第三章 形成碳碳單鍵的反應(yīng)第二節(jié) 縮合反應(yīng)

第三章形成碳碳單鍵的反應(yīng)

第二節(jié)縮合反應(yīng)

3/12/202413.2.1概述縮合一般系指兩個(gè)或兩個(gè)以上分子間通過(guò)生成新的碳-碳、碳-雜原子或雜原子-雜原子鍵，從而形成較大的單一分子的反應(yīng)?？s合反應(yīng)一般往往伴隨著脫去某一種簡(jiǎn)單分子，如H2O、HX、ROH等。本章主要討論的內(nèi)容有：脂鏈中亞甲基和甲基上的酸性活潑氫被取代而形成新的碳-碳鍵的縮合反應(yīng)。乙酰丙酮酸乙酯3/12/20242羰基的加成縮合3/12/202433.2.2羥醛縮合反應(yīng)高級(jí)醛得到β-羥基醛后，更容易失水：含有α-氫的醛或酮，在堿或酸的催化下生成β-羥基醛或β-羥基酮類(lèi)化合物的反應(yīng)。β-羥基醛或酮經(jīng)脫水消除便成α,β-不飽和醛或酮。一、羥醛(Aldol）縮合反應(yīng)3/12/20244酮的羥醛縮合反應(yīng)比醛困難：羥醛縮合反應(yīng)常需有堿(如氫氧化鈉水溶液、其次也用到碳酸鈉、碳酸氫鈉、氫氧化鉀、碳酸鉀、氫氧化鋇、醇鈉和有機(jī)叔胺等)催化。有時(shí)也可用酸(如鹽酸、硫酸、陽(yáng)離子交換樹(shù)脂等)催化。1、催化劑3/12/202452、反應(yīng)歷程以乙醛的自身縮合為例：3/12/20246二、醛醛縮合1、同分子醛自身縮合0-20℃3/12/202473/12/20248羥醛自身縮合在有機(jī)合成上的特點(diǎn)是可使產(chǎn)物的碳鏈長(zhǎng)度增加一倍，工業(yè)上可利用這種縮合反應(yīng)來(lái)制備高級(jí)醇。3/12/20249答:3/12/2024102、異分子醛的交叉縮合這類(lèi)反應(yīng)可能生成四種羥基醛(如果繼續(xù)脫水,則產(chǎn)物更多)。注意：異分子醛在堿催化下交叉縮合時(shí)，一般是α-碳原子上含有活潑氫較少（即含取代基較多）的醛形成碳負(fù)離子，然后與α-碳原子上含有活潑氫較多（即含取代基較少）的醛的羰基碳原子發(fā)生親核加成反應(yīng)。3/12/202411例如：正丁醛和乙醛縮合、脫水、加氫主要得到2-乙基丁醛（異己醛）異己醛3/12/202412但若采取下列措施：

a.反應(yīng)物之一為無(wú)α－H的醛（如甲醛、芳甲醛）；

b.將無(wú)α－H的醛先與稀堿混合；

c.再將有α－H的醛滴入。則產(chǎn)物有意義！3/12/2024133、芳醛與脂醛的交叉縮合芳醛雖不含羰基α氫，但可以與含有α氫的脂肪醛縮合，然后脫水生成β-苯基α,β-不飽和醛，該反應(yīng)叫Claisen-Schimidt反應(yīng)。反應(yīng)條件：苯甲醛:乙醛:1%-1.25%氫氧化鈉水溶液按1:1.38:0.09的摩爾比，在溶劑苯中，在20℃反應(yīng)5h，苯層精餾，回收苯和苯甲醛，最后蒸出肉桂醛。消除脫水3/12/2024144、甲醛與其他醛的交叉縮合(Cannizzaro反應(yīng)(歧化反應(yīng)))甲醛不含有α氫，它不能自身縮合，但是甲醛分子中的羰基卻容易同含有α氫的醛所生成的碳負(fù)離子，發(fā)生交叉縮合反應(yīng)，主要生成β-羥甲基醛。利用甲醛向醛或酮分子中的羰基α碳原子上引入一個(gè)或多個(gè)羥甲基的反應(yīng)叫羥甲基化縮合。3/12/202415如：季戊四醇的制備：3/12/202416四、酮酮縮合1、對(duì)稱酮的自身縮合例如：3/12/2024172、不對(duì)稱酮的自身縮合這類(lèi)反應(yīng)雖然可能生成四種產(chǎn)物，但是通過(guò)可逆平衡可以主要生成一種產(chǎn)物。這時(shí)，脫質(zhì)子反應(yīng)主要發(fā)生在羰基α位含活潑氫較多的碳原子上。3/12/202418五、醛酮交叉縮合醛酮交叉縮合既可以生成β-羥基醛，又可以β-羥基酮，不易得到單一產(chǎn)物。然而，不含α氫的甲醛或苯甲醛與對(duì)稱酮縮合時(shí)，則能得到單一產(chǎn)物。3/12/202419例：苯甲醛與丙酮通過(guò)縮合、消除脫水以及加氫還原可以制得哪些主要產(chǎn)品？以反應(yīng)式表示。答：丙酮脫質(zhì)子形成負(fù)碳離子：

