Номер 121, страница 104 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

3.121. Приведите примеры известных вам гидридных восстановителей карбонильных соединений. Как можно увеличить стереоселективность гидридных реагентов в реакциях восстановления?

Примеры известных вам гидридных восстановителей карбонильных соединений.

Гидридные восстановители — это реагенты, которые являются донорами гидрид-иона ($H^-$) или его эквивалента. Они широко используются для восстановления карбонильных соединений (альдегидов и кетонов) до спиртов. К наиболее известным относятся:

• Тетрагидроборат натрия ($NaBH_4$): Мягкий и селективный восстановитель. Эффективно восстанавливает альдегиды и кетоны до соответствующих спиртов. Обычно не затрагивает более сложные функциональные группы, такие как сложные эфиры, амиды или карбоновые кислоты. Безопасен в использовании и может применяться в протонных растворителях (вода, спирты).
  Пример: $CH_3-CO-CH_3 + NaBH_4 \rightarrow CH_3-CH(OH)-CH_3$
• Тетрагидроалюминат лития ($LiAlH_4$): Очень сильный и неселективный восстановитель. Способен восстанавливать практически все карбонилсодержащие и родственные им группы (альдегиды, кетоны, сложные эфиры, карбоновые кислоты, амиды, нитрилы). Бурно реагирует с протонными растворителями, поэтому реакции проводят в апротонных средах (диэтиловый эфир, тетрагидрофуран) с последующей обработкой водой или кислотой.
  Пример: $R-COOH \xrightarrow{1. LiAlH_4, Et_2O} \xrightarrow{2. H_3O^+} R-CH_2OH$
• Диизобутилалюминийгидрид (ДИБАЛ-Г, DIBAL-H): Восстановитель, реакционная способность которого сильно зависит от температуры. При низких температурах (например, -78 °C) позволяет селективно восстанавливать сложные эфиры или нитрилы до альдегидов. При более высоких температурах восстанавливает их до спиртов.
  Пример: $R-COOR' \xrightarrow{1. DIBAL-H, -78^\circ C} \xrightarrow{2. H_2O} R-CHO$
• "Селектриды" (например, L-Selectride®, литий три-втор-бутилборгидрид): Стерически затрудненные (объемистые) гидридные реагенты. Обладают высокой стереоселективностью благодаря своему большому объему. Атака гидрид-иона происходит с наименее стерически затрудненной стороны карбонильной группы. Часто используются для получения термодинамически менее стабильного стереоизомера спирта.

Ответ: Основными гидридными восстановителями являются тетрагидроборат натрия ($NaBH_4$), тетрагидроалюминат лития ($LiAlH_4$), диизобутилалюминийгидрид (DIBAL-H) и стерически затрудненные реагенты, такие как L-Selectride.

Как можно увеличить стереоселективность гидридных реагентов в реакциях восстановления?

Стереоселективность в реакциях восстановления карбонильных соединений означает преимущественное образование одного стереоизомера (диастереомера или энантиомера) над другим. Увеличить стереоселективность можно несколькими способами:

1. Использование стерически затрудненных (объемистых) восстановителей. Большой размер реагента усиливает стерические различия между двумя сторонами (лицами) плоскости карбонильной группы. Атака происходит преимущественно с менее экранированной стороны.
   • Пример: L-Selectride® (Литий три-втор-бутилборгидрид) или LS-Selectride® (Литий трисиамилборгидрид). При восстановлении 4-трет-бутилциклогексанона с помощью $NaBH_4$ образуется преимущественно транс-изомер (экваториальная OH-группа), тогда как использование L-Selectride® дает почти исключительно цис-изомер (аксиальная OH-группа). Это пример диастереоселективного синтеза.
2. Хелатный контроль. Если в молекуле субстрата в α- или β-положении к карбонильной группе находится атом с неподеленной электронной парой (например, кислород в OH- или OR-группе), можно добиться образования циклического хелатного комплекса с ионом металла (например, $Li^+$, $Mg^{2+}$, $Zn^{2+}$). Это создает жесткую конформацию, в которой одна из сторон карбонильной группы становится стерически более доступной для атаки гидрида. Этот подход описывается моделью Крама для хелатов.
   • Пример: Восстановление по Люше (Luche reduction) с использованием системы $NaBH_4$/$CeCl_3$. Ион церия $Ce^{3+}$ координируется с карбонильным кислородом, что увеличивает его электрофильность и направляет атаку гидрида.
3. Использование хиральных восстановителей для асимметрического синтеза. Для получения одного энантиомера в избытке (энантиоселективное восстановление) необходимо использовать хиральный реагент или хиральный катализатор. Хиральное окружение направляет атаку гидрида на одну из прохиральных сторон карбонильной группы.
   • Каталитическое восстановление по Кори-Бакши-Шибата (CBS-восстановление): Используется боран ($BH_3$) в присутствии каталитических количеств хирального оксазаборолидина. Этот метод позволяет достигать очень высокой энантиоселективности (часто >95% ee) для широкого круга кетонов.
   • Хирально-модифицированные гидриды алюминия и бора: Стандартные гидриды, такие как $LiAlH_4$ или $BH_3$, модифицируют хиральными спиртами или аминами.
     Примеры: реагент BINAL-H (получается из $LiAlH_4$ и хирального диола BINOL) или Alpine-Borane® (получается из $BH_3$ и (+)- или (-)-α-пинена).

Ответ: Стереоселективность гидридного восстановления можно увеличить путем использования стерически объемистых реагентов (например, L-Selectride), применения хелатного контроля (например, восстановление по Люше), а также за счет использования хиральных восстановителей или катализаторов (например, в реакции CBS-восстановления) для достижения энантиоселективности.