《精细有机合成技术》PPT教学课件：第十四章 缩合（醛酮、醛酮与羟酸及其衍生物、醛酮与醇、酯、烯键、成环）

第十四章缩合

第十四章 缩合

第一节概述 缩合反应的特征及分类方法 缩合反应的含义广泛。凡两个或多个有机化合物分 子通过反应释出小分子而形成一个新的较大分子的反应; 或同一个分子发生分子内的反应形成新分子都可称为缩 合反应。释出的简单分子可以是水、醇、卤化氢、氨等。 也有些是加成缩合,不脱去任何小分子。就化学键的形 成而言,缩合反应包括碳-碳键和碳-杂键的形成反应。 本章讨论主要讨论的内容有:能形成碳-碳键的具有活泼 氢化合物与羰基化合物(醛、酮、酯等)之间的缩合及 成环缩合,形成碳-杂键的成环缩合及非成环缩合。此外, 对成环加成反应等也作相应介绍

一、缩合反应的特征及分类方法 缩合反应的含义广泛。凡两个或多个有机化合物分 子通过反应释出小分子而形成一个新的较大分子的反应； 或同一个分子发生分子内的反应形成新分子都可称为缩 合反应。释出的简单分子可以是水、醇、卤化氢、氨等。 也有些是加成缩合，不脱去任何小分子。就化学键的形 成而言，缩合反应包括碳-碳键和碳-杂键的形成反应。 本章讨论主要讨论的内容有：能形成碳-碳键的具有活泼 氢化合物与羰基化合物（醛、酮、酯等）之间的缩合及 成环缩合，形成碳-杂键的成环缩合及非成环缩合。此外， 对成环加成反应等也作相应介绍。 第一节 概述

第一节概述 缩合反应的重要性 缩合反应是形成分子骨架的重要反应类型之一。在 精细化工产品及中间体合成中应用非常广泛 乙酰乙酸乙酯是重要有机中间体,是由两分子乙酸乙酯 在乙醇钠存在下缩合而成。 1)EtoNa 2 CH3C-OC? 2)H H3CCHaCOC2Hs SOH 乙酰丙酮酸乙酯是磺胺药物中间体,由丙酮和草酸 二乙酯在醇钠催化下缩合而成 COOC2Hs 1)CH,ONa CH. COCH-CO CH, CcH, t cooc, Hs 2 So, 2d COOC. H

二、缩合反应的重要性 缩合反应是形成分子骨架的重要反应类型之一。在 精细化工产品及中间体合成中应用非常广泛。 乙酰乙酸乙酯是重要有机中间体，是由两分子乙酸乙酯 在乙醇钠存在下缩合而成。 乙酰丙酮酸乙酯是磺胺药物中间体，由丙酮和草酸 二乙酯在醇钠催化下缩合而成 第一节 概述

第一节概述 2-甲基-2-戊烯醛为镇静催眠药物中间体,由两分子 丙醛在稀碱中缩合而成。将丙醛滴入稀的氢氧化钠水溶 液中,并控制温度在40℃左右。否则,易发生副反应 2CH2OH2OHO、稀NaOH CHaCH=C-CHO

2-甲基-2-戊烯醛为镇静催眠药物中间体，由两分子 丙醛在稀碱中缩合而成。将丙醛滴入稀的氢氧化钠水溶 液中，并控制温度在40℃左右。否则，易发生副反应。 第一节 概述

