第十六部分烯化反应教学课件.ppt

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1、第十六章 烯化反应 合成烯烃的反应很多，较常用的有消除反 应、还原反应、缩合反应。本章主要讨论与 长链烯烃合成有关的缩合反应，此类反应主 要包括醇醛缩合反应，羰基位的烯化反应 、以及近年来广泛应用的羰基烯化反应。 第一节 羰基烯化反应 n一、 Wittig反应 磷内翁盐Phosphorus ylide（磷叶立德） 与醛或酮作用生成烯烃及氧化三苯膦的反 应，通常称为羰基烯化反应或Wittig反应。 通式如下： 磷内翁盐是活性很高的合成中间体，磷内 翁盐是Wittig反应的重要中间体，所以又 被称之为Wittig试剂。 磷内翁盐的制备一般是由季磷盐和碱在非 质子溶剂中作用脱去一分子卤化氢而得。 n

2、用于季磷盐脱卤化氢的碱很多。反应用溶 剂一般是非质子溶剂，有时水也可以用作 溶剂。碱和溶剂的选择主要取决于磷内翁 盐的稳定性，即主要由取代基R1和R2的性 质决定。 n当R1和R2为-Ph、-COR、-COOR、-CN等拉电子 基时，因其能使磷内翁盐中-碳上的负电荷分散 而形成稳定的内翁盐； n当R1和R2为H、脂肪烃基、脂环烃基时，由于R1 和R2不能分散-碳上的负电荷而使磷内翁盐具有 较低的稳定性和较强的亲核活性。 n在制备稳定性较低的内翁盐时，一般选用较强的 碱如丁基锂、氢化钠等，需要在惰性气体保护 下，在干燥的不含酸的介质中进行； n当制备稳定性较高的磷内翁盐时，可选用象氨或 碳酸钠那

3、样的弱碱，甚至可以在水溶液中进行。 磷内翁盐与醛或酮的反应即Wittig 反应是按下述过程进行的： nWittig反应的难易程度取决于反应物内翁盐及醛 或酮的结构。 n对于稳定的磷内翁盐，由于R1和R2为拉电子基， 内翁盐-碳上的负电荷因分散而降低了亲核活性 ，在一般情况下不利于Wittig反应的进行。 n在不稳定的内翁盐中，R1和R2为推电子基，因而 可以增强内翁盐-碳上的负电荷而使亲核活性增 加，使之与醛酮的反应容易进行。对于羰基化合 物来说，R3和R4如果是推电子基，羰基碳上的电 子云密度相对增高，不利于内翁盐对羰基进行亲 核反应；R3或R4为拉电子基时，可降低羰基碳上 的电子云密度，因

4、而容易接受亲核试剂的进攻， 有利于反应的进行。一般情况下，醛的反应活性 比酮高，有时脂也能进行Wittig反应，但活性较 酮低。利用羰基不同的活性，可进行选择性的羰 基烯化反应。 nWittig反应所得烯烃可能存在Z、E两种立体异构 体。决定产物中两种异构体比例的因素很多，通 过选择适当的磷内翁盐及改变反应条件（如温度 、溶剂性质、有无盐存在等），可获得一定构型 的产物。一般规律是：较稳定的活性低的磷内翁 盐，生成以E型烯烃为主的产物，但在质子溶剂 或含盐的非极性溶剂中进行反应，可增加产物中 Z型烯烃的比例；而不稳定的活性较高的磷内翁 盐立体选择性较差，一般情况下生成E、Z两种异 构体的混合物

5、。若选用非极性溶剂，可高选择性 的生成Z型产物，而在含盐的非极性溶剂中，E型 烯烃的比例增加。例如： nWittig反应的高度选择性，常用于制备复杂 的天然产物。另外该反应具有反应条件温 和，产率较高的特点，而且，-不饱和羰 基化合物进行反应时，不发生1，4-加成反 应，双键位置固定。利用这些特点，可合 成许多具有共轭双烯结构的化合物。 磷内翁盐与环酮作用，可制备环外双键，且不 发生异构化。当反应在分子内进行时，可形成 具有张力的桥头烯。 nWittig反应采用相转移催化剂，可以避免无 水操作，甚至在氢氧化钠水溶液中即可由 磷盐制得磷内翁盐，后者在相转移催化剂 的作用下进入有机相与醛或酮进行W

