第四章 缩合反应

第四章缩合反应CondensationReaction2缩合反应定义：两个或多个有机化合物分子通过反应形成一个新的较大分子的反应或同一个分子发生分子内反应形成新的分子的反应都可称为缩合反应。用途：形成新的碳-碳键或碳-杂键本章讨论：形成新的碳-碳键的反应，重点是具有【活泼氢的化合物】与【羰基化合物】之间的缩合反应，适当介绍环加成反应。3电子反应机理环加成反应机理第一节缩合反应机理亲核反应机理亲电反应机理4一、电子反应机理1.亲核反应(1)亲核加成-消除反应含有α-活性氢的醛或酮间的加成-消除反应α-卤代酸酯对醛、酮的加成-消除反应Wittig试剂对醛、酮的加成-消除反应活性亚甲基化合物对醛、酮的加成-消除反应5①含有α-活性氢的醛或酮间的亲核加成-消除反应机理a：碱催化（无机碱NaOH,Na2CO3；有机碱EtONa,NaH）RH2CCR'ORHCCR'ORCHCR'OB：慢RH2CCCCR'RORH'ORH2CCR'O+RHCCR'O快RH2CCCCR'ROHRH'ORH2CCCCR'RR'OB：-H2O产物不稳定H2O+OH-△6机理b：酸催化H2SO4HClTsOHRCH2CR'ORCH2CR'OHRCHCR'HOH+RHCCR'OHRCH2CR'OHRH2CCCHCR'RR'OHO+RH2CCCHCR'RR'OH2OCCCR'RH-H2O-HOR'RH2C-H7②α-卤代酸酯对醛、酮的加成-消除反应醛或酮与a-卤代酸酯和锌在惰性溶剂中反应，得到-羟基酸酯或脱水得,-不饱和酸酯。8机理COR1R2XCCOOR5R3R4+1)2)ZnH3OCCR1R2COOR5OHR3R4H2OCCR1R2COOR5R3(若R4=H)9+RXMg(C2H5)2ORMgXCCXR1R2R3THF40~50℃+MgCCMgXR1R2R3Grignard试剂Grignard反应：Grignard试剂与羰基化合物(醛、酮)反应，生成相应的醇类化合物。10Wittig羰基成烯反应：醛或酮与烃代亚甲基三苯膦反应，醛、酮分子中羰基的氧原子被烃代亚甲基所取代，生成相应的烯类化合物及氧化三苯膦的反应称Wittig羰基成烯反应，其中烃代亚甲基三苯膦称为Wittig试剂。R1CR2OR3CR4PPh3R1CR2CR4R3+Witting试剂③Wittig试剂对醛、酮的加成-消除反应11Wittig试剂：硫和磷与碳结合时，碳带负电荷，硫或磷带正电荷彼此相邻，这种结构的化合物称为Ylide(叶立德)。由磷形成的Ylide称为磷Ylide，又称为Wittig试剂，其结构可表示如下：R3CHR4XPh3PCHR4R3XPh3PCR4R3Ph3PCR4R3Ph3P+n-BuLi12反应机理：Ph3PCR4R3R1CR2OPh3PCR4R3COR2R1Ph3PCR4R3COR2R1CR4R3CR2R1++Ph3P=O①②13④活性亚甲基化合物对醛、酮的加成-消除反应【含活泼亚甲基的化合物】+【醛或酮】+在【弱碱性催化剂(氨、伯胺、仲胺等有机碱)】存在下→缩合得到【α，β-不饱和化合物】。H2CXYR1CR2OR1CR2CYX+B：+H2O14活性亚甲基化合物对醛、酮的加成-消除反应的机理主要有两种：醛、酮与伯胺、仲胺反应，生成亚胺过渡态，然后活性亚甲基的碳负离子向亚胺过渡态发生亲核加成，再经脱氨得产物。活性亚甲基的位氢有一定酸性，在碱性条件下容易失去质子，形成碳负离子。然后与醛、酮缩合，脱水得产物。（类似羟醛缩合）H2CXYR1CR2OR1CR2CYX+B：+H2OCHCHOH+R2'NHCHCHNOHHR'R'CCHNR'R'15（2）亲核加成反应活性亚甲基化合物对α,β-不饱和醛、酮的加成反应属于亲核加成反应机理。+CH2(COOC2H5)2C2H5ONaCH(COOC2H5)2NaPhCHCHCOC2H5CH(COOC2H5)2OPhCHCHCOC2H5CH(COOC2H5)2OC2H5OHPhCHCH2COC2H5CH(COOC2H5)2OPhCHCHCOC2H5O+CH(COOC2H5)2C2H5O+162.