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羟醛缩合反应在有机化学中的应用.doc

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羟醛缩合反应在有机化学中的应用.doc羟醛缩合反应在有机化学中的应用.doc 羟醛缩合反应在有机化学中的应用 摘要:羟醛缩合反应是一个重要的有机化学反应,它在有机合成中有着广泛的应用。羟醛缩合反应是指含有活性α氢原子的化合物如醛、酮、羧酸和酯等,在催化剂的作用下与羰基化合物发生亲核加成,得到α-羟基醛酮或酸,或进一步脱水得到α,β-不饱和醛酮或酸酯的反应。? 分子间的羟醛缩合经常被用来合成一些β-羟基化合物,如1,3-丙二醇、l,3-丁二醇和新戊二醇等。其可作为进一步生产香料、药物等多聚物或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)和聚对苯...
羟醛缩合反应在有机化学中的应用.doc
羟醛缩合反应在有机化学中的应用.doc 羟醛缩合反应在有机化学中的应用 摘要:羟醛缩合反应是一个重要的有机化学反应,它在有机合成中有着广泛的应用。羟醛缩合反应是指含有活性α氢原子的化合物如醛、酮、羧酸和酯等,在催化剂的作用下与羰基化合物发生亲核加成,得到α-羟基醛酮或酸,或进一步脱水得到α,β-不饱和醛酮或酸酯的反应。? 分子间的羟醛缩合经常被用来合成一些β-羟基化合物,如1,3-丙二醇、l,3-丁二醇和新戊二醇等。其可作为进一步生产香料、药物等多聚物或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)和聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)等高聚物的单体;缩合脱水产物α,β-不饱和醛氧化得到相应的可广泛用作精细化工生产原料的羧酸,如2,2-二羟甲基丙酸可用作水性氨脂扩链剂以及制备聚酯、光敏树脂和液晶,2-甲基-2-戊烯酸是具有水果香味的食用香料,可广泛用于食品加工业和其它日化香精产业;此外,α,β-不饱和醛完全氢化时得到饱和伯醛,可用作溶剂或制造洗涤剂、增塑剂。? 关键词:羟醛缩合 有机反应 应用 羟醛缩合反应的机理: 羟醛缩合反应是指含有活性α氢原子的化合物如醛、酮、羧酸和酯等,在催化剂的作用下与羰基化合物发生亲核加成,得到α-羟基醛或酸。有α氢原子的化合物如醛、酮、羧酸和酯分子中,由于羰基的吸电子诱导作用以及碳氧双键和α碳上碳氢σ键之间的σ-π超共轭效应,使得α碳上氢上的电子云密度较低,具有较强的酸性和活性。 羟醛缩合反应既可以在酸催化下反应,也可以在碱催化下反应。 在酸催化下,羰基转变成烯醇式,然后烯醇对质子化的羰基进行亲核加成,得到质子化的β-羟基化合物。由于α氢同时受两个官能团的影响,其化学性质活泼,在经质子转移、消除可得α,β-不饱和醛酮或酸酯。 在碱性催化剂下,首先生成烯醇负离子,然后烯醇负离子再对羰基发生亲核加成,加成产物再从溶剂中夺取一个质子生成β-羟基化合物。得到的β-羟基化合物在碱作用下可失水生成α,β-不饱和醛酮或酸酯。? 故羟醛缩合从机理上讲,是碳负离子对羰基碳的亲核加成。烯醇负离子具有两位反应性能,一种是碳负离子进行亲核加成,另一种是氧负离子进行亲核加成。一般来说,碳负离子的亲核性能强,氧负离子的碱性强,故在亲核反应是,主要是碳负离子作为亲核试剂去进攻。 羟醛缩合反应的分类及应用: 羟醛缩合反应可分为自身缩合和交叉缩合。 自身缩合可以是分子间的,也可以是分子内的。醛分子间的自身缩合平衡常数较大,故反应可顺利进行,反应条件也较温和,故可用于合成特定的醛。