第12章 活泼亚甲基反应.ppt

第第1212章章 活泼亚甲基反应活泼亚甲基反应 本章内容本章内容12.1 12.1 羰基化合物的羰基化合物的-卤化卤化12.2 12.2 酯缩合反应酯缩合反应12.3 12.3 羟醛缩合反应羟醛缩合反应12.412.4与羟醛缩合相关的反应与羟醛缩合相关的反应12.5 12.5 烷基化反应烷基化反应12.6 12.6 磷和硫叶立德与醛、酮的缩合反应磷和硫叶立德与醛、酮的缩合反应v醛、酮、酸酸及其衍生物的-亚甲基上的氢受到邻位羰基的活化而呈一定的酸性，因此常称为活泼亚甲基化合物 v活泼亚甲基化合物烯醇化程度越高，-氢酸性越大，亚甲基越活泼 v醛、酮、羧酸及其衍生物的羰基活化醛、酮、羧酸及其衍生物的羰基活化-氢的能力有以下次序：氢的能力有以下次序：-CHO-CHO -COCO-COCO2 2R R -COPhCOPh -COR -COR -CN -CN -COX -COX -CO-CO2 2R R -CO-CO2 2H H12.1 12.1 羰基化合物的羰基化合物的-卤化卤化12.1.1 12.1.1 醛和酮的卤化醛和酮的卤化-位含有活泼氢的酮在酸或碱催化下可与卤素作用，位含有活泼氢的酮在酸或碱催化下可与卤素作用，发生发生-氢的卤代反应氢的卤代反应：v酸催化机理酸催化机理66%对于不对称的酮，对于不对称的酮，-氢被卤素取代的优先次序是氢被卤素取代的优先次序是CH CH2 CH3v醛类直接进行卤化，常被氧化成酸。如将醛转化成缩醛后再卤醛类直接进行卤化，常被氧化成酸。如将醛转化成缩醛后再卤化，然后水解缩醛，也能得到化，然后水解缩醛，也能得到-卤代醛卤代醛 v碱催化机理碱催化机理v羰基的-碳上只有一个质子，碱催化的反应也可生成单卤代产物 12.1.2 12.1.2 卤仿反应卤仿反应卤仿反应卤仿反应 -CXCX3 3强强拉拉电电子子作作用用，生生成成的的三三卤卤代代产产物物中中的的羰羰基基很很容容易易受受OHOH-的的亲亲核进攻，核进攻，OHOH-加成到羰基碳上，形成四面体过度态（加成到羰基碳上，形成四面体过度态（I).I).（I I）中中的的三三卤卤甲甲基基作作为为离离去去基基团团离离去去，生生成成羧羧酸酸（IIII）和和三三卤卤甲基负离子，后者再获取一个质子后生成卤仿。甲基负离子，后者再获取一个质子后生成卤仿。这个反应称为这个反应称为卤仿反应卤仿反应。（I）（II）当使用次碘酸钠溶液为卤化试剂时，乙醛和甲基酮能够迅速转当使用次碘酸钠溶液为卤化试剂时，乙醛和甲基酮能够迅速转化成羧酸和碘仿，其中碘仿以黄色沉淀析出，很容易观察到，化成羧酸和碘仿，其中碘仿以黄色沉淀析出，很容易观察到，故碘仿反应被用于故碘仿反应被用于乙醛和甲基酮乙醛和甲基酮的鉴定的鉴定 88%53%12.1.3 12.1.3 脂肪酸的卤化脂肪酸的卤化羧羧酸酸的的-H-H酸酸性性比比醛醛、酮酮小小，故故而而羧羧酸酸的的-H-H远远比比醛醛和和酮酮的的-H-H难难以卤化，而且只限于氯化和溴化。以卤化，而且只限于氯化和溴化。-碘代酸需要间接的方法合成。碘代酸需要间接的方法合成。与羧酸相反，酰氯和酸酐的与羧酸相反，酰氯和酸酐的-H-H都容易被卤化。