精细有机合成单元反应_10缩合反应.ppt

第十章缩合反应,10.1概述10.2醛醇缩合反应10.3羧酸及其衍生物的缩合,返回,10.1概述,定义：凡是两个分子互相作用失去一个小分子，生成一个较大分子的反应，以及两个分子通过加成作用生成一个较大分子的反应都称为缩合反应。10.1.1脂链上亚甲基和甲基上的氢的酸性脂链中亚甲基和甲基上有较强的吸电子基时，这个亚甲基或甲基上的氢一般都表现出一定的酸性，pKa越小，表明酸性越强。,化合物类型,化合物类型,返回,各种吸电子基的吸电子能力越强，则-甲基上氢的酸性越强。吸电子基对-甲基上氢的酸性活化顺序为：在亚甲基上连有两个吸电基时，亚甲基上的氢原子的酸性明显增加。,返回,10.1概述,10.1.2反应历程吸电子基-甲基上氢具有一定的酸性，在碱的催化作用下，可以脱质子而形成碳负离子，如：（B为碱）这类碳负离子作为亲核试剂，可以与醛、酮、羧酸酯、羧酸酐以及烯键和炔键发生亲核加成反应或者与卤烷发生亲核取代反应，形成新碳-碳键而得到多种类型的产物。,返回,10.1概述,10.2醛醇缩合反应,含有活泼氢的醛或酮在碱或酸的催化下生成-羟基酮的反应称为Aldol缩合反应，即醛醇缩合反应，包括醛-醛缩合、酮-酮缩合、醛-酮交叉缩合三大类。10.2.1催化剂一般采用碱催化剂。最常用的碱催化剂是NaOH水溶液，有时也用KOH、K2CO3、Ba(OH)2、Ca(OH)2以及醇钠和醇铝等。10.2.2反应历程以乙醛为例：,返回,如果醛分子中含有两个以上活泼-氢，而且缩合反应温度较高，催化剂的碱性较强，则-羟基醛可以进一步发生消除反应，脱去一分子水而生成不饱和醛，如：10.2.3醛醛缩合1同种醛分子的自身缩合,返回,10.2醛醇缩合反应,2不同种醛分子间的交叉缩合不同种醛分子间在碱催化下的交叉缩合，一般是-碳原子上含活性氢较少(即取代基较多)的醛生成碳负离子，然后与-碳原子上含氢较多的醛的羰基碳原子发生亲核加成反应。如丁醛和乙醛通过交叉缩合、消除脱水、加氢还原主要得到2-乙基丁醛：,返回,10.2醛醇缩合反应,3芳醛与脂醛的交叉缩合芳醛本身没有-氢，不能生成碳负离子，它不能自身缩合，但可与含-氢的脂醛发生交叉缩合，如苯甲醛与乙醛作用可生成肉桂醛一种合成香料：4甲醛与其他醛的交叉缩合甲醛分子中没有-氢，易与其他含活泼-氢的脂醛反应生成-羟甲基醛。如甲醛与异丁醛缩合，生成2,2-二甲基-3-羟基丙醛，将后者进行加氢还原得2,2-二甲基1,3-丙二醇（新戊二醇），收率为98.0%（以甲醛计）：,返回,10.2醛醇缩合反应,利用甲醛向醛（酮）分子中羰基-碳原子上引入一个或多个羟甲基的反应叫作羟甲基化。利用这个反应可制备多羟基化合物。如,返回,10.2醛醇缩合反应,7.2醛醇缩合反应,5醛的歧化(Cannizzaro反应)无-氢的醛，如甲醛、2,2-二甲基丙醛、苯甲醛和呋喃醛等，在碱的催化下，可以发生歧化反应，生成等摩尔的羧酸和醇。其反应历程是一分子醛作为氢供给体，被氧化成羧酸，另一分子醛则作为氢受体，被还原成醇，如甲醛与甲醛分子间：Cannizzaro反应也可发生在两个不同的没有-氢的醛分子间，当其中之一为甲醛时，总是甲醛被氧化，而另一醛被还原成醇。,返回,10.2醛醇缩合反应,7.2醛醇缩合反应,10.2.4酮酮缩合1对称酮的自身缩合含-氢的对称酮自身缩合的产物比较单一，只生成一种-羟基酮。如：工业上所用催化剂是固体NaOH，Ca(OH)2或阴离子交换树脂。为避免进一步交叉缩合，或消除脱水等副反应，缩合温度一般为-1020。,返回,10.2醛醇缩合反应,7.2醛醇缩合反应,2不对称酮的交叉缩合含有-氢的不对称酮，特别是两个不同结构的不对称酮在碱性催化剂存在下可发生交叉缩合反应，它可能生成四种产物，但是通过可逆平衡可以主要生成一种产物。如：,返回,10.2醛醇缩合反应,7.2醛醇缩合反应,10.2.5醛酮缩合醛酮交叉缩合既可以得到-羟基醛，又可以得到-羟基酮，不易得到单一产物，因此主产物的收率都不太高，如：碱催化时，醛酮交叉缩合是先按亲核加成反应历程生成-羟基酮，然后再发生分子内的消除脱水反应而生成,-烯醛或,-烯酮。但是有时也可以质子酸催化，如：,返回,10.2醛醇缩合反应,一个酯基对-氢的活化作用比一个酮基或一个醛基对-氢的活化作用低。