Wittig反应介绍及研究状况

1、学年论文设计（论文）题目： Wittig反应介绍及研究状况 学 院 名 称： 化学工程学院 专 业： 化学工程与工艺 学 生 姓 名： 张雅俊 学号： 10402010435 指 导 教 师： 方烨汶 2011年12月28日一、前言Wittig 反应这是极有价值的合成烯烃的一般方法。根据中间体叶立德的稳定性可分为 不稳定的叶立德的反应和稳定的叶立德的反应 。1.不稳定的叶立德的反应：当 RR'CHBr 中，R 和R' 是氢原子或简单烷基，则烃基三苯基磷盐的-H 酸性较弱，需较强的碱（常用 丁基锂或苯基锂）才能生成叶立德，刚生成的叶立德活性很高，是类似格氏试剂那样强的亲核试剂，能

2、迅速地在温和条件下与醛或酮起反应给出加成物，反应不可逆。加成物可自发分解给出烯烃。2.稳定的叶立德的反应：当 RR'CHBr 中，R 或R' 是一个-M 基团（吸电子基团，如酯基），则烃基三苯基磷盐的去质子化可以在较弱的碱性条件下实现，并且产生的叶立德较稳定，可以分离，其活性相对较弱，一般需与亲电性较强的羰基反应。本文主要介绍了Wittig反应的内容、反应机理以及在有机合成上的主要应用，并从Wittig-Homer反应、相转移催化Wittig反应和以水为溶剂的水相Wittig反应三方面来阐述Wittig反应的改进及其发展。二、主题1953年，德国科学家G.Wittig发现了亚甲

3、基化三苯基膦与二苯酮作用，得到几乎定量的偏二苯乙烯。这个发现引起了有机化学家的重视，并将其命名为Wittig反应1。由于该反应产率较高，条件温和，具有高度的位置选择性，并且在合成最新系列的高级的不同种类的精细有机化学品，如各种昆虫信息素、绿色除菌及除草农药、乙烷类液晶、新型医药及其中间体、重要的抗生素、有机发光材料和光导体等，都得到了众多的应用，因此越来越受到化学家的重视。目前，该反应已经成为合成烯烃最重要也最普遍的反应。1 Wittig反应简介Wittig反应是由叶立德与羰基化合物缩合生成烯烃的反应，是有机化学中最要和最有用的反应之一。其中R为芳基、烷基、环烷基、杂环基，但以R为苯基的研究最

4、普遍；此外三个R也可以不相同：R1、R2、R3、R4可以是氢、烷基、烯基、炔基、芳基，以及带有各种官能团的烃基和芳基2。1953年Wittig和Geissier3将溴化甲基三苯磷在碱(苯基锂)的作用下与二苯酮生成1,1-二苯乙烯的反应标志着Wittig反应的诞生。Wittig反应的特点是反应产物烯的双键位置就是羰基化合物中羰基所在的部位，即使在能量不利的情况下也是如此，因而在生成物里无其它区域异构体，产物纯净。正是由于这种不同于其它制备烯类方法(如卤烷去氢化卤，醇脱水以及醋酸酯或季铵碱的热解)的显著优点，该反应被广泛地应用于有机合成。可以毫不夸张地说，几乎所有重要的含双键的化合物都曾用此反应合

5、成过，尤其是某些天然产物，如不饱和脂肪酸、前列腺素、维生素以及昆虫信息素等，其中维生素A的Wittig反应合成法已应用于工业生产。2 Wittig反应的反应机理活泼叶立德的Wittig反应生成以热力学上不稳定的顺式烯烃占优势，这一事实特别引起人们的兴趣。近十多年来提出的各种机理的共同点都是承认在反应过程中需经过氧磷四环这一步骤，但是它是直接由醛和叶立德生成的还是先经过内鏻盐(betaine)或其它形式再生成的却各不相同。2.1 形成“内鏻盐”结构的机理Schlosser等4认为Wittig反应必须首先通过形成内鏻盐，它与反应物保持着平衡关系，然后通过形成四元杂环，最后分解成不同的烯类。其中，在

6、k3步反应中会形成一个四元环过渡态：2.2 “假旋转”理论叶立德与醛加成首先形成四元杂环（1），经假旋后生成（2），P-C键经断裂生成betaine（3），（3）式中的R1，R2决定该betaine存在的时间与最后产物（5）与（6）的立体化学。若(a)中R2(来自磷叶立德)吸电子力强，碳负离子稳定，存在时间长，有利于C-C旋转，则产物烯以E型为主；若R2推电力强，产物烯以Z型为主。3 Wittig反应在有机合成中的重要应用由于Wittig反应产率好、立体选择性高且反应条件温和，因而在有机合成中有着广泛的应用。3.1合成烯键Wittig反应的主要用途是合成各种含烯键、炔键的化合物5。Wittig

