第二章 酸催化縮合反應(yīng)

第二章酸催化縮合反應(yīng)2.1烯烴的自身縮合反應(yīng)2.2Friedel—Crafts反應(yīng)2.3醛酮縮合反應(yīng)2.4胺甲基化反應(yīng)(Mannich反應(yīng))討論極性反應(yīng)，即C+和C-相互作用形成C-C鍵。重點(diǎn)是在酸催化下，反應(yīng)物之一首先形成C+，隨后和體系中的親核基團(tuán)反應(yīng)。

形成碳正離子的方法主要有兩種：1.化合物分子失去一個帶負(fù)電荷的原子或基團(tuán)。例如，氯代叔丁烷在三氯化鋁存在下形成正碳離子。2.不飽和化合物加上一個質(zhì)子：C+穩(wěn)定性大小取決于所帶電荷的分散程度，C+的正電荷愈分散，其結(jié)合電子的能力就愈弱，也就愈顯得穩(wěn)定。穩(wěn)定性由大到小：

由于碳正離子缺電子，它所進(jìn)行的一些反應(yīng)都是為C+提供一對電子，使它滿足8偶體的結(jié)構(gòu),反應(yīng)有：

①消去一個氫原子形成烯烴。②重排成較穩(wěn)定的正碳離子。③與負(fù)離子及其它堿性分子結(jié)合。④和烯烴加成形成一個較大的碳正離子。⑤從烷烴奪走一個負(fù)氫離子。2.1烯烴的自身縮合反應(yīng)烯烴在Lewis酸如AlCl3或BF3催化下聚合成多烯烴，但采用水溶液，則生成低分子聚合物。例如：異丁烯用60%硫酸或磷酸處理，得到2,2,4-三甲基戊烯-1和2,2,4-三甲基戊烯-2混合物。主要副產(chǎn)物是叔丁醇和烯烴多聚物。所以必須注意控制酸的濃度和反應(yīng)條件。工業(yè)上制備高級汽油2,2,4-三甲基戊烷（異辛烷）就是在酸催化下，用異丁烯和異丁烷反應(yīng)。最后一步是碳正離子從異丁烷奪取負(fù)氫離子

烯烴環(huán)化得到立體結(jié)構(gòu)上穩(wěn)定的五元或六元環(huán)：

β-紫羅酮是合成維生素A的主要原料2.2Friedel-Crafts反應(yīng)：芳烴在路易斯酸存在下通過親電取代反應(yīng)在芳烴結(jié)構(gòu)中引入新基團(tuán)，形成新的碳-碳鍵的同時并失去簡單分子

2.2.1芳烴的Friedel-Crafts烷基化反應(yīng)

是合成烷基苯的一種重要方法。芳香族化合物在三氯化鋁或其他Lewis酸催化下，可與鹵代烷發(fā)生烷基化反應(yīng)。

反應(yīng)一般需要在酸催化下進(jìn)行.路易斯酸催化劑活性次序?yàn)椋篈1C13＞FeCl3＞SbCl5＞SnCl4＞BF3＞TiCl4＞ZnCl2；質(zhì)子酸的活性次序?yàn)椋篐F＞H2SO4＞P2O5＞H3PO4；烷基化試劑：鹵化烴、烯、醇、醚、醛、酮和酯等鹵代烷作烷基化試劑

在Friedel-Crafts反應(yīng)中，鹵代烷是最常用的烷基化試劑.

活性次序：叔鹵代烷>仲鹵代烷>伯鹵代烷；

若烷基相同，RF＜RCl＜RBr＜RI。

例11-溴代-1-苯基丙酮在三氯化鋁催化下與苯反應(yīng)生成1,1-二苯基丙酮。注意：①芳烷化的主要副反應(yīng)是生成多烷基衍生物。由于烷化反應(yīng)所得產(chǎn)物活性比原料高，使氯甲烷甲基化苯時得到的是甲苯、二甲苯、三甲苯、四甲苯和五甲苯、六甲苯的混合物。②產(chǎn)物中烷基的重排及異構(gòu)化。由于反應(yīng)時要先形成烷基C+