但是，若亚甲基上除了连一个酯基外，还连另一个吸电子基时，则亚甲基上的氢的酸性明显增强，在碱性条件下，这个-氢比酮基或醛基的-氢更易脱质子形成碳负离子，然后再与酮、醛、羧酸酯、羧酰胺、腈或卤烷等发生缩合反应。10.3.1Perkin反应Perkin反应是指脂肪族的酸酐在相应的脂肪酸的碱金属盐的催化作用下与芳醛（或不含-氢的脂醛）进行缩合生成-芳基丙烯酸类化合物的反应。这也是一个亲核加成反应，其反应历程如下：,返回,10.3羧酸及其衍生物的缩合,羧酸酐是-氢活性较弱的亚甲基化合物，而羧酸盐催化剂又是弱碱，所以要求较高的反应温度(150200)。催化剂一般用无水羧羧钠，但有时钾盐的效果比钠盐好，反应温度快，收率也较高。例如，,返回,10.3羧酸及其衍生物的缩合,Perkin反应收率与芳醛上的取代基的性质有关，环上带有吸电子基时，亲核加成反应较易进行，收率较高。反之，芳环上有供电子基时，亲核加成反应较难进行，收率低。芳环上有强供电子基时，Perkin反应较难进行，此时可改用Knoevenagel-Doebner反应来制备肉桂酸衍生物。10.3.2Knoevenagel反应是指含有强活泼亚甲基的化合物在碱的催化作用下，脱质子以碳负离子亲核试剂的形式与醛或酮羰基碳原子发生亲核加成-消除脱水反应，生成,-不饱和化合物的反应。R1代表烷基或芳基，R2代表烷基、芳基或氢；X，Y代表吸电子基。,返回,10.3羧酸及其衍生物的缩合,活泼的亚甲基化合物有：氰乙酸酯、乙酰乙酸乙酯、丙二酸酯、丙二酸、氰乙酰胺、丙二酸单酯酰胺或丙二氰等。常用的催化剂有：吡啶、哌啶、乙酸-哌啶、乙二胺等有机碱，以及氨和乙酸铵等。这类弱碱的特点是：它们只能使含有强活泼亚甲基的化合物脱质子变成碳负离子，而对于亚甲基不够活泼的醛或酮，则不易使它们脱质子变为碳负离子，因此可以避免Aldol缩合等副反应。为了除去水，可以用苯、甲苯、环己烷等溶剂共沸蒸水。但是有时可以不用蒸出水，甚至可不用催化剂，如：,返回,10.3羧酸及其衍生物的缩合,丙二酸在吡啶介质中在哌啶催化下与醛脱水缩合时，还同时发生脱羧反应生成-取代丙烯酸。如：该反应称为Knoevenagel-Doebner反应。用该反应制备取代肉桂酸的优点是：可适用于与有各种取代基的芳醛或脂醛的缩合，反应条件温和、时间短、收率高、产品质量好。但丙二酸价格比乙酐贵得多。,返回,10.3羧酸及其衍生物的缩合,10.3.4酮酯Claisen缩合若酯没有-氢，或者酯-氢比酮的-氢的酸性低，则强碱性催化剂优先使酮脱质子形成碳负离子，然后与酯的羰基碳原子发生亲核加成反应和脱烷氧基负离子反应而生成-二羰基化合物。如：10.3.5Stobbe缩合Stobbe缩合指的是醛或酮与丁二酸二酯在强碱性催化剂存在下，缩合生成-亚烃基丁二酸单酯的反应，其总的反应式可简单表示如下：式中：R1，R2代表烷基，芳基或氢；R3代表烷基。,返回,10.3羧酸及其衍生物的缩合,在Stobbe缩合反应中，首先是丁二酸二酯在强碱的催化作用下脱质子，形成碳负离子，然后向醛或酮分子中的羰基碳原子作亲核进攻。Stobbe缩合主要用于酮化合物，如果对称酮分子中不含活泼-氢则只得到一种产物，收率高。如果是不对称酮，则得到顺反异构体的混合物。如：,返回,10.3羧酸及其衍生物的缩合,10.3.6Darzens缩合Darzens缩合反应指的是-卤代羧酸酯在强碱作用下，活泼亚甲基脱质子变成碳负离子，然后与醛或酮的羰基碳原子进行亲核加成，再脱卤素负离子而生成,-环氧羧酸酯的反应。其通式可表示如下：,返回,10.3羧酸及其衍生物的缩合,所用的卤代羧酸酯一般都是氯代羧酸酯。另外，这个反应也可用于-卤代酮的缩合。这个反应除用于脂醛收率不高外，用于芳醛、脂肪酮、脂环酮以及,-不饱和酮时，都可得到良好结果。当用氯乙酸酯时，由Darzens缩合制得,-环氧羧酸酯用碱性溶液使酯基水解，再酸化得游离羧酸，然后加热脱羧和开环，可制得比原料酮（或醛）多一个碳原子的酮（或醛）。如：,返回,10.3羧酸及其衍生物的缩合,10.3.7含亚甲基活泼氢化合物与卤烷的C-烷化反应亚甲基上的活泼氢在强碱作用下脱质子形成的碳负离子可以与卤烷发生亲核取代反应，使亚甲基氢被一个或两个烷基所取代。如：当亚甲基上有两个活泼氢时