亲电反应如α-卤烷基化反应，甲醛在氯化氢存在下，形成稳定的正离子，该正离子与芳环发生亲电取代，生成的羟甲基物在氯化氢存在下，经SN2反应，得到氯甲基产物HCHOHCHOH+H+H2COHArHArCH2OHHClArCH2Cl17二、环加成反应机理环加成反应可以看成是两种或两种以上的不饱和化合物通过π键的断裂，相互以σ键结合成环状化合物的反应。在成环过程中，既不发生消除，也不发生σ键的断裂，而σ键的数目有所增加（一般形成两个新的σ键），加成物的组成是反应物的总和。如果分子中含有合适基团，则可进行分子内的环加成反应。[4+2]环加成反应1,3-偶极环加成反应181.[4+2]环加成反应共轭二烯烃与烯烃、炔烃进行环加成，生成环己烯衍生物的反应属[4+2]环加成反应，该反应称为Diels-Alder反应，也称“双烯加成”。最简单的[4+2]环化加成是1，3-丁二烯与乙烯加成反应，假定丁二烯分子与乙烯分子面对面互相接近，丁二烯的最高占有轨道与乙烯的最低空轨道及丁二烯的最低空轨道与乙烯的最高占有轨道都可以重叠成键，因此，[4+2]环加成是对称允许反应。HCHCCH2CH2+CH2CH2CH2HCHCCH2CH2CH2192.1,3-偶极环加成反应有些化合物分子通过电子的转移可以具有1，3-偶极结构（即原子1和3上分别带负电荷和正电荷），是一个有三个原子的四个电子所组成的共轭体系。与二烯烃相似，1，3-偶极结构也可以参加[4+2]环化加成反应。20α-羟烷基化反应α-卤烷基化反应α-氨烷基化反应羰基α-位碳原子不饱和烃芳醛有机金属化合物第二节α-羟烷基、卤烷基、氨烷基化反应布兰克氯甲基化反应曼尼希反应皮克特-施彭格勒反应斯特雷克反应21一、α-羟烷基化反应1.羰基α位碳原子的α-羟烷基化反应(Aldol缩合)定义：含α-活性氢的醛或酮，在酸或碱的催化下发生自身缩合，或与另一分子的醛或酮发生缩合，生成β-羟基醛或酮类化合物的反应，称为α-羟烷基化反应。β-羟基醛或酮类化合物不稳定，易发生消除生成α,β-不饱和醛酮，这类反应又称为醛醇缩合反应(Aldol缩合)。+5℃NaOH10%CH3COHCH2CHOHCH3CHOCH2CHOH22含有α-活性氢的醛或酮的自身缩合芳醛与含α-活性氢的醛、酮之间的缩合分子内的醛醇缩合和罗宾逊环化反应羰基α位碳原子的α-羟烷基化反应23RCH2CR'ORH2CCCCR'RR'OHOCCCR'R-H2OOR'RH2C2OHH或H①反应通式(1)含有α-活性氢的醛或酮的自身缩合24②反应机理：亲核加成-消除反应机理机理a：碱催化（无机碱NaOH,Na2CO3；有机碱EtONa,NaH）RH2CCR'ORHCCR'ORCHCR'OB：慢RH2CCCCR'RORH'ORH2CCR'O+RHCCR'O快RH2CCCCR'ROHRH'ORH2CCCCR'RR'OB：-H2O产物不稳定H2O+OH-△25机理b：酸催化H2SO4HClTsOHRCH2CR'ORCH2CR'OHRCHCR'HOH+RHCCR'OHRCH2CR'OHRH2CCCHCR'RR'OHO+RH2CCCHCR'RR'OH2OCCCR'RH-H2O-HOR'RH2C-H26CHOC3H7115℃H2OOHC(CH2)3CHCHOC3H7CHCCH3OCH3CCH3I2或H3PO4CH2CCH3OCH3CCH3OHBa(OH)2H2CCCH3OH+CH3CCH3O71%③影响因素醛、酮结构的影响活性：酮醛27关于酮的自身缩合，若是对称酮，则产品较单纯；若是不对称酮，则不论是碱催化还是酸催化，反应主要发生在羰基α位上取代基较少的碳原子上，得β-羟基酮或其脱水产物。