一个典型的借氢反应---9苄基芴的制备

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流程

1. 9-苄基芴的制备

反应机理

虽然是形式上的取代反应，但是机理涉及借氢反应。苯甲醇在碱性条件下，被空气中的氧气氧化为苯甲醛。这之后苯甲醛与芴在碱性条件下，经过稳定的芴负离子缩合，产生9-亚苄基芴烯。该物质与苯甲醇发生分子间氢转移反应，生成产物9-苄基芴同时再生苯甲醛。反应直至芴完全消耗。

在100mL的干燥单口烧瓶中，加入芴8.30 g (50.0mmol, 1eq) [1]，氢氧化钾4.09 g (72.9mmol, 1.45eq) [1]。加入搅拌子后，加入苯甲醇20ml (20.8g, 192mmol, 3.85eq) [1]。摇匀后插入空气冷凝管，上端不密封[2]将整个装置放在油浴上，快速加热至回流温度回流[3]。

从左至右，从上至下依次为：

a)称取氢氧化钾，b）称取芴，c）量取苯甲醇

d)在烧瓶中的样子，e)准备加热， f)装置全图，为空气冷凝管

混合物会逐渐由悬浊液变为澄清，颜色为棕色。保持回流状态回流2h，在这个过程中，反应液的颜色会逐渐变淡，由棕色变为浅棕色再到淡黄色。同时可以观察到空气冷凝管中有液滴冷凝[3]。

从左至右，从上至下依次为：

a)称取开始准备回流，b）加热至回流温度，c）冷凝管的样子

d)回流1h的样子，e) 回流2h的样子， f)反应结束准备冷却

回流2h后，停止搅拌，冷却反应液到常温[4]。冷却到常温的过程中析出大量针状晶体，反应液会近乎固化并呈现微红色[5]，冷却到常温后加入20ml冷水[1]，用刮勺充分破碎反应物，并用超声混匀。抽滤，一开始的滤饼为淡红色，滤饼用冷水充分洗涤（50mlx3）至纯白色[6]，再用冷甲醇洗涤一次（25ml）。反应物真空干燥，得到9-苄基芴粗品12.65g（49.3mmol，产率98.7%）。

从左至右，从上至下依次为：

a)冷却到室温的样子，b)抽滤产物，c)最初的滤饼，为淡红色

d)水洗后的样子，e)甲醇洗涤，f) 甲醇洗涤后的样子

产物用正庚烷重结晶，每克粗产物用5ml正庚烷[1] [7]，自然冷却后在0℃储存过夜使之充分结晶，将结晶抽滤，用正己烷洗涤后真空干燥，得到纯品9-苄基芴11.84g (46.2mmol，产率92.4%)。核磁表征[8] [9]。

从左至右，从上至下依次为：

a)粗产物，b)开始重结晶，c)粗产物即将完全溶解

d)完全溶解的样子，e)冷却后析出晶体，f)干燥后的晶体，g)称重计算产率

注释

[1] 芴来自TCI化学公司，未经提纯即可使用；苯甲醇来自TCI化学公司，未经提纯即可使用；氢氧化钾（粒状，85%）来自和光WAKO化学公司，未经提纯即可使用；正庚烷，甲醇等溶剂均来自和光WAKO化学公司，未经提纯即可使用；本实验用水为普通自来水。

[2]由反应机理，本反应需要少量氧气将苯甲醇氧化为苯甲醛启动反应循环，因此不密闭装置为佳。经过实验，密闭装置并置换氮气，然后加入5%苯甲醛的效果不如不密闭装置的好。这可能是因为苯甲醛在强碱下优先发生歧化反应所致（康尼查罗反应）

[3]苯甲醇常压沸点为204℃。但是反应体系中有存在水（反应使用的氢氧化钾含水，以及反应产生水），混合物大概在185℃左右发生回流。另外，如果不快速加热至回流，在120℃左右可以观察到芴大量的升华。虽然最后也会被回流的反应液冲下来，但是还是快速加热至回流，避免升华为宜。

升华的芴

[4]一定要停止搅拌冷却，如果保持搅拌冷却，反应体系中的水会和产物固体混合成胶状物导致难以抽滤。

搅拌下成胶状的产物

[5]反应体系液相实际上是两相：过量的苯甲醇和水相，固体析出后会几乎完全固化。

[6]抽滤出的反应液为淡黄色，分两相，上层为淡黄色的水相，下层可以观察到淡黄色油相（苯甲醇）。

抽滤的滤液的样子

[7]正庚烷重结晶时可以观察到有少量液滴在瓶壁上冷凝，这是水/正庚烷共沸物（沸点79.2℃） 。

冷凝的液滴

[8]产物是纯白色晶体，易溶于醚，卤代烃，丙酮等溶剂；在常温下在甲醇，乙醇等低级醇；苯，甲苯等苯系溶剂；己烷等烷烃中溶解度较低，随着温度上升溶解度快速上升。

[9] 产物的核磁共振谱图为：

1HNMR(400MHz,CDCl3):

δ=7.84-7.70(d,2H, fluorene-4,5-H) ,7.42-7.10(m,11H, ArH) ,4.25(t,1H, fluorene-9-H) ,3.13(d,2H, Ph-CH2-H).

13CNMR(100MHz, CDCl3):

δ=146.95 ,140.95 ,139.96 ,129.67 ,128.42 ,127.24 ,126.78 ,126.50 ,124.98 ,119.95 ,48.83 ,40.21.

讨论

借氢反应(borrowing hydrogen reaction)或者叫氢自动转移反应。是一种原子经济性100%的有机反应，其主要形容醇的羟基被取代的反应，反应过程通常包括醇的脱氢---醛酮发生反应，得到羰基衍生物---氢的归还，得到羟基被取代的产物。以下的醛酮---亚胺---胺的借氢反应是最常见的^[1][2]。

醇变胺的''取代反应''

最早发现的借氢反应为Guerbet reaction：乙醇衍生物在强碱或金属催化剂的作用下，发生二聚生成β-取代的乙醇衍生物的反应。反应机理和本处的反应很接近：醇在碱性条件下先被氧化为醛，醛发生Adol反应生成1,3-不饱和醛，这之后1,3-不饱和醛作为电子受体，得到“2eqH2”产生产物^[3]。

转移“H2”的过程在利用强碱反应时往往是分子间协同的，反应机理类似于Oppenauer氧化中的氢转移反应。

在使用金属催化剂时，金属催化剂能够作为H载体启动反应，使得反应条件变得温和，同时降低了反应的harsh程度，增加了反应物兼容度。在药物的合成中已经有了较广泛的应用^[4][5]。

在全合成中，埃默里大学的代明骥教授在合成(±)-Stemocurtisine中，利用Shov催化剂（四苯基环戊二烯酮--RuH络合物），一步完成了分子内两个大环（一个6ring，一个7ring）的构建^[6]