Birch（伯奇）还原反应！

有机人名反应
还原反应

碳氢数科 2024/12/18

伯奇还原反应(Birch还原)是指用钠和醇在液氨中将芳香环还原成1,4-环己二烯的有机还原反应。其中，反应中的钠也可以用锂或钾取代，使用的醇通常是甲醇或叔丁醇。

Birch还原是连接芳香族和脂肪族化合物的桥梁,它使许多芳香族衍生物成为合成脂肪族化合物,尤其六元脂环天然产物的起始原料。

此反应最早由澳大利亚化学家Arthur John Birch(1915–1995)在1944年发表。Birch还原的重要意义在于：尽管剩下的双键(非芳香性)更为活泼，该反应却能停留在环己双烯上，而不继续还原。

反应定义

Reduction of aromatic rings in liquid ammonia with alkali metal in presence of an alcohol

图片来源：摩熵化学（MolAid）

反应机理

图片来源：摩熵化学（MolAid）

碱金属溶解于液氨中，其溶液中含有强还原性的溶剂化电子，该溶剂化电子被芳烃接受生成自由基负离子，其负离子从醇中夺取质子生成环己二烯自由基；该自由基再次获得溶剂化电子生成环己二烯负离子中间体，再次与醇发生质子化生成1,4-环己二烯产物。因此，Birch还原反应可以理解为芳烃的1,4-还原过程。

孤立的二烯烃不会进一步还原成饱和烃的原因是由于烯烃的最低未占轨道（LUMO）能级为-1.5eV，而溶剂化电子[e-(NH3)x]的标准电极电位为-2.86V，故生成烷基自由基负离子能量很高，也极其不稳定。

其次，Birch反应的底物范围较为受限；当芳环上含有X、NO2、RCO-时反应不能进行（优先还原以上官能团）；当芳环上含有-OH、-NH2、-NR2 等强供电子基时芳环的亲电性降低，导致反应速度下降从而影响Birch还原反应收率。

反应特点

1. Birch(伯奇)还原是指在液氨和醇溶液中，碱金属可将芳香环还原成1,4-环己二烯。

2. Birch(伯奇)还原是一种强有力的还原方法，除还原芳香性化合物外，还可还原包括酯、酮，选择性还原α,β-不饱和酮的双键、炔、卤代物、磺酸酯等官能团。

3. 此外还可以用于杂环的还原，包括吡啶、吡咯和呋喃在内的杂环也可以还原。当杂环富电子时需要至少有一个吸电子取代基，所以呋喃和噻吩只有在存在吸电子取代基的情况下才能还原。

4. 分子中的非共轭双键可不被还原

5. 区域选择性:

当芳环上含有吸电子基时，芳环的亲电反应活性增强，更容易获得溶剂化电子生成自由基负离子；又因吸电子基团可以稳定与其相连的碳负离子，故生成以1,4-二氢化物为主的产物

当芳环上含有供电子基团时，其还原反应速度降低；采用邻位（ortho）或间位(meta)途径获得溶剂化电子后生成自由基负离子中间体的稳定性要高于从对位（para）获得电子生成中间体（1,4-还原）的稳定性，故生成以2,5-二氢化物为主的产物

6. 空间体积大的取代基，由于自由基负离子溶剂化作用所致的空间干扰将使反应速率降低。

7. 反应体系中加入叔丁醇、乙醚、THF、苯胺、1,4-二氧六环或HMPA等辅助溶剂可增加反应物的溶解度，使反应加速。

合成应用

T.J.Donohoe等利用 Birch 反应还原2位上缺乏电子的烷基化合物和3取代的吡咯。这个还原烃化的方法对于特别是3位，2位取代的吡略非常有效。相同的研究人员在顺式 nemorensic 酸的立体对映体合成时演示了一个在呋喃上的立体选择性的 Birch 反应。

图片来源：人名反应的战略性应用

在对映选择性合成(-)-紫杉醇期间，I.Kuwajima 和他的合作者曾用过 Birch 还原来精心设计了一系列官能团到天然物的碳环上。

首先，1,2-取代苯环的还原需要典型的 Birch 还原条件(金属钾/液氨/叔丁醇)，然后产物1,3-环已二烯(I)被单线态氧从凸的β-面进攻氧化得到想要的C₄β-C₇β二元醇，其中另一种产物苯甲醇(ID)可以通过斯韦恩氧化反应以很高的产率氧化成原料再循环利，从而提供了一种在合成目的上可以接受的全合成。