6、ittig反 应，得相应的烯烃。 nWittig反应中生成的氧化三苯膦给产物的分 离提纯带来很大困难。为了解决这一难题 ，有人将磷内翁盐接到高聚物载体上得到 高分子Wittig试剂。 二、Horner-Emmons改良法 nWittig反应用于长链烯烃的合成具有许多优越性 ，但也有不足之处。例如，稳定的叶立德只能与 醛反应，与酮反应困难或不能反应，特别稳定的 叶立德甚至不能与最活泼的醛反应。 n近几十年来，Wittig反应发展较块，出现了许多 改良法，其中以Horner-Emmons改良法最为重 要。它是以膦酸酯代替磷内翁盐，与醛或酮类化 合物在碱存在下作用，生成烯烃的反应。反应历 程与Wit

7、tig反应类似，也是通过形成四员环过渡 态，然后进行消除，生成烯烃和磷酸二乙酯。 Horner-Emmons改良法和Wittig 反应相比有如下特点： n(1)膦酸酯比较容易制备，可以用亚磷酸酯 和卤代烃作用，经Arbuzow重排反应而得 。磷酸酯对空气、水气及碱不敏感，不需 无氧无水操作，而且膦酸酯较Wittig试剂便 宜。 nR1、R2可以是氢、芳烃基、烷氧羰基、氰 基、烷氧基等基团。 n（2）膦酸酯在碱（如NaNH2、KNH2、 MeCOK、C6H5K、NaH、n-C4H9Li等）作 用下形成的膦酸酯碳负离子，它具有较强 的亲核性，而且比较稳定，能与一些难以 发生Wittig反应的醛酮类

8、化合物作用。 n（3）与醛或酮反应，产物的立体选择性受 取代基及反应介质的影响极小，几乎立体 专一性地生成反式（E型）产物。 n（4）产品容易分离提纯。因为反应生成的磷酸酯 盐易溶于水，极易与产品烯烃分离。由于上述特 点，Horner-Emmons反应被广泛用于各种取代 烯烃的合成中。 n和Wittig反应一样，采用相转移催化反应，许多 磷酸酯在氢氧化钠水溶液作用下，即可顺利地与 醛或酮反应，得到烯烃。这一方法具有操作更加 简便、经济、实用的特点。 三、 砷内翁盐的羰基烯化反应 n近年来，人们通过对砷内翁盐（砷叶立德 Arsenic ylide）化学性质的系统研究，证 明带有拉电子基的砷内翁盐

9、具有比磷内翁 盐更高的反应活性和稳定性。 n上式中，为丙酮时，以苯为溶剂，在室温下进行 反应；为环戊酮或环己酮时，以甲醇为溶剂，在 回流温度下进行反应。 n砷内翁盐和醛、酮的反应机理与Wittig反应机理 相同。一般情况下，产物为顺、反异构体的混合 物，但常常以反式产物为主。当酮羰基或醛羰基 的-位上有较大的取代基（如叔丁基）时，主要 生成反式异构体烯烃。 n砷内翁盐的制备方法与磷内翁盐相似，即 烷基胂与卤代烃反应生成己砷盐，然后在 强碱作用下脱去卤化氢得砷内翁盐。 n反应所用碱的强度略高于制备相应磷内翁 盐时所用碱的强度。反应用溶剂以乙醚、 苯、四氢呋喃为好。 n砷内翁盐的应用价值主要在于可

