第二章 酸催化缩合反应

1、第二章第二章 酸催化缩合反应酸催化缩合反应2.1烯烃的自身缩合反应烯烃的自身缩合反应2.2 FriedelCrafts 反应反应2.3 醛酮缩合反应醛酮缩合反应2.4 胺甲基化反应胺甲基化反应(Mannich反应反应)讨论极性反应，即讨论极性反应，即C+和和C-相互作用形成相互作用形成C-C键。键。重点是在酸催化下，反应物之一首先形成重点是在酸催化下，反应物之一首先形成C+，随后和体系中的亲核基团反应。随后和体系中的亲核基团反应。 形成碳正离子的方法主要有两种：形成碳正离子的方法主要有两种：1.1.化合物分子失去一个带负电荷的原子或基团。化合物分子失去一个带负电荷的原子或基团。例如，氯代叔丁烷

2、在三氯化铝存在下形成正碳离子。例如，氯代叔丁烷在三氯化铝存在下形成正碳离子。(CH3)3CCl + AlCl3(CH3)3C+ AlCl42. 2. 不饱和化合物加上一个质子：不饱和化合物加上一个质子：(2) CH3CHO+HCHH2COHCH3CHOHH-H(CH3)3C(1) (CH3)2C CH2+ H(3) (CH3)2NH + CH2OH(CH3)2NCH-H2O(CH3)2NCH2(CH3)2NCH2H2OC+稳定性大小取决于所带电荷的分散程度，稳定性大小取决于所带电荷的分散程度，C+的正电荷愈分散，其结合电子的能力就愈的正电荷愈分散，其结合电子的能力就愈弱，也就愈显得稳定。稳定性

3、由大到小：弱，也就愈显得稳定。稳定性由大到小： 由于碳正离子缺电子，它所进行的一些反应都是为由于碳正离子缺电子，它所进行的一些反应都是为C+提供一提供一对电子，使它满足对电子，使它满足8偶体的结构偶体的结构,反应有：反应有： 消去一个氢原子形成烯烃。消去一个氢原子形成烯烃。重排成较稳定的正碳离子。重排成较稳定的正碳离子。与负离子及其它碱性分子结合。与负离子及其它碱性分子结合。和烯烃加成形成一个较大的碳正离子。和烯烃加成形成一个较大的碳正离子。从烷烃夺走一个负氢离子。从烷烃夺走一个负氢离子。CH3 CH3CH2 CH3CHCH3 仲卤代烷仲卤代烷 伯卤代烷；伯卤代烷；若烷基相同，若烷基相同，RF

4、RFRClRClRBrRBrRIRI。 例例1 1-1 1-溴代溴代-1-1-苯基丙酮在三氯化铝催化苯基丙酮在三氯化铝催化下与苯反应生成下与苯反应生成1,1-1,1-二苯基丙酮。二苯基丙酮。C6H5CHCCH3OBrC6H6AlCl3,加热C6H5CHCCH3C6H5O53%57%注意注意 ：芳烷化的主要副反应是生成多烷基衍生物。由于芳烷化的主要副反应是生成多烷基衍生物。由于烷化反应所得产物活性比原料高，使氯甲烷甲基烷化反应所得产物活性比原料高，使氯甲烷甲基化苯时得到的是甲苯、二甲苯、三甲苯、四甲苯化苯时得到的是甲苯、二甲苯、三甲苯、四甲苯和五甲苯、六甲苯的混合物。和五甲苯、六甲苯的混合物。产

5、物中烷基的重排及异构化。由于反应时要先形产物中烷基的重排及异构化。由于反应时要先形成烷基成烷基C+ ，而，而C+常会发生重排生成更稳定常会发生重排生成更稳定C+ ，故当卤代烷故当卤代烷(特别是伯卤代烷特别是伯卤代烷)含有多个碳原子时，含有多个碳原子时，往往会得到重排产物。往往会得到重排产物。 CH3CH2CH2Cl+AlCl3CH3CH2CH2+AlCl4C6H6+CHCH3CH3C6H5CH(CH3)2+H烷化反应是可逆的，反应受热力学控制。烷化反应是可逆的，反应受热力学控制。如烷化一元取代的苯，通常得到间位烷化产物为主，如烷化一元取代的苯，通常得到间位烷化产物为主，因为间位在热力学上是稳定

6、的。因为间位在热力学上是稳定的。+ 3 C2H5BrAlBr3-3HBrC2H5C2H587%C2H5Friedel-Crafts烷基化反应的缺点：烷基化反应的缺点：由于初生成的烷基苯比未取代的原料更易发由于初生成的烷基苯比未取代的原料更易发生烷基化反应，因此反应不易停留在单取生烷基化反应，因此反应不易停留在单取代阶段，而是进一步形成代阶段，而是进一步形成多取代产物多取代产物，难，难于分离提纯。为了尽量减少多取代产物的于分离提纯。为了尽量减少多取代产物的形成，通常采用大大过量的原料芳烃及较形成，通常采用大大过量的原料芳烃及较低的反应温度低的反应温度.2.2.2烯烃的烯烃的Friedel-Cra

7、fts烷基化反应烷基化反应烯烃的烷化反应，在烯烃的烷化反应，在AlCl3存在下，氯化叔丁存在下，氯化叔丁烷与乙烯在烷与乙烯在-10反应制得新的己烷氯化物，反应制得新的己烷氯化物，产率产率75%。反应过程如下：。反应过程如下：(CH3)3CCl + AlCl3(CH3)3C+AlCl4(CH3)3C+CH2CH2(CH3)3CCH2CH2(CH3)3CCH2CH2+ ClAlCl3(CH3)3CCH2CH2Cl + AlCl3一般都会发生几种副反应：一般都会发生几种副反应：在在AlCl3作用下，烯烃发生异构化。作用下，烯烃发生异构化。卤代烷发生重排，产物卤化物进一步反应。卤代烷发生重排，产物卤化

8、物进一步反应。 工业上大量生产烷基苯时，常用烯烃作为烷基工业上大量生产烷基苯时，常用烯烃作为烷基化试剂。化试剂。如在三氯化铝催化下，利用廉价易得的乙烯、如在三氯化铝催化下，利用廉价易得的乙烯、丙烯与苯反应，合成重要的工业原料乙