联苯钠（Sodium Biphenyl），CAS号：5137-46-2，是一种由联苯（biphenyl）与金属钠反应生成的有机钠化合物，常以深绿色或黑色粉末形式存在。它本质上是一种联苯自由基阴离子的钠盐，具有强烈的还原性和电子转移能力。在有机合成领域，联苯钠因其独特的电子供体特性而被广泛应用，尤其在需要温和还原或生成活性中间体的反应中。作为一种经典的单电子还原剂，它在非水性条件下表现出色，常溶解于醚类溶剂中，如四氢呋喃（THF）或乙醚，避免水分和氧气的干扰。
联苯钠的制备相对简单，通常通过将金属钠片与联苯在惰性氛围下加热反应得到。这种化合物的稳定性较低，需要新鲜制备使用，但其在合成中的效率和选择性使其成为许多有机化学家的首选工具。下面将从几个关键应用角度探讨其在有机合成中的作用。
作为还原剂在自由基反应的应用
联苯钠最突出的应用之一是作为单电子还原剂，促进自由基阴离子中间体的生成，从而引发链式自由基反应。这类反应特别适用于卤代芳烃或杂环化合物的还原脱卤。例如，在合成苯并咪唑衍生物时，联苯钠可用于还原邻硝基卤代苯化合物：它首先将芳基卤化物还原为芳基自由基阴离子，随后通过内分子环化形成苯并咪唑环。该过程在室温下进行，产率通常超过70%，远优于传统金属还原剂如锌粉或铁粉的条件。
机制上，联苯钠（Bph⁻ Na⁺，其中Bph为联苯）通过单电子转移（SET）将电子注入底物L-X（L为有机基团，X为离去基），生成L•⁻自由基阴离子和Bph•自由基阳离子。随后，L•⁻可进一步脱卤或参与耦合。这种电子转移过程高效，因为联苯钠的氧化还原电位约为-2.7 V（相对于Ag/AgCl），足以还原大多数芳基卤化物，而不会过度还原敏感官能团如酯或腈基。
在实际合成中，这种应用常用于药物中间体的制备。例如，某些抗炎药的前体可以通过联苯钠还原邻二卤代苯醚，实现选择性单脱卤，所得产物可进一步功能化。该方法的优势在于反应条件的温和性，避免了高温或强酸碱环境对复杂分子的破坏。
在金属有机化合物合成中的作用
联苯钠还广泛用于生成各种金属有机试剂，特别是有机锂或有机镁化合物的替代品。在有机合成中，当传统格氏试剂（Grignard）因底物中存在干扰基团（如硝基或羰基）而失效时，联苯钠可作为“启动剂”参与钠化反应。例如，它能与卤代烷烃反应生成有机钠化合物，如苯甲基钠（PhCH₂Na），后者可用于亲核加成或烷基化。
一个典型例子是联苯钠在合成不对称膦配体中的应用：通过还原二氯膦化合物，生成磷自由基阴离子，随后与芳基卤化物偶合，形成新型手性膦。该过程常在液氨或THF中进行，温度控制在-78°C至0°C之间，以提高立体选择性。相比之下，联苯钠的钠化效率高于钾或锂盐，因为钠离子的离子半径适中，便于中间体的溶解和转移。
此外，在催化不对称合成领域，联苯钠可作为电子转移催化剂，促进钯或镍催化的交叉偶合反应。例如，在Negishi偶联的变体中，联苯钠还原低价金属前体，生成高活性零价金属络合物，从而实现难偶联基团（如杂芳基）的连接。这种应用在合成天然产物如生物碱时尤为重要，产率可达80%以上。
在功能团转化和保护策略中的应用
联苯钠在功能团转化中也发挥关键作用，特别是对氧化敏感化合物的选择性还原。例如，它可温和还原酮或醛基至醇，而不影响相邻的碳-碳双键，这在多步合成中非常实用。在总合成方案中，如烟碱（nicotine）衍生物的制备，联苯钠用于还原吡啶环上的硝基，生成氨基中间体，随后进行酰化。
另一个值得一提的应用是联苯钠在脱氧还原中的作用：对于苷类化合物，它能选择性去除苷苷键上的氧原子，形成C-糖衍生物。这种反应机制涉及自由基阴离子的β-消除，避免了传统脱氧方法（如氢化）可能带来的立体异构问题。在聚合物化学中，联苯钠还用于端基功能化，例如将聚苯乙烯链的末端卤素还原为氢或烷基，提高材料的稳定性。
然而，需要注意的是，联苯钠的强还原性也带来挑战：它对空气和水高度敏感，操作需在Schlenk线或手套箱中进行。副反应如联苯的二聚化或底物的过度还原可能发生，因此反应监控通常通过TLC或NMR进行优化。
联苯钠的应用优势与局限性
从专业角度看，联苯钠的优势在于其多功能性和兼容性：它能与多种溶剂和催化剂共存，适用于微量合成（mg级）到克级规模的生产。同时，随着绿色化学的发展，联苯钠被整合到连续流反应系统中，减少了浪费并提高了安全性。
局限性包括其不稳定性导致的储存困难，以及对底物选择性的要求较高（如不适用于含硫或硒的化合物）。尽管如此，在现代有机合成工具箱中，联苯钠仍是不可或缺的组成部分，尤其在需要精确控制电子转移的复杂分子构建中。
总之，联苯钠作为一种经典的电子供体，在有机合成中推动了从简单功能团转化到复杂天然产物合成的诸多创新。其应用不仅体现了自由基化学的魅力，也为药物和材料科学的进步提供了强大支撑。对于从事有机合成的工作人员，掌握联苯钠的反应条件和机制，将显著提升合成效率和成功率。