郭軍志 黃 鵬 楊 濤 裴 文

（浙江工業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院，杭州 310000）

氫化鋁鋰，又稱鋁鋰氫，化學(xué)式為LiAlH4，是一種白色固體結(jié)晶，其性能非?；顫姡菀着c水發(fā)生反應(yīng)并產(chǎn)生氫氣，較易溶解于醚類，因此其反應(yīng)常常在醚溶液中進(jìn)行。氫化鋁鋰是一種非常優(yōu)異的還原劑，有非常強(qiáng)的還原能力，對于含有醛、酮、酯、胺、腈等官能團(tuán)的有機(jī)分子能夠進(jìn)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(lǐng)域、醫(yī)藥領(lǐng)域以及農(nóng)藥等多個(gè)領(lǐng)域起著廣泛的應(yīng)用。

1 制備方法

早在1974年，就出現(xiàn)了制備氫化鋁鋰的相關(guān)文獻(xiàn)[1-2]?；镜闹苽浞磻?yīng)方程：

其中氫化鋰的制備較為簡單，金屬鋰與氫氣在反應(yīng)釜中進(jìn)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(gè)誘導(dǎo)期，即反應(yīng)途中會突然產(chǎn)生爆發(fā)，導(dǎo)致反應(yīng)難以控制。有文獻(xiàn)提到事先加入少量溴化鋁，反應(yīng)可以一開始較平穩(wěn)地進(jìn)行，這在實(shí)驗(yàn)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(guān)鍵在于要預(yù)先加入一定量的氫化鋁鋰或則碘作為反應(yīng)引發(fā)劑，就可以避免誘導(dǎo)期。直接應(yīng)用溴化鋁代替氯化鋁則不存在誘導(dǎo)期。

對于誘導(dǎo)期的研究表明，誘導(dǎo)期的出現(xiàn)和乙醚中水分含量的多少有關(guān)系，水分越多，則誘導(dǎo)期越長，而常規(guī)干燥操作下，乙醚不能達(dá)到完全的干燥，因而誘導(dǎo)期不能避免[3]。導(dǎo)致誘導(dǎo)期的可能原因在于氫化鋰表現(xiàn)形成了氫氧化鋰保護(hù)膜，抑制了反應(yīng)的進(jìn)行，而只有先破除這層保護(hù)膜才能促使反應(yīng)的開展，反應(yīng)中的誘導(dǎo)期可能就是反應(yīng)過程中破除保護(hù)膜而引起的結(jié)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(hù)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(yīng)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(fù)分解的反應(yīng)，其中氫化鋁鈉也能換成氫化鋁鉀來實(shí)現(xiàn)。

2 還原反應(yīng)

作為還原能力極強(qiáng)的還原劑，氫化鋁鋰幾乎可以還原所有有機(jī)官能團(tuán)，因而在有機(jī)合成反應(yīng)中廣泛應(yīng)用[6]。

2.1 與鹵代物的反應(yīng)

用氫化鋁鋰來還原鹵代烴，可以制得相對應(yīng)烴，也形成了對應(yīng)的配位鋁氫化物。然而當(dāng)乙醚作為溶劑時(shí)，反應(yīng)會相對較慢，因而與鹵代烴的反應(yīng)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(yīng)較快。而在多氟鹵代烴還原中，氫化鋁鋰優(yōu)先還原1個(gè)鹵原子，而還原第2個(gè)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(yīng)中，產(chǎn)物得到了相對應(yīng)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(dá)70%，六氟環(huán)丁烷只有30%。反應(yīng)式如下：

2.2 與羧酸酯的反應(yīng)

在幾乎大多的有機(jī)還原反應(yīng)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(tuán)[8]。

氫化鋁鋰與酯基還原反應(yīng)中的還原機(jī)理可以認(rèn)為是負(fù)氫離子的親核加成反應(yīng)[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(gè)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(luò)合物；接著氫負(fù)離子發(fā)生轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移到了羰基碳上，最后脫去了LiAlH3獲得了對應(yīng)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(yīng)，最終經(jīng)過與烯酸作用，水解得到了對應(yīng)的產(chǎn)物醇。

氫化鋁鋰還原的酯的反應(yīng)被大量的用于實(shí)際與研究工作中。李洋等人以α,β-不飽和酯作為反應(yīng)底物，通過不斷改變實(shí)驗(yàn)條件，證明反應(yīng)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(shí)，1,3-二醇所得產(chǎn)率最高。而這個(gè)合成1,3-二醇的便捷方法則有望于應(yīng)用到1,3-二醇骨架結(jié)構(gòu)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(yīng)

氫化鋁鋰與醛酮的反應(yīng)，是分步的反應(yīng)過程[12]。第1步反應(yīng)式為：

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

用氫化鋁鋰作為還原酮制備光化學(xué)活性醇在藥物，農(nóng)藥等精細(xì)化工領(lǐng)域應(yīng)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(yīng)

腈類物在氫化鋁鋰作用下可以轉(zhuǎn)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(yīng)，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(yīng)

氫化鋁鋰的還原反應(yīng)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(shí)驗(yàn)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(yīng)

這種情況下的碳碳雙鍵的還原，被認(rèn)為有這3種可能存在的機(jī)理。1種認(rèn)為是羰基影響下，β-碳的正性強(qiáng)化，導(dǎo)致β-碳被氫負(fù)離子進(jìn)攻；另1種是氫化鋁鋰的氫負(fù)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(jìn)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(jìn)行。

3 氫化鋁鋰的一些應(yīng)用

李愛軍等報(bào)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(yīng)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(shí)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(gè)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(dá)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(yīng)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(dá)85%的收率[18]。

4 結(jié)束語

氫化鋁鋰由于其超強(qiáng)的還原能力，在還原鹵代物、酸、酯、醛、酮和氰基等官能團(tuán)上有著顯著的效能，同時(shí)也作為金屬有機(jī)還原劑中的典型代表，在有機(jī)合成中，如精細(xì)化工領(lǐng)域、醫(yī)藥合成制備領(lǐng)域、農(nóng)藥開發(fā)生產(chǎn)領(lǐng)域應(yīng)用非常的廣泛，深受有機(jī)化學(xué)家青睞。但是，正是因?yàn)闅浠X鋰還原能力強(qiáng)，也反應(yīng)出氫化鋁鋰還原反應(yīng)復(fù)雜，因此，筆者認(rèn)為，充分學(xué)習(xí)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(yīng)實(shí)質(zhì)后，才能設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)條件，發(fā)揮使氫化鋁鋰表現(xiàn)最大的還原能力。

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