第二节醛酮缩合 一、羟醛缩合 含有活泼αH的醛或酮在碱或酸催化作用下生成β-羟基醛(酮) 的反应统称为羟醛缩合反应。它包括醛醛缩合、酮酮缩合和醛酮交 叉缩合三种反应类型。 1.羟醛缩合催化剂及反应特点 (1)羟醛缩合催化剂羟醛缩合反应可被酸或碱催化且催化剂 对反应影响较大,通常碱催化应用较多。所使用的碱催化剂可以是 弱碱(如Na3PO4、 NaOac、Na2COQ3、K2CO3、 NaHco3等),也可以是强 碱(如№aOH、KOH、 Naot、A1(t-BuO3等),以及碱性更强的NaH 和NaNH2等。强碱一般用于活性差,位阻大的反应物之间的缩合 (如酮酮缩合),并在非质子溶剂中进行。碱的用量和浓度对产物 的收率及质量均有影响。浓度太稀、反应速度很慢;浓度过大或用 量太多,易引起副反应(树脂化) 羟醛缩合反应所用的酸催化剂有盐酸、硫酸、对甲苯磺酸、阳 离子交换树脂、三氟化硼等路易斯酸。但其应用不如碱应用广泛

一、羟醛缩合 含有活泼α-H的醛或酮在碱或酸催化作用下生成β-羟基醛（酮） 的反应统称为羟醛缩合反应。它包括醛醛缩合、酮酮缩合和醛酮交 叉缩合三种反应类型。 1．羟醛缩合催化剂及反应特点 （1）羟醛缩合催化剂 羟醛缩合反应可被酸或碱催化且催化剂 对反应影响较大，通常碱催化应用较多。所使用的碱催化剂可以是 弱碱（如Na3 PO4、NaOAc、Na2 CO3、K2 CO3、NaHCO3等），也可以是强 碱（如NaOH、KOH、NaOEt、Al(t-BuO)3等），以及碱性更强的NaH 和NaNH2等。强碱一般用于活性差，位阻大的反应物之间的缩合 （如酮酮缩合），并在非质子溶剂中进行。碱的用量和浓度对产物 的收率及质量均有影响。浓度太稀、反应速度很慢；浓度过大或用 量太多，易引起副反应（树脂化）。 羟醛缩合反应所用的酸催化剂有盐酸、硫酸、对甲苯磺酸、阳 离子交换树脂、三氟化硼等路易斯酸。但其应用不如碱应用广泛。 第二节 醛酮缩合

第二节醛酮缩合 (2)羟醛缩合反应的特点羟醛缩合反应是含活泼 α-H的醛或酮在酸或碱催化下生成β-羟基醛或酮(加 成),并可经脱水生成a、B-不饱和醛或酮(消除)的 反应。其通式如下: OH H O HA或ERCH2 △/-HO RCH RI RR 可见在酸或碱催化下,羟醛缩合反应的加成阶段都 是可逆的,反应包括一系列平衡过程。如欲获得高收率 的稳定加成产物,需设法打破平衡。 碱催化的羟醛缩合中,转变为碳负离子的醛或酮称 为亚甲基组分;提供羰基的醛或酮称为羰基组分

（2）羟醛缩合反应的特点 羟醛缩合反应是含活泼 α-H的醛或酮在酸或碱催化下生成β-羟基醛或酮（加 成），并可经脱水生成α、β-不饱和醛或酮（消除）的 反应。其通式如下： 可见在酸或碱催化下，羟醛缩合反应的加成阶段都 是可逆的，反应包括一系列平衡过程。如欲获得高收率 的稳定加成产物，需设法打破平衡。 碱催化的羟醛缩合中，转变为碳负离子的醛或酮称 为亚甲基组分；提供羰基的醛或酮称为羰基组分。 第二节 醛酮缩合

第二节醛酮缩合 2.同分子醛、酮自身缩合 (1)碱催化醛、酮自身缩合反应历程含有活泼αH 的醛或酮自身缩合,在碱催化剂的作用下,醛或酮的α-H 被碱夺取,形成负碳离子或烯醇负离子(亚甲基组分) 作为亲核试剂其亲核活性被提高,很快与另一分子醛或 酮中的羰基(羰基组分)发生亲核加成,经质子转移得 到加成产物(β羟基醛或酮),脱水后可得消除产物(α、 β不饱和醛或酮)。反应历程如下: RCH2-CR+B=RCH-CR'+BH RCH=CR

