А. Бёрч в 1944 г. открыл реакции восстановления ненасыщенных связей и ароматических соединений растворами щелочных металлов в жидком аммиаке в присутствии спиртов как протонирующих агентов. Открытие этой реакции произошло из-за случайного попадания спирта в раствор натрия в жидком аммиаке.
Позже им был разработан метод приготовления восстанавливающего реактива.
В колбу с обратным холодильником, капельной воронкой и трубкой помещают большие куски натрия и пропускают поток сухого аммиака до образования однородной жидкости синего цвета с красным оттенком. Реакцию следует проводить под вытяжным шкафом.
Натрий в жидком аммиаке используется для восстановления диенов с системой сопряженных двойных связей в алкены; алкенов в алканы; алкинов в алкены.
Рисунок 1.
Восстановление соединений ряда бензола
В производных бензола ароматическое ядро также может быть частично восстановлено применениям натрия в жидком аммиаке, причем более легко восстанавливаются двух и многоядерные углеводороды (дифенил, нафталин, антрацен).
Одноядерные ароматические углеводороды восстанавливаются натрием в жидком аммиаке только в том случае, если в реакционную смесь добавляют этиловый спирт, который выступает в качестве более сильного донора протонов, чем аммиак (реакция Берча). При этом образуются циклогексадиены с изолированной системой двойных связей (циклогексадиены-1,4).
Рисунок 2.
Механизм реакции восстановления ароматического ядра
Механизм реакции этих реакций заключается в присоединении к ядру двух электронов с последующим присоединением протонов.
Поскольку отрицательные заряды взаимно отталкиваются, восстановление обычно протекает в наиболее отдаленные друг от друга 1,4-положения.
Рисунок 3.
Если в бензольном ядре содержится алкильный заместитель, то восстанавливаются кольцевые углеродные атомы в 2,5 положения относительно алкильной группы, то есть алкильная группа всегда остается у двойной связи.
Рисунок 4.
Восстановление ароматических кислот
Восстановление ароматических кислот (например, терефталевой) натрием в жидком аммиаке идет особенно легко, даже при отсутствии спирта. Електроноакцепторная карбоксильная группа облегчает подход двух электронов в 1- положение относительно нее, то есть эта группа после восстановления оказывается у гидрированного кольцевого атома углерода.
Рисунок 5.
Восстановление может идти и дальше - до образования тетрагидротерефталевой кислоты, если при разложении водой допустить повышения температуры реакционной смеси. При этом происходит изомеризация 1,4-дигидротерефталевои кислоты - кислоты, образовавшейся с перемещением двойных связей в $\alpha, \beta$- положения в карбоксильных групп с образованием сопряженных системы - 5,6-дигидротерефталевой кислоты. Последняя легко восстанавливается в 1,4-положение по сопряженных системе двойных связей.
Рисунок 6.
Таким образом, продуктами восстановления ароматического ядра при наличии электроноакцепторных (карбоксильных) или объемного алкильного заместителя в нем могут оказаться не только ди-, но и тетрагидропроизводные (не только соответствующий циклогексадиен с изолированной системой двойных связей, но и тетрагидропроизводное - соответствующий циклогексен ).
Восстановление натрием в жидком аммиаке, амальгамой натрия и натрием в спирте протекает, очевидно, по тому же механизму.
Восстановление ароматических спиртов
Углерод в спиртах имеет минимально возможную степень окисления, а значит спирты восстанавливаются сравнительно трудно. Единственный возможный продукт восстановления - углеводороды. Методы их восстановления не отличаются особым разнообразием.
Для восстановления ароматических спиртов часто используют натрий в аммиаке (так называемый активный водород). Например, такая реакция характерна для бензилового и дифенилметилового спиртов.
Рисунок 7.
Третичные жирноароматичные спирты восстанавливают с помощью натрия в аммиака в присутствии спиртов.
Рисунок 8.
Восстановление циклических жирноароматических кетонов
При восстановлении циклических жирноароматических кетонов, содержащих алкоксигруппу, образуются енолят- ионы, которые могут быть селективно алкилированы по ангулярному атому углерода:
Рисунок 9.
Описанная выше реакция представляет собой универсальный метод введения ангулярной метильной группы в би- и полициклические соединения ряда стероидов.
