Birch還原反應

芳香環通過堿金屬（ Li, Na, K ）液氨溶液在醇存在下進行1,4-位還原得到非共軛的環己二烯或其他不飽和雜環的反應被稱為 Birch還原反應。

吡啶，吡咯和呋喃等雜環都可以在此條件下還原。當芳環上有取代基時，還原反應的區域選擇性和取代基的性質有關。普通烯烴在此反應條件下不受影響，但和芳環共軛的烯烴可能會被還原。另外 α,β-不飽和羰基化合物，非端基炔和苯乙烯類化合物都可以被還原。此反應有一些應用限制：富電子的芳香雜環至少要有一個吸電子取代基才能發生反應，因此呋喃和噻吩類化合物如果沒有吸電子取代基則不能進行反應。

反應機理

堿金屬液氨溶液提供電子，芳環進行單電子轉移得到自由基陰離子，然后奪取醇的質子生成自由基，接著自由基再進行一次單電子轉移得到碳負離子，再奪取醇的一個質子得到產物。

當芳環上有取代基時，還原反應的區域選擇性和取代基的性質有關。如果是供電子取代基（EDG），反應速率比不取代芳環的反應速率慢，生成的產物的取代基部分沒有發生還原反應。當取代基是吸電子取代基（EWG）時，結果剛好相反。

給電子取代基：

吸電子取代基：

反應實例

Tetrahedron Lett. 1998, 39, 3075-3078

Chem. Commun.2000, 465-466

J. Am. Chem. Soc.2000, 122, 3811-3820

J. Org. Chem.1997, 62, 1223-1229

Birch還原烷基化反應

Tetrahedron Lett. 2001, 42, 5841-5844

J. Org. Chem.2013, 78, 83-92

J. Org. Chem.2005, 70, 2054-2059

Chem. Eur. J.2008, 14, 1552-1560

2004年，Sugai小組在四氫呋喃（THF）或Et2O中用鋰和乙二胺還原芳烴化合物時沒有分離出1,4-環己二烯產物，這表明THF可能是鋰離子的配體。受此啟發，美國匹茲堡大學的Kazunori Koide教授課題組在溫和條件下以四氫呋喃為溶劑，利用鋰和乙二胺促進了芳烴化合物的Birch還原反應（圖1F）。該方法在室溫下反應、設備要求低、操作簡便、成本低、快速、可規模化、安全性高，而且對富電子和缺電子芳烴都有很好的效果，可稱得上是“在任何化學實驗室都適用”（注：這是論文中的原話，“accessible to any chemical laboratory”）。【Science, 2021, 374, 741-746】

Arthur Birch (1915-1995)，澳大利亞人，二戰期間在牛津大學的Robert Robinson實驗室發現了此反應。此反應在避孕藥（birth control pills） 等其他很多藥物的合成中起到至關重要的作用。

【Birch, A. J. J. Chem. Soc. 1944, 430-436】

參考文獻

一、Strategic Applications of Named Reactions in OrganicSynthesis, László Kürti and Barbara Czakó, Birch reduction, page 60-61.

二、Name Reactions （A Collection of Detailed Reaction Mechanisms）, Jie Jack Li, Birch reduction，page 52-53.