NaBH4还原羧酸酯的工艺研究

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还原反应是有机化学中的基本反应,在工业上得到广泛应用。采用金属复氢化物、硼烷、氢气等对羧酸或其衍生物进行还原是制备醇的最重要手段。在常用的金属复氢化物中,NaBH4的还原能力较弱,不能单独还原羧酸及其衍生物。但是,NaBH4可以被改进成为还原性更强或者选择性更高的还原剂,例如引入弱氧化剂如I2、H2SO4等,与NaBH4组成新的氧化-还原体系,可以提高NaBH4的还原能力,扩大NaBH4的应用范围。本文研究了NaBH4/金属盐体系和NaBH4/催化剂体系还原羧酸酯为相应醇的反应。当金属盐为ZnCl2和LiCl时,NaBH4还原硬脂酸甲酯,反应的转化率和收率都达到80%以上;在NaBH4-LiCl体系中,对硝基苯甲酸甲酯的最佳还原条件为:以THF为溶剂,NaBH4和LiCl与底物的物质的量比为2:1,回流反应8h,转化率为95%,收率达93%。在此基础上,对底物进行了拓展,发现该体系对脂肪族羧酸酯,芳香族羧酸酯和α,β-不饱和羧酸甲酯均有较好的还原能力,产物收率55%~95%,反应条件温和,不影响硝基、碳碳双键等官能团,选择性较好。研究了不同金属盐催化NaBH4还原对硝基苯甲酸甲酯的反应,在对催化剂进行筛选时发现三氯化铈七水合物有很好的催化效果,反应条件温和,选择性好,不还原硝基。在0.5 mmol对硝基苯甲酸甲酯的反应规模下,得到NaBH4- CeCl3·7H2O(cat)体系还原对硝基苯甲酸甲酯的优化反应条件为:NaBH4 1 mmol,CeCl3·7H2O 1 mol%,乙醇2.5mL,室温下搅拌反应15h,对硝基苯甲醇的收率为87%。在此基础上,研究了一系列底物的还原,将NaBH4- CeCl3·7H2O(cat)体系应用于脂肪族、芳香族和氨基酸甲酯的还原中,生成相应的醇。羧酸酯在室温下搅拌24h,即能实现其还原,收率高(75%~95%),且卤素、-NO2、-OCH3、-OH、-C=C-等易被还原的官能团均未受到影响,NaBH4的用量为酯的两倍,催化剂用量为1 mol%,反应条件温和,选择性高,溶剂无需脱水处理,操作简便,有工业应用价值。对反应机理进行了探讨,CeCl3·7H2O的加入使NaBH4的分解加快,表明体系中真正起还原作用的可能是NaBH4的分解产物烷氧基硼氢化物,由此提出了可能的反应机理。
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