精细有机合成化学与工艺学课件--第13章缩合2736248

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1、第13章 缩合2018/8/9113.1 概述缩合一般系指两个或两个以上分子间通过生成新的碳-碳、 碳-杂原子或杂原子-杂原子键,从而形成较大的单一分子的反 应。缩合反应一般往往伴随着脱去某一种简单分子,如H2O、 HX、ROH等。本章主要讨论的内容有:脂链中亚甲基和甲基上的酸性 活泼氢被取代而形成新的碳-碳键的缩合反应。乙酰丙酮酸乙酯2018/8/92羰基的加成缩合2018/8/9313-2 羟醛缩合反应高级醛得到-羟基醛后,更容易失水: 含有-氢的醛或酮,在碱或酸的催化下生成-羟基醛或 -羟基酮类化合物的反应。 -羟基醛或酮经脱水消除便成 ,-不饱和醛或酮。一、羟醛 (Aldol)缩合反应

2、2018/8/94酮的羟醛缩合反应比醛困难: 羟醛缩合反应常需有碱(如氢氧化钠水溶液、其次也用到碳 酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钾、碳酸钾、氢氧化钡、醇钠和有机 叔胺等)催化。有时也可用酸(如盐酸、硫酸、阳离子交换树脂 等)催化。1、催化剂2018/8/952、反应历程以乙醛的自身缩合为例:2018/8/96二、醛醛缩合1、同分子醛自身缩合0-202018/8/972018/8/98羟醛自身缩合在有机合成上的特点是可使产物的碳链长度 增加一倍,工业上可利用这种缩合反应来制备高级醇。2018/8/99答:2018/8/9102、异分子醛的交叉缩合这类反应可能生成四种羟基醛(如果继续脱水,则产物更多)

3、。注意:异分子醛在碱催化下交叉缩合时,一般是-碳原子上 含有活泼氢较少(即含取代基较多)的醛形成碳负离子,然后 与-碳原子上含有活泼氢较多(即含取代基较少)的醛的羰 基碳原子发生亲核加成反应。2018/8/911例如:正丁醛和乙醛缩合、脱水、加氢主要得到2-乙基丁醛(异己醛)异己醛2018/8/912但若采取下列措施:a. 反应物之一为无H的醛(如甲醛、芳甲醛);b. 将无H的醛先与稀碱混合; c. 再将有H的醛滴入。则产物有意义! 2018/8/9133、芳醛与脂醛的交叉缩合芳醛虽不含羰基氢,但可以与含有氢的脂肪醛缩 合,然后脱水生成-苯基,-不饱和醛,该反应叫 Claisen-Schimi

4、dt反应。反应条件: 苯甲醛:乙醛 :1%-1.25%氢氧化钠水溶液 按1:1.38:0.09的摩尔比,在 溶剂苯中,在20反应5h, 苯层精馏,回收苯和苯甲醛 ,最后蒸出肉桂醛。消除脱水2018/8/9144、甲醛与其他醛的交叉缩合(Cannizzaro反应(歧化反应)甲醛不含有氢,它不能自身缩合,但是甲醛分子中的 羰基却容易同含有氢的醛所生成的碳负离子,发生交叉缩 合反应,主要生成-羟甲基醛。利用甲醛向醛或酮分子中的羰基碳原子上引入一个或多 个羟甲基的反应叫羟甲基化缩合。2018/8/915如:季戊四醇的制备:2018/8/916四、酮酮缩合1、对称酮的自身缩合例如:2018/8/9172

