Восстановление гидридами металлов
Гидриды металлов, особенно алюмогидрид лития (LiAlH4) и боргидрид литияLiBH4или натрияNaBH4, обладают сильными восстановительными свойствами и используются для восстановления полярных соединений, имеющих двойные связи углерод–гетероатом.
Эти связи поляризованы и имеют частичный положительный заряд на атоме углерода, поэтому им характерны реакции присоединения С-, N- и О-нуклеофилов, которые в ряде случаев завершаются отщеплением уходящей группы. Рассматриваемые нами гидриды металлов могут играть роль Н-нуклеофила, как, например, металлоорганические соединения — С-нуклеофила, и отдавать гидрид-ион атому углерода, имеющему дефицит электронов.
Ниже приведен химизм реакции гидрида металла с карбонильной группой, которая идет особенно легко при восстановлении алюмогидридом лития альдегидов и кетонов до алкоголятов:
Перенос гидрид-иона осуществляется как синхронное расщепление связи металл–водород и образование С–Н-связи.
Последовательно в реакцию вступают все остальные атомы водорода гидрида, затем образовавшийся комплексный алкоголят лития и алюминия подвергается гидролитическому расщеплению:
Если в молекуле субстрата имеются «активные» водородные атомы, то алюмогидрид лития реагирует с ними в первую очередь, образуя водород.
Восстановление комплексными гидридами имеет важные преимущества по сравнению с другими методами: оно протекает, как правило, в очень мягких условиях и с высокими выходами. Этот метод особенно хорош при работе с ценными препаратами и с малыми количествами. Кроме того, он позволяет гладко восстанавливать малоактивные производные кислот.
Используя различные комплексные гидриды и растворители можно добиться высокой селективности восстановления.
Алюмогидрид лития — комплексное солеобразное соединение с формулойLi+AlH4–. Это белый мелкокристаллический очень гигроскопичный порошок. При контакте с водой он разлагается с выделением водорода. Алюмогидрид лития медленно растворяется в эфирах с образованием новых комплексов —эфиратов.
Алюмогидрид лития восстанавливает карбонильные соединения,карбоновые кислоты и все их кислород и галогенсодержащиепроизводные до спиртов, азотсодержащие производные и алифатическиенитросоединения — до аминов, а такжегалогенидыиспирты — до углеводородов:
По легкости восстановления субстраты можно расположить в следующем порядке: альдегиды > кетоны > сложные эфиры > ангидриды кислот > кислоты > нитрилы > амиды > нитрогруппы. В литературе имеются и несколько другие данные о реакционной способности соединений.
Алюмогидрид лития восстанавливает практически все связи углерод–гетероатом, но не двойные связи углерод–углерод. Такая селективность позволяет восстановить функциональные группы в ненасыщенных углеводородах.
Добавление к алюмогидриду лития эквимолярного количества хлорида алюминия значительно увеличиваетего восстанавливающее действие, что, по-видимому, связано с образованием гидрида алюминия и хлорида лития.
Восстановление алюмогидридом лития протекает в безводной среде, как правило,в эфире. Вместо диэтилового эфира в качестве растворителей можно использовать тетрагидрофуран, дибутиловый эфир, морфолин и др. Применение этих растворителей позволяет проводить восстановление при более высокой температуре, чем в диэтиловом эфире. Для увеличения растворимости субстрата эфиры иногда смешивают с бензолом или толуолом.
Работа с алюмогидридом лития требует особых мер предосторожности. Важно избегать контакта алюмогидрида лития с водой, так как это вызывает бурное разложение восстановителя с выделением воспламеняющегося в присутствии воздуха водорода. Тщательноеобезвоживаниерастворителей является обязательным условием для работы с алюмогидридом лития.
В связи с тем, что с алюмогидридом лития можно работать только в безводной среде, в инертных органических растворителях, он непригоден для восстановления соединений, не растворяющихся в них, например, сахаров. В таких случаях хорошие результаты дает боргидрид натрия, который разлагается водой очень медленно.
В химико-фармацевтической промышленности алюмогидрид лития применяют:
а) для восстановления этилового эфира себациновой кислоты с лучшим выходом, чем в других методах (в синтезе противогрибкового препарата декамин)
б) в синтезе октадина
В синтезе нобриумаалюмогидридом лития восстанавливают амид до вторичного амина (а), анальгетикадиклофенака— карбоксильную группу до спирта (б), а:
Боргидрид натрия является менее активным реагентом, чем алюмогидрид лития. Он обычновосстанавливаеттолькохлорангидридыкислот,карбонильныесоединения иоснования Шиффа, но восстанавливает в таких полярныхрастворителях, как вода, метанол, пиридин, ацетонитрил.
Боргидрид натрия широко использует для избирательного восстановленияальдегидов и кетонов в присутствии других функциональных групп:
При этом восстановление боргидридом натрия не затрагивает галоген, сложноэфирные группы, сульфамидные и др.