形成碳碳雙鍵的反應

形成碳碳雙鍵的反應第一頁，共七十一頁，2022年，8月28日

第一節(jié)

羰基烯化反應一、

Wittig反應

磷內翁鹽[Phosphorusylide（磷葉立德）]與醛或酮作用生成烯烴及氧化三苯膦的反應，通常稱為羰基烯化反應或Wittig反應。通式如下：第二頁，共七十一頁，2022年，8月28日

磷內翁鹽是活性很高的合成中間體，磷內翁鹽是Wittig反應的重要中間體，所以又被稱之為Wittig試劑。第三頁，共七十一頁，2022年，8月28日磷內翁鹽的制備一般是由季磷鹽和堿在非質子溶劑中作用脫去一分子鹵化氫而得。第四頁，共七十一頁，2022年，8月28日

用于季磷鹽脫鹵化氫的堿很多。反應用溶劑一般是非質子溶劑，有時水也可以用作溶劑。堿和溶劑的選擇主要取決于磷內翁鹽的穩(wěn)定性，即主要由取代基R1和R2的性質決定。第五頁，共七十一頁，2022年，8月28日

當R1和R2為-Ph、-COR、-COOR、-CN等拉電子基時，因其能使磷內翁鹽中α-碳上的負電荷分散而形成穩(wěn)定的內翁鹽；當R1和R2為H、脂肪烴基、脂環(huán)烴基時，由于R1和R2不能分散α-碳上的負電荷而使磷內翁鹽具有較低的穩(wěn)定性和較強的親核活性。在制備穩(wěn)定性較低的內翁鹽時，一般選用較強的堿{如丁基鋰、氫化鈉等}，需要在惰性氣體保護下，在干燥的不含酸的介質中進行；當制備穩(wěn)定性較高的磷內翁鹽時，可選用象氨或碳酸鈉那樣的弱堿，甚至可以在水溶液中進行。

第六頁，共七十一頁，2022年，8月28日磷內翁鹽與醛或酮的反應即Wittig反應是按下述過程進行的：第七頁，共七十一頁，2022年，8月28日Wittig反應的難易程度取決于反應物內翁鹽及醛或酮的結構。對于穩(wěn)定的磷內翁鹽，由于R1和R2為拉電子基，內翁鹽α-碳上的負電荷因分散而降低了親核活性，在一般情況下不利于Wittig反應的進行。在不穩(wěn)定的內翁鹽中，R1和R2為推電子基，因而可以增強內翁鹽α-碳上的負電荷而使親核活性增加，使之與醛酮的反應容易進行。對于羰基化合物來說，R3和R4如果是推電子基，羰基碳上的電子云密度相對增高，不利于內翁鹽對羰基進行親核反應；R3或R4為拉電子基時，可降低羰基碳上的電子云密度，因而容易接受親核試劑的進攻，有利于反應的進行。一般情況下，醛的反應活性比酮高，有時脂也能進行Wittig反應，但活性較酮低。利用羰基不同的活性，可進行選擇性的羰基烯化反應。

第八頁，共七十一頁，2022年，8月28日Wittig反應所得烯烴可能存在Z、E兩種立體異構體。決定產物中兩種異構體比例的因素很多，通過選擇適當?shù)牧變任帖}及改變反應條件（如溫度、溶劑性質、有無鹽存在等），可獲得一定構型的產物。一般規(guī)律是：較穩(wěn)定的活性低的磷內翁鹽，生成以E型烯烴為主的產物，但在質子溶劑或含鹽的非極性溶劑中進行反應，可增加產物中Z型烯烴的比例；而不穩(wěn)定的活性較高的磷內翁鹽立體選擇性較差，一般情況下生成E、Z兩種異構體的混合物。若選用非極性溶劑，可高選擇性的生成Z型產物，而在含鹽的非極性溶劑中，E型烯烴的比例增加。例如：第九頁，共七十一頁，2022年，8月28日第十頁，共七十一頁，2022年，8月28日

Wittig反應的高度選擇性，常用于制備復雜的天然產物。另外該反應具有反應條件溫和，產率較高的特點，而且α，β-不飽和羰基化合物進行反應時，不發(fā)生1，4-加成反應，雙鍵位置固定。利用這些特點，可合成許多具有共軛雙烯結構的化合物。第十一頁，共七十一頁，2022年，8月28日