10、以比较方 便地制得带有拉电子基的烯烃，产率较高 ，反应副产物氧化三苯胂能方便地用稀盐 酸除去。 四、 Peterson反应 n硅原子与磷原子相似，具有3d空轨道，因 而，能分散相邻碳负离子的负电荷，形成 稳定的-硅碳负离子。-硅碳负离子很容易 与羰基化合物作用，生成-羟基硅烷衍生 物，继而在酸或碱催化下，经过-消除得 到烯烃，这一反应被称为Peterson反应。 -硅碳负离可由下列方法得到。 n在上述反应中R多数为甲基。 用Peterson反应制备长链烯烃与 Wittig反应相比具有如下特点： n(1)Peterson反应所用的硅试剂比磷内翁盐 活泼，甚至反应活性高于Horner-Emmons

11、 反应所用的膦酸酯试剂。含酯基的硅试剂 很容易与酮反应，生成、-不饱和酯类化 合物。当一试剂既能发生Peterson反应， 又能发生Horner-Emmons反应时，通常优 先生成Peterson反应产物。 n(2) Peterson反应产物容易分离提纯。副产 物六甲基二硅氧烷(CH3)3SiOSi(CH3)3易 挥发，因而很容易从反应混合物中除去。 n（3）Peterson反应产物通常为顺反异构体 的混合物。产物的构型取决于硅试剂与羰 基化合物缩合形成-羟基硅烷的这一步反 应。在该步反应中得到的是苏型和赤型- 羟基硅烷异构体的混合物，随后进行的消 除反应是高立体选择性的。 n赤型和苏型两种异

12、构体在碱（如KH或NaH 等）催化下，得顺式消除三甲基硅基和氧 负离子的产物； n在酸（如H2SO4、BF3ET2O等）催化下， 得反式消除三甲基硅基和氧负离子的产物 。若用纯的（苏型或赤型）-羟基硅烷进 行消除反应，则可以完全控制顺反烯烃的 生成。 第二节 醇醛缩合反应 n含-活泼氢的醛或酮，在碱或酸催化下， 与另一分子醛或酮进行缩合，形成-羟基 醛或酮，然后再失去一分子水，得、 不饱和醛或酮。这类反应称为醇醛缩合反 应，是合成含羰基的长链烯烃的方法之一 。 n醇醛缩合根据缩合物的不同，可以有含- 氢的醛或酮的自身缩合；不同的醛、酮分 子间的缩合；甲醛和含-氢的醛或酮的缩 合（在前面章节已讨

13、论过，故不再赘述） 及芳醛与含-氢的醛或酮之间的缩合等四 种主要类型。 n它们的反应历程是一致的，随所用催化剂 的不同而不同。通常有酸催化和碱催化两 种形式，以相同的醛或酮之间的缩合为例 ，分别表示如下。 n 碱（B-）催化反应历程： 在碱催化反应过程中，前三步为可逆反应 ，而决定反应速度的是第一步形成碳负离 子的反应。反应中常用的碱有KOH、 NaOH、Na2CO3、K2CO3、NaOEt、（ Me3CO）3Al等，一般可根据反应物的活性 ，选择适当的碱催化剂。 n 酸催化反应历程： 在酸催化反应中，决定反应速度的是亲核 加成这一步。常用的酸性催化剂有硫酸、 盐酸、对甲苯磺酸、阳离子交换树脂

14、以及 Lewis酸（如三氟化硼）等。 一、含-氢的醛或酮的自身缩合 nR=H、脂烃基、芳烃基；R=H、甲基、脂烃基 n醛类化合物具有较高的反应活性。因醛羰基的空 间位阻小，容易受亲核试剂（碳负离子或烯醇负 离子）的进攻，从而有利于缩合反应的进行。醛 类化合物在进行自身缩合反应时，若选择适当的 碱或反应温度，则可以很容易地得到缩合产物 ，-不饱和醛。 n若用弱碱型离子交换树脂作催化剂，则可 以在反应后滤去树脂，经蒸馏可得 ，-不 饱和醛纯品。 n含-H的酮类化合物，只有甲基酮和脂环酮 具有较高的反应活性，但仍较醛类化合物 的反应活性低。要使酮类化合物的自身缩 合向生成物的方向进行，并得到较好产率