5、、不对称酮的自身缩合这类反应虽然可能生成四种产物,但是通过可逆平衡可以主 要生成一种产物。这时,脱质子反应主要发生在羰基位含活 泼氢较多的碳原子上。2018/8/918五、醛酮交叉缩合醛酮交叉缩合既可以生成-羟基醛,又可以-羟基酮,不 易得到单一产物。然而,不含氢的甲醛或苯甲醛与对称酮 缩合时,则能得到单一产物。2018/8/91913-1(5):苯甲醛与丙酮通过缩合、消除脱水以及加 氢还原可以制得哪些主要产品?以反应式表示。答:丙酮酮脱质质子形成负负碳离子:2018/8/92013-3 羧酸及其衍生物的缩合反应2018/8/921一、珀金(PerKin)缩合反应芳香醛与脂肪酸酐在碱性催化剂(

6、通常采用相应脂肪酸碱 金属盐)作用下缩合,生成-芳基丙烯酸类化合物的反应称 为珀金缩合反应。其通式如下:反应特点: 1、羧酸酐为活性较弱的亚甲基化合物,而羧酸盐催化剂又是弱碱,所以反应 温度较高(150-200)。 2、催化剂一般用无水羧酸钠,但有时钾盐效果比钠盐好,反应速度快,收率 也较高。 3、如果芳醛环上有吸电基时,亲核加成反应易进行,收率较高;反之,如果 环上有给电基,则亲核加成反应较难进行,收率也低,甚至不能发生反应。13-3-1珀金(PerKin)缩合反应2018/8/922应用举例:肉桂酸的制备CH3COOK170-180,3h2018/8/923二、反应历程以苯甲醛和乙酸酐的缩

7、合为例,其反应历程如下:2018/8/924缺点: 反应时间长,温度高,收率相对较低。亲核加成消除脱水水解2018/8/925肉桂酸的其他制备方法:加成C-烷化催化剂,加热脱氯化氢-水解催化剂,加热 乙酸介质第一种:波兰加成反应用脂胺-一价铜配合物催化剂,水解用乙酸- 硫酸催化剂,两步反应的收率分别为95%-96%和90%,总收率约 85.5%; 第二种:吉林大学研发:加成催化剂FeCl2-(C6H5)3P,水解用 催化剂为CH3COOH-Fe(SO4)27H2O,两步反应的收率分别为 92%和85%,总收率约78%;2018/8/926习题: 13-5 (1)答:由对氯苯甲醛与乙酐在乙酸钠的

8、催化作用下回流,进行 Perkin反应而得。所用对氯苯甲醛是由对硝基甲苯先用多硫 化钠还原-氧化对氨基苯甲醛,然后在稀盐酸中重氮化-重氮基 被氯置换,而得目的产物。其合成路线如下:2018/8/927三、其他应用实例1、呋喃丙烯酸的制备2、香豆素的制备邻羟基肉桂酸内酯2018/8/928指含有强活泼亚甲基的化合物X-CH2-Y在碱的催化作用下, 脱质子以碳负离子亲核试剂的形式与醛或酮的羰基碳原子发生 Aldol型亲核加成-消除脱水,生成,-不饱和化合物。其通式如下:说明: 1、R1、R2为脂肪烃基、芳烃基或氢;X、Y为吸电基。 2、活泼亚甲基化合物有氰乙酸酯、乙酰乙酸酯、丙二酸、氰 乙酰胺、丙

9、二酸单酯单酰胺以及丙二腈和硝基甲烷等。 3、常用催化剂有吡啶、哌啶、乙二胺、氨基丙酸等有机碱, 以及氨和乙酸铵。 4、有水生成,需移除,常用苯、甲苯等有机溶剂共沸去水。13-3-2 诺文葛耳(Knoevenagel)反应2018/8/929脱水缩合乙酸-哌啶应用:丙二酸在吡啶催化作用下与醛缩合、脱水、脱羧可制-取代丙烯酸:2018/8/930习题: 13-5 (2)答:对硝基甲苯先用多硫化钠还原-氧化对氨基苯甲醛,然后 在稀硫酸中重氮化-重氮基被羟基置换,得对羟基苯甲醛。由 对羟基苯甲醛与丙二酸在吡啶中于85进行脱水缩合和脱羧 反应,得目的产物。 其合成路线如下:2018/8/931指的是酯的

