氢化铝锂的生产与反应

郭军志 黄 鹏 杨 涛 裴 文

（浙江工业大学 化工学院，杭州 310000）

氢化铝锂，又称铝锂氢，化学式为LiAlH4，是一种白色固体结晶，其性能非常活泼，容易与水发生反应并产生氢气，较易溶解于醚类，因此其反应常常在醚溶液中进行。氢化铝锂是一种非常优异的还原剂，有非常强的还原能力，对于含有醛、酮、酯、胺、腈等官能团的有机分子能够进行非常高效的还原。用氢化铝锂作为还原剂，工艺简单、操作方便、效果明显，也不会破坏碳碳双键，而且收率通常较高[1]。氢化铝锂能够在化工领域、医药领域以及农药等多个领域起着广泛的应用。

1 制备方法

早在1974年，就出现了制备氢化铝锂的相关文献[1-2]。基本的制备反应方程：

其中氢化锂的制备较为简单，金属锂与氢气在反应釜中进行。而氢化铝锂的制备则有些麻烦，原因在于氢化铝锂的制备过程中，存在一个诱导期，即反应途中会突然产生爆发，导致反应难以控制。有文献提到事先加入少量溴化铝，反应可以一开始较平稳地进行，这在实验室中制备少量的氢化铝锂比较适用。也有资料显示出，制备的关键在于要预先加入一定量的氢化铝锂或则碘作为反应引发剂，就可以避免诱导期。直接应用溴化铝代替氯化铝则不存在诱导期。

对于诱导期的研究表明，诱导期的出现和乙醚中水分含量的多少有关系，水分越多，则诱导期越长，而常规干燥操作下，乙醚不能达到完全的干燥，因而诱导期不能避免[3]。导致诱导期的可能原因在于氢化锂表现形成了氢氧化锂保护膜，抑制了反应的进行，而只有先破除这层保护膜才能促使反应的开展，反应中的诱导期可能就是反应过程中破除保护膜而引起的结果。事先加入引发剂的作用是为了完全干燥乙醚中的水分，阻止形成保护膜的可能。制备氢化铝锂还有一些其他的方法，高压合成法或由NaAlH4制取[4-5]。高压法就是用氢化锂和铝在高压氢气或者醚溶液中反应得到。而NaAlH4制取法则是根据氢化铝钠与氯化锂发生了复分解的反应，其中氢化铝钠也能换成氢化铝钾来实现。

2 还原反应

作为还原能力极强的还原剂，氢化铝锂几乎可以还原所有有机官能团，因而在有机合成反应中广泛应用[6]。

2.1 与卤代物的反应

用氢化铝锂来还原卤代烃，可以制得相对应烃，也形成了对应的配位铝氢化物。然而当乙醚作为溶剂时，反应会相对较慢，因而与卤代烃的反应中，氢化铝锂多是以四氢呋喃或者丁醚作为溶剂，高温下反应较快。而在多氟卤代烃还原中，氢化铝锂优先还原1个卤原子，而还原第2个卤原子的能力则相对弱了很多[7]。在1-2-二氯六氟环丁烷与氢化铝锂丁醚溶液的反应中，产物得到了相对应的一氯六氟环丁烷和六氟环丁烷，其中产物一氯六氟环丁烷产率达70%，六氟环丁烷只有30%。反应式如下：

2.2 与羧酸酯的反应

在几乎大多的有机还原反应中，氢化铝锂与硼氢化钠都是作为一种非常常用的金属还原剂，通过比较发现，氢化铝锂对比硼氢化钠，还原能力更加突出，能够还原硼氢化钠难以还原的酯类官能团[8]。

氢化铝锂与酯基还原反应中的还原机理可以认为是负氢离子的亲核加成反应[9]。首先，羧酸酯与氢化铝锂形成了羧酸酯的锂盐物；然后，这个羧酸酯锂盐物又和氢化铝离子相靠近，并且与羰基氧形成了络合物；接着氢负离子发生转移，转移到了羰基碳上，最后脱去了LiAlH3获得了对应的醛。紧接着，另一分子的氢化铝锂马上与先前生成的醛反应，最终经过与烯酸作用，水解得到了对应的产物醇。

氢化铝锂还原的酯的反应被大量的用于实际与研究工作中。李洋等人以α,β-不饱和酯作为反应底物，通过不断改变实验条件，证明反应最终产物含有一定1,3-二醇，并且改变不同的溶剂条件，发现在以四氢呋喃作为溶剂时，1,3-二醇所得产率最高。而这个合成1,3-二醇的便捷方法则有望于应用到1,3-二醇骨架结构的天然物的合成中去[10]。徐继有用氢化铝锂还原含有酯基的八氢吲哚并2,3-喹嗪化合物得到意外产物[11]。

2.3 与醛酮的反应

氢化铝锂与醛酮的反应，是分步的反应过程[12]。第1步反应式为：

LiAlH4中起还原作用的部分是 AlH4-，AlH4-能够提供有强还原能的氢负离子。氢负离子转移到醛酮羰基的碳离子上，此过程是不可逆的。在反应完全进行后，不是直接得到醇，而是得到了醇盐。因此反应的第1步是形成对应的醇盐，第2步则是盐水解形成对应的醇。

用氢化铝锂作为还原酮制备光化学活性醇在药物，农药等精细化工领域应用也是越来越频繁。刘湘等人将手性氨基醇(1S，2R)-1-二丁氨基-1,2-二氢-2-茚醇（1,R′OH）和氢化铝锂混合生产手性试剂，并将该手性试剂用在了对不对称还原苯乙酮的研究中[13]。

