缩合反应PPT课件

-,1,第一节-羟烷基化、卤烷基化、氨烷基化,第一部分-羟烷基化反应一、羰基位碳原子的-羟烷基化（aldol缩合)含有-活性氢的醛或酮，在碱或酸的催化下发生自身缩合或不同分子间的缩合，使羰基-位C原子上引入羟烷基，即生成的-羟基醛或酮，一般可进一步脱水生成，-不饱和醛或酮。又称醛醇缩合(aldol缩合)。,-,2,-,3,1、含有-活性氢的醛、酮的自身缩合由于羰基的影响，在醛、酮中其羰基位上都有活泼H，在酸或碱催化下发生以下通式的反应：,式中：R=H，脂肪基或芳烃基,碱催化的反应机理：前三步可逆，第一步为限速反应。,-,4,-,5,-,6,醛自身缩合应用较多，而酮的活性低于醛，酮的自身缩合的速度较慢，需设法打破平衡，向反应右边转化，如丙酮的缩合：,对于活性醛，反应温度较高或催化剂的碱性较强，有利于进行消除脱水得,-不饱和醛,-,7,应用：,-,8,(2)酸催化的反应机理：(酸催化应用不多),-,9,-,10,-,11,(3)反应结果的总结：a、醛自身缩合，可发生在同一分子内部(烷二醛)，生成环状化合物；b、醛自身缩合，可得到多聚的环状物；c、酮自身缩合，若是对称酮，则缩合产品单一；d、酮自身缩合，若是不对称酮，则反应主要发生在羰基-位上取代基较少的C原子上，得-羟基酮或，-不饱和酮；e、具有特殊分子结构的多羰基(即多酮)化合物，也发生分子内缩合反应。,2、不同醛、酮分子间的缩合情况比较复杂，产品为混合物。,-,12,常发生交叉的醛酮缩合和自身缩合，可能有四种产品，见下例：,(1)反应规律a、两个不同醛分子间发生缩合时，在碱催化下，一般是-C原子上含有较多取代基的醛形成碳负离子向-C原子上含有较少取代基的醛的羰基进行亲核加成，在室温下反应符合上述规律；高温下则不然，见下例：,-,13,b、醛酮缩合时，一般地说，易得醛自身缩合的产物；若是丙酮与醛反应，只因丙酮易形成碳负离子，而与醛的羰基发生亲核加成，脱水得，-不饱和酮。,-,14,(2)定向醛醇缩合(Directedaldolcondensation)为克服醛酮间缩合时易发生醛自身缩合，人们应用封闭基团，首先与醛或酮作用，以保证定向缩合。a、烯醇盐法：先将某一种醛、酮与具位阻的碱(如LDA，二异丙胺锂)作用，生成所谓动力学烯醇盐，再与另一分子的醛、酮反应，实现区域或立体选择性的缩合。,-,15,LDA作用主要有两方面：一是专一定向缩合，如上例产生一种主产品，收率达65%；二是立体选择性缩合，LDA与酮生成动力学的Z和E型烯醇锂盐，在与醛反应时，一般地，Z型烯醇锂盐主要生成赤型醛醇，而E型烯醇锂盐则生成以苏型醛醇为主。其解释是，在缩合中，反应经历了一个椅式六元环过渡态，两个处于间位的体积较大的直立基团，必然能量较高，这种过渡态就形成较少，使产品经由能量较低过渡态而产生，形成上述规律，具体见下图式：,-,16,-,17,-,18,-,19,b、烯醇硅醚法：将其中一种醛、酮(与如卤代三烷基硅烷反应)转变成烯醇硅醚，在Lewis酸(如TiCl4)催化下与另一分子醛、酮缩合。,-,20,c、亚胺法,螯合，稳定,具较大的亲核性C,醛变为亚胺后，亲电性减弱，自身缩合的趋势变小,-,21,3、甲醛与含有-活性氢的醛酮缩合(1)Tollens缩合(羟甲基化反应)含有-氢的醛或酮在Ca(OH)2、K2CO3、NaHCO3等碱的存在下，用甲醛处理，在醛、酮的-碳原子上引入羟甲基的反应称为Tollens缩合反应。,-,22,-,23,(2)甲醛与醛或酮在强碱或多羟基碱作用下，可在醛或酮上发生多次羟甲基化反应：,(57%),(85%),-,24,4、芳醛与含有活性氢的醛、酮的缩合（Claisen-Schimidt反应),极不稳定，脱水,产物构型一般为反式,-,25,(1)芳醛与丙酮(含两个反应活性氢)可得对称性的酮,(2)芳醛与仅含有一个活性氢的不对称酮反应，酸或碱催化下，均得同一产品：,-,26,(3)芳醛与含有两个活性氢的不对称酮反应，酸或碱分别催化下，得两种不同产品：,碱催化时，1位形成碳负离子较3位容易,酸催化时，考虑所形成的烯醇的稳定性，缩合在3位发生,-,27,(4)无溶剂条件下的芳醛与含有活性氢的醛、酮的缩合(新近研究报道，绿色合成化学)将粉末状的醛、酮和NaOH一起混合研磨，十多分钟后可看到反应发生，得到粘性固态物或粘稠状液体，放置可得固化产物。,RastonCL,ScottJL,GreenChem,2000,2:49,-,28,二、不饱和烃的-羟烷基化反应(Prins反应)1、定义与反应过程在酸催化下，甲醛(等其它醛)和烯烃加成得到1,3-二醇或进一步和甲醛反应生成环状缩醛(1,3-二氧六环)的反应称为Prins(甲醛-烯加成)反应。