10、亚甲基活泼-H在强碱性催化剂作用下, 脱质子形成负离子,然后与另一分子酯的羰基碳原子发生 亲核加成,并进一步脱烷氧基而生成-酮酸酯的反应。 总称为克莱森缩合反应。13-3-3酯酯(Claisen)缩合-Claisen酯缩合反应反应机理2018/8/9322018/8/933 异酯的缩合几点说明: 1、如果两个不同的并都含有-氢的酯进行异酯缩合,则理论上就可 得到四种不同的产物,一般没有很多的价值。 2、因此异酯缩合通常只限于一个含有-氢的和另一个不含-氢的酯 之间的缩合。 3、常用的不含-氢的酯有: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够活泼,缩合时要用较强的碱如叔丁

11、醇钾 、NaH。2018/8/934例如:乙二酸二乙酯的应用:C2H5ONaC2H5ONaC2H5ONa2018/8/935如果反应物酯和酮都含有-氢,则酮的活性大(如丙酮的pKa 20,乙酸乙酯的pKa24),因此酮易形成负碳离子进攻酯的碳 基,发生亲核加成而得二酮类化合物。 如:13-3-4 酮酯 (Claisen)缩合2018/8/936几点说明: 1、在酯酮缩合中,若在碱性催化剂作用下酮比酯更易形成负碳离子, 则产物中会混有酮自身缩合的副产物;相反,如酯比酮更易形成负碳离 子,则产物中就会混有酯自身缩合的副产物。 2、只有不含-氢的酯与酮间的缩合反应,才能生成纯度较高的产物。例如:20

12、18/8/93713-3-5 Stobbe缩合Stobbe 缩合指的是醛或酮与丁二酸二酯在强碱性催化 剂存在下缩合生成-亚烃基丁二酸单酯的反应,其总的反 应式可简单表示如下 :2018/8/938说明: 1、Stobbe 缩合所用的碱性催化剂和反应条件与 Claisen 缩合基本上相似。 2、Stobbe 缩合主要用于酮化合物,如果对称酮分子中 不含活泼 - 氢则只得到一种产物,收率很好,如果是 不对称酮,则得到顺反异构体的混合。叔丁醇溶剂 回流16h2018/8/939一、达村斯(Darzens)缩合反应指的是-卤代羧酸酯在强碱催化作用下,活泼-H脱质子生 成碳负离子,然后与醛或酮的羰基碳原

13、子进行亲核加成、再 脱卤素负离子而生成,-环氧羧酸酯的反应,也称为达村斯 (Darsens)缩水甘油酸酯缩合反应。反应通式如下:13-3-6 Darzens缩合2018/8/940二、反应历程缩合产物的立体化学构型有顺式和反式两种,一般以酯 基与邻位碳原子的体积较大的基团处于反式的产物占主 要组分。2018/8/941三、应用实例以甲基壬基乙醛的制备为例:说明:当用氯乙酸酯时 ,由Darzens缩合制得的 ,-环氧羧酸酯用碱性 溶液使酯基水解,再酸 化得游离羧酸,再加热 脱羧和开环,可制得比 原料醛或酮多一个碳原 子的酮或醛。2018/8/94213-3-7 含亚甲基活泼氢化合物与卤烷的C烷化反应说明: 1、当亚甲基上有两个活泼氢时,可以在亚甲基上依次引入一个或两个烷基。 2、在引入两个不同的烷基时,应先引入高碳的伯烷基,在引入低碳的伯烷基。或先引入伯烷基,后引入仲烷基。 3、如果要引入两个仲烷基,可使用活性较高的氰乙酸乙酯,C-烷化后再将-CN基转化位-COOC2H5。2018/8/943本 章 作 业13-1:(1)、(2)、(5); 13-5; 13-6: 13-11; 13-12。2018/8/944

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