第二章酸催化缩合反应

第二章酸催化缩合反应形成碳正离子的方法主要有两种：1.化合物分子失去一个带负电荷的原子或基团。例如，氯代叔丁烷在三氯化铝存在下形成正碳离子。2.不饱和化合物加上一个质子：C+稳定性大小取决于所带电荷的分散程度，C+的正电荷愈分散，其结合电子的能力就愈弱，也就愈显得稳定。稳定性由大到小：

由于碳正离子缺电子，它所进行的一些反应都是为C+提供一对电子，使它满足8偶体的结构,反应有：

①消去一个氢原子形成烯烃。②重排成较稳定的正碳离子。③与负离子及其它碱性分子结合。④和烯烃加成形成一个较大的碳正离子。⑤从烷烃夺走一个负氢离子。2.1烯烃的自身缩合反应烯烃在Lewis酸如AlCl3或BF3催化下聚合成多烯烃，但采用水溶液，则生成低分子聚合物。例如：异丁烯用60%硫酸或磷酸处理，得到2,2,4-三甲基戊烯-1和2,2,4-三甲基戊烯-2混合物。主要副产物是叔丁醇和烯烃多聚物。所以必须注意控制酸的浓度和反应条件。工业上制备高级汽油2,2,4-三甲基戊烷（异辛烷）就是在酸催化下，用异丁烯和异丁烷反应。最后一步是碳正离子从异丁烷夺取负氢离子

烯烃环化得到立体结构上稳定的五元或六元环：

β-紫罗酮是合成维生素A的主要原料2.2Friedel-Crafts反应：芳烃在路易斯酸存在下通过亲电取代反应在芳烃结构中引入新基团，形成新的碳-碳键的同时并失去简单分子

芳烃的Friedel-Crafts烷基化反应

是合成烷基苯的一种重要方法。芳香族化合物在三氯化铝或其他Lewis酸催化下，可与卤代烷发生烷基化反应。

反应一般需要在酸催化下进行.路易斯酸催化剂活性次序为：A1C13＞FeCl3＞SbCl5＞SnCl4＞BF3＞TiCl4＞ZnCl2；质子酸的活性次序为：HF＞H2SO4＞P2O5＞H3PO4；烷基化试剂：卤化烃、烯、醇、醚、醛、酮和酯等卤代烷作烷基化试剂

在Friedel-Crafts反应中，卤代烷是最常用的烷基化试剂.

活性次序：叔卤代烷>仲卤代烷>伯卤代烷；

若烷基相同，RF＜RCl＜RBr＜RI。

例11-溴代-1-苯基丙酮在三氯化铝催化下与苯反应生成1,1-二苯基丙酮。注意：①芳烷化的主要副反应是生成多烷基衍生物。由于烷化反应所得产物活性比原料高，使氯甲烷甲基化苯时得到的是甲苯、二甲苯、三甲苯、四甲苯和五甲苯、六甲苯的混合物。②产物中烷基的重排及异构化。由于反应时要先形成烷基C+

