醛和酮:羰基加成
氫化物還原
還原一個羰基,就是把它的 C=O 變成 C-OH,從而把醛變成伯醇、把酮變成仲醇。實驗室裡最常見的做法,是向羰基碳輸送一個氫負離子(H-,帶著電子對的氫)。兩種日常試劑是硼氫化鈉(NaBH4)和氫化鋁鋰(LiAlH4)。
從機理上看這是親核加成,親核試劑就是氫負離子。一個帶著一對電子的氫原子進攻缺電子的羰基碳;C=O 的電子移到氧上給出烷氧負離子;隨後一個單獨的後處理步驟(加水或稀酸)把烷氧負離子質子化為醇。注意這兩個階段:金屬氫化物把 H 加到碳上,之後水相後處理才把 H 加到氧上。每個 B-H 或 Al-H 鍵都能輸送氫負離子,所以一個化學式單位可以還原好幾個羰基。
兩種試劑的強度差異很大,在它們之間取捨是一項真本事。NaBH4 溫和而有選擇性:它還原醛和酮,卻基本不動酯、酸和醯胺,而且足夠安全,可在水或醇中使用。LiAlH4 則是一員猛將,幾乎把所有含羰基的基團(包括酯、酸、醯胺和腈)都還原為醇或胺,但它遇水劇烈反應,必須在乾燥的乙醚或四氫呋喃中使用。一個有用的提醒:兩種試劑都不還原孤立的 C=C 雙鍵,所以你可以在還原羰基的同時讓烯烴保持不動。
NaBH4 在甲醇中於室溫下乾淨地把環己酮還原為環己醇;同樣的活若用 LiAlH4,就需要乾燥乙醚,並在之後小心地用水淬滅。
把氫負離子送到碳上,再用水相後處理質子化氧:醛變伯醇,酮變仲醇。
氧上的 H 來自後處理(水/酸),而非氫化物試劑本身;氫化物只提供加到碳上的那個 H。而且 NaBH4 和 LiAlH4 都不還原孤立的烯烴。
又稱
另見