都容易被卤化。脂肪酸在催化量的三氯化磷或三溴化磷存在下可进行氯化或溴化 酰卤的卤化也要通过烯醇式，反应在酸催化下进行。酰卤的卤化也要通过烯醇式，反应在酸催化下进行。12.2 12.2 酯缩合反应酯缩合反应12.2.1 12.2.1 克莱森缩合反应克莱森缩合反应含有-活性氢的酯在碱性条件下失去一分子醇生成-酮酸酯，这个反应称为酯缩合反应酯缩合反应，或者克莱森（克莱森（ClaisenClaisen）缩合反应缩合反应。v反应机理反应机理1234中间体（4 4）的生成是酯缩合反应的驱动力 v乙乙酰酰乙乙酸酸乙乙酯酯是是一一个个由由酮酮型型（5 5）和和烯烯醇醇型型（6 6）互互变变异异构构体体组组成的混合物。在烯醇型异构体（成的混合物。在烯醇型异构体（6 6）中存在分子内氢键。）中存在分子内氢键。5 6醛酮试剂反应形成肟、腙等 氨解形成酰胺 溴发生加成反应 酮酯烯醇12.2.2 12.2.2 迪克曼缩合反应迪克曼缩合反应分子内的酯缩合称为迪克曼（分子内的酯缩合称为迪克曼（DieckmannDieckmann）缩合。这个反应特别适缩合。这个反应特别适合于合成五元和六元环型合于合成五元和六元环型-酮酸酯。酮酸酯。12.2.3 12.2.3 交叉的酯缩合反应交叉的酯缩合反应两种不同的酯亦可发生缩合反应，称为交叉的酯缩合反应两种不同的酯亦可发生缩合反应，称为交叉的酯缩合反应 一种酯中没有一种酯中没有-H-H，另一种酯中含有另一种酯中含有-H-H时，它们的缩时，它们的缩合反应还是相当有用的合反应还是相当有用的 79%86%12.2.4 12.2.4 酮与酯的缩合酮与酯的缩合含有含有-H-H的酮与酯也可发生交叉缩合反应，生成的酮与酯也可发生交叉缩合反应，生成-酮酸酯或酮酸酯或-二酮二酮 62%-71%43%v戊二酮亦可通过丙酮与乙酸酐在三氟化硼催化下制备，产率比戊二酮亦可通过丙酮与乙酸酐在三氟化硼催化下制备，产率比较高较高 85%这个反应的中间过程不是烯醇负离子，而是烯醇式本身这个反应的中间过程不是烯醇负离子，而是烯醇式本身 12.3 12.3 羟醛缩合反应羟醛缩合反应12.3.1 12.3.1 醛和酮的自身缩合醛和酮的自身缩合在碱存在下，醛或酮也可发生类似于酯缩合的反应，称在碱存在下，醛或酮也可发生类似于酯缩合的反应，称为羟醛缩合（为羟醛缩合（AldolAldol condensation condensation）反应。反应。羟醛（沸点羟醛（沸点8383o oC/20mmHgC/20mmHg）在直接蒸馏时，或在少量碘或氯化氢存在直接蒸馏时，或在少量碘或氯化氢存在下加热，可顺利失水而形成巴豆醛在下加热，可顺利失水而形成巴豆醛 脱水很容易进行脱水很容易进行v多数带有多数带有-H-H的醛或酮都可以缩合形成羟醛，易脱水得到的醛或酮都可以缩合形成羟醛，易脱水得到，-不饱和醛或酮。不饱和醛或酮。v醛基和酮基活化亚甲基的能力比酯基和羧基强，羟醛缩合可以醛基和酮基活化亚甲基的能力比酯基和羧基强，羟醛缩合可以在比较弱的碱作用下发生，如碳酸盐、醋酸盐等，也可以使用在比较弱的碱作用下发生，如碳酸盐、醋酸盐等，也可以使用少量的强碱如氢氧化钠、醇钠作为缩合剂。