伯奇还原反应？ 图一 Arthur John Birch（来源：参考资料4） Arthur John Birch 1915年出生于澳洲雪梨，毕业于雪梨大学，之后曾到过牛津大学、剑桥大学、曼彻斯特大学深造。 1,4 Birch是二十世纪杰出有机化学家之一，在有机金属化学及生物化学具有一定的影响力，他非凡的创造力使得他在科学上享誉盛名。其中最被人熟知的反应是伯奇还原反应，其具有广泛的应用性，最重要的应用是在口服避孕药（oral contraceptives）的合成，因此伯奇又有药丸之父的称号。伯奇的聚酮类理论（Polyketide Theory），在生物合成中以及天然物中也被人熟知。另外，他最后发表的研究--合成二烯三羰铁衍生物（diene iron tricarbonyl derivatives），后来也被扩展应用。 1,4 在1930年代为了解决具类固醇结构、具芳香环结构的激素以及脂环化合物（alicyclic compound）因为合成这些化合物的技术还不够成熟、且在立体选择性上仍有困难的问题，伯奇利用金属钠与醇类反应，将酯类还原成醇类、甚至还原萘类，但没办法有效还原苯。对于还原过程比较常用一些催化剂、或是高温高压方式来还原的方法（例如：利用铂配合大量的氢气、镍或铜-铬催化剂是一般常用的方法），会使得产物立体选择性的改变，或是会移去一些官能基。当时在类固醇的合成中也遇到问题，因当时还不知道乙烯基醚在酸中容易水解得到羰基化合物。到了1943年，伯奇有了一个重要发现：当在液体氨与金属钠和醇在同一反应中可以有还原的效果，若是在没有取代基的芳香环上可以增加两个氢原子（意指芳香环可以被还原）；另一则是可以很容易从乙烯基醚化合物得到羰基化合物。伯奇结合这两个发现设计出实验：首先他将甲氧基苯( 1 )利用液体氨与金属钠和醇进行还原反应，得到2,5-二氢衍生物( 2 )，再将衍生物( 2 )在酸性条件下进行水解得到环己-3-烯-1-酮( 3 )，并可在酸催化之下再进行异构化得到产物以环己-2-烯-1-酮( 4 )。 1,4 （图二） 图二 伯奇还原反应可将甲氧基苯还原、合成化合物(2)、(3)、(4) （来源：作者绘製） 环己烯酮（cyclohexenone）的衍生物是很多类固醇激素中所含有的结构，此外这个结构在其他的合成中也很常扮演着中间体的角色。伯奇在1944到1950年间在化学期刊上发表了有关此研究的一系列文章，这些文章更是奠定了这一系列化合物在合成上的基础。伯奇也推测出它的反应机构以及取代基不同时所造成的影响。 举例以苯环的例子所绘製的反应机构 2,3,5 ：先利用苯（ A ）与钠进行电子转移得到得一电子的中间（ C ），再与甲醇进行质子转移得到（ D ）；中间体（ D ）再与金属钠进行一次电子转移得中间体（ E ），最后再与甲醇进行质子转移得到还原产物（ B ）。（图三） 图三 以苯环的例子的伯奇还原反应5（来源：作者绘製） 在苯环上若改接不同取代基也会有不同效果。下图为接上拉电子基团（图四）以及推电子基团（图五）的反应机构。 图四 苯环上有拉电子基团取代（来源：参考资料8） 图五 苯环上有推电子基团取代（来源：参考资料8） 举例来说，若苯环接上拉电子接团，苯甲酸( I )在接受电子后可以形成中间体( II )或是中间体( III )，而中间体( III )可以有一较稳定结构的共振式-中间体(IV)；因此在接上拉电子基团时，反应便会比较趋向于以下这条路径，以形成更多稳定的共振中间体。（图六） 图六 拉电子基团的影响7（来源：作者绘製） 而苯环上若接上推电子接团，如图七：苯甲醚( V )在接受电子后可以形成中间体( VI )及中间体( VII )，由于推电子效应的关係，中间体( VII )电子云密度较高、产生较大的斥力，因此中间体(VI)的结构相对于中间体( VII )稳定。 图七 推电子基团的影响7（来源：作者绘製） 由以上共振中间体与苯环上的推拉电子取代基之关係，其影响结果可由图八作为总结。 图八 推拉电子基团的影响之结果，EDG 表示推电子基团，EWG表示拉电子基团（来源：参考资料2,3） 参考文献 Obituary- Arthur John Birch, http://oa.anu.edu.au/obituary/birch-arthur-john-109 Birch reduction ~ Named reaction.com, http://www.name-reaction.com/birch-reduction Birch reduction, http://www.organic-chemistry.org/namedreactions/birch-reduction.shtm Rickards, R. W., & Cornforth, J. (1995). Arthur John Birch. 3 August 1915. http://www.columbia.edu/itc/chemistry/c3045/client_edit/ppt/PDF/11_10_11.pdf http://www.ch.imperial.ac.uk/rzepa/blog/?p=8452 Organic Reactions Stereochemistry And Mechanism (Through Solved Problems), By P S Kalsi Zimmerman, H. E., & Wang, P. A. (1993). The regioselectivity of the Birch reduction.? Journal of the American Chemical Society ,? 115 (6), 2205-2216. 查看更多
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