ในเคมีอินทรีย์การรีดิวซ์คาร์บอนิลคือการเปลี่ยน หมู่ คาร์บอนิลใดๆให้กลายเป็นแอลกอฮอล์ เป็นการเปลี่ยนแปลงที่พบได้ทั่วไปและมีการนำไปใช้หลายวิธี^{[ 1 ]}คีโตนอัลดีไฮด์ กรดคา ร์บอกซิลิ ก เอส เทอร์อะไมด์และกรดเฮไลด์ ซึ่ง เป็นหมู่ฟังก์ชันที่พบได้ทั่วไปมากที่สุด ล้วน เป็นสารประกอบคาร์บอนิล กรดคาร์บอกซิลิก เอสเทอร์ และกรดเฮไลด์สามารถถูกรีดิวซ์เป็นอัลดีไฮด์หรือต่อไปเป็นแอลกอฮอล์ปฐมภูมิได้ ขึ้นอยู่กับความแรงของตัวรีดิวซ์ อัลดีไฮด์และคีโตนสามารถถูกรีดิวซ์เป็นแอลกอฮอล์ปฐมภูมิและแอลกอฮอล์ทุติยภูมิ ได้ตามลำดับ ในการกำจัดออกซิเจนหมู่แอลกอฮอล์สามารถถูกรีดิวซ์และกำจัดออกไปได้ทั้งหมดโดยการแทนที่ด้วยไฮโดรเจน

มีกลยุทธ์หลักสองวิธีสำหรับการลดหมู่คาร์บอนิล วิธีหนึ่งซึ่งเป็นที่นิยมในอุตสาหกรรม ใช้ไฮโดรเจนเป็นตัวรีดิวซ์ วิธีนี้เรียกว่าการไฮโดรจีเนชันและต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะ อีกวิธีหนึ่งใช้สารเคมีในปริมาณที่เหมาะสมซึ่งให้ H⁻ ^และ H⁺ ^แยกกัน บทความนี้จะเน้นที่การใช้สารเคมีเหล่านี้ สารเคมีที่โดดเด่นในกลุ่มนี้ได้แก่ เกลือของโลหะอัลคาไล เช่น โบโรไฮไดรด์และอะลูมิเนียมไฮไดรด์

ในแง่ของกลไกปฏิกิริยาโลหะไฮไดรด์มีผลต่อการเติมไฮไดรด์แบบนิวคลีโอฟิลิกไปยังคาร์บอนิลคาร์บอน ความง่ายในการเติมไฮไดรด์ไปยังคาร์บอนิลได้รับผลกระทบจากอิเล็กโทรฟิลิซิตี้และขนาดของคาร์บอนิล รวมถึงคุณสมบัติทางอิเล็กตรอนและสเตอริกที่สอดคล้องกันของรีเอเจนต์ไฮไดรด์ ผลลัพธ์ของแนวโน้มเหล่านี้คือ กรดเฮไลด์ คีโตน และอัลดีไฮด์มักจะเป็นสารประกอบที่ถูกรีดิวซ์ได้ง่ายที่สุด ในขณะที่กรดและเอสเทอร์ต้องการตัวรีดิวซ์ที่แรงกว่า ที่สำคัญและเป็นลักษณะเฉพาะ รีเอเจนต์ไฮไดรด์เหล่านี้โดยทั่วไปจะไม่โจมตีพันธะ C=C ^{[ 2 ]}