3/12/2024203.2.3羧酸及其衍生物的縮合反應(yīng)3/12/202421一、珀金(PerKin)縮合反應(yīng)芳香醛與脂肪酸酐在堿性催化劑（通常采用相應(yīng)脂肪酸堿金屬鹽）作用下縮合，生成β-芳基丙烯酸類(lèi)化合物的反應(yīng)稱為珀金縮合反應(yīng)。其通式如下：反應(yīng)特點(diǎn)：1、羧酸酐為活性較弱的亞甲基化合物，而羧酸鹽催化劑又是弱堿，所以反應(yīng)溫度較高（150-200℃）。2、催化劑一般用無(wú)水羧酸鈉，但有時(shí)鉀鹽效果比鈉鹽好，反應(yīng)速度快，收率也較高。3、如果芳醛環(huán)上有吸電基時(shí)，親核加成反應(yīng)易進(jìn)行，收率較高；反之，如果環(huán)上有給電基，則親核加成反應(yīng)較難進(jìn)行，收率也低，甚至不能發(fā)生反應(yīng)。3.2.3.1珀金(PerKin)縮合反應(yīng)3/12/202422應(yīng)用舉例：肉桂酸的制備CH3COOK170-180℃，3h3/12/202423二、反應(yīng)歷程以苯甲醛和乙酸酐的縮合為例，其反應(yīng)歷程如下：①3/12/202424缺點(diǎn)：反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，溫度高，收率相對(duì)較低。親核加成消除脫水水解3/12/202425肉桂酸的其他制備方法：加成C-烷化催化劑，加熱脫氯化氫-水解催化劑，加熱乙酸介質(zhì)第一種：波蘭加成反應(yīng)用脂胺-一價(jià)銅配合物催化劑，水解用乙酸-硫酸催化劑，兩步反應(yīng)的收率分別為95%-96%和90%，總收率約85.5%；第二種：吉林大學(xué)研發(fā)：加成催化劑FeCl2-（C6H5）3P，水解用催化劑為CH3COOH-Fe（SO4）2·7H2O，兩步反應(yīng)的收率分別為92%和85%，總收率約78%；3/12/202426習(xí)題：答：由對(duì)氯苯甲醛與乙酐在乙酸鈉的催化作用下回流，進(jìn)行Perkin反應(yīng)而得。所用對(duì)氯苯甲醛是由對(duì)硝基甲苯先用多硫化鈉還原-氧化對(duì)氨基苯甲醛，然后在稀鹽酸中重氮化-重氮基被氯置換，而得目的產(chǎn)物。其合成路線如下：3/12/202427三、其他應(yīng)用實(shí)例1、呋喃丙烯酸的制備2、香豆素的制備鄰羥基肉桂酸內(nèi)酯3/12/202428指含有強(qiáng)活潑亞甲基的化合物X-CH2-Y在堿的催化作用下，脫質(zhì)子以碳負(fù)離子親核試劑的形式與醛或酮的羰基碳原子發(fā)生Aldol型親核加成-消除脫水，生成α,β-不飽和化合物。其通式如下：說(shuō)明：1、R1、R2為脂肪烴基、芳烴基或氫；X、Y為吸電基。2、活潑亞甲基化合物有氰乙酸酯、乙酰乙酸酯、丙二酸、氰乙酰胺、丙二酸單酯單酰胺以及丙二腈和硝基甲烷等。3、常用催化劑有吡啶、哌啶、乙二胺、氨基丙酸等有機(jī)堿，以及氨和乙酸銨。4、有水生成，需移除，常用苯、甲苯等有機(jī)溶劑共沸去水。3.2.3.2克腦文格(Knoevenagel）反應(yīng)3/12/202429脫水縮合乙酸-哌啶應(yīng)用：丙二酸在吡啶催化作用下與醛縮合、脫水、脫羧可制β-取代丙烯酸：3/12/202430習(xí)題：答：對(duì)硝基甲苯先用多硫化鈉還原-氧化對(duì)氨基苯甲醛，然后在稀硫酸中重氮化-重氮基被羥基置換，得對(duì)羥基苯甲醛。由對(duì)羥基苯甲醛與丙二酸在吡啶中于85℃進(jìn)行脫水縮合和脫羧反應(yīng)，得目的產(chǎn)物。其合成路線如下：3/12/202431指的是酯的亞甲基活潑α-H在強(qiáng)堿性催化劑作用下，脫質(zhì)子形成負(fù)離子，然后與另一分子酯的羰基碳原子發(fā)生親核加成，并進(jìn)一步脫烷氧基而生成β-酮酸酯的反應(yīng)。總稱為克萊森縮合反應(yīng)。3.2.3.3酯酯(Claisen）縮合-Claisen酯縮合反應(yīng)反應(yīng)機(jī)理3/12/2024323/12/202433異酯的縮合幾點(diǎn)說(shuō)明：1、如果兩個(gè)不同的并都含有α-氫的酯進(jìn)行異酯縮合，則理論上就可得到四種不同的產(chǎn)物，一般沒(méi)有很多的價(jià)值。2、因此異酯縮合通常只限于一個(gè)含有α-氫的和另一個(gè)不含α-氫的酯之間的縮合。3、常用的不含α-氫的酯有：甲酸乙酯、乙二酸二乙酯、苯甲酸乙酯等。4、芳香酸酯中的羰基不夠活潑，縮合時(shí)要用較強(qiáng)的堿如叔丁醇鉀、NaH。3/12/202434例如：乙二酸二乙酯的應(yīng)用：C2H5ONaC2H5ONaC2H5ONa3/12/202435如果反應(yīng)物酯和酮都含有α-氫，則酮的活性大(如丙酮的pKa＝20，乙酸乙酯的pKa＝24)，因此酮易形成負(fù)碳離子進(jìn)攻酯的碳基，發(fā)生親核加成而得β—二酮類(lèi)化合物。如：3.2.3.4酮酯(Claisen）縮合3/12/202436幾點(diǎn)說(shuō)明：1、在酯—酮縮合中，若在堿性催化劑作用下酮比酯更易形成負(fù)碳離子，則產(chǎn)物中會(huì)混有酮自身縮合的副產(chǎn)物；相反，如酯比酮更易形成負(fù)碳離子，則產(chǎn)物中就會(huì)混有酯自身縮合的副產(chǎn)物。2、只有不含α-氫的酯與酮間的縮合反應(yīng)，才能生成純度較高的產(chǎn)物。例如：3/12/2024373.2.3.5Stobbe縮合

