氫化鋁鋰的生產(chǎn)與反應

郭軍志 黃 鵬 楊 濤 裴 文

（浙江工業(yè)大學 化工學院，杭州 310000）

氫化鋁鋰，又稱鋁鋰氫，化學式為LiAlH4，是一種白色固體結晶，其性能非常活潑，容易與水發(fā)生反應并產(chǎn)生氫氣，較易溶解于醚類，因此其反應常常在醚溶液中進行。氫化鋁鋰是一種非常優(yōu)異的還原劑，有非常強的還原能力，對于含有醛、酮、酯、胺、腈等官能團的有機分子能夠進行非常高效的還原。用氫化鋁鋰作為還原劑，工藝簡單、操作方便、效果明顯，也不會破壞碳碳雙鍵，而且收率通常較高[1]。氫化鋁鋰能夠在化工領域、醫(yī)藥領域以及農(nóng)藥等多個領域起著廣泛的應用。

1 制備方法

早在1974年，就出現(xiàn)了制備氫化鋁鋰的相關文獻[1-2]?；镜闹苽浞磻匠蹋?/p>

其中氫化鋰的制備較為簡單，金屬鋰與氫氣在反應釜中進行。而氫化鋁鋰的制備則有些麻煩，原因在于氫化鋁鋰的制備過程中，存在一個誘導期，即反應途中會突然產(chǎn)生爆發(fā)，導致反應難以控制。有文獻提到事先加入少量溴化鋁，反應可以一開始較平穩(wěn)地進行，這在實驗室中制備少量的氫化鋁鋰比較適用。也有資料顯示出，制備的關鍵在于要預先加入一定量的氫化鋁鋰或則碘作為反應引發(fā)劑，就可以避免誘導期。直接應用溴化鋁代替氯化鋁則不存在誘導期。

對于誘導期的研究表明，誘導期的出現(xiàn)和乙醚中水分含量的多少有關系，水分越多，則誘導期越長，而常規(guī)干燥操作下，乙醚不能達到完全的干燥，因而誘導期不能避免[3]。導致誘導期的可能原因在于氫化鋰表現(xiàn)形成了氫氧化鋰保護膜，抑制了反應的進行，而只有先破除這層保護膜才能促使反應的開展，反應中的誘導期可能就是反應過程中破除保護膜而引起的結果。事先加入引發(fā)劑的作用是為了完全干燥乙醚中的水分，阻止形成保護膜的可能。制備氫化鋁鋰還有一些其他的方法，高壓合成法或由NaAlH4制取[4-5]。高壓法就是用氫化鋰和鋁在高壓氫氣或者醚溶液中反應得到。而NaAlH4制取法則是根據(jù)氫化鋁鈉與氯化鋰發(fā)生了復分解的反應，其中氫化鋁鈉也能換成氫化鋁鉀來實現(xiàn)。

2 還原反應

作為還原能力極強的還原劑，氫化鋁鋰幾乎可以還原所有有機官能團，因而在有機合成反應中廣泛應用[6]。

2.1 與鹵代物的反應

用氫化鋁鋰來還原鹵代烴，可以制得相對應烴，也形成了對應的配位鋁氫化物。然而當乙醚作為溶劑時，反應會相對較慢，因而與鹵代烴的反應中，氫化鋁鋰多是以四氫呋喃或者丁醚作為溶劑，高溫下反應較快。而在多氟鹵代烴還原中，氫化鋁鋰優(yōu)先還原1個鹵原子，而還原第2個鹵原子的能力則相對弱了很多[7]。在1-2-二氯六氟環(huán)丁烷與氫化鋁鋰丁醚溶液的反應中，產(chǎn)物得到了相對應的一氯六氟環(huán)丁烷和六氟環(huán)丁烷，其中產(chǎn)物一氯六氟環(huán)丁烷產(chǎn)率達70%，六氟環(huán)丁烷只有30%。反應式如下：

2.2 與羧酸酯的反應

在幾乎大多的有機還原反應中，氫化鋁鋰與硼氫化鈉都是作為一種非常常用的金屬還原劑，通過比較發(fā)現(xiàn)，氫化鋁鋰對比硼氫化鈉，還原能力更加突出，能夠還原硼氫化鈉難以還原的酯類官能團[8]。

氫化鋁鋰與酯基還原反應中的還原機理可以認為是負氫離子的親核加成反應[9]。首先，羧酸酯與氫化鋁鋰形成了羧酸酯的鋰鹽物；然后，這個羧酸酯鋰鹽物又和氫化鋁離子相靠近，并且與羰基氧形成了絡合物；接著氫負離子發(fā)生轉移，轉移到了羰基碳上，最后脫去了LiAlH3獲得了對應的醛。緊接著，另一分子的氫化鋁鋰馬上與先前生成的醛反應，最終經(jīng)過與烯酸作用，水解得到了對應的產(chǎn)物醇。