60%~67%例如：2CH3CH2COCH3C6H5N(CH3)MgBr/PhH/Et2OCH3CH2COCH2CCH3OHCH2CH328CH3CH2CH2CHOHHCCHOCH2CH3CH3CH2CH2CHCCHOCH2CH32CH3CH2CH2CHONaOH25℃NaOH80℃反应温度的影响活性醛发生反应，如反应温度较高或催化剂的碱性较强，有利于消除脱水得α,β-不饱和醛。29催化剂的影响醛或酮的自身缩合反应常用碱作催化剂，酸催化剂应用较少。30④应用特点制备长链醛（醇）CH3CH2CH2CHO2CH3CH2CH2CH2-CHCHOCH2CH3OHCH3CH2CH2CH2=CCHOCH2CH3CH3CH2CH2CH2-CHCH2OHCH2CH3例：2-乙基己醇（异辛醇）的生产31定向醛醇缩合含有α-活性氢的不同醛、酮分子之间的缩合，往往生成复杂的混合物，因而没有应用价值。近年来，区域选择及立体选择的醛醇缩合反应已成为形成新的碳-碳键的一类重要方法，该方法称为定向醛醇缩合。主要有以下几种方法：a烯醇盐法先将醛、酮中某一组分在具有位阻的碱（常用LDA，二异丙基胺基锂:((CH3)2CH)2N-Li）的作用下形成烯醇盐，再与另一分子的醛或酮反应，实现区域或立体选择性的醛酮缩合。C3H7COCH3RCRORCCH2HORCCH2CH2CH3OCCH2OLiH3CH2CH2C-78℃LDAH+65%（想让哪个醛、酮的α-H活化就让它与有位阻的碱反应）32b.烯醇硅醚法将醛、酮中的某一组分转变成烯醇硅醚，然后在在四氯化钛等路易斯酸的催化下，与另一分子醛、酮分子发生醛醇缩合。PhCOCH3TMSClPhCOTMSCH2(CH3)2C=O/TiCl4PhCOCH2C(CH3)2OH（想让哪个醛、酮的α-H活化就让它与转变成烯醇硅醚）33c亚胺法：醛类化合物一般较难形成相应的碳负离子，因而可先将醛与胺类反应形成亚胺，亚胺再与LDA形成亚胺锂盐，然后与另一分子醛、酮发生醛酮缩合NH2CH3CHO+H3CHCNH2CCHN-H2OLDAH3CH2CHCH2CCHHONH3CH2CCHH2CHOCHO-H2OCH3CH2CHO（想让哪个醛、酮的α-H活化就让它与胺反应）34(2)芳醛与含α-活性氢的醛、酮之间的缩合(克莱森-施密特反应)CH3CHOHCOHH2CCHOCHHCCHOCHO+KOH-H2O肉桂醛（反式）芳醛和脂肪族醛、酮在碱催化下缩合而成α,β-不饱和醛、酮的反应称为克莱森-施密特反应。①反应通式RCH2CR'OArHCCCR'ROHOHCCCR'R-H2OOArOHH或HArCHO35②反应机理：亲核加成-消除反应机理机理a：碱催化RH2CCR'ORHCCR'ORCHCR'OB：慢ArHCCCR'ORHOArCHO+RHCCR'O快ArHCCCR'OHRHOArCHCCR'ROB：-H2O产物不稳定H2O+OH-△36机理b：酸催化RCH2CR'ORCH2CR'OHRCH2CR'HOH+RHCCR'OHArCHHOArHCCHCR'ROHO+ArHCCHCR'ROH2OHCCCR'RH-H2O-HOArArCHOArCHOHArCHHOH+-H+RHCCR'OH产物的构型一般都是反式37③影响因素不对称酮结构的影响若芳香醛与不对称酮缩合，如不对称酮中仅一个α位有活泼氢原子，则产品单纯。催化剂的影响若酮的两个α位均有活泼氢原子，则可能得到两种不同产品。以碱催化，反应主要发生在羰基α位上取代基较少的碳原子上；以酸催化，反应主要发生在羰基α位上取代基较多的碳原子上。CHOH3CCCH2CH3OCCH2CH3OCHHCCCH3OCHCCH3+KOHH+1338④应用特点制备反式芳丙烯醛（酮）制备手型β-羟基醛（酮）39(3)分子内的醛醇缩合和罗宾逊环化反应具有α-活性氢的二羰基化合物在催化量碱的作用下，可发生分子内的羟醛缩合，生成五元、六元环状化合物。该法常用于成环反应。①反应通式OOOHO40②反应机理：亲核加成机理在碱催化下，羰基α-碳失去质子形成碳负离子，进而进攻缺电子