10.6: 来自羰基化合物的醇:还原

还原是将羰基转化为羟基的简单策略。 将羰基还原为醇的三种主要途径是催化氢化、氢化物还原和硼烷还原。

催化氢化类似于烯烃或炔烃的还原，在过渡金属催化剂（如雷尼镍、Pd-C、Pt 或 Ru）存在下，通过 pi 键添加 H₂。 醛和酮可以通过这种方法还原，通常在温和至中等热量 (25–100°C) 和压力 (1–5 atm H₂) 下，分别产生 1° 和 2° 醇。

图 1. 催化加氢适用于不需要苛刻条件的工业应用，但不饱和碳碳键也会减少。

氢化物还原可以通过硼氢化钠 (NaBH₄) 和氢化铝锂 (LiAlH₄, 或 LAH) 等氢化物转移试剂来实现，因为自由氢阴离子的亲核攻击，由于其高电荷密度， 对于 NaH 盐来说几乎是未知的， 使其成为强碱。 LAH和NaBH₄的氢原子与硼和铝原子共价键合，带有部分负电荷，从而以牺牲碱性为代价增强其亲核性。 亲核加成的第一步导致醇盐离子的形成。 副产物烷氧基硼氢化物或烷氧基铝酸盐还原另外三个羰基分子，依次转移其所有氢原子。 由于氢化物是弱离去基团，因此氢化物转移步骤是不可逆的，因此反应进行至完成。 最后，将反应混合物用溶剂（即，对于 NaBH₄ 来说是水或醇，对于 LAH 来说是稀酸）进行后处理。

图 2. 醛和对称酯产生一种 1° 醇产品。 不对称酯产生1°醇的混合物。

LAH、NaBH₄ 及其衍生物在醛和酮的还原方面非常有用。 LAH 是一种强大的还原剂，还可以还原羰基化合物，如酸、酯、酰氯和酰胺。 LAH 与水和其他质子溶剂发生剧烈反应，释放氢气并形成金属氢氧化物/醇盐。 因此，LAH 还原通常在非质子溶剂（如无水乙醚和 THF）中进行。

图 3. 硼氢化锂的醇溶液是 LAH 的无害替代品，可选择性还原酸中的酯。

另一方面，NaBH₄ 性质较温和，通常仅在乙醇或甲醇等质子溶剂中还原。 因此，NaBH₄ 可用于在烷基卤、酯、甲苯磺酸烷基酯和硝基等官能团存在下还原醛和酮。 二异丁基氢化铝 (DIBAL-H) 还可以在室温下通过两次连续添加氢负离子将羰基转化为醇。 然而，当在低温下与酯反应时，只需添加一当量的氢阴离子即可在醛阶段停止该反应。

图 4. 反应性三酰基硼酸酯中间体的形成，其具有比起始酯分子更亲电的羰基，推动还原反应向前进行。

对于生物体来说，还原型辅酶NADH或其磷酸酯NADPH相当于类似生物还原酶催化中的实验室氢化物试剂。

可以通过在双键上添加两个氢原子来从羰基化合物制备醇。

这种减少在香水成分麝香酮和抗抑郁药百忧解等必需分子的合成中很重要。

醛、羧酸和酯被还原为伯醇，而酮被还原为仲醇。

经典方法涉及使用氢气和过渡金属催化剂进行催化加氢。然而，这需要高温和高压，并且还要减少分子中存在的任何碳-碳多重键。

实验室方法涉及在不可逆反应中逐步加入硼氢化钠、氢化铝锂及其衍生物中的亲核氢离子，然后用溶剂或酸进行质子化。与氢化相比，该方法选择性地还原羰基。

在不对称的酮中，平面羰基可以以相同的概率从任一面受到亲核氢化物的攻击。这生成了一个手性四面体中间体，得到一对对映体产物。

硼氢化钠在极性质子溶剂中进行还原。另一方面，氢化铝锂需要干燥的非质子溶剂，以避免它与质子供体发生剧烈反应。

氢化铝锂是一种比硼氢化钠更强的还原剂，因此反应性更强，因为与硼氢键相比，铝氢键的极性更大。

这种反应性差异反映在不同的羰基易于被两种氢化物试剂选择性还原上。

为了说明，硼氢化钠可以在酯存在下选择性地还原酮，这与氢化铝锂不同，氢化铝不允许选择性还原酮基。

硼氢化锂和硼烷是有用的试剂，分别在还原酯和酸中具有相反的化学选择性。