氫化鋁鋰還原的酯的反應被大量的用于實際與研究工作中。李洋等人以α,β-不飽和酯作為反應底物，通過不斷改變實驗條件，證明反應最終產(chǎn)物含有一定1,3-二醇，并且改變不同的溶劑條件，發(fā)現(xiàn)在以四氫呋喃作為溶劑時，1,3-二醇所得產(chǎn)率最高。而這個合成1,3-二醇的便捷方法則有望于應用到1,3-二醇骨架結構的天然物的合成中去[10]。徐繼有用氫化鋁鋰還原含有酯基的八氫吲哚并2,3-喹嗪化合物得到意外產(chǎn)物[11]。

2.3 與醛酮的反應

氫化鋁鋰與醛酮的反應，是分步的反應過程[12]。第1步反應式為：

LiAlH4中起還原作用的部分是 AlH4-，AlH4-能夠提供有強還原能的氫負離子。氫負離子轉移到醛酮羰基的碳離子上，此過程是不可逆的。在反應完全進行后，不是直接得到醇，而是得到了醇鹽。因此反應的第1步是形成對應的醇鹽，第2步則是鹽水解形成對應的醇。

用氫化鋁鋰作為還原酮制備光化學活性醇在藥物，農(nóng)藥等精細化工領域應用也是越來越頻繁。劉湘等人將手性氨基醇(1S，2R)-1-二丁氨基-1,2-二氫-2-茚醇（1,R′OH）和氫化鋁鋰混合生產(chǎn)手性試劑，并將該手性試劑用在了對不對稱還原苯乙酮的研究中[13]。

2.4 與氰基的反應

腈類物在氫化鋁鋰作用下可以轉化為高產(chǎn)率胺。余申義利用氫化鋁鋰與5-氰基-4-氨基-2,6-二烷硫基嘧啶化合物的還原反應，制得了含有雙氨基的嘧啶產(chǎn)物[14]。

2.5 與特殊情況下雙鍵的反應

氫化鋁鋰的還原反應一般不會對碳碳雙鍵產(chǎn)生影響，即氫化鋁鋰不會還原碳碳雙鍵，但是在一些特殊情況下，碳碳雙鍵也能被LiAlH4還原。對于α,β-不飽和醛酮中碳碳雙鍵，大量的實驗數(shù)據(jù)表明，一定的條件下，羰基和雙鍵都被氫化鋁鋰還原了[15]。如反應

這種情況下的碳碳雙鍵的還原，被認為有這3種可能存在的機理。1種認為是羰基影響下，β-碳的正性強化，導致β-碳被氫負離子進攻；另1種是氫化鋁鋰的氫負離子作用羰基碳原子，還原成稀丙酮，又在堿性溶液下，發(fā)生重排形成了飽和的酮，然后進一步的被還原為飽和醇；第3種即可能為直接還原，并且只有在高溫下可以進行。

3 氫化鋁鋰的一些應用

李愛軍等報道了用氫化鋁鋰可以一步還原β-烯胺酮制得1,3-胺基醇[16]。通過選擇合適的反應底物（3-二甲氨基-1-芳基-2-丙烯酮），并且在四氫呋喃溶劑中過量氫化鋁鋰通過回流，可以實現(xiàn)N,N-二甲基-3-羥基-3-芳基丙胺的一步還原。其過程是先還原烯鍵，后還原了羰基。這也提供了1個范例，即在一定條件下，氫化鋁鋰可以還原碳碳雙鍵。

在抗菌藥物莫西沙星的探究中，利用氫化鋁鋰可以還原8-芐基-7,9-二氧代-2,8-二氮雙雜環(huán)[4.3.0]壬烷得到8-芐基-2,8-二氮雙雜環(huán)[4.3.0]壬烷最佳收率可達93.7%[17]。

在合成巴洛沙星的過程中，選擇3-氨基吡啶作為反應原料，通過與甲酸氧化制得3-甲酰胺基吡啶，隨后再用氫化鋁鋰作為還原劑來還原3-甲酰胺基吡啶便得到3-甲胺基吡啶，可達85%的收率[18]。

4 結束語

氫化鋁鋰由于其超強的還原能力，在還原鹵代物、酸、酯、醛、酮和氰基等官能團上有著顯著的效能，同時也作為金屬有機還原劑中的典型代表，在有機合成中，如精細化工領域、醫(yī)藥合成制備領域、農(nóng)藥開發(fā)生產(chǎn)領域應用非常的廣泛，深受有機化學家青睞。但是，正是因為氫化鋁鋰還原能力強，也反應出氫化鋁鋰還原反應復雜，因此，筆者認為，充分學習掌握氫化鋁鋰的性質(zhì)對于研發(fā)人員都非常重要，只有在弄清其反應實質(zhì)后，才能設計合理的實驗條件，發(fā)揮使氫化鋁鋰表現(xiàn)最大的還原能力。

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