Birch-Reduktion

Die in den 1940er Jahren von Arthur Birch entwickelte Reaktion ist eine regioselektive Reduktion von Aromaten in 1,4-Stellung.

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Grundlage der Birch-Reduktion ist das Lösen von Natrium oder Lithium und seltener Kalium in flüssigem Ammoniak, wobei solvatisierte Elektronen gebildet werden. Dies ist durch eine tiefblaue Färbung der Lösung zu erkennen.

Das LUMO des Aromaten nimmt eines der Elektronen aus der Lösung auf und ein Phenyl-Radikal-Anion wird gebildet. Dieses erfährt dann eine Protonierung durch Alkohol. Diesen kann man entweder im Laufe der Reaktion zugeben oder von Beginn an einsetzen.

Durch weitere Aufnahme eines Elektrons aus der Lösung wird ein Carbanion gebildet, dieses reagiert unter den gegebenen Reaktionsbedingungen durch Addition eines zweiten Protons und es bildet sich das 1,4-dihydrierte Produkt.

Hierbei ist zu beachten, dass die verbleibenden zwei Doppelbindungen stets genau gegenüber liegend verbleiben. Es wird also kein konjugiertes System gebildet.

Größere Ringsysteme wie z.B. Naphthalin bilden Dianionen und reagieren auch ohne die Zugabe von Alkohol als Protonendonator. Wird der Reaktion ein Halogenalkan zugefügt, dann kann es zu einer Addition von Alkylresten kommen.

Es wird stets an der Stelle protoniert/alkyliert, an der die höchste Elektronendichte im Molekül besteht.

Die Reaktionsbedingungen der Birch-Reduktion lassen sich je nach Bedarf variieren und ergeben damit eine breite Palette möglicher Produkte.

Substituenten im Ringsystem beeinflussen die Lage der Doppelbindungen und können die Reaktion damit wie gewünscht dirigieren.

Anisole reagieren zu 1-Methoxycyclohexa-1,4-dienen, sofern weitere Substituenten keinen Einfluss nehmen. Das aus Anisol entstehende 1-Methoxycyclohexa-1,4-dien erleidet in einem wässrig-sauren Medium eine protonenkatalysierte Etherspaltung. Das unmittelbare Produkt ist ein instabiles Enol, welches sich unter weiterer Protonenkatalyse (Keto-Enol-Tautomerie) spontan über das Cyclohex-3-enon zum stabileren (wg. Konjugation der Doppelbindungen) 2-Cyclohexen-1-on umlagert. Dieses so genannte α,β-ungesättigte Keton dient u. a. als Ausgangsstoff für Michael-Additionen.

Besondere Bedeutung kommt der Birch-Reduktion bei der Synthese von Steroiden zu. Dabei macht man sich eben genannte Reaktion mit Anisolen zu Nutze.

Siehe auch: Namensreaktionen