酮分子间的自身缩合平衡常数很小,故需要采用特殊的是反应向右推动,如加入催化剂、强碱环境,或是用索氏提取器分离产物。一般来说,此类反应的产率较低,应用不多。 当分子内既有羰基又有烯醇负离子时,可发生分子内的羟醛缩合反应,得到关环产物。特别是合成五、六元环时,反应顺利,产率较高。该反应被广泛用于制备α,β-不饱和环酮。如: 有机合成中应用最多的是交叉羟醛缩合,即利用两个不同的醛或酮进行混合羟醛缩合反应,可得到α,β-不饱和醛酮。如果两反应物都有活泼的α氢,将得到四种混合产物,若产物难以分离,这就没有多大的 利用价值。为了解决这个问题,一般是使其中一种不含有活泼的α氢。如: ? 这样在特定的条件下只产生一种主产物,而且产率较高。 另外当发生的是不对称的羟醛缩合反应时,一般有两种反应进行定向缩合。一种是将底物酮转变成烯醇的形式进行反烯醇负离子应,如Mukaiyama反应,即三甲基氯硅烷与烯醇形成硅醚,把烯醇的双键固定,分离后再与醛或酮反应。或者用LDA将不对称酮大部分转变成动力学控制的烯醇负离子,再用三甲基氯硅烷分离。另一种是有机小分子的不对称催化反应,催化剂的选择至关重要,选择合适的催化剂可以大大提高反应的选择性。对于反应所使用的催化剂,根据其所具有的酸碱活性中心,可分为酸性催化剂、碱性催化剂、酸 碱催化剂。 常用的酸性催化剂有(VO)PO、α-VOPO、铌酸和MFI沸石等。在酸性催化剂的阳离子活性中心醛2274 羰基活化形成烯醇正碳离子从而发生缩合反应。 羟醛缩合反应中经常采用的碱性催化剂,其包括碱性化合物(碱金属或碱土金属的氧化物、氢氧化物、碳酸氢盐、碳酸盐和羧酸盐)、有机胺类化合物以及阴离子交换树脂等。羟醛缩合反应所选用的碱性催化剂,可以是弱碱(如碳酸钠、碳酸氢钠、醋酸钠),也可以是强碱(如氢氧化钠、氢氧化钙、氢化钠、醇钠等)。前者一般用于活性较大的醛之间的缩合,产物多为β 羟基化合物;后者则用于活性较小、空间位阻大的醛或酮之间的缩合,且反应多在非质子极性溶剂中进行。 酸 碱催化剂同时具有酸性碱性活性中心,如一些二元氧化物或者水滑石等,适用于气相羟醛缩合反应,也可用于液相羟醛缩合反应,近年来随着其相关研究的发展,酸 碱催化剂在羟醛缩合反应中的应用越来越受到重视。Ai在用各种氧化物催化气相羟醛缩合反应的研究过程中,发现催化剂的活性和选择性是由催化剂的酸碱平衡所决定的,认为羟醛缩合反应主要是由碱性活性中心催化的,同时需要有酸性活性中心促进缩合反应的进行。但是如果催化剂中所含酸性氧化物比例过高,会降低催化剂的碱性,导致催化剂失活,如何合理选择酸碱活性中心的数目比例是应用两性催化剂的关键。 除了醛酮外,其他含有活泼α氢的化合物也能形成碳负离子,从而与醛酮的羰基发生亲核加成。如:Perkin反应,即在碱性催化剂的作用下,芳香醛与酸酐在相应的羧酸钠(钾)盐存在下生成α,β-不饱和芳香酸。 Knoevenagel反应:在弱碱催化下,醛酮和含有活泼亚甲基的化合物发生的失水缩合反应。 Darzen反应:醛或酮在强碱的作用下和一个α-卤代羧酸酯反应,生成α,β-环氧酸酯。 :羟醛缩合反应是一个重要的增长碳链的反应,它的机理是碳负离子与羰基的亲核加成,而在不同的反应条件下生成的主产物不同。我们可以通过控制反应条件如选择不同的反应物、催化剂、碱性强度、温度等来合成不同的产物。 参考文献: 刑其毅,裴伟伟,徐瑞秋,基础有机化学(第三版),北京:高等教育出版社,2005.12. ? ?谭露璐,钱君律,伍艳辉,羟醛缩合催化剂研究进展,化学工业与工程,2006,23(1). ?宗水珍,α-碳负离子在羟醛缩合反应中的作用,常熟高专学报,1999,13(2) ?杨炳君,关于羟醛缩合反应问题的几点体会,安徽科技,1999,2
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