与 Wolff-Kishner 还原反应相比具有如下优点:①使用廉价易得的水合肼代替无水肼,使用水溶性的氢氧化钾或氢氧化钠代替金属钠;②在高沸点溶剂中,无需封管,反应在开放体系中进行;③反应时间大大缩短。Wolff-Kishner-黄鸣龙还原反应操作方便、安全,适合于工业化生产中。


黄鸣龙还原反应适合于酸敏感的醛、酮羰基化合物还原[8,9]。当底物中含有酯或酰胺基团时会发生水解反应;当底物中含有硝基、卤素、α-取代羰基、α,β-不饱和羰基以及炔基时会得到异常的结果;位阻较大的羰基化合物不能被还原或者需要更强烈的反应条件。当底物中存在对碱敏感官能团时,可以先在无碱的条件下生成腙,除去溶剂后室温加碱加热反应。除了还原醛、酮羰基外,在氮杂金刚烷骨架的合成中,黄鸣龙还原反应也能还原内酰胺的羰基 (式 4)[10]。

由于将羰基还原成甲基或亚甲基在天然产物或药物分子的合成中具有重要的作用,对Wolff-Kishner 还原反应的改良除了黄鸣龙外,Barton [11]、Cram [12]、Henbest [13]、Myers [14]等诸多有机化学家也进行了改良。但在合成应用中,黄鸣龙还原反应是所有改良反应中最成功的,被广泛用于天然产物的合成中 (如式 5 和式 6) [ 15-17]。


参考文献

[1] Kishner, N. J. Russ. Phys. Chem. Soc. 1911, 43, 582.

[2] Wolff, L. Justus Liebigs Ann. Chem. 1912, 394, 86.

[3] Huang, M, J. Am. Chem. Soc. 1946, 68, 2487.

[4] Szmant, H. H.; Harmuth, C. M. J. Am. Chem. Soc. 1964, 86, 2909.

[5] Szmant, H. H. Angew. Chem. Int. Ed. 1968, 7, 120.

[6] Szmant, H. H.; Roman, M. N. J. Am. Chem. Soc. 1966, 88, 4034.

[7] Szmant, H. H.; Alciaturi, C. E. J. Org. Chem. 1977, 42, 1081.

[8] Han, G.; Ma, Z. Chin. J. Org. Chem. 2009, 29, 1001.

[9] 韩广甸,刘宏斌,韩超,马兆扬. 黄鸣龙还原反应. 北京: 化学工业出版社,2012.

[10] Bashore, C. G.; Samardjiev, I. J.; Bordner, J.; Coe, J. W. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 3268.

[11] Osdene, T. S.; Timmis, G. M.; Maguire, M. H.; Shaw, G.; Goldwhite, H.; Saunders, B. C.; Clark, E. R.; Epstein, P. F.;

Lamchen, M.; Stephen, A. M.; Tipper, C. F. H.; Eaborn, C.; Mukerjee, S. K.; Seshadri, T. R.; Willenz, J.; Robinson, R.;

Thomas, A. F.; Hickman, J. R.; Kenyon, J.; Crocker, H. P.; Hall, R. H.; Burnell, R. H.; Taylor, W. I.; Watkins, W. M.;

Barton, D. H. R.; Ives, D. A. J.; Thomas, B. R. J. Chem. Soc. 1955, 2038.

[12] Cram, D. J.; Sahyun, M. R. V. J. Am. Chem. Soc. 1962, 84, 1734.

[13] Grundon, M. F.; Henbest, H. B.; Scott, M. D. J. Chem. Soc. 1963, 1855.

[14] Furrow, M. E.; Myers, A. G. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 5436.

[15] In, J.; Lee, S.; Kwon, Y.; Kim, S. Chem. - Eur. J. 2014, 20, 17433.

[16] Green, J. C.; Pettus, T. R. R. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 1603.

[17] Zhou, S.; Chen, H.; Luo, Y.; Zhang, W.; Li, A. Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 6878.


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