磷內翁鹽與環(huán)酮作用，可制備環(huán)外雙鍵，且不發(fā)生異構化。當反應在分子內進行時，可形成具有張力的橋頭烯。第十二頁，共七十一頁，2022年，8月28日Wittig反應采用相轉移催化劑，可以避免無水操作，甚至在氫氧化鈉水溶液中即可由磷鹽制得磷內翁鹽，后者在相轉移催化劑的作用下進入有機相與醛或酮進行Wittig反應，得相應的烯烴。

第十三頁，共七十一頁，2022年，8月28日Wittig反應中生成的氧化三苯膦給產物的分離提純帶來很大困難。為了解決這一難題，有人將磷內翁鹽接到高聚物載體上得到高分子Wittig試劑。第十四頁，共七十一頁，2022年，8月28日

二、Horner-Emmons改良法Wittig反應用于長鏈烯烴的合成具有許多優(yōu)越性，但也有不足之處。例如，穩(wěn)定的葉立德只能與醛反應，與酮反應困難或不能反應，特別穩(wěn)定的葉立德甚至不能與最活潑的醛反應。近幾十年來，Wittig反應發(fā)展較塊，出現(xiàn)了許多改良法，其中以Horner-Emmons改良法最為重要。它是以膦酸酯代替磷內翁鹽，與醛或酮類化合物在堿存在下作用，生成烯烴的反應。反應歷程與Wittig反應類似，也是通過形成四員環(huán)過渡態(tài)，然后進行消除，生成烯烴和磷酸二乙酯。

第十五頁，共七十一頁，2022年，8月28日第十六頁，共七十一頁，2022年，8月28日Horner-Emmons改良法和Wittig反應相比有如下特點：(1)膦酸酯比較容易制備，可以用亞磷酸酯和鹵代烴作用，經Arbuzow重排反應而得。磷酸酯對空氣、水氣及堿不敏感，不需無氧無水操作，而且膦酸酯較Wittig試劑便宜。R1、R2可以是氫、芳烴基、烷氧羰基、氰基、烷氧基等基團。

第十七頁，共七十一頁，2022年，8月28日（2）膦酸酯在堿（如NaNH2、KNH2、MeCOK、C6H5K、NaH、n-C4H9Li等）作用下形成的膦酸酯碳負離子，它具有較強的親核性，而且比較穩(wěn)定，能與一些難以發(fā)生Wittig反應的醛酮類化合物作用。第十八頁，共七十一頁，2022年，8月28日第十九頁，共七十一頁，2022年，8月28日

（3）與醛或酮反應，產物的立體選擇性受取代基及反應介質的影響極小，幾乎立體專一性地生成反式（E型）產物。第二十頁，共七十一頁，2022年，8月28日

（4）產品容易分離提純。因為反應生成的磷酸酯鹽易溶于水，極易與產品烯烴分離。由于上述特點，Horner-Emmons反應被廣泛用于各種取代烯烴的合成中。和Wittig反應一樣，采用相轉移催化反應，許多磷酸酯在氫氧化鈉水溶液作用下，即可順利地與醛或酮反應，得到烯烴。這一方法具有操作更加簡便、經濟、實用的特點。

第二十一頁，共七十一頁，2022年，8月28日三、

砷內翁鹽的羰基烯化反應近年來，人們通過對砷內翁鹽（砷葉立德Arsenicylide）化學性質的系統(tǒng)研究，證明帶有拉電子基的砷內翁鹽具有比磷內翁鹽更高的反應活性和穩(wěn)定性。

第二十二頁，共七十一頁，2022年，8月28日第二十三頁，共七十一頁，2022年，8月28日上式中，為丙酮時，以苯為溶劑，在室溫下進行反應；為環(huán)戊酮或環(huán)己酮時，以甲醇為溶劑，在回流溫度下進行反應。砷內翁鹽和醛、酮的反應機理與Wittig反應機理相同。一般情況下，產物為順、反異構體的混合物，但常常以反式產物為主。當酮羰基或醛羰基的α-位上有較大的取代基（如叔丁基）時，主要生成反式異構體烯烴。第二十四頁，共七十一頁，2022年，8月28日