ปัจจัยหลายประการมีส่วนทำให้สารรีดิวซ์โลหะไฮไดรด์มีประสิทธิภาพ ความสามารถในการรีดิวซ์ของรีเอเจนต์โบโรไฮไดรด์ได้รับผลกระทบจากไอออนคู่เช่น Na ⁺เทียบกับ Li ⁺ซึ่งสามารถกระตุ้นคาร์บอนิลได้โดยการประสานกับออกซิเจนของคาร์บอนิล Li ⁺จับกับออกซิเจนของคาร์บอนิลได้แข็งแรงกว่า Na + ^{[ 3 ] อย่างไรก็ตาม}ในกรณีของเตตระไฮโดรอะลูมิเนต NaAlH4 LiAlH4 พฤติกรรมคล้ายกัน^{[ 2 ]}มีการศึกษาเกี่ยวกับสารเติมแต่งโลหะหลายชนิด ตัวอย่างเช่น ซิงค์โบโรไฮไดรด์ ซึ่งมีสูตรทางเคมีคือZn(BH4 2 สำหรับการลดอัลดีไฮด์และคีโตนอย่างอ่อนโยนและเลือกได้ในที่ที่มีหมู่รีดิวซ์อื่นๆ^{[ 4 ]}

โลหะกลาง (โดยปกติคือ B เทียบกับ Al) มีอิทธิพลอย่างมากต่อความแรงของสารลดปฏิกิริยา อะลูมิเนียมไฮไดรด์มีความเป็นนิวคลีโอฟิลิกมากกว่าและเป็นสารลดปฏิกิริยาที่ดีกว่าเมื่อเทียบกับโบโรไฮไดรด์^{[ 5 ]} โซเดียมโบโรไฮไดรด์ซึ่งเป็นสารลดปฏิกิริยาที่ค่อนข้างอ่อน มักใช้สำหรับการลดคีโตนและอัลดีไฮด์ มันสามารถทนต่อหมู่ฟังก์ชันหลายชนิด (หมู่ไนโตร ไนไตรล์ เอสเตอร์) ^{[ 6 ]}

ลิเธียมอะลูมิเนียมไฮไดรด์และโซเดียมโบโรไฮไดรด์ (และอนุพันธ์ของสารทั้งสอง) มีความแตกต่างกันอย่างมากในด้านคุณสมบัติการใช้งานใช้งานง่ายกว่า LiAlH₄ มากมีความเสถียรในอากาศได้นานหลายสัปดาห์ สามารถใช้น้ำหรือเอทานอลเป็นตัวทำละลายได้ ในขณะที่ LiAlH₄ ปฏิกิริยาอย่างรุนแรงและระเบิดได้กับตัวทำละลายที่มีโปรตอน

หมู่แทนที่บนอะตอมโบรอนหรืออะลูมิเนียมจะปรับเปลี่ยนพลัง ความเลือกสรร และคุณสมบัติในการจัดการของสารรีดิวซ์เหล่านี้ หมู่ดึงอิเล็กตรอนเช่น อะซีทอกซีและไซยาโนจะลดพลังการรีดิวซ์ลง ทำให้ NaBH(OAc) และ NaBH₃ CN) เป็นสารรีดิวซ์ที่อ่อนแอ หมู่ให้อิเล็กตรอน เช่น หมู่แอลคิล จะเพิ่มความแรงในการรีดิวซ์ซูเปอร์ไฮไดรด์ (ลิเธียมไตรเอทิลโบโรไฮไดรด์) และL-ซีเลคไตรด์เป็นสารรีดิวซ์ที่แรง ดังนั้นจึงมีความอันตรายในการใช้งานเช่นกัน

ตารางต่อไปนี้^{[ 7 ]}แสดงให้เห็นว่าหมู่ฟังก์ชันคาร์บอนิลใดสามารถถูกรีดิวซ์ได้ด้วยสารรีดิวซ์ใด (สารรีดิวซ์บางชนิดมีประสิทธิภาพแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับสภาวะของปฏิกิริยา):

คีโตนมีปฏิกิริยาน้อยกว่าอัลดีไฮด์ เนื่องจากมีผลกระทบเชิงสเตอริกมากกว่า และเนื่องจากหมู่แอลคิลที่เพิ่มเข้ามามีส่วนช่วยเพิ่มความหนาแน่นของอิเล็กตรอนให้กับพันธะ C=O ทำให้มีคุณสมบัติเป็นอิเล็กโทรฟิลน้อยลง^{[ 8 ]}เนื่องจากอัลดีไฮด์สามารถถูกรีดิวซ์ได้ง่ายกว่าคีโตน จึงต้องใช้รีเอเจนต์และสภาวะที่อ่อนกว่า ในทางตรงกันข้าม กรดคาร์บอกซิลิก เอไมด์ และเอสเทอร์มีคุณสมบัติเป็นอิเล็กโทรฟิลต่ำและต้องใช้รีดิวซ์เอเจนต์ที่แรง^{[ 9 ]}

กรดคลอไรด์เปลี่ยนเป็นอัลดีไฮด์

ตามธรรมเนียมแล้ว กรดคลอไรด์จะถูกรีดิวซ์เป็นอัลดีไฮด์โดยใช้ตัวให้ไฮไดรด์ที่มีอุปสรรคทางสเตอริก สารรีดิวซ์DIBAL-H (ไดไอโซบิวทิลอะลูมิเนียมไฮไดรด์) มักถูกใช้เพื่อจุดประสงค์นี้ แม้ว่าโดยปกติแล้วมันจะรีดิวซ์คาร์บอนิลใดๆ ก็ได้ DIBAL-H สามารถรีดิวซ์กรดคลอไรด์ให้เป็นอัลดีไฮด์ได้อย่างเลือกสรร หากใช้เพียงหนึ่งเทียบเท่าที่อุณหภูมิต่ำ^{[ 13 ]} LiAlH(OtBu) (ที่เกิดขึ้นจาก LiAlH และ tBuOH ในแหล่งกำเนิด) มีพฤติกรรมคล้ายกัน^{[ 14 ]} สมการในอุดมคติสำหรับการรีดิวซ์กรดคลอไรด์ให้เป็นอัลดีไฮด์โดยลิเธียมอะลูมิเนียมไฮไดรด์คือ:

RCOCl + LiAlH(OtBu) → LiCl + "Al(OtBu) " + RCHO

วิธีการแบบดั้งเดิม - ไฮไดรด์ที่ถูกกีดขวางและคาร์บอนิลที่ทำปฏิกิริยา - มีข้อจำกัดเนื่องจากขอบเขตของสารตั้งต้นแคบและขึ้นอยู่กับสภาวะของปฏิกิริยาอย่างมาก วิธีแก้ปัญหาอย่างหนึ่งคือปฏิกิริยา Rosenmundซึ่งลดอะซิลคลอไรด์โดยใช้ก๊าซไฮโดรเจนและตัวเร่งปฏิกิริยาแพลเลเดียมบนแบเรียมซัลเฟต พื้นที่ผิวของตัวเร่งปฏิกิริยาขนาดเล็กช่วยป้องกันการรีดิวซ์มากเกินไป^{[ 15 ]}

นอกจากนี้ ยังมีปฏิกิริยารีดักชันหลายขั้นตอนเพื่อสร้างอัลดีไฮด์อีกมากมาย วิธีที่ง่ายที่สุดคือการลดอะซิลคลอไรด์ลงจนกลายเป็นแอลกอฮอล์ จากนั้นจึงออกซิไดซ์กลับไปเป็นอัลดีไฮด์อีกครั้ง เทคนิคอื่นๆ ใช้อะซิลคลอไรด์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาเราสามารถสร้างไทโอเอส เทอร์ ไวน์เรบอะไมด์ หรือสารประกอบไรส์เซอร์ท จากนั้นลดสารประกอบใหม่เหล่านี้ให้เป็นอัลดีไฮด์โดยใช้ปฏิกิริยารีดักชันแบบฟุกุยามะ ปฏิกิริยาไวน์เรบ หรือการแยกสารแบบไรส์เซอร์ท ตามลำดับ

ในการลด Weinrebนั้น Weinreb amide จะถูกบำบัดด้วยลิเธียมอะลูมิเนียมไฮไดรด์: ^{[ 16 ]}

