精细有机合成单元反应_10缩合反应详解.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 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。 10.1 概 述 各种吸电子基的吸电子能力越强，则α-甲基上氢的酸性越强。吸电子基对α-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。 10.1 概 述 10.1.2 反应历程 吸电子基α-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。 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β-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： 10.2 醛醇缩合反应 如果醛分子中含有两个以上活泼α-氢，而且缩合反应温度较高，催化剂的碱性较强，则β-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 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α-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α-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： 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α-氢，不能生成碳负离子，它不能自身缩合，但可与含α-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α-氢，易与其他含活泼α-氢的脂醛反应生成β-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）： 利用甲醛向醛（酮）分子中羰基α-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 7.2 醛醇缩合反应 5．醛的歧化 (Cannizzaro反应) 无α-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α-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。 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α-氢的对称酮自身缩合的产物比较单一，只生成一种β-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-10~20℃。 7.2 醛醇缩合反应 2．不对称酮的交叉缩合 含有α-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： 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β-羟基醛，又可以得到β-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β-羟基酮，然后再发生分子内的消除脱水反应而生成α,β-烯醛或α,β-烯酮。 但是有时也可以质子酸催化，如： 一个酯基对α-氢的活化作用比一个酮基或一个醛基对α-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α-氢比酮基或醛基的α-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。 10.3.1 Perkin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α-氢的脂醛）进行缩合生成β-芳基丙烯酸类化合物的反应。这也是一个亲核加