砷內翁鹽的制備方法與磷內翁鹽相似，即烷基胂與鹵代烴反應生成己砷鹽，然后在強堿作用下脫去鹵化氫得砷內翁鹽。第二十五頁，共七十一頁，2022年，8月28日反應所用堿的強度略高于制備相應磷內翁鹽時所用堿的強度。反應用溶劑以乙醚、苯、四氫呋喃為好。砷內翁鹽的應用價值主要在于可以比較方便地制得帶有拉電子基的烯烴，產率較高，反應副產物氧化三苯胂能方便地用稀鹽酸除去。第二十六頁，共七十一頁，2022年，8月28日四、

Peterson反應硅原子與磷原子相似，具有3d空軌道，因而，能分散相鄰碳負離子的負電荷，形成穩(wěn)定的α-硅碳負離子。α-硅碳負離子很容易與羰基化合物作用，生成β-羥基硅烷衍生物，繼而在酸或堿催化下，經過β-消除得到烯烴，這一反應被稱為Peterson反應。第二十七頁，共七十一頁，2022年，8月28日第二十八頁，共七十一頁，2022年，8月28日

α-硅碳負離可由下列方法得到。在上述反應中R多數(shù)為甲基。第二十九頁，共七十一頁，2022年，8月28日用Peterson反應制備長鏈烯烴與Wittig反應相比具有如下特點：(1)Peterson反應所用的硅試劑比磷內翁鹽活潑，甚至反應活性高于Horner-Emmons反應所用的膦酸酯試劑。含酯基的硅試劑很容易與酮反應，生成α、β-不飽和酯類化合物。當一試劑既能發(fā)生Peterson反應，又能發(fā)生Horner-Emmons反應時，通常優(yōu)先生成Peterson反應產物。第三十頁，共七十一頁，2022年，8月28日

(2)Peterson反應產物容易分離提純。副產物六甲基二硅氧烷[(CH3)3SiOSi(CH3)3]易揮發(fā)，因而很容易從反應混合物中除去。

第三十一頁，共七十一頁，2022年，8月28日（3）Peterson反應產物通常為順反異構體的混合物。產物的構型取決于硅試劑與羰基化合物縮合形成β-羥基硅烷的這一步反應。在該步反應中得到的是蘇型和赤型β-羥基硅烷異構體的混合物，隨后進行的消除反應是高立體選擇性的。第三十二頁，共七十一頁，2022年，8月28日赤型和蘇型兩種異構體在堿（如KH或NaH等）催化下，得順式消除三甲基硅基和氧負離子的產物；在酸（如H2SO4、BF3ET2O等）催化下，得反式消除三甲基硅基和氧負離子的產物。若用純的（蘇型或赤型）β-羥基硅烷進行消除反應，則可以完全控制順反烯烴的生成。第三十三頁，共七十一頁，2022年，8月28日第三十四頁，共七十一頁，2022年，8月28日第二節(jié)

醇醛縮合反應含α-活潑氫的醛或酮，在堿或酸催化下，與另一分子醛或酮進行縮合，形成β-羥基醛或酮，然后再失去一分子水，得α、β—不飽和醛或酮。這類反應稱為醇醛縮合反應，是合成含羰基的長鏈烯烴的方法之一。

第三十五頁，共七十一頁，2022年，8月28日醇醛縮合根據(jù)縮合物的不同，可以有含α-氫的醛或酮的自身縮合；不同的醛、酮分子間的縮合；甲醛和含α-氫的醛或酮的縮合（在前面章節(jié)已討論過，故不再贅述）及芳醛與含α-氫的醛或酮之間的縮合等四種主要類型。第三十六頁，共七十一頁，2022年，8月28日它們的反應歷程是一致的，隨所用催化劑的不同而不同。通常有酸催化和堿催化兩種形式，以相同的醛或酮之間的縮合為例，分別表示如下。第三十七頁，共七十一頁，2022年，8月28日

①

堿（B-）催化反應歷程：

在堿催化反應過程中，前三步為可逆反應，而決定反應速度的是第一步形成碳負離子的反應。反應中常用的堿有KOH、NaOH、Na2CO3、K2CO3、NaOEt、（Me3CO）3Al等，一般可根據(jù)反應物的活性，選擇適當?shù)膲A催化劑。第三十八頁，共七十一頁，2022年，8月28日第三十九頁，共七十一頁，2022年，8月28日②

