形成碳碳雙鍵的反應(yīng).ppt

1、第九章 形成碳碳雙鍵的反應(yīng),合成烯烴的反應(yīng)很多，較常用的有消除反應(yīng)、還原反應(yīng)、縮合反應(yīng)。本章主要討論與長鏈烯烴合成有關(guān)的縮合反應(yīng)，此類反應(yīng)主要包括醇醛縮合反應(yīng)，羰基位的烯化反應(yīng)、以及近年來廣泛應(yīng)用的羰基烯化反應(yīng)。,第一節(jié)羰基烯化反應(yīng),一、 Wittig反應(yīng)磷內(nèi)翁鹽Phosphorus ylide（磷葉立德）與醛或酮作用生成烯烴及氧化三苯膦的反應(yīng)，通常稱為羰基烯化反應(yīng)或Wittig反應(yīng)。通式如下：,磷內(nèi)翁鹽是活性很高的合成中間體，磷內(nèi)翁鹽是Wittig反應(yīng)的重要中間體，所以又被稱之為Wittig試劑。,磷內(nèi)翁鹽的制備一般是由季磷鹽和堿在非質(zhì)子溶劑中作用脫去一分子鹵化氫而得。,用于季磷鹽脫鹵化氫的

2、堿很多。反應(yīng)用溶劑一般是非質(zhì)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(nèi)翁鹽的穩(wěn)定性，即主要由取代基R1和R2的性質(zhì)決定。,當(dāng)R1和R2為-Ph、-COR、-COOR、-CN等拉電子基時，因其能使磷內(nèi)翁鹽中-碳上的負(fù)電荷分散而形成穩(wěn)定的內(nèi)翁鹽； 當(dāng)R1和R2為H、脂肪烴基、脂環(huán)烴基時，由于R1和R2不能分散-碳上的負(fù)電荷而使磷內(nèi)翁鹽具有較低的穩(wěn)定性和較強(qiáng)的親核活性。 在制備穩(wěn)定性較低的內(nèi)翁鹽時，一般選用較強(qiáng)的堿如丁基鋰、氫化鈉等，需要在惰性氣體保護(hù)下，在干燥的不含酸的介質(zhì)中進(jìn)行； 當(dāng)制備穩(wěn)定性較高的磷內(nèi)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(jìn)行。,磷內(nèi)翁鹽與醛或

3、酮的反應(yīng)即Wittig反應(yīng)是按下述過程進(jìn)行的：,Wittig反應(yīng)的難易程度取決于反應(yīng)物內(nèi)翁鹽及醛或酮的結(jié)構(gòu)。 對于穩(wěn)定的磷內(nèi)翁鹽，由于R1和R2為拉電子基，內(nèi)翁鹽-碳上的負(fù)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(yīng)的進(jìn)行。 在不穩(wěn)定的內(nèi)翁鹽中，R1和R2為推電子基，因而可以增強(qiáng)內(nèi)翁鹽-碳上的負(fù)電荷而使親核活性增加，使之與醛酮的反應(yīng)容易進(jìn)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(nèi)翁鹽對羰基進(jìn)行親核反應(yīng)；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(jìn)攻，有利于反應(yīng)的進(jìn)行。一般情況下，醛的反應(yīng)活性比酮高，

4、有時脂也能進(jìn)行Wittig反應(yīng)，但活性較酮低。利用羰基不同的活性，可進(jìn)行選擇性的羰基烯化反應(yīng)。,Wittig反應(yīng)所得烯烴可能存在Z、E兩種立體異構(gòu)體。決定產(chǎn)物中兩種異構(gòu)體比例的因素很多，通過選擇適當(dāng)?shù)牧變?nèi)翁鹽及改變反應(yīng)條件（如溫度、溶劑性質(zhì)、有無鹽存在等），可獲得一定構(gòu)型的產(chǎn)物。一般規(guī)律是：較穩(wěn)定的活性低的磷內(nèi)翁鹽，生成以E型烯烴為主的產(chǎn)物，但在質(zhì)子溶劑或含鹽的非極性溶劑中進(jìn)行反應(yīng)，可增加產(chǎn)物中Z型烯烴的比例；而不穩(wěn)定的活性較高的磷內(nèi)翁鹽立體選擇性較差，一般情況下生成E、Z兩種異構(gòu)體的混合物。若選用非極性溶劑，可高選擇性的生成Z型產(chǎn)物，而在含鹽的非極性溶劑中，E型烯烴的比例增加。例如：,Wit