กระบวนการรีดักชันจะหยุดที่อัลดีไฮด์ เนื่องจากสาร ตัวกลาง เฮมิอะซีทัล เป็น คีเลตที่เสถียรและมีคุณสมบัติเป็นอิเล็กโทรฟิลน้อยกว่าคาร์บอนิลที่ยุบตัวลงมาก

ในการลดแบบฟุกุยามะ ไทโอเอสเทอร์จะถูกลดเป็นอัลดีไฮด์โดยซิลิลไฮไดรด์ที่มีตัวเร่งปฏิกิริยาแพลเลเดียม: ^{[ 17 ]}

อัลดีไฮด์และคีโตน

สมการในอุดมคติสำหรับการรีดิวซ์คีโตนด้วยโซเดียมโบโรไฮไดรด์คือ:

4 RCOR' + NaBH → NaB(OCHRR')

NaB(OCHRR') ) + 4 H O → "NaB(OH) " + 4 HOCHRR' + 4 HOR'

อะมิเนชั่นแบบรีดิวซ์

นอกจากการลดเป็นแอลกอฮอล์แล้ว อัลดีไฮด์และคีโตนยังสามารถเปลี่ยนเป็นเอมีนได้ กล่าวคือ การรีดิวซ์อะมิเนชัน^{[ 18 ]}เนื่องจากมีหมู่ไซยาโนเป็นส่วนประกอบ NaBH CN จึงเป็นตัวรีดิวซ์ที่อ่อนแอที่ค่า pH ปานกลาง (>4) ดังนั้นจึงรีดิวซ์ไอออนอิมิเนียมที่มีอยู่ในที่ที่มีคาร์บอนิลเป็นหลัก

คาร์บอนิล α,β-ไม่อิ่มตัว

เมื่อคาร์บอนิล α,β-ไม่อิ่มตัวถูกรีดิวซ์ ผลิตภัณฑ์สามอย่างอาจเกิดขึ้นได้ ได้แก่อัลลิลแอลกอฮอล์จากการรีดิวซ์คาร์บอนิลแบบง่าย คีโตนหรืออัลดีไฮด์อิ่มตัวที่เกิดจากการรีดิวซ์ 1,4 (เรียกอีกอย่างว่าการรีดิวซ์แบบคอนจูเกต ) หรือแอลกอฮอล์อิ่มตัวจากการรีดิวซ์สองครั้ง^{[ 19 ]}การใช้ NaBH สามารถให้ผลลัพธ์ใดๆ เหล่านี้ได้ แต่ InCl หรือ NiCl จะเร่งปฏิกิริยา การรีดิวซ์1,4โดยเฉพาะ^{[ 1 ]} โพแทสเซียมหรือลิเธียมไตร(เซค-บิวทิล) ­ บางครั้ง โบโรไฮไดรด์จะเลือกการลด 1,4 แต่สามารถถูกขัดขวางโดยอุปสรรคทางสเตอริกได้^{[ 20 ]}คลัสเตอร์ไตรฟีนิลฟอสฟิโน คอปเปอร์ไฮไดรด์จะชี้นำ การไฮโดรจิเนชันแบบเร่งปฏิกิริยาเพื่อทำการลดคอนจูเกตโดยเฉพาะ

เพื่อสร้างแอลลิลแอลกอฮอล์อย่างเลือกสรรและหลีกเลี่ยงผลิตภัณฑ์ 1,4 การลดแบบ Lucheใช้ "ซีเรียมโบโรไฮไดรด์" ที่สร้างขึ้นในแหล่งกำเนิดจาก NaBH และ CeCl (H O) ^{[ 21 ] [ 22 ]}แหล่งกำเนิดไฮไดรด์ Zn(BH ) ยังแสดงการเลือกสรร 1,2 เช่นเดียวกับการเลือกสรรไดแอสเตอริโอเมอร์ที่มากขึ้น โดยจะประสานงานไม่เพียงแต่กับออกซิเจนของคาร์บอนิลเท่านั้น แต่ยังรวมถึงอะตอมที่อยู่ติดกันด้วย: ^{[ 23 ]}