少量的强碱如氢氧化钠、醇钠作为缩合剂。12.3.2 12.3.2 交叉羟醛缩合交叉羟醛缩合不含不含-氢的醛或酮与含有氢的醛或酮与含有-氢的醛或酮可发生交叉羟醛氢的醛或酮可发生交叉羟醛缩合反应缩合反应 12.4 12.4 与羟醛缩合相关的反应与羟醛缩合相关的反应12.4.1 12.4.1 瑞福马斯基反应瑞福马斯基反应 由由-溴代酸酯原位生成的有机锌化合物与醛或酮进行加成，形溴代酸酯原位生成的有机锌化合物与醛或酮进行加成，形成成-羟基酸酯的溴锌化物，经酸化得到羟基酸酯的溴锌化物，经酸化得到-羟基酸酯（类似于格氏羟基酸酯（类似于格氏反应），这个反应被称为瑞福马斯基（反应），这个反应被称为瑞福马斯基（ReformatskyReformatsky）反应。反应。12.4.2 12.4.2 贝金反应贝金反应贝金（贝金（PerkinPerkin）反应是芳香醛与乙酸酐或取代的乙酸酐在相应的反应是芳香醛与乙酸酐或取代的乙酸酐在相应的羧酸钠盐或钾盐存在下缩合，生成羧酸钠盐或钾盐存在下缩合，生成，-不饱和羧酸的反应。不饱和羧酸的反应。合成治疗吸血虫病药物呋喃丙胺 香豆素 12.4.3 12.4.3 达森反应达森反应-卤代羧酸酯在强碱作用下能够与醛或酮反应生成卤代羧酸酯在强碱作用下能够与醛或酮反应生成，-环氧羧酸酯，这个反应被称为达森（环氧羧酸酯，这个反应被称为达森（DarzenDarzen）反应反应 90%，-环氧羧酸酯经酯水解后得到的游离酸不稳定，受热容易失环氧羧酸酯经酯水解后得到的游离酸不稳定，受热容易失去二氧化碳生成烯醇，互变异构后转变为醛或酮去二氧化碳生成烯醇，互变异构后转变为醛或酮 12.4.4 12.4.4 迈克尔反应迈克尔反应由活由活泼亚甲基化合物形成的碳负离子与亚甲基化合物形成的碳负离子与，-不饱和羰不饱和羰基化合物或腈进行基化合物或腈进行1 1，4-4-共轭加成，称为迈克尔共轭加成，称为迈克尔（MichaelMichael）反应反应 一些取代基对双键的活化能力的大小次序为一些取代基对双键的活化能力的大小次序为：-CHO -COR -CO2R -CN NO2。77%将迈克尔反应与分子内的羟醛缩合反应组合在一起，称为罗宾逊将迈克尔反应与分子内的羟醛缩合反应组合在一起，称为罗宾逊（RobinsonRobinson）并环并环 12.5 12.5 烷基化反应烷基化反应12.5.1 12.5.1 酮的烷基化酮的烷基化在强碱作用下，一元酮所形成的碳负离子或烯醇负离子是强的在强碱作用下，一元酮所形成的碳负离子或烯醇负离子是强的亲核试剂，能够与卤代烷发生亲核取代，生成烷基化产物亲核试剂，能够与卤代烷发生亲核取代，生成烷基化产物 v不对称的酮含有两个不同的活泼亚甲基，形成两种可能的烯醇负离子（包括热力学控制和动力学控制的烯醇负离子）的混合物 动力学控制产物 热力学控制产物12.5.2 12.5.2 乙酰乙酸乙酯的烷基化乙酰乙酸乙酯的烷基化v由乙酰乙酸乙酯形成碳负离子（或烯醇负离子）与卤代烷发生由乙酰乙酸乙酯形成碳负离子（或烯醇负离子）与卤代烷发生亲核取代反应，可在活泼亚甲基上引入一个烷基亲核取代反应，可在活泼亚甲基上引入一个烷基 v使用的卤代烷主要为伯卤代烷，仲卤代烷常常伴随消除反应，使用的卤代烷主要为伯卤代烷，仲卤代烷常常伴随消除反应，而叔卤代烷主要发生消除生成烯烃。