，而C+常會發(fā)生重排生成更穩(wěn)定C+

，故當(dāng)鹵代烷(特別是伯鹵代烷)含有多個碳原子時，往往會得到重排產(chǎn)物。③烷化反應(yīng)是可逆的，反應(yīng)受熱力學(xué)控制。如烷化一元取代的苯，通常得到間位烷化產(chǎn)物為主，因?yàn)殚g位在熱力學(xué)上是穩(wěn)定的。Friedel-Crafts烷基化反應(yīng)的缺點(diǎn)：由于初生成的烷基苯比未取代的原料更易發(fā)生烷基化反應(yīng)，因此反應(yīng)不易停留在單取代階段，而是進(jìn)一步形成多取代產(chǎn)物，難于分離提純。為了盡量減少多取代產(chǎn)物的形成，通常采用大大過量的原料芳烴及較低的反應(yīng)溫度.2.2.2烯烴的Friedel-Crafts烷基化反應(yīng)烯烴的烷化反應(yīng)，在AlCl3存在下，氯化叔丁烷與乙烯在-10℃反應(yīng)制得新的己烷氯化物，產(chǎn)率75%。反應(yīng)過程如下：一般都會發(fā)生幾種副反應(yīng)：①在AlCl3作用下，烯烴發(fā)生異構(gòu)化。②鹵代烷發(fā)生重排，產(chǎn)物鹵化物進(jìn)一步反應(yīng)。工業(yè)上大量生產(chǎn)烷基苯時，常用烯烴作為烷基化試劑。如在三氯化鋁催化下，利用廉價易得的乙烯、丙烯與苯反應(yīng)，合成重要的工業(yè)原料乙苯、異丙苯等。例1以濃硫酸為催化劑，2-甲基-3-氯丙烯在室溫下與苯反應(yīng)可順利生成烷基化產(chǎn)物。工業(yè)上是用三氯化鋁作催化劑，乙烯為烷化劑與苯反應(yīng)，得乙苯，然后脫氫得苯乙烯：2.2.3Friedel-Crafts?；磻?yīng)芳烴及其衍生物通過?；磻?yīng)可以制得酮、醛、羧酸、胺等，但主要用于醛、酮的合成。它在形成新碳鍵的同時，將酰基引入到了芳環(huán)上。在AlCl3存在下烯烴可被酰氯或醋酐?；?，親電部分是一個酰基正碳離子。（1）Friedel-Crafts?；磻?yīng)合成酮在酸性催化下，多種芳香族化合物可被羰酸及其衍生物?；赏?

（2）Friedel-Crafts酰基化反應(yīng)合成醛

在A1C13和Cu2C12存在下，用CO和HCl的混合物在20℃下可以使芳烴?；玫椒既?/p>

（3）烯烴酰化烯烴?；磻?yīng)是通過酰鹵或酸酐在Lewis酸作用下發(fā)生的，親電部分是?；x子

酰化反應(yīng)和烷化反應(yīng)的比較：在?；磻?yīng)中，由于部分催化劑和產(chǎn)物結(jié)合不參與催化作用，故催化劑用量比烷化多。如對酰氯，AlCl3必須用1mol，酸酐必須用3mol，少于這些用量則反應(yīng)不完全，而烷化僅需微量催化劑。?；磻?yīng)產(chǎn)物活性比酰化的底物小，沒有多的酰化副反應(yīng)。?；磻?yīng)沒有酰基的異構(gòu)化反應(yīng)和歧化反應(yīng)，因此?；a(chǎn)物的產(chǎn)率高。由于?；噭┖蚅ewis酸所形成的絡(luò)合物，與空間位阻有關(guān)系，對于苯核上有鄰對位取代基的化合物，則鄰位產(chǎn)率低于對位異構(gòu)體產(chǎn)率。2.3不飽和醛酮的合成2.3.1醛酮自身縮合用酸處理醛酮,通過烯醇化發(fā)生自身縮合。酸的主要作用是：提高C=O親核加成的活性

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應(yīng)：酸催化脫水得不飽和羰基化合物

丙酮在無機(jī)酸催化下縮合得到異亞丙基丙酮，進(jìn)一步縮合，得到雙異亞丙基丙酮，反應(yīng)過程為：

2.3.2酮和酰氯或酸酐的縮合2.4胺甲基化反應(yīng)(Mannich反應(yīng))含有活潑氫的化合物與甲醛及一個胺（仲胺、伯胺）在酸催化下反應(yīng)。產(chǎn)物用堿中和后得到胺甲基衍生物，即一個活潑氫被胺甲基所取代，常稱為胺甲基化或Mannich反應(yīng)。Mannich反應(yīng)一般是在水、醇或醋酸溶液中進(jìn)行。當(dāng)用不對稱酮進(jìn)行反應(yīng)時，氨甲基化反應(yīng)總是發(fā)生在取代程度較高的α-C上。因在酸性條件下，含取代基較多的烯醇化比取代基較少的烯醇穩(wěn)定。該反應(yīng)在水、醇溶液中加入少量HCl以保證體系在酸性條件下進(jìn)行如阿托品（抗膽堿藥）的中間體使用胺甲基化反應(yīng)，只用一步反應(yīng)就合成,產(chǎn)率為17％。托品酮具有鎮(zhèn)痛、解毒和解除痙攣等作用。隨后用進(jìn)行酯化，再還原得到顛茄堿，產(chǎn)率達(dá)90%，反應(yīng)如下：

胺甲基化反應(yīng)可以與像苯酚和吲哚等比較活潑的芳香核上的一種足夠活潑氫發(fā)生反應(yīng)。吲哚其3位上的氫是活潑的，和二甲胺及甲醛反應(yīng)，產(chǎn)生草綠堿：該法用來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堿受熱易分解出氨或胺，它的季銨鹽本身更易分解，轉(zhuǎn)化為α,β-不飽和羰基化合物Mannich堿用作合成中間物，因它對氨基的合成有用，把β-氨基或其衍生的季胺鹽加熱分解生成α-亞甲基醛或酮。Mannich堿中氨基可被CN-等取代，得到腈化物近年國內(nèi)有人用芳胺鹽酸法或醛胺縮合成。芳香酮在室溫和HCl／C2H50H存在條件下，一步直接合成了β-芳香酮?？蓮馁嚢彼嵘锖铣蛇@個生物堿：

要合成α,β-不飽和醛酮，只要在雙鍵處切斷含有羰基部分的前體是提供α-H的醛酮，另一