酸催化反應歷程：

在酸催化反應中，決定反應速度的是親核加成這一步。常用的酸性催化劑有硫酸、鹽酸、對甲苯磺酸、陽離子交換樹脂以及Lewis酸（如三氟化硼）等。第四十頁，共七十一頁，2022年，8月28日第四十一頁，共七十一頁，2022年，8月28日一、含α-氫的醛或酮的自身縮合R=H、脂烴基、芳烴基；R’=H、甲基、脂烴基醛類化合物具有較高的反應活性。因醛羰基的空間位阻小，容易受親核試劑（碳負離子或烯醇負離子）的進攻，從而有利于縮合反應的進行。醛類化合物在進行自身縮合反應時，若選擇適當?shù)膲A或反應溫度，則可以很容易地得到縮合產物α，β-不飽和醛。

第四十二頁，共七十一頁，2022年，8月28日若用弱堿型離子交換樹脂作催化劑，則可以在反應后濾去樹脂，經蒸餾可得α，β-不飽和醛純品。第四十三頁，共七十一頁，2022年，8月28日

含α-H的酮類化合物，只有甲基酮和脂環(huán)酮具有較高的反應活性，但仍較醛類化合物的反應活性低。要使酮類化合物的自身縮合向生成物的方向進行，并得到較好產率的α，β-不飽和酮，必須強化反應條件。第四十四頁，共七十一頁，2022年，8月28日例如，在丙酮的縮合中，將固體催化劑氫氧化鋇加入Soxhlet抽提器內，反應器中的丙酮不斷回流，在提取器內與催化劑接觸發(fā)生縮合反應，然后溢流到反應器內，產物二丙酮醇脫離催化劑，從而避免了可逆反應的發(fā)生。二丙酮醇經碘或磷酸催化脫水，可得71%產率的異丙叉丙酮。

第四十五頁，共七十一頁，2022年，8月28日

在自身縮合中，若酮是對稱酮或只含一種α-氫的不對稱酮，則生成的產物較單一；若酮是不對稱酮，則不論酸或堿催化，反應總是發(fā)生在取代基較少的α-碳上，得到β-羥基酮,或其脫水產物α，β-不飽和酮。第四十六頁，共七十一頁，2022年，8月28日

醛或酮的自身縮合也可以在分子內進行，生成環(huán)狀化合物。如1，6-或1，7-二醛，1，4-、1，5-或1，6-二酮，都能進行分子內縮合，生成烷酰基脂環(huán)烴或酮。

第四十七頁，共七十一頁，2022年，8月28日

二、不同醛、酮分子間的縮合含α-H的不同醛、酮分子間的縮合反應情況比較復雜，它可能產生四種或四種以上的反應產物。但根據(jù)反應物的性質，通過對反應條件的控制可使某一產物占優(yōu)勢。第四十八頁，共七十一頁，2022年，8月28日

在堿催化下，兩種不同的醛縮合時，一般由α-碳上含有較多取代基的醛形成碳負離子，向α-碳上取代基較少的醛進行親核加成，形成α-取代的α，β-不飽和醛。若醛的α-碳上只有一個氫，一般在室溫下，它與α-碳上取代基較少的醛羰基進行親核加成，得β-羥基-α-二取代的醛；若升高反應溫度，則β-羥基-α-二取代的醛經可逆反應復得原來的醛，再以新的方式縮合得α，β-不飽和醛。第四十九頁，共七十一頁，2022年，8月28日第五十頁，共七十一頁，2022年，8月28日在含α-H的醛和酮的縮合中，一般地說，醛容易進行自身縮合反應。當醛與甲基酮反應時，常常是在堿催化下由甲基酮的甲基形成碳負離子，該碳負離子與醛羰基進行親核加成，最終得α，β-不飽和酮。第五十一頁，共七十一頁，2022年，8月28日第五十二頁，共七十一頁，2022年，8月28日不論是酸或堿催化，都不能使酮羰基和醛的α-位縮合成α，β-不飽和醛。要實現(xiàn)這種縮合，應先將醛羰基進行保護，然后再與酮進行反應，最后，去保護基得α，β-不飽和醛。這種方法對兩種醛或兩種酮的反應同樣適用。第五十三頁，共七十一頁，2022年，8月28日