5、tig反應(yīng)的高度選擇性，常用于制備復(fù)雜的天然產(chǎn)物。另外該反應(yīng)具有反應(yīng)條件溫和，產(chǎn)率較高的特點(diǎn)，而且，-不飽和羰基化合物進(jìn)行反應(yīng)時，不發(fā)生1，4-加成反應(yīng)，雙鍵位置固定。利用這些特點(diǎn)，可合成許多具有共軛雙烯結(jié)構(gòu)的化合物。,磷內(nèi)翁鹽與環(huán)酮作用，可制備環(huán)外雙鍵，且不發(fā)生異構(gòu)化。當(dāng)反應(yīng)在分子內(nèi)進(jìn)行時，可形成具有張力的橋頭烯。,Wittig反應(yīng)采用相轉(zhuǎn)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(nèi)翁鹽，后者在相轉(zhuǎn)移催化劑的作用下進(jìn)入有機(jī)相與醛或酮進(jìn)行Wittig反應(yīng)，得相應(yīng)的烯烴。,Wittig反應(yīng)中生成的氧化三苯膦給產(chǎn)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(nèi)翁鹽接到

6、高聚物載體上得到高分子Wittig試劑。,二、Horner-Emmons改良法,Wittig反應(yīng)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(yīng)，與酮反應(yīng)困難或不能反應(yīng)，特別穩(wěn)定的葉立德甚至不能與最活潑的醛反應(yīng)。 近幾十年來，Wittig反應(yīng)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(nèi)翁鹽，與醛或酮類化合物在堿存在下作用，生成烯烴的反應(yīng)。反應(yīng)歷程與Wittig反應(yīng)類似，也是通過形成四員環(huán)過渡態(tài)，然后進(jìn)行消除，生成烯烴和磷酸二乙酯。,Horner-Emmons改良法和Wittig反應(yīng)相比有如下特點(diǎn)：,(1)膦酸酯

7、比較容易制備，可以用亞磷酸酯和鹵代烴作用，經(jīng)Arbuzow重排反應(yīng)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(tuán)。,（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(fù)離子，它具有較強(qiáng)的親核性，而且比較穩(wěn)定，能與一些難以發(fā)生Wittig反應(yīng)的醛酮類化合物作用。,（3）與醛或酮反應(yīng)，產(chǎn)物的立體選擇性受取代基及反應(yīng)介質(zhì)的影響極小，幾乎立體專一性地生成反式（E型）產(chǎn)物。,（4）產(chǎn)品容易分離提純。因為反應(yīng)生成的磷酸酯鹽易溶于水，極易與產(chǎn)品烯

8、烴分離。由于上述特點(diǎn)，Horner-Emmons反應(yīng)被廣泛用于各種取代烯烴的合成中。 和Wittig反應(yīng)一樣，采用相轉(zhuǎn)移催化反應(yīng)，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(yīng)，得到烯烴。這一方法具有操作更加簡便、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的特點(diǎn)。,三、砷內(nèi)翁鹽的羰基烯化反應(yīng),近年來，人們通過對砷內(nèi)翁鹽（砷葉立德Arsenic ylide）化學(xué)性質(zhì)的系統(tǒng)研究，證明帶有拉電子基的砷內(nèi)翁鹽具有比磷內(nèi)翁鹽更高的反應(yīng)活性和穩(wěn)定性。,上式中，為丙酮時，以苯為溶劑，在室溫下進(jìn)行反應(yīng)；為環(huán)戊酮或環(huán)己酮時，以甲醇為溶劑，在回流溫度下進(jìn)行反應(yīng)。 砷內(nèi)翁鹽和醛、酮的反應(yīng)機(jī)理與Wittig反應(yīng)機(jī)理相同。一般情況下，產(chǎn)物為

9、順、反異構(gòu)體的混合物，但常常以反式產(chǎn)物為主。當(dāng)酮羰基或醛羰基的-位上有較大的取代基（如叔丁基）時，主要生成反式異構(gòu)體烯烴。,砷內(nèi)翁鹽的制備方法與磷內(nèi)翁鹽相似，即烷基胂與鹵代烴反應(yīng)生成己砷鹽，然后在強(qiáng)堿作用下脫去鹵化氫得砷內(nèi)翁鹽。,反應(yīng)所用堿的強(qiáng)度略高于制備相應(yīng)磷內(nèi)翁鹽時所用堿的強(qiáng)度。反應(yīng)用溶劑以乙醚、苯、四氫呋喃為好。 砷內(nèi)翁鹽的應(yīng)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(chǎn)率較高，反應(yīng)副產(chǎn)物氧化三苯胂能方便地用稀鹽酸除去。,四、 Peterson反應(yīng),硅原子與磷原子相似，具有3d空軌道，因而，能分散相鄰碳負(fù)離子的負(fù)電荷，形成穩(wěn)定的-硅碳負(fù)離子。-硅碳負(fù)離子很容易與羰基化合物作用，生