7、试剂和酰卤作用经水解也可得到炔烃6：尤其在许多其他方法不易合成的天然产物如萜类、甾体、维生素A和D以及植物色素、昆虫信息素等中，Wittig反应特别重要。以Wittig反应在合成昆虫性信息素中的应用7为例。昆虫性信息素是一类在同种雌雄昆虫之间传递信息的化学物质，它在害虫的预测和防治上具有用量少、选择性好、活性高和不污染环境等许多优点，近年来受到了人们的广泛关注。大多数鳞翅目昆虫性信息素的结构为十二、十四、十六碳烯醇、醛和乙酸酯，它们大约占已鉴定的昆虫性信息素总数的90%8。这类物质的活性很高，但其在昆虫体内含量极微，一个昆虫体内的含量仅有10-10g10-8g9。许多昆虫性信息素具有共轭双烯的

8、结构10，它们的双键位置和几何构型是决定其生物活性的重要因素。立体选择性和区域选择性地合成共轭二烯是昆虫性信息素合成中十分有意义的研究课题，吸引着许多有机化学家进行有益的探索。Wittig反应是昆虫性信息素共轭二烯合成中引入双键最有效的方法之一。前人11,12的不少研究已经证明，活泼型三苯基膦叶立德与脂肪醛反应，产物以顺式烯烃为主；稳定型三苯基膦叶立德与脂肪醛反应，产物以反式烯烃为主；但是在适宜的反应条件下也能够专一性地得到Z构型或E构型产物。例如，Schlosser等人13对wittig反应进行一些改进，首先加入2当量的碱生成叶立德，加入反应物醛后再补加1当量的碱，得到E构型产物的纯度超过9

9、7%。反应过程如下。当反应物b为反式,-不饱和烯醛时，可以得到反式的共轭二烯醇。Wittig反应在天然产物中的另一个应用实例是合成Tocotrienol。论文格式。此物质是一类和维生素E结构很相似的天然产物，它可以引起血胆固醇过少。Deshpande等14对它们的合成、分离以及药理进行了研究。在其合成a-Tocotrienol时用到的Wittig反应为14：3.2合成醛或酮Wittig反应的另一个重要应用是用来合成醛或酮。此法采用-卤代醚制成Wittig试剂后，与醛或酮反应得烯醚化合物，再经水解生成醛.15。4 Wittig反应的改进发展4.1 Wittig-Horner反应稳定的叶立德在与羰

10、基化合物反应时，一般只能与醛反应，不能与酮反应，有的甚至不能与最活泼的醛反应，因而这就促使人们考虑进一步改进Wittig反应。1958年Horner等16首先报道了用磷酰基稳定的碳负离子合成烯烃的这类反应，之后Emmons17报道了它们在有机合成中的应用前景。（其中，R =Ph,OEt）这类由磷酰基活化的磷试剂与羰基化合物作用，制备烯烃的反应有各种不同的名称，例如：Horner-Wittig反应，Wittig-Horner反应，Horner-Emmons反应，Wadsworth-Emmons-Wittig反应，Wittig-Horner-Emmons反应，磷酰基稳定化负离子的反应，磷酰基活化烯

11、烃化反应等，在此，我们统称为Wittig反应，由磷酰基，P=O，活化的磷试剂则统称为PO试剂。其不同于经典的Wittig反应之处是：后者所用的磷试剂为季磷盐在碱作用下生成的膦叶立德，而前者则是由P=O(或P=S)活化了的碳负离子(或氮负离子)，可用下式表示：因而，在改进的Wittig反应中所用的磷试剂为磷酸酯，次磷酸脂，氧化磷以及磷酰胺。与经典的Wittig反应相比，除能准确地引入双键外，还有下面的优点：(1)比膦叶立德具有更强的亲核性，因而更易在温和的条件下与更多的羰基化合物反应，并且对水分，氧气不十分敏感；(2)由于反应中生成的次磷酸，磷酸，以及磷酸衍生物溶于水，故易与主产物烯烃分离；(3

12、)磷叶立德需要用较贵的磷来制备，而磷酸脂则易从较便宜的原料亚磷酸酯经MichaelisArbuzov反应18方便制得。由PO试剂与羰基化合物反应在一般情况下生成反式异构体。但是产物中的E/Z比例与经典的Wittig反应一样可随反应条件而改变，有的甚至生成单一的Z-式或E-式产物。控制立体化学的因素主要是下列几方面：(1)溶剂效应；(2)反应的可逆性；(3)碱强度的影响；(4)温度。4.2 相转移催化Wittig反应1971年Stark19在研究卤代烷的亲核取代反应中季铵盐（或季磷盐)的催化动力学的基础上提出了“相转移催化(Phase Transfer Catalysis)”，简称PTC。197