，而C+常会发生重排生成更稳定C+

，故当卤代烷(特别是伯卤代烷)含有多个碳原子时，往往会得到重排产物。③烷化反应是可逆的，反应受热力学控制。如烷化一元取代的苯，通常得到间位烷化产物为主，因为间位在热力学上是稳定的。Friedel-Crafts烷基化反应的缺点：由于初生成的烷基苯比未取代的原料更易发生烷基化反应，因此反应不易停留在单取代阶段，而是进一步形成多取代产物，难于分离提纯。为了尽量减少多取代产物的形成，通常采用大大过量的原料芳烃及较低的反应温度.烯烃的Friedel-Crafts烷基化反应烯烃的烷化反应，在AlCl3存在下，氯化叔丁烷与乙烯在-10℃反应制得新的己烷氯化物，产率75%。反应过程如下：一般都会发生几种副反应：①在AlCl3作用下，烯烃发生异构化。②卤代烷发生重排，产物卤化物进一步反应。工业上大量生产烷基苯时，常用烯烃作为烷基化试剂。如在三氯化铝催化下，利用廉价易得的乙烯、丙烯与苯反应，合成重要的工业原料乙苯、异丙苯等。例1以浓硫酸为催化剂，2-甲基-3-氯丙烯在室温下与苯反应可顺利生成烷基化产物。工业上是用三氯化铝作催化剂，乙烯为烷化剂与苯反应，得乙苯，然后脱氢得苯乙烯：酰基化反应芳烃及其衍生物通过酰基化反应可以制得酮、醛、羧酸、胺等，但主要用于醛、酮的合成。它在形成新碳键的同时，将酰基引入到了芳环上。在AlCl3存在下烯烃可被酰氯或醋酐酰化，亲电部分是一个酰基正碳离子。（1）Friedel-Crafts酰基化反应合成酮在酸性催化下，多种芳香族化合物可被羰酸及其衍生物酰化成酮.

（2）Friedel-Crafts酰基化反应合成醛

在A1C13和Cu2C12存在下，用CO和HCl的混合物在20℃下可以使芳烃酰化得到芳醛

（3）烯烃酰化烯烃酰化反应是通过酰卤或酸酐在Lewis酸作用下发生的，亲电部分是酰基正离子

酰化反应和烷化反应的比较：在酰化反应中，由于部分催化剂和产物结合不参与催化作用，故催化剂用量比烷化多。如对酰氯，AlCl3必须用1mol，酸酐必须用3mol，少于这些用量则反应不完全，而烷化仅需微量催化剂。酰化反应产物活性比酰化的底物小，没有多的酰化副反应。酰化反应没有酰基的异构化反应和歧化反应，因此酰化产物的产率高。由于酰化试剂和Lewis酸所形成的络合物，与空间位阻有关系，对于苯核上有邻对位取代基的化合物，则邻位产率低于对位异构体产率。2.3不饱和醛酮的合成2.3.1醛酮自身缩合用酸处理醛酮,通过烯醇化发生自身缩合。酸的主要作用是：提高C=O亲核加成的活性催化羰基化合物烯醇化一分子烯醇和一分子活化后的羰基化合物反应：酸催化脱水得不饱和羰基化合物

丙酮在无机酸催化下缩合得到异亚丙基丙酮，进一步缩合，得到双异亚丙基丙酮，反应过程为：

2.3.2酮和酰氯或酸酐的缩合2.4胺甲基化反应(Mannich反应)含有活泼氢的化合物与甲醛及一个胺（仲胺、伯胺）在酸催化下反应。产物用碱中和后得到胺甲基衍生物，即一个活泼氢被胺甲基所取代，常称为胺甲基化或Mannich反应。Mannich反应一般是在水、醇或醋酸溶液中进行。当用不对称酮进行反应时，氨甲基化反应总是发生在取代程度较高的α-C上。因在酸性条件下，含取代基较多的烯醇化比取代基较少的烯醇稳定。该反应在水、醇溶液中加入少量HCl以保证体系在酸性条件下进行如阿托品（抗胆碱药）的中间体使用胺甲基化反应，只用一步反应就合成,产率为17％。托品酮具有镇痛、解毒和解除痉挛等作用。随后用进行酯化，再还原得到颠茄碱，产率达90%，反应如下：

胺甲基化反应可以与像苯酚和吲哚等比较活泼的芳香核上的一种足够活泼氢发生反应。吲哚其3位上的氢是活泼的，和二甲胺及甲醛反应，产生草绿碱：该法用来合成很重要的色氨酸。色氨酸是主要的氨基酸之一，人的器官不能合成它。Mannich碱受热易分解出氨或胺，它的季铵盐本身更易分解，转化为α,β-不饱和羰基化合物Mannich碱用作合成中间物，因它对氨基的合成有用，把β-氨基或其衍生的季胺盐加热分解生成α