仲丁醇铝（CAS号：2269-22-9），化学式为Al(OC₄H₉)₃，也称为三仲丁氧基铝，是一种重要的有机铝化合物。它是一种无色至淡黄色液体，具有强烈的还原性和Lewis酸性，常以溶液形式储存和使用。在有机合成领域，仲丁醇铝作为一种多功能试剂和催化剂，广泛应用于酯交换反应、还原反应以及催化聚合等领域。其独特的反应活性源于铝原子的配位能力，能够与氧、氮等杂原子形成络合物，从而促进各种转化反应。以下从几个关键方面探讨其在有机合成中的主要应用。
1. 酯交换反应中的催化剂
仲丁醇铝在酯交换（transesterification）反应中表现出色，常作为高效催化剂用于生物柴油生产和精细化学品合成。例如，在植物油与低级醇（如甲醇）的酯交换中，仲丁醇铝能显著提高反应的选择性和产率，避免传统碱催化剂（如NaOH）带来的皂化副产物问题。其催化机理涉及铝原子与酯基的氧原子络合，形成活性中间体，促进烷氧基团的交换。
具体应用包括： 生物柴油合成：仲丁醇铝催化大豆油或棕榈油与甲醇反应，生成脂肪酸甲酯（FAME），反应条件温和（60-80°C），催化剂用量仅为0.5-2 mol%，远优于酸催化剂的腐蚀性。该方法已在工业规模中推广，环保性强。 药物中间体制备：在合成非甾体抗炎药如布洛芬的酯中间体时，仲丁醇铝用于选择性酯交换，避免了高沸点溶剂的使用，提高了纯度。
实验中，典型操作是将酯和醇在无水条件下混合，加入0.1-1%的仲丁醇铝，加热回流4-6小时，即可获得高产率产物（>90%）。其优势在于对水敏感性低，易于回收。
2. 还原反应中的还原剂
作为一种温和的氢化铝化合物，仲丁醇铝类似于DIBAL-H（二异丁基氢化铝），但更易操作，常用于选择性还原羰基化合物。在有机合成中，它特别适用于将酯或酰胺还原为醛或醇，而不进一步生成烃类。
关键应用： 酯到醛的选择性还原：仲丁醇铝可将脂肪酯或芳香酯还原为相应醛，例如，在合成香料如苯甲醛衍生物时，使用1-2当量的仲丁醇铝于-78°C下（液氮-丙酮浴）反应，产率可达80-95%。与LiAlH₄相比，它避免了过度还原的风险。 环氧化物的开环还原：在天然产物合成中，如糖类或萜类化合物的修饰，仲丁醇铝促进不对称开环，生成特定立体异构体的醇。该反应常与手性配体结合，实现高对映选择性（ee >90%）。
其还原活性源于Al-H键的易断裂，在非质子溶剂如甲苯或THF中进行，反应后用水淬灭，即可分离产物。仲丁醇铝的商业可用性使其成为实验室和工业的首选。
3. 聚合和缩合反应催化
仲丁醇铝的Lewis酸性使其在聚合物合成中扮演重要角色，特别是作为起始剂或催化剂用于聚酯或聚碳酸酯的合成。它能诱导环开聚合（ROP）或一步缩合，促进单体间的链增长。
典型应用： 聚酯合成：在乳酸或己内酯的聚合中，仲丁醇铝作为催化剂/起始剂组合，生成生物降解聚乳酸（PLA）。反应在130-180°C下进行，分子量可控（Mn 10,000-50,000 g/mol），PdI <1.5。该方法用于医用缝合线和包装材料的生产。 硅氧烷聚合：仲丁醇铝催化二甲基二氯硅烷的水解缩合，形成聚二甲基硅氧烷（PDMS），用于硅橡胶制备。其催化效率高，副产物少，适用于低分子量硅油的合成。
在这些反应中，仲丁醇铝的用量通常为单体质量的0.1-0.5%，反应时间缩短至数小时，相比传统锡催化剂，更符合绿色化学原则。
4. 其他精细合成应用
除了上述主要领域，仲丁醇铝还在金属有机框架（MOFs）和配位聚合物合成中作为铝源，用于构建多孔材料。其在不对称合成中的潜力也日益显现，例如与手性膦配体络合，催化烯烃加成或氢化反应。
在药物化学中，仲丁醇铝用于合成抗癌药物中间体，如通过酯交换引入保护基团，提高合成效率。此外，在香精香料工业，它参与酮类化合物的转化，生成具有花果香的醇类。
需要注意的是，仲丁醇铝对空气和水分敏感，操作需在惰性氛围下进行。纯化通常通过蒸馏或重结晶实现，储存于密封容器中。
总结
仲丁醇铝作为一种经典的有机铝试剂，在有机合成中展现出多功能性，尤其在酯交换、还原和聚合反应中不可或缺。其温和条件、高选择性和工业适用性，使其成为化学家和工程师的得力工具。随着绿色合成的发展，仲丁醇铝的应用前景将进一步扩展，推动精细化学品和材料科学的创新。实际使用时，应参考具体文献优化条件，以确保安全和效率。