13、3年Markl与Merz20相转移技术成功地应用于Wittig反应。相转移催化Wittig反应地引入，使得该反应更加方便，因为经典的Wittig反应所使用的磷叶立德对水和氧都很敏感，标准操作手续需要彻底干燥过的溶剂并在惰性气体中进行：经典的Wittig反应所用的碱大都是烷基锂化钠、氨基钠等，而PTC Witting反应只需要无机碱的水溶液；此外，PTC Wittig反应中常用的有机溶剂二氯甲烷、苯也比较容易除去。还有一个有趣的特点是在PTC反应中，一般情况下，不必另外加入催化剂，因为季磷盐(或磷酸酯)本身在这个体系中不仅是反应试剂，同时也是相转移催化剂。PTC在Wittig反应中引进了两相，而

14、少量的水在反应中扮演重要的角色，水的含量会影响到反应的进行。虽然PTC Wittig反应有其自身的优点，但是相转移催化Wittig反应的立体化学没有明显的规律，各种不同的叶立德受各种碱和溶剂的影响在反应中生成不同比例的顺、反异构体产物。同时，碱和溶剂对反应的产率也有显著影响，催化剂的种类对立体化学也产生一定的效应。水相中的Wittig反应21水相中的Wittig反应虽然较早的被人研究，但是应用还是非常的有限。只限于仅有的一些醛和特别的Ylide，并且之前报道过的水相中的Wittig反应跟反应物的水溶性有很大的关系，这就大大限制了水相中Wittig反应的应用。那么用稳定的水不溶性的Yldie(因

15、为多数的Ylide并不溶于水)和比较活泼的醛在水相中能反应吗？以水作溶剂的有机化学反应有一个基本要求，就是反应物和产物对水都应该是稳定的，我们知道在中性水中醛、酮都是稳定的，而稳定叶立德本身就是在水相中季磷盐与稀碱作用得到的。而且醛与稳定叶立德在有水参与的相转移Wittig反应己有很多研究。在稳定叶立德与醛的水相Wittig反应方面做了研究，得到了很好的结果，因此我们认为在水中进行醛、酮与半稳定叶立德的Wittig反应是非常有可能的。各种各样的水相中的Wittig反应己经被人们研究、报道。对硝基苯乙烯的合成，对甲酸苯乙烯的合成，维生素A的合成。通过别的方法合成或者改造Ylide，使之可溶于水而

16、发生的Wittig反应的报道。近年来，人们对在水相中的有机合成反应越来越关注，而水相中的Wittig反应就是一个典型的例子。在水相Wittig反应的报道中，人们总是在研究可溶于水的反应原料，比如先是发现了可溶于水的甲醛能在水相中发生Wittig反应；而后来通过改造Ylide，使之成为水溶性原料，发现它还能与除甲醛外的不溶于水的芳香醛发生Wittig反应。在2000年JACS一篇文献22中又报道了用机械碾磨固相合成膦Ylide以及首次在无溶剂的条件下发生的Wittig反应。文献指出，通过机械碾磨方法破坏了膦化合物的品晶格，及其无晶体形相的形成。在不同的固相之间，通过微晶体的无机碱，发生了一个膦盐

17、的去质子化过程。而发生的Wittig反应后的结果也和传统的Wittig反应不同。论文格式。如果稳定膦Ylide发生的是E/Z反应，则E式产物占优的；而固相碾磨的Wittig反应得到的结果却是E/Z摩尔比例约等于1，不过这却是一种全新的方法。经典的Wittig反应直到现在也一直被人们研究着并发展着。三、感想五十多年来，Wittig反应作为合成烯烃最为常用、有效的途径，在有机合成中发挥着举足轻重的作用，应用于许多天然产物的合成,越来越受到化学家们的青睐。然而，Wittig反应也有一定的局限性，比如一般只能与醛反应，与酮反应非常缓慢，甚至不反应，以及在非极性溶剂中反应缓慢等等。为此，许多化学家正在从

18、事着Wittig反应的改进。目前已有许多关于该反应改进方法的报道23。如提高温度或压力、加入添加剂、微波辐射或光照射、声波、使用硅胶或离子溶剂等。另外，在水中或电池中进行Wittig反应的报道也非常多。这样使Wittig反应的最佳使用范围更加宽广，在有机合成中的应用得以更加广泛。四、参考文献1 李海军, 刘光祥. G.Wittig反应的应用及其前景J.安庆师范学院学报(自然科学版), 2000, 6(3):89-922 王立华, 吴江, 王万林等. 有机合成中WITTING反应的应用研究J. 河北北方学院学报(自然科学版), 2007, 23(4): 27-31.3 刑其毅, 徐瑞秋. 基础有

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