,-,29,2、影响反应的因素(1)常用催化酸有稀H2SO4、磷酸、强酸性离子交換树脂，以及BF3、ZnCl2等Lewis酸，但用HCl与有机酸作催化剂时，产物会有变化：,-氯代醇副产物,-氯代醇,1，3-二醇甲酸酯,1，3-丙二醇衍生物,-,30,(2)烯烃的结构影响：乙烯与甲醛需在强烈条件下才能反应，而烃基取代的烯与甲醛反应较易；RCH=CHR型烯烃反应后主产物为1,3-二醇，但收率较低；R2C=CH2或RCH=CH2型烯烃反应后主产物为环状缩醛，收率较高。(3)温度的影响：较低温度有利于环状缩醛产物的生成，强烈条件下有利于1,3-二醇的生成。,75%（甲醛计),9%（甲醛计）,15%（异丁烯计）,-,31,三、芳醛的-羟烷基化反应(安息香缩合反应)芳醛在氰化钾(钠)催化下加热，双分子缩合生成-羟基酮的反应称为安息香缩合反应。,96.5%,-羟基酮,-,32,反应机理：,芳香甲醛的苯环上有供电基时，则难以发生自身缩合，生成对称的-羟基酮，可与苯甲醛生成不对称的-羟基酮，见下例：,-,33,可用N烷基噻唑鎓盐作为催化剂，在室温下几分钟就可完成。,/磷酸盐,-,34,四、有机金属化合物的-羟烷基化1、Reformatsky(瑞弗马斯基)反应：-卤代酸酯在锌粉存在下生成类似于格氏试剂的锌有机物，在酸性条件下与醛或酮反应，缩合而得-羟基酸酯或脱水产物。,-,35,(1)反应过程：,-,36,(2)有机锌化物的制备、性质与结构a、无水，锌粉要活化，溶剂：乙醚、苯、四氢呋喃、二氧六环等。b、-卤代酸酯的活性顺序为：,-,37,c、有机锌化物的结构：,-,38,Reformatsky反应的应用：*合成-羟基羧酸酯*合成-羟基羧酸*醛、酮增长碳链的方法之一,-,39,注意：分步进行可以避免羰基化合物被锌粉还原!,除了醛、酮外，酰氯、腈、稀胺等均可与-卤代酸脂缩合，分别生成-酮酸脂、内酰胺等。参见P.190.,-,40,2、Grignard(格利雅)反应格氏试剂与醛、酮发生加成反应可制备(仲、叔)醇类的有效方法之一(烃化反应中要较详地介绍)：,-,41,第二部分卤烷基化反应-卤烷基化反应(Blanc反应）1、芳烃在甲醛、氯化氢及Lewis酸或质子酸催化下，在芳烃上引入卤甲基的反应，称Blanc卤甲基化反应。2、反应机理：属于亲电取代反应，亲电试剂为质子化的甲醛。芳环上有释电子基团有利于反应；吸电子基团，不利于反应。,-,42,3、其它氯甲基化试剂：多聚甲醛/氯化氢，二甲氧基甲烷/氯化氢，氯甲基甲醚/氯化锌等。,-,43,4、反应规律(举例说明)：,-,44,活性小的芳香化合物常用氯甲基甲醚作反应物，因其易形成较强的亲电试剂：+CH2Cl.,-,45,条件不同可引入两个或多个卤烷基!,-,46,芳杂环中的应用：,乙醛代替甲醛,-,47,卤甲基可转化成-CH2OH,-CH2OR,CH2CN,-CHO,CH2NH2(orNR2),-CH3等，还可用于延长碳链，在药物合成中Blanc反应有广泛应用。,-,48,第三部分氨烷基化反应一、-氨烷基化反应Mannich反应1、含有活泼氢原子的化合物和甲醛及胺进行缩合反应，结果活泼氢原子被-氨甲基(由甲醛与胺缩合而得)取代，得到-氨基酮类化合物(常称为Mannich碱/盐)，称为-氨甲基化反应，亦称为Mannich反应。,-,49,上式中：具-活性氢化合物(RH)常被称为“酸组份”，它们包括有：醛、酮、酸、酯、腈、硝基烷、炔、酚及某些杂环化合物等，其中研究和应用较多的是酮类；氨或胺(R2NH)常被称为“碱组份”，它们常为：伯胺、仲胺、氨；催化剂：酸或碱；反应中必须有一定量的质子，pH宜在73之间。因此，常用胺的盐酸盐。醛(或称“醛组份”)可以是：甲醛、三聚甲醛、多聚甲醛及活性大的脂肪醛和芳香醛。,-,50,-,51,2、反应机理(德化学家C.Mannich在1917年以后的30年内研究的结果，反应中胺类和活性氢化合物为亲核性，甲醛为亲电性，甲醛和胺类应先反应)：,-,52,-,53,3、影响反应的因素分析：(1)胺类(R2NH)和含有活性H化合物(RH)的亲核性a、若RH和R2NH亲核性相似或前者大于后者，则应用上机理方法，先将CH2O与R2NH反应得上式中间体，再在少量酸催化下与RH反应，得产品。,70%74,甲醛和二甲胺的加成产物,若反应物一起混合，则甲醛与苯甲酰丙酮优先反应，得到相当多的副产物。,-,54,b、芳胺碱性弱，较难进行Mannich反应，则可用间接的方法制备Mannich碱，即常将芳伯胺或芳仲胺与脂肪叔胺的Mannich碱进行交换而制取：,(2)碱性催化(前述机理为酸性催化)：,-,55,(3)含活性H原子化合物的结构对产物结构的影响a、当RH中具有两个或两个卜以上活性H时，在过量HCHO与胺作用下，可进行多取代氨甲基化反应：,-,56,b、当一分子中羰基两侧-碳上都有活性H原子时，应用Mannich反应可形成环状产物：,抗胆碱药阿托品的中间体：颠茄酮,-,57,c、不对称酮往