Réduction

Les métaux alcalins comme agents réducteurs

Les métaux alcalins (Li, Na, K) sont de puissants réducteurs stœchiométriques capables de réduire les cycles aromatiques/hétérocycles (réduction de Birch) et les esters en alcools primaires (réduction de Bouveault-Blanc). Les contraintes liées à la manipulation de ces substances dangereuses et les limites d’évolutivité ont orienté la recherche vers des alternatives telles que les hydrures métalliques (NaBH₄, LiAlH₄) pour la réduction des esters et les méthodes électrochimiques pour la réduction des composés aromatiques. Les métaux alcalino-terreux, tels que le calcium, ont également démontré des performances similaires dans des applications de réduction lorsque les métaux alcalins ne sont pas adaptés. 

Les hydrures en tant qu’agents réducteurs

Hydrures métalliques

Les hydrures métalliques, notamment l’hydrure de sodium (NaH), l’hydrure de potassium (KH) et l’hydrure de lithium (LiH), sont des bases puissantes et non nucléophiles, ainsi que des agents réducteurs essentiels à la formation d’énolates, d’alcoxydes et d’autres intermédiaires réactifs par déprotonation et transfert d’hydrure. L’hydrure de lithium et d’aluminium (LiAlH₄) est l’un des agents réducteurs à base d’hydrure les plus puissants et les plus polyvalents, capable de réduire des esters, des amides, des acides carboxyliques et des nitriles qui résistent par ailleurs à des sources d’hydrure plus douces.  Les réactifs à base d’aluminium, tels que le DIBAL-H et le Red-Al®, étendent encore cette réactivité en permettant un contrôle précis des réductions partielles, tandis que les hydrures d’étain, comme l’hydrure de tributylétain (Bu₃SnH), agissent selon un mécanisme distinct de chaîne radicalaire particulièrement adapté aux réactions de déshalogénation, de désoxygénation et de cyclisation radicalaires.

Borohydrures

Les borohydrures constituent une classe polyvalente et largement utilisée d’agents réducteurs à base d’hydrure, caractérisée par le transfert d’un hydrure nucléophile à partir d’un centre de bore vers des substrats électrophiles tels que les aldéhydes, les cétones, les imines et les ions iminium. Le borohydrure de sodium (NaBH₄) est le composé le plus utilisé de cette classe ; il est apprécié pour sa réactivité modérée, sa simplicité d’utilisation et sa compatibilité avec les solvants protiques. Les réactifs à base d’aminoborohydrure de lithium (LAB) constituent une avancée importante par rapport au LiAlH₄, offrant une réactivité accrue et une sécurité améliorée. Les borohydrures à encombrement stérique et modifiés électroniquement, notamment les L-/N-/K-Selectride®, permettent d’obtenir une stéréosélectivité et une chimiosélectivité accrues en contrôlant l’approche faciale de l’hydrure vers les centres carbonyles prochiraux. Des dérivés spécialisés tels que le cyanoborohydrure de sodium (NaBH₃CN) et le triacétoxyborohydrure de sodium (NaBH(OAc)₃) élargissent encore le champ d’application de cette classe en permettant une amination réductrice sélective dans des conditions douces et tolérantes vis-à-vis des groupes fonctionnels. Les borohydrures peuvent également agir comme des agents réducteurs puissants, à l’instar du Super-Hydride® (triéthylborohydrure de lithium), un agent réducteur plus puissant que le borohydrure de sodium et l’hydrure de lithium et d’aluminium. 

Les boranes en tant qu’agents réducteurs

Les agents réducteurs à base de borane, notamment le 9-BBN, le catécholborane et les adduits de Lewis de borane tels que BH₃·THF et BH₃·SMe₂ constituent des sources d’hydrure couramment utilisées pour effectuer des additions sur des liaisons insaturées (hydroboration). Ces réactifs sont particulièrement appréciés pour la réduction de groupes fonctionnels (acides carboxyliques, amides, esters) qui résistent aux réactifs hydrures nucléophiles conventionnels tels que le NaBH₄. Le volume stérique des boranes modifiés, tels que le 9-BBN, permet en outre d’obtenir une régiosélectivité et une énantiosélectivité élevées, ce qui permet aux chimistes de réduire sélectivement un groupe fonctionnel en présence d’un autre ou de réaliser des réductions asymétriques à l’aide de catalyseurs à base de borane chiral. Parmi les réactions notables, on peut citer la réduction de Corey–Bakshi–Shibata et la réduction Midland Alpine–Borane®. 

Les silanes en tant qu’agents réducteurs

Les silanes, tels que le triéthylsilane (Et₃SiH), fournissent de l’hydrure par l’intermédiaire d’une liaison Si–H et sont utilisés en association avec des catalyseurs acides de Lewis ou de Brønsted pour réduire les carbocations, les ions iminium et les composés carbonylés par hydrosilylation ionique. Leur faible toxicité, leur facilité de manipulation et leur tolérance vis-à-vis des groupes fonctionnels les rendent particulièrement intéressants en tant qu’alternatives plus sûres aux réactifs à base d’hydrure métallique, tant pour les réductions à l’échelle du laboratoire qu’à l’échelle industrielle. 

Les phosphines comme agents réducteurs

Les agents réducteurs à base de phosphines, tels que la triphénylphosphine (PPh₃) et la tris(2-carboxyéthyl)phosphine (TCEP), agissent en cédant une paire d'électrons isolée à des substrats électrophiles, la formation d'une liaison P=O forte servant de force motrice thermodynamique. Ils sont largement utilisés en synthèse peptidique pour la réduction sélective des liaisons disulfure, ainsi que dans des réactions telles que la réduction de Staudinger et la réaction de Mitsunobu, dans le cadre plus large de la synthèse organique. 

Les thiols comme agents réducteurs

Les agents réducteurs à base de thiols, tels que le dithiotréitol (DTT) et le β-mercaptoéthanol (BME), réduisent les liaisons disulfure par un mécanisme d’échange nucléophile thiol-disulfure et sont indispensables en chimie des peptides et des protéines pour maintenir les résidus cystéine sous leur forme thiol libre. Cependant, leur forte odeur, leur sensibilité au pH et leur interférence potentielle avec les analyses en aval ont conduit à privilégier de plus en plus, dans les protocoles modernes, des alternatives à base de phosphine telles que le TCEP.