15、 的，-不饱和酮，必须强化反应条件 。 n例如，在丙酮的缩合中，将固体催化剂氢 氧化钡加入Soxhlet抽提器内，反应器中的 丙酮不断回流，在提取器内与催化剂接触 发生缩合反应，然后溢流到反应器内，产 物二丙酮醇脱离催化剂，从而避免了可逆 反应的发生。二丙酮醇经碘或磷酸催化脱 水，可得71%产率的异丙叉丙酮。 n在自身缩合中，若酮是对称酮或只含一种 -氢的不对称酮，则生成的产物较单一；若 酮是不对称酮，则不论酸或碱催化，反应 总是发生在取代基较少的-碳上，得到-羟 基酮,或其脱水产物，-不饱和酮。 n醛或酮的自身缩合也可以在分子内进行， 生成环状化合物。如1，6-或1，7-二醛， 1 ，4-、

16、1，5-或1，6-二酮，都能进行分子内 缩合，生成烷酰基脂环烃或酮。 二、不同醛、酮分子间的缩合 n含-H的不同醛、酮分子间的缩合反应情况 比较复杂，它可能产生四种或四种以上的 反应产物。但根据反应物的性质，通过对 反应条件的控制可使某一产物占优势。 n在碱催化下，两种不同的醛缩合时，一般由-碳 上含有较多取代基的醛形成碳负离子，向-碳上 取代基较少的醛进行亲核加成，形成-取代的， -不饱和醛。 n若醛的-碳上只有一个氢，一般在室温下，它与 -碳上取代基较少的醛羰基进行亲核加成，得-羟 基-二取代的醛；若升高反应温度，则-羟基- 二取代的醛经可逆反应复得原来的醛，再以新的 方式缩合得，-不饱和

17、醛。 n在含-H的醛和酮的缩合中，一般地说，醛 容易进行自身缩合反应。当醛与甲基酮反 应时，常常是在碱催化下由甲基酮的甲基 形成碳负离子，该碳负离子与醛羰基进行 亲核加成，最终得，-不饱和酮。 n不论是酸或碱催化，都不能使酮羰基和醛 的-位缩合成，-不饱和醛。要实现这种 缩合，应先将醛羰基进行保护，然后再与 酮进行反应，最后，去保护基得，-不饱 和醛。这种方法对两种醛或两种酮的反应 同样适用。 n若将醛或酮转变成烯醇硅醚，然后再在四 氯化钛催化下，与另一分子醛或酮发生缩 合反应，则同样可得指定产物。 n两种不同酮之间的缩合，一般至少其中有 一种是甲基酮或脂环酮，反应才能进行。 三、芳醛与含有-

18、氢的醛、酮 之间的缩合 n在碱催化下，芳醛与-氢的醛或酮缩合， 可得产率很高的，-不饱和醛、酮类化合 物，该反应被称为Claisen-Schmidt反应。 例如肉桂醛的合成： n苯甲醛与乙醛在碱的作用下，有A和B两种 反应途径。但是由于3-苯基-3-羟基丙醛更 容易脱水成肉桂醛。因此，反应主要按途 径B进行。生成肉桂醛，并且收率很高。 n该反应一般在氢氧化钠水溶液或醇溶液中 进行，其反应产物具有很高的立体选择性 ，一般情况下，与羰基相连的大基团总是 和羰基的-碳上的大基团成反式构型。 n因所用催化剂的不同，芳醛与不对称酮（ CH3COCHR）的缩合反应产物也不同。一 般碱催化，以甲基缩合产物为