Stobbe

縮合指的是醛或酮與丁二酸二酯在強(qiáng)堿性催化劑存在下縮合生成α-亞烴基丁二酸單酯的反應(yīng)，其總的反應(yīng)式可簡(jiǎn)單表示如下:3/12/202438說(shuō)明：1、Stobbe

縮合所用的堿性催化劑和反應(yīng)條件與Claisen

縮合基本上相似。2、Stobbe

縮合主要用于酮化合物，如果對(duì)稱酮分子中不含活潑α-氫則只得到一種產(chǎn)物，收率很好，如果是不對(duì)稱酮，則得到順?lè)串悩?gòu)體的混合。叔丁醇溶劑回流16h3/12/202439一、達(dá)村斯(Darzens)縮合反應(yīng)指的是α-鹵代羧酸酯在強(qiáng)堿催化作用下，活潑α-H脫質(zhì)子生成碳負(fù)離子，然后與醛或酮的羰基碳原子進(jìn)行親核加成、再脫鹵素負(fù)離子而生成α,β-環(huán)氧羧酸酯的反應(yīng)，也稱為達(dá)村斯(Darsens)縮水甘油酸酯縮合反應(yīng)。反應(yīng)通式如下：3.2.3.6Darzens縮合3/12/202440二、反應(yīng)歷程縮合產(chǎn)物的立體化學(xué)構(gòu)型有順式和反式兩種，一般以酯基與鄰位碳原子的體積較大的基團(tuán)處于反式的產(chǎn)物占主要組分。3/12/202441三、應(yīng)用實(shí)例以甲基壬基乙醛的制備為例:說(shuō)明：當(dāng)用氯乙酸酯時(shí)，由Darzens縮合制得的α，β-環(huán)氧羧酸酯用堿性溶液使酯基水解，再酸化得游離羧酸，再加熱脫羧