10、成-羥基硅烷衍生物，繼而在酸或堿催化下，經(jīng)過-消除得到烯烴，這一反應(yīng)被稱為Peterson反應(yīng)。,-硅碳負(fù)離可由下列方法得到。,在上述反應(yīng)中R多數(shù)為甲基。,用Peterson反應(yīng)制備長鏈烯烴與Wittig反應(yīng)相比具有如下特點(diǎn)：,(1)Peterson反應(yīng)所用的硅試劑比磷內(nèi)翁鹽活潑，甚至反應(yīng)活性高于Horner-Emmons反應(yīng)所用的膦酸酯試劑。含酯基的硅試劑很容易與酮反應(yīng)，生成、-不飽和酯類化合物。當(dāng)一試劑既能發(fā)生Peterson反應(yīng)，又能發(fā)生Horner-Emmons反應(yīng)時，通常優(yōu)先生成Peterson反應(yīng)產(chǎn)物。,(2) Peterson反應(yīng)產(chǎn)物容易分離提純。副產(chǎn)物六甲基二硅氧烷(CH3)3

11、SiOSi(CH3)3易揮發(fā)，因而很容易從反應(yīng)混合物中除去。,（3）Peterson反應(yīng)產(chǎn)物通常為順反異構(gòu)體的混合物。產(chǎn)物的構(gòu)型取決于硅試劑與羰基化合物縮合形成-羥基硅烷的這一步反應(yīng)。在該步反應(yīng)中得到的是蘇型和赤型-羥基硅烷異構(gòu)體的混合物，隨后進(jìn)行的消除反應(yīng)是高立體選擇性的。,赤型和蘇型兩種異構(gòu)體在堿（如KH或NaH等）催化下，得順式消除三甲基硅基和氧負(fù)離子的產(chǎn)物； 在酸（如H2SO4、BF3ET2O等）催化下，得反式消除三甲基硅基和氧負(fù)離子的產(chǎn)物。若用純的（蘇型或赤型）-羥基硅烷進(jìn)行消除反應(yīng)，則可以完全控制順反烯烴的生成。,第二節(jié)醇醛縮合反應(yīng),含-活潑氫的醛或酮，在堿或酸催化下，與另一分子醛

12、或酮進(jìn)行縮合，形成-羥基醛或酮，然后再失去一分子水，得、不飽和醛或酮。這類反應(yīng)稱為醇醛縮合反應(yīng)，是合成含羰基的長鏈烯烴的方法之一。,醇醛縮合根據(jù)縮合物的不同，可以有含-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-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-氫的醛或酮之間的縮合等四種主要類型。,它們的反應(yīng)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。, 堿（B-）催化反應(yīng)歷程：在堿催化反應(yīng)過程中，前三步為可逆反應(yīng)，而決定反應(yīng)速度的是第一步形成碳負(fù)離子的反應(yīng)。反應(yīng)中常用的堿有KOH、NaOH、Na2

13、CO3、K2CO3、NaOEt、（Me3CO）3Al等，一般可根據(jù)反應(yīng)物的活性，選擇適當(dāng)?shù)膲A催化劑。, 酸催化反應(yīng)歷程：在酸催化反應(yīng)中，決定反應(yīng)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。,一、含-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(yīng)活性。因醛羰基的空間位阻小，容易受親核試劑（碳負(fù)離子或烯醇負(fù)離子）的進(jìn)攻，從而有利于縮合反應(yīng)的進(jìn)行。醛類化合物在進(jìn)行自身縮合反應(yīng)時，若選擇適當(dāng)?shù)膲A或反應(yīng)溫度，則可以很容易地得到縮合產(chǎn)物，-不飽和醛。,若用弱堿型離子交換樹脂作催化劑，則可以在

14、反應(yīng)后濾去樹脂，經(jīng)蒸餾可得 ，-不飽和醛純品。,含-H的酮類化合物，只有甲基酮和脂環(huán)酮具有較高的反應(yīng)活性，但仍較醛類化合物的反應(yīng)活性低。要使酮類化合物的自身縮合向生成物的方向進(jìn)行，并得到較好產(chǎn)率的，-不飽和酮，必須強(qiáng)化反應(yīng)條件 。,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(nèi)，反應(yīng)器中的丙酮不斷回流，在提取器內(nèi)與催化劑接觸發(fā)生縮合反應(yīng)，然后溢流到反應(yīng)器內(nèi)，產(chǎn)物二丙酮醇脫離催化劑，從而避免了可逆反應(yīng)的發(fā)生。二丙酮醇經(jīng)碘或磷酸催化脫水，可得71%產(chǎn)率的異丙叉丙酮。,在自身縮合中，若酮是對稱酮或只含一種 -氫的不對稱酮，則生成的產(chǎn)物較單一；若酮是不對稱酮，則不論酸或堿催化，反