19、主；酸催化 ，则得亚甲基位上的缩合产物。例如： n不含-H的芳酮可以发生类似的醇醛缩合反 应。反应也可以在分子内，形成环状的， -不饱和酮。 第三节 醛、酮与羧酸衍生物 之间的缩合 n一、 碱催化下活泼亚甲基化合物与醛、酮 的缩合（Knoevenagel反应） n活泼亚甲基化合物在氨（或胺）及它们的羧酸 盐等弱碱性催化剂催化下，与醛或酮缩合，最 后形成不饱和羰基化合物的反应，称为 Knoevenagel反应。 nX=-NO2、-CN、-COR、-COOR等。 Knoevenagel反应的机理 n主有两种： n其一，类似于醇醛缩合反应，即活泼亚甲基化 合物在极性溶液中，在碱作用下形成碳负离子 ，

20、随后，与醛或酮进行亲核加成反应，最终形 成，-不饱和羰基化合物。 n另一种说法是，羰基化合物在胺或胺盐的存在 下，形成亚胺过渡态，然后与活泼亚甲基的碳 负离子进行加成。 其过程如下： n反应按何种历程进行，主要取决于反应物 的活性及反应条件的选择。一般认为用伯 胺、仲胺，有利于形成亚胺中间体，反应 按后一种历程进行；若所用活泼亚甲基化 合物的活性很大，且在极性溶剂中进行， 则反应倾向于按类似醇醛缩合的机理进行 。无论是哪种机理，产物烯烃的构型均以E 型为主。 n本反应的产率与羰基化合物的反应活性、位阻、 催化剂的种类及其它反应条件有关。一般醛与活 泼亚甲基化合物能很容易地进行反应，得到较高 产

21、率的，-不饱和羰基化合物。而酮与活泼亚甲 基化合物如CH2（COOEt）2的缩合要困难一些 ，即使在较强烈的条件下进行反应，收率也不高 。但若用三氯化钛和吡啶作催化剂，在室温下就 能反应，生成物产率也较高。另外，若用位阻较 小的甲基酮或脂环酮与活性较高的氰基乙酸乙酯 缩合，则同样能顺利地进行反应。 二、 碱催化下丁二酸酯与醛、酮 的缩合（Stobbe反应） n在强碱催化下，丁二酸酯与醛、酮缩合， 生成 ，-不饱和单酯的反应，称为 Stobbe反应。 n在Stobbe反应中，碱不仅用作催化剂，而 且参加反应。每一摩尔羰基化合物与酯反 应，需要消耗一摩尔碱。常用的碱有醇钠 、叔丁醇钠、氢化钠等。

22、n一般的醛或酮都可以很顺利地和丁二酸酯 进行反应，其中以酮化合物应用较多，甚 至位阻较大的酮也能进行反应。丁二酸二 酯包括甲酯、乙酯和叔丁酯及某些单取代 基的丁二酸酯。 n应用stobbe反应可使醛或酮的羰基烯化， 得到比原羰基化合物多三个碳并含有双键 的羧酸或羧酸酯衍生物。该产物常用于合 成-酮酸及某些环酮衍生物。 三、 Perkin反应 nPerkin反应是制备-芳基丙烯酸类化合物 的重要方法之一。该反应是由芳香醛和脂 肪酸酐在相应的脂肪酸碱金属盐催化下进 行的醇醛缩合，其反应过程如下： n在该反应中，酸酐是较弱的活泼亚甲基化 合物，羧酸盐是较弱的碱，所以反应温度 要求较高（140180），加热时间为8 9小时，反应中难免发生脱羧反应，生成烯 烃副产物。 nPerkin反应制备-芳基丙酸衍生物的收率 一般不如Knoevenagel反应高，但前者所 用原料容易获得。Perkin反应的产率很大 程度上取决于参与反应的芳醛的性质。当 芳环上带有拉电子基时，反应容易进行， 产率较高；反之，当芳环上有推电子取代 基时，反应难以进行，收率也低，甚至不 反应。 n某些芳醛如联苯和萘的醛衍生物，以及糠 醛和2-甲酰基萘酚也可以和酸酐缩合。（ RCH2CO）2O型的各种酸酐都能与芳醛发 生缩合反应，其中R为脂肪基或芳香基。