กรณีพิเศษของการรีดิวซ์คาร์บอนิลเกี่ยวข้องกับการกำจัดออกซิเจนอย่างสมบูรณ์ หรือก็คือไฮโดรไลซิส ผลลัพธ์นี้มักไม่เป็นที่พึงประสงค์เพราะเกี่ยวข้องกับการลดฟังก์ชันของหมู่คาร์บอนิล

ปฏิกิริยาบางอย่างสำหรับการเปลี่ยนแปลงนี้รวมถึงการลดของ Clemmensen (ในสภาวะที่เป็นกรดอย่างรุนแรง) และการลดของ Wolff–Kishner (ในสภาวะที่เป็นเบสอย่างรุนแรง) รวมถึงการดัดแปลงต่างๆ ของปฏิกิริยา Wolff-Kishner การดัดแปลงของ Caglioti ตัวอย่างเช่น ใช้tosylhydrazoneกับตัวให้ไฮไดรด์ในสภาวะที่อ่อนโยนกว่าโดยไม่มีเบส^{[ 24 ]}การดัดแปลงของ Myers แทนที่ไฮดราซีนด้วย bis(tert-butyldimethylsilyl)-hydrazine ใช้สภาวะที่อ่อนโยนกว่าที่อุณหภูมิห้อง และรวดเร็วและมีประสิทธิภาพ^{[ 25 ]}

คาร์บอนิลอะโรมาติกจะถูกรีดิวซ์เป็นอัลเคนที่เกี่ยวข้องได้ง่ายกว่าสารประกอบอะลิฟาติก^{[ 26 ]}ตัวอย่างเช่น คีโตนจะถูกรีดิวซ์เป็นอัลคิลเบนซีนที่เกี่ยวข้องโดยการไฮโดรจิเนชันแบบเร่งปฏิกิริยา^{[ 27 ] [ 28 ]}หรือโดยการรีดิวซ์แบบเบิร์ช^{[ 29 ]}ภายใต้สภาวะที่ไม่รุนแรง

การลด Bouveault –Blancโดยใช้ส่วนผสมของโลหะโซเดียมในที่ที่มีแอลกอฮอล์ เป็นวิธีการแรกๆ สำหรับการลดคาร์บอนิล^{[ 32 ]} ปัจจุบันวิธีการนี้ล้าสมัยไปแล้วเป็นส่วนใหญ่ หลังจากการค้นพบการลด Bouveault–Blanc ได้มีการพัฒนาวิธีการต่างๆ มากมาย รวมถึงความก้าวหน้าครั้งสำคัญในการไฮโดรจิเนชัน แบบเร่งปฏิกิริยา โดยที่ H ทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์^{[ 33 ]} เกลือโบรอนและอะลูมิเนียมไฮไดรด์ ซึ่งถูกค้นพบตั้งแต่ช่วงปี 1940 เป็นต้นมา พิสูจน์แล้วว่าเป็นรีเอเจนต์ที่สะดวกมากสำหรับการลดคาร์บอนิล

ในการลด Meerwein-Ponndorf-Verleyนั้นอะลูมิเนียมไอโซโพรพอกไซด์ทำหน้าที่เป็นแหล่งไฮไดรด์ สถานะของปฏิกิริยานี้ได้รับการสรุปไว้ดังนี้ "นักเคมีอินทรีย์สังเคราะห์จะไม่ค่อยพยายามใช้เทคนิคแบบดั้งเดิมเช่นปฏิกิริยา Meerwein−Ponndorf−Verley (MPV)" ^{[ 34 ]}

• ยีสต์ขนมปัง : เส้นทาง การเปลี่ยนแปลงทางชีวภาพสำหรับการลดคาร์บอนิล