2．同分子醛、酮自身缩合 （1）碱催化醛、酮自身缩合反应历程 含有活泼α-H 的醛或酮自身缩合，在碱催化剂的作用下，醛或酮的α-H 被碱夺取，形成负碳离子或烯醇负离子（亚甲基组分）， 作为亲核试剂其亲核活性被提高，很快与另一分子醛或 酮中的羰基（羰基组分）发生亲核加成，经质子转移得 到加成产物（β-羟基醛或酮），脱水后可得消除产物（α、 β-不饱和醛或酮）。反应历程如下： 第二节 醛酮缩合

ˇ第二节醛酮缩合 O RCH,-CR+ RCH=CR CH2C--CHCR R RCH -C-CHCR BH RCH ( -CHCR+ B OH O RCH -C-C-CR+ B H2-C=C CR'+BH+ OH

第二节 醛酮缩合

o第二节醛酮缩合 由反应历程可见,前三步反应均为平衡反应,而碱 催化的脱水反应是反应能够进行的关键步骤 对含一个活泼a-H的醛自身缩合,得到单一的B-羟 基醛加成产物。含两个或三个活泼aH的醛自身缩合时, 若在稀碱溶液、较低温度下反应,得β-羟基醛;温度较 高或用酸催化反应,均得a、B-不饱和醛。实际上,多 数情况下加成和脱水反应同时进行,由于加成产物不稳 定而难以分离,最终得到的是其脱水产物a、B-不饱和 醛。如: CH, CH, CH CH-CH-CHO75% 2 CH CH CHCHO

由反应历程可见，前三步反应均为平衡反应，而碱 催化的脱水反应是反应能够进行的关键步骤。 对含一个活泼α-H的醛自身缩合，得到单一的β-羟 基醛加成产物。含两个或三个活泼α-H的醛自身缩合时， 若在稀碱溶液、较低温度下反应，得β-羟基醛；温度较 高或用酸催化反应，均得α、β-不饱和醛。实际上，多 数情况下加成和脱水反应同时进行，由于加成产物不稳 定而难以分离，最终得到的是其脱水产物α、β-不饱和 醛。如： 第二节 醛酮缩合

第二节醛酮缩合 对具有活泼aH的酮分子间的自身缩合,因其反应 活性较醛低,自身缩合的速度较慢,其加成产物结构更 加拥挤,稳定性差,反应的平衡偏向左边。要设法打破 平衡或用碱性较强的催化剂(如醇钠),才可以提高β 羟基或其脱水产物的收率。例如,当丙酮的自身缩合反 应达到平衡时,加成缩合物(1)的浓度仅为丙酮的 0.01%,为打破这种平衡,可利用索氏( Soxhlet)抽提器, 将氢氧化钡放在上面抽提器内,丙酮反复回流并与催化 剂接触发生自身缩合。而脱水产物(2)留在下面烧瓶中, 避免了可逆反应,从而提高了收率。 2CH CCH CH3 OHH (1) 1 除了利用 Soxhlet抽提器外,尚可利用碱性A12O进行 酮分子自身缩合反应

对具有活泼α-H的酮分子间的自身缩合，因其反应 活性较醛低，自身缩合的速度较慢，其加成产物结构更 加拥挤，稳定性差，反应的平衡偏向左边。要设法打破 平衡或用碱性较强的催化剂（如醇钠），才可以提高β- 羟基或其脱水产物的收率。例如，当丙酮的自身缩合反 应达到平衡时，加成缩合物（1）的浓度仅为丙酮的 0.01%，为打破这种平衡，可利用索氏(Soxhlet)抽提器， 将氢氧化钡放在上面抽提器内，丙酮反复回流并与催化 剂接触发生自身缩合。而脱水产物（2）留在下面烧瓶中， 避免了可逆反应，从而提高了收率。 除了利用Soxhlet抽提器外，尚可利用碱性Al2 O3进行 酮分子自身缩合反应。 第二节 醛酮缩合