若將醛或酮轉變成烯醇硅醚，然后再在四氯化鈦催化下，與另一分子醛或酮發(fā)生縮合反應，則同樣可得指定產物。兩種不同酮之間的縮合，一般至少其中有一種是甲基酮或脂環(huán)酮，反應才能進行。第五十四頁，共七十一頁，2022年，8月28日

三、芳醛與含有α-氫的醛、酮

之間的縮合在堿催化下，芳醛與α-氫的醛或酮縮合，可得產率很高的α，β-不飽和醛、酮類化合物，該反應被稱為Claisen-Schmidt反應。例如肉桂醛的合成：

第五十五頁，共七十一頁，2022年，8月28日苯甲醛與乙醛在堿的作用下，有A和B兩種反應途徑。但是由于3-苯基-3-羥基丙醛更容易脫水成肉桂醛。因此，反應主要按途徑B進行。生成肉桂醛，并且收率很高。該反應一般在氫氧化鈉水溶液或醇溶液中進行，其反應產物具有很高的立體選擇性，一般情況下，與羰基相連的大基團總是和羰基的β-碳上的大基團成反式構型。第五十六頁，共七十一頁，2022年，8月28日

第五十七頁，共七十一頁，2022年，8月28日因所用催化劑的不同，芳醛與不對稱酮（CH3COCHR）的縮合反應產物也不同。一般堿催化，以甲基縮合產物為主；酸催化，則得亞甲基位上的縮合產物。例如：第五十八頁，共七十一頁，2022年，8月28日

不含-H的芳酮可以發(fā)生類似的醇醛縮合反應。反應也可以在分子內，形成環(huán)狀的α，β-不飽和酮。

第五十九頁，共七十一頁，2022年，8月28日第三節(jié)

醛、酮與羧酸衍生物

之間的縮合一、

堿催化下活潑亞甲基化合物與醛、酮的縮合（Knoevenagel反應）活潑亞甲基化合物在氨（或胺）及它們的羧酸鹽等弱堿性催化劑催化下，與醛或酮縮合，最后形成不飽和羰基化合物的反應，稱為Knoevenagel反應。

X=-NO2、-CN、-COR、-COOR等。第六十頁，共七十一頁，2022年，8月28日Knoevenagel反應的機理主有兩種：其一，類似于醇醛縮合反應，即活潑亞甲基化合物在極性溶液中，在堿作用下形成碳負離子，隨后，與醛或酮進行親核加成反應，最終形成α，β-不飽和羰基化合物。另一種說法是，羰基化合物在胺或胺鹽的存在下，形成亞胺過渡態(tài)，然后與活潑亞甲基的碳負離子進行加成。第六十一頁，共七十一頁，2022年，8月28日其過程如下：第六十二頁，共七十一頁，2022年，8月28日

反應按何種歷程進行，主要取決于反應物的活性及反應條件的選擇。一般認為用伯胺、仲胺，有利于形成亞胺中間體，反應按后一種歷程進行；若所用活潑亞甲基化合物的活性很大，且在極性溶劑中進行，則反應傾向于按類似醇醛縮合的機理進行。無論是哪種機理，產物烯烴的構型均以E型為主。第六十三頁，共七十一頁，2022年，8月28日本反應的產率與羰基化合物的反應活性、位阻、催化劑的種類及其它反應條件有關。一般醛與活潑亞甲基化合物能很容易地進行反應，得到較高產率的α，β-不飽和羰基化合物。而酮與活潑亞甲基化合物[如CH2（COOEt）2]的縮合要困難一些，即使在較強烈的條件下進行反應，收率也不高。但若用三氯化鈦和吡啶作催化劑，在室溫下就能反應，生成物產率也較高。另外，若用位阻較小的甲基酮或脂環(huán)酮與活性較高的氰基乙酸乙酯縮合，則同樣能順利地進行反應。

第六十四頁，共七十一頁，2022年，8月28日二、

堿催化下丁二酸酯與醛、酮的縮合（