在弱碱性条件下，叔卤代而叔卤代烷主要发生消除生成烯烃。在弱碱性条件下，叔卤代烷也可以反应烷也可以反应 v由乙酰乙酸乙酯为原料合成甲基酮的一种重要方法，称为乙酰由乙酰乙酸乙酯为原料合成甲基酮的一种重要方法，称为乙酰乙酸乙酯合成法乙酸乙酯合成法 v乙乙酰酰乙乙酸酸乙乙酯酯及及其其烷烷基基化化产产物物有有两两种种可可能能的的水水解解产产物物，即即成成酮酮水水解（生成酮）和成酸水解（生成酸）。解（生成酮）和成酸水解（生成酸）。v在在冷冷的的稀稀碱碱溶溶液液中中水水解解，一一般般发发生生成成酮酮水水解解.但但在在浓浓碱碱溶溶液液中中加加热，则一般发生成酸水解热，则一般发生成酸水解.v合成合成CHCH3 3COCHRRCOCHRR 型的酮型的酮 v12.5.3 12.5.3 丙二酸酯的烷基化丙二酸酯的烷基化80%99%12.6 12.6 磷和硫叶立德与醛、酮的缩合反应磷和硫叶立德与醛、酮的缩合反应v12.6.1 12.6.1 维悌希反应维悌希反应由卤代烷与三苯基膦形成的烷基三苯基辚盐在强碱（如苯基锂、丁基锂等）作用下失去一分子卤化氢，形成的碳负离子称为磷叶立德（Ylide）磷叶立德 v磷叶立德的键具有很强的类似盐的极性，可与醛或酮发生亲核加成，生成烯烃 由醛酮合成烯烃的重要方法，称为维悌希（维悌希（WittigWittig）反应反应，磷叶立德也被称为维悌希试剂维悌希试剂。反应机理维悌希反应维悌希反应所形成的C=C双键的位置总是相当于原来羰基C=O双键的位置，而不会生成其他双键位置不同的异构体；此外，原料分子中的酯基、烯键、炔键等不受影响 v12.6.2 12.6.2 维悌希维悌希-霍纳尔反应霍纳尔反应用亚磷酸酯代替三苯基膦制备的磷酰基稳定的碳负离子，要比相应的磷叶立德稳定，对空气和水不很敏感，同时亲核性比磷叶立德更强，能在温和条件下与多种类型的醛或酮反应生成烯烃，称为维悌希维悌希-霍纳尔（霍纳尔（WittigWittig Horner Horner）反应反应 膦酸酯v12.6.3 硫叶立德与醛、酮的缩合 由二甲硫醚或二甲基亚砜与碘甲烷反应生成的离子型晶体化合由二甲硫醚或二甲基亚砜与碘甲烷反应生成的离子型晶体化合物称为锍盐，其甲基具有一定的酸性，用强碱夺去一个质子，物称为锍盐，其甲基具有一定的酸性，用强碱夺去一个质子，可形成类似于磷叶立德的离子型化合物，叫做硫叶立德。可形成类似于磷叶立德的离子型化合物，叫做硫叶立德。锍盐 二甲基硫叶立德锍盐 二甲亚砜叶立德 与磷叶立德相似，硫叶立德也能够对醛或酮进行亲核加成，然后发生分子内亲核取代反应，生成环氧化合物。第第12章章 活泼亚甲基反应活泼亚甲基反应(4)1.化学反应化学反应羰基化合物的-卤化，卤仿反应,酯缩合反应(克莱森缩合反应,迪克曼缩合,交叉酯缩合,酮与酯)，羟醛缩合反应(醛和酮)，瑞福马斯基反应,贝金反应,达森反应,迈克尔反应，烷基化反应(酮,乙酰乙酸乙酯,丙二酸二乙酯)2.合成合成利用乙酰乙酸乙酯,丙二酸二乙酯分别合成甲基酮和取代酸