15、應(yīng)總是發(fā)生在取代基較少的-碳上，得到-羥基酮,或其脫水產(chǎn)物，-不飽和酮。,醛或酮的自身縮合也可以在分子內(nèi)進(jìn)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(jìn)行分子內(nèi)縮合，生成烷?；h(huán)烴或酮。,二、不同醛、酮分子間的縮合,含-H的不同醛、酮分子間的縮合反應(yīng)情況比較復(fù)雜，它可能產(chǎn)生四種或四種以上的反應(yīng)產(chǎn)物。但根據(jù)反應(yīng)物的性質(zhì)，通過對反應(yīng)條件的控制可使某一產(chǎn)物占優(yōu)勢。,在堿催化下，兩種不同的醛縮合時，一般由-碳上含有較多取代基的醛形成碳負(fù)離子，向-碳上取代基較少的醛進(jìn)行親核加成，形成-取代的，-不飽和醛。 若醛的-碳上只有一個氫，一般在室溫下，它與-碳上取代基

16、較少的醛羰基進(jìn)行親核加成，得-羥基-二取代的醛；若升高反應(yīng)溫度，則-羥基-二取代的醛經(jīng)可逆反應(yīng)復(fù)得原來的醛，再以新的方式縮合得，-不飽和醛。,在含-H的醛和酮的縮合中，一般地說，醛容易進(jìn)行自身縮合反應(yīng)。當(dāng)醛與甲基酮反應(yīng)時，常常是在堿催化下由甲基酮的甲基形成碳負(fù)離子，該碳負(fù)離子與醛羰基進(jìn)行親核加成，最終得，-不飽和酮。,不論是酸或堿催化，都不能使酮羰基和醛的-位縮合成，-不飽和醛。要實(shí)現(xiàn)這種縮合，應(yīng)先將醛羰基進(jìn)行保護(hù)，然后再與酮進(jìn)行反應(yīng)，最后，去保護(hù)基得，-不飽和醛。這種方法對兩種醛或兩種酮的反應(yīng)同樣適用。,若將醛或酮轉(zhuǎn)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(yīng)，則同樣可

17、得指定產(chǎn)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(yīng)才能進(jìn)行。,三、芳醛與含有-氫的醛、酮之間的縮合,在堿催化下，芳醛與-氫的醛或酮縮合，可得產(chǎn)率很高的，-不飽和醛、酮類化合物，該反應(yīng)被稱為Claisen-Schmidt反應(yīng)。例如肉桂醛的合成：,苯甲醛與乙醛在堿的作用下，有A和B兩種反應(yīng)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(yīng)主要按途徑B進(jìn)行。生成肉桂醛，并且收率很高。 該反應(yīng)一般在氫氧化鈉水溶液或醇溶液中進(jìn)行，其反應(yīng)產(chǎn)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(tuán)總是和羰基的-碳上的大基團(tuán)成反式構(gòu)型。,因所用催化劑的不同，芳醛與不對稱

18、酮（CH3COCHR）的縮合反應(yīng)產(chǎn)物也不同。一般堿催化，以甲基縮合產(chǎn)物為主；酸催化，則得亞甲基位上的縮合產(chǎn)物。例如：,不含-H的芳酮可以發(fā)生類似的醇醛縮合反應(yīng)。反應(yīng)也可以在分子內(nèi)，形成環(huán)狀的，-不飽和酮。,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(yīng)） 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(yīng)，稱為Knoevenagel反應(yīng)。 X=-NO2、-CN、-COR、-COOR等。,Knoevenagel反應(yīng)的機(jī)理,主有兩種： 其一，類似于醇醛縮合反應(yīng)，即活潑亞甲基化合物

19、在極性溶液中，在堿作用下形成碳負(fù)離子，隨后，與醛或酮進(jìn)行親核加成反應(yīng)，最終形成，-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(fù)離子進(jìn)行加成。,其過程如下：,反應(yīng)按何種歷程進(jìn)行，主要取決于反應(yīng)物的活性及反應(yīng)條件的選擇。一般認(rèn)為用伯胺、仲胺，有利于形成亞胺中間體，反應(yīng)按后一種歷程進(jìn)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(jìn)行，則反應(yīng)傾向于按類似醇醛縮合的機(jī)理進(jìn)行。無論是哪種機(jī)理，產(chǎn)物烯烴的構(gòu)型均以E型為主。,本反應(yīng)的產(chǎn)率與羰基化合物的反應(yīng)活性、位阻、催化劑的種類及其它反應(yīng)條件有關(guān)。一般醛與活潑亞甲基化合物能很容易地進(jìn)行反應(yīng)，得到較高產(chǎn)率的，-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(qiáng)烈的條件下進(jìn)行反應(yīng)，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(yīng)，生成物產(chǎn)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(jìn)行反應(yīng)。,二、 堿催化下丁二酸酯與醛、酮的縮合（Stobb