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克萊門森還原反應克萊門森還原反應簡介

克萊門森反應 （Clemmensen Reduction）是指一種在濃鹽酸溶液加熱回流條件下，使用鋅汞齊將醛或者酮中的羰基還原為亞甲基的有機化學反應。[1] 該反應是以其發現者丹麥裔美國化學家埃里克·克里斯蒂安·克萊門森(Erik Christian Clemmensen)的名字命名的。[2]

圖1.?克萊門森還原反應

使用是克萊門森還原反應的條件在還原芳基烷基酮[3][4]（例如在傅-克酰基化反應中的產物）此類使用場景下特別有效。因此，克萊門森還原反應與傅-克?；磻呐浜虾铣赏榛紵N的經典策略。

克萊門森還原反應機理

圖2. 克萊門森還原反應機理

克萊門森還原反應機理于1975年提出。[5][6]?羰基首先轉化為自由基陰離子（顯示為藍色），然后轉化為鋅類碳烯（顯示為紅色），然后還原為烷烴。

盡管該反應早在1914年就已被發現，但至今為止克萊門森還原反應機理仍然模糊不清。由于反應自身的非均相性質，使得反應機理研究的難度增加，只有少數研究被公開。[7,8]?目前的兩種機理觀點均涉及有機鋅中間體，一種是碳陰離子機理，另一種則是類碳機理。Brewster提出了在金屬表面發生還原反應的可能性。根據羰基化合物的結構或者反應的酸度，在化合物附著在金屬表面后，形成碳-金屬鍵或者氧-金屬鍵。[7]?與此不同，Vedeja則是提出了一種首先形成自由基陰離子和鋅碳化合物，然后再還原成烷烴的反應機理。[5,6]（如上圖所示）然而，醇和碳化物被認為不是中間產物，因此，即使的在克萊門森反應條件下，醇也難以得到烷烴產物。[7,9]

克萊門森反應應用

高度對稱的碳氫化合物因其美觀的結構和潛在的應用引起了科學家們的興趣，但是在合成的過程中依然遇到了許多困難。Suzuki等人利用克萊門森還原反應合成了一種碳氫化合物——Dibarrelane。[10]?他們設定二級醇發生了SN1反應，形成了氯化物。然后，過量的鋅還原氯化物。重要的是，該反應有效地還原了兩個酮、醇和甲氧基羰基，同時還避免了副產物的生成，以高產率（61%）得到了目標產品。

圖3.?Dibarrelane的合成[10]

克萊門森還原反應對脂肪族化合物和環狀酮類化合物不是特別有效。一種優化后的反應條件，將活性鋅粉和鹽酸加入到乙醚或乙酸酐的無水溶液中，可以提高還原反應的效率。此外，優化后的克萊門森還原反應還可以對含有穩定基團（如氰基、氨基、乙酰氧基和烷氧羰基）的分子中的酮基進行選擇性脫氧。Yamamura等人使用優化后的克萊門森反應條件有效地將膽甾烷-3-酮還原成膽甾烷，并以高產率（約76%）得到了目標產品[11]。

圖4.?使用克萊門森還原反應將膽甾烷-3-酮還原為膽甾烷[11]。

克萊門森反應的局限性及解決方案

要想使用克萊門森還原反應，那么底物需要可以承受反應的強酸性條件（37%?HCl）。有以下兩種解決方案可供選擇。Wolff-Kishner還原反應可以還原在強堿條件下穩定的酸敏性底物；而在雷尼鎳條件下對氫解穩定的底物，可以通過Mozingo還原反應制得縮硫醛或縮硫酮，再用雷尼鎳進行還原。

參考文獻

1.?Smith, Michael (2007). March's advanced organic chemistry : reactions, mechanisms, and structure. Jerry March (6th ed.). Hoboken, N.J.: Wiley-Interscience.

2.?Clemmensen, Erik (1913). "Reduktion von Ketonen und Aldehyden zu den entsprechenden Kohlenwasserstoffen unter Anwendung von amalgamiertem Zink und Salzs?ure". Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft. 46 (2): 1837–1843.?https://doi.org/10.1002/cber.19130460292\

3. "Y-PHENYLBUTYRIC ACID". Organic Syntheses. 15: 64. 1935.?https://doi.org/10.15227/orgsyn.015.0064

4. "CREOSOL". Organic Syntheses. 33: 17. 1953.?https://doi.org/10.15227/orgsyn.033.0017

5. Li, Jie Jack (2021), Li, Jie Jack (ed.), "Clemmensen Reduction", Name Reactions: A Collection of Detailed Mechanisms and Synthetic Applications, Cham: Springer International Publishing, pp. 109–111,?https://doi.org/10.1007/978-3-030-50865-4_31

6. Vedejs, E. (1975), John Wiley & Sons, Inc. (ed.), "Clemmensen Reduction of Ketones in Anhydrous Organic Solvents", Organic Reactions, Hoboken, NJ, USA: John Wiley & Sons, Inc., pp. 401–422,?https://doi.org/10.1002/0471264180.or022.03

7. Brewster, James H. (1954). "Reductions at Metal Surfaces. II. A Mechanism for the Clemmensen Reduction 1". Journal of the American Chemical Society. 76 (24): 6364–6368.?https://doi.org/10.1021/ja01653a035

8. Nakabayashi, Tadaaki (1960). "Studies on the Mechanism of Clemmensen Reduction. I. The Kinetics of Clemmensen Reduction of p-Hydroxyacetophenone". Journal of the American Chemical Society. 82 (15): 3900–3906.?https://doi.org/10.1021/ja01500a029

9. Martin, Elmore L. (2011), John Wiley & Sons, Inc. (ed.), "The Clemmensen Reduction", Organic Reactions, Hoboken, NJ, USA: John Wiley & Sons, Inc., pp. 155–209,?https://doi.org/10.1002/0471264180.or001.07

10. Suzuki, Takahiro; Okuyama, Hiroshi; Takano, Atsuhiro; Suzuki, Shinya; Shimizu, Isao; Kobayashi, Susumu (2014-03-21). "Synthesis of Dibarrelane, a Dibicyclo[2.2.2]octane Hydrocarbon". The Journal of Organic Chemistry. 79 (6): 2803–2808.?https://doi.org/10.1021/jo5003455

11. "MODIFIED CLEMMENSEN REDUCTION: CHOLESTANE". Organic Syntheses. 53: 86. 1973.?https://doi.org/10.15227/orgsyn.053.0086.

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