2.4 与氰基的反应

腈类物在氢化铝锂作用下可以转化为高产率胺。余申义利用氢化铝锂与5-氰基-4-氨基-2,6-二烷硫基嘧啶化合物的还原反应，制得了含有双氨基的嘧啶产物[14]。

2.5 与特殊情况下双键的反应

氢化铝锂的还原反应一般不会对碳碳双键产生影响，即氢化铝锂不会还原碳碳双键，但是在一些特殊情况下，碳碳双键也能被LiAlH4还原。对于α,β-不饱和醛酮中碳碳双键，大量的实验数据表明，一定的条件下，羰基和双键都被氢化铝锂还原了[15]。如反应

这种情况下的碳碳双键的还原，被认为有这3种可能存在的机理。1种认为是羰基影响下，β-碳的正性强化，导致β-碳被氢负离子进攻；另1种是氢化铝锂的氢负离子作用羰基碳原子，还原成稀丙酮，又在碱性溶液下，发生重排形成了饱和的酮，然后进一步的被还原为饱和醇；第3种即可能为直接还原，并且只有在高温下可以进行。

3 氢化铝锂的一些应用

李爱军等报道了用氢化铝锂可以一步还原β-烯胺酮制得1,3-胺基醇[16]。通过选择合适的反应底物（3-二甲氨基-1-芳基-2-丙烯酮），并且在四氢呋喃溶剂中过量氢化铝锂通过回流，可以实现N,N-二甲基-3-羟基-3-芳基丙胺的一步还原。其过程是先还原烯键，后还原了羰基。这也提供了1个范例，即在一定条件下，氢化铝锂可以还原碳碳双键。

在抗菌药物莫西沙星的探究中，利用氢化铝锂可以还原8-苄基-7,9-二氧代-2,8-二氮双杂环[4.3.0]壬烷得到8-苄基-2,8-二氮双杂环[4.3.0]壬烷最佳收率可达93.7%[17]。

在合成巴洛沙星的过程中，选择3-氨基吡啶作为反应原料，通过与甲酸氧化制得3-甲酰胺基吡啶，随后再用氢化铝锂作为还原剂来还原3-甲酰胺基吡啶便得到3-甲胺基吡啶，可达85%的收率[18]。

4 结束语

氢化铝锂由于其超强的还原能力，在还原卤代物、酸、酯、醛、酮和氰基等官能团上有着显著的效能，同时也作为金属有机还原剂中的典型代表，在有机合成中，如精细化工领域、医药合成制备领域、农药开发生产领域应用非常的广泛，深受有机化学家青睐。但是，正是因为氢化铝锂还原能力强，也反应出氢化铝锂还原反应复杂，因此，笔者认为，充分学习掌握氢化铝锂的性质对于研发人员都非常重要，只有在弄清其反应实质后，才能设计合理的实验条件，发挥使氢化铝锂表现最大的还原能力。

[1]任道华.化合物中的新秀——氢化铝锂[J].山西化工,1982(3):63-65.

[2]吕布,王松涛,王守柱.氢化铝锂的合成和应用[J].安徽化工,1999,25(4):18-20.

[3]张允什,陈声昌,刘鼎蓉,等.对氢化铝锂合成反应中诱导期的初步研究[J].无机盐工业,1983,15(5):1-4.

[4]Holleman G C,Hartmann-Petersen P.Sasol encylopaedia of science and technology[M].New Africa Books,2007:143.

[5]Santhanam Ranganathan,Sean Mcgrady G.Synthnesis of alkali metal hexahydroaluminate complexes using dimethyl ether as a reaction medium[J].Inroganica Chimica Acta,2008,361:473-476.

[6]王丽君.有机化学中还原反应的应用[J].石家庄职业技术学院学报,2013,25(2):56-58.

[7]柴华,杨会娥,李惠黎.含氟多卤代烃的还原[J].有机氟工业,2009(2):51-52.

[8]于世钧,郭宏.LiAlH4和NaBH4的还原反应[J].辽宁师范大学学报:自然科学版,2003,26(1):56-58.

[9]林世博,李喆宇,罗刚,等.羧酸酯还原制备醇的方法研究进展[J].化工进展,2014(5):1276-1284.

[10]李洋,王峰,曹小平.氢化铝锂还原-不饱和羰基化合物的新反应——一种合成1,3-二醇的简便方法[J].化学学报,2003,61(2):279-284.

[11]徐继有.氢化铝锂还原带有酯基的八氢吲哚并2,3-a喹嗪化合物的竞争加成反应[J].化学通报,1987(8):42-43.

[12]蒋达荣.关于氢化铝锂和硼氢化钠还原醛酮成醇的反应式[J].大学化学,1997,12(4):54-55.

[13]刘湘,朱同胜,鲍明伟.手性还原剂用于苯乙酮的不对称还原研究[J].无锡轻工大学学报,1999,18(3):94-97.

[14]余申义,佟太锋,魏朝俊,等.氢化铝锂还原多取代嘧啶氰基[J].化学试剂,2006,28(6):357-358.

[15]王彩兰,刘文彬.LiAlH4和NaBH4对不饱和醛酮中碳碳双键的还原[J].大学化学,1997,12(5):57-59.

[16]李爱军,冯宝,刘倩春.氢化铝锂一步还原β-烯胺酮合成1,3-胺基醇[J].有机化学,2011,31(1):106-109.

[17]翟红.抗菌药物莫西沙星的合成[D].太原:太原理工大学,2007.

[18]王道林,姜莉莉,李春芳.新一代氟喹诺酮类抗菌素——巴洛沙星的合成[J].中国药物化学杂志,2005,15(6):340-343.