八大重要縮合反應全解析,含羥醛縮合、瑞弗爾馬斯基反應、曼尼期反應等

縮合反應是有機化學中一類非常重要的反應。將分子間或分子內不相連的兩個碳原子連接起來的反應統(tǒng)稱為縮合反應。在縮合反應中,有新的碳碳鍵形成,同時通常伴隨著水或其它比較簡單的有機或無機分子形成??s合反應通常需要在縮合劑的作用下進行,無機酸、堿、鹽或醇鈉、醇鉀等是常用的縮合劑。這種反應在有機合成領域有著廣泛的應用,能夠幫助我們構建各種復雜的有機化合物結構。

(1)羥醛縮合

有α-H的醛或酮在酸或堿的作用下,縮合生成β-羥基醛或β-羥基酮的反應稱為羥醛縮合

Aldol Condensation反應機理|來源:摩熵化學

(2)酯縮合反應

含有α-活潑氫的酯,在堿的作用下,兩分子酯相互作用,生成β-羰基酯,同時失去一分子醇的反應稱為酯縮合反應也稱為克萊森縮合反應。

Claisen Condensation反應機理|來源:摩熵化學

與醛醇縮合(Aldol縮合)的比較

(3)瑞弗爾馬斯基(Reformatsky) 反應

醛或酮、α-溴(鹵)代酸酯、鋅在惰性溶劑中互相作用,得到β-羥基酸酯的反應稱為瑞弗爾馬斯基反應

Reformatsky Reaction反應機理|來源:摩熵化學

反應特點

① 溴代酸酯的α-碳上有烷基或芳基均可反應,芳香醛酮也可反應,但空間位阻過大的底物除外;

② 有機鋅中間體活潑性不強,因此不與酯羰基發(fā)生親核加成,酯基得以保留;

③ 相比格氏試劑,有機鋅試劑活性較低,對官能團的兼容性更高,但反應速率通常較慢;

④ 該反應通常表現(xiàn)出良好的立體選擇性,并且反應速度快、產率高。

⑤ α-鹵代酯不能與鎂反應生成格氏試劑,但易與鋅形成有機鋅化合物,因此該反應是合成 β-羥基酯的有效方法。

反應實例

Synthesis, 2000 , # 4 p. 561 - 564

圖源:摩熵化學(MolAid)

Journal of Organic Chemistry, 2003 , vol. 68, # 2 p. 360 - 366

圖源:摩熵化學(MolAid)

Journal of Chemical Research, Synopses, 2003 , # 6 p. 374 - 376

圖源:摩熵化學(MolAid)

(4)曼尼期反應——氨甲基化反應

含有α-活潑氫的酮與甲醛(或其他醛)以及氨或胺(伯、仲胺)脫水縮合,活潑氫原子被氨甲基或取代氨甲基所取代,生成含β-氨基(或取代氨基)的羰基化合物的反應,稱為Mannich反應,又稱為氨甲基化反應。反應的產物β-氨基酮稱為“曼尼希堿”(Mannich堿),簡稱曼氏堿。一般醛亞胺與α-亞甲基羰基化合物的反應也被看做曼尼希反應。

Mannich Aminomethylation反應機理|來源:摩熵化學

(5)麥克爾加成反應

在堿催化下,能提供親核負碳離子的化合物(給體)和一個親電共軛體系(受體)發(fā)生的共軛加成反應,稱為麥克爾加成(Michael, A.)反應,也被稱為1,4 - 加成、共軛加成。常見的給體有活性亞甲基如丙二酸和硝基烷烴,受體則包括α,β - 不飽和羰基化合物等。

Michael Addition反應機理|來源:摩熵化學

1.堿奪取碳上的活潑氫。由于羰基是強吸電子基團,致使亞甲基中的碳原子的電子云密度降低,在堿(如乙醇鈉)的作用下,容易失去質子而形成比較穩(wěn)定的碳負離子。

2.碳負離子與受體發(fā)生1,4 - 共軛加成。碳負離子作為親核試劑進攻受體的β位碳原子,形成的加成物從溶劑中奪取一個質子形成烯醇,再通過互變異構形成最終產物。

在這個過程中,碳負離子有1,2加成和1,4加成兩種進攻方式。但1,2加成得到的產物中無共軛效應,氧負離子不能分散,不穩(wěn)定;而1,4加成得到的產物有共軛體系,負電荷能被很好地分散,生成比較穩(wěn)定的碳負離子,所以Michael加成反應實際上是不飽和醛、酮的1,4 - 加成反應。

反應應用:

①藥物合成:如抗抑郁藥帕羅西汀(Paroxetine)的合成中,Michael Addition構建關鍵骨架

②天然產物全合成:紫杉醇(Taxol)、維生素A等復雜分子增長碳鏈的步驟也依賴此反應

③材料科學:用于制備高分子材料的功能性單體

(6)Wittig(維蒂希)反應

在磷葉立德中,磷可以利用其3d軌道與碳的p軌道重疊形成pd-π鍵,這個π鍵有很強的極性,可以和醛或酮的羰基進行親核加成,形成烯烴,這個反應稱為Wittig反應,磷葉立德稱為Wittig試劑。

Wittig Olefination反應機理|來源:摩熵化學

(7) 達參反應

Darzens反應(Darzens condensation或Darzens reaction)又稱Darzens縮合或Darzens環(huán)氧酸酯縮合。醛、酮與α-鹵代酸酯在強堿(RONa, NaNH2, (CH3)3COK)催化作用下互相作用,生成α,β-環(huán)氧酸酯的反應稱為達參(Darzen, G.)反應。

反應機理

圖源:摩熵化學(MolAid)

(8) 安息香縮合反應

芳香醛在氰化鉀的作用下,發(fā)生雙分子縮合,生成α-羥基酮的反應稱為安息香縮合反應

反應機理

圖源:摩熵化學(MolAid)

首先氰基親核加成醛基得到α-氰基醇負離子,醇氧負離子奪取α-氫(部分機理認為是分子間反應奪取氫)得到α-氰基碳負離子,該碳負離子存在上圖中的一個共振式。α-氰基碳負離子進攻另一分子芳香醛,質子轉移后踢走氰基即可得到最終產物α-羥基酮。

原先醛基碳為δ+,被氰基作用后變成碳負離子,這種極性相反變化的反應被稱為極性翻轉(Umpolung)反應

該反應的缺點是氰化物為劇毒品,易對人體危害,操作困難,且“三廢”處理困難。采用維生素B,(Thiamine)鹽酸鹽可代替氰化物輔酶催化安息香縮合反應,其優(yōu)點是無毒,反應條件溫和,產率較高。亦可用N-烷基噻唑鎓鹽作為催化劑。

反應實例

圖源:摩熵化學(MolAid)
圖源:摩熵化學(MolAid)
圖源:摩熵化學(MolAid)

縮合反應作為有機化學中一類至關重要的反應類型,其研究價值與應用意義遠超表面認知。這類反應通過兩個或多個分子間的碳-碳或碳-異種原子鍵形成過程,不僅構建了復雜有機分子的骨架,更深刻揭示了有機反應中親核與親電相互作用、中間體穩(wěn)定性控制以及官能團兼容性等核心矛盾,因此深入理解縮合反應是十分必要的。希望這篇文章對大家理解縮合反應有所幫助!

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