由腈轉醛,Stephen還原

2020-11-26 騰訊網

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1925年，英國曼徹斯特大學（The University of Manchester）的Henry Stephen教授發現了一種合成醛類化合物的新方法。反應以芳香族或脂肪族腈作為原料，加入無水SnCl2的Et2O溶液中，與此同時體系中還溶解了飽和的無水HCl，得到亞銨鹽酸鹽中間體。他們進一步向體系中加入水，最終以良好的產率得到水解產物醛。

▲Henry Stephen教授的早期發現（圖片來源：參考資料[1]）

隨後，人們將該反應的操作流程稍加改進：首先將腈類化合物溶解於Et2O、二氧六環等較為惰性的溶劑中，並在0 ℃條件下通入無水HCl至飽和，再加入相同溶劑的SnX2/HCl（X = Cl, Br）溶液。這種以SnX2/HCl（X = Cl, Br）作為還原體系，將腈類化合物還原為醛的過程稱為Stephen醛合成（Stephen aldehyde synthesis），也叫作Stephen還原（Stephen reduction）。

▲Stephen還原反應（圖片來源：參考資料[1]）

Stephen還原反應的機理如下：首先涉及亞氨代醯氯的形成，腈在無水HCl的作用下發生質子化，Cl-作為親核試劑對其親核加成，形成相應的亞氨代醯氯，這種中間體與HCl結合可進一步得到亞銨鹽酸鹽，兩者在體系中存在化學平衡；隨後涉及亞氨代醯氯轉化為醛亞胺，亞銨鹽酸鹽經SnCl2還原為相應的氯代胺陰離子，該物種進一步質子化，Cl-離去得到醛亞胺鹽酸鹽；醛亞胺在H2O的作用下水解，消除一分子NH3得到最終的醛類產物。

▲Stephen還原反應的機理（圖片來源：參考資料[1]）

該反應在強酸性條件下進行，導致對酸敏感的官能團都不能在該體系中兼容，底物適用範圍受到一定的限制。芳香腈的反應效果往往要比脂肪族腈的好，底物的空間位阻對產率影響較大，鄰位取代的芳香腈反應活性較差。

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  • 【教學參考】斐林試劑、還原糖、非還原糖
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    煙醯胺腺嘌呤二核苷酸 (NAD) 和煙醯胺腺嘌呤二核苷酸磷酸 (NADP) 是生命過程中通用的氧化還原輔酶和重要的代謝物。NAD/NADP與各類醛脫氫酶相互作用存在著比較保守的分子識別模式，無論全細胞生物合成或利用細胞粗提液，異源合成途徑生成的醛均有可能被宿主菌中的脫氫酶還原為醇，這使得發酵產物組分複雜，且分離有難度，故宿主菌原有的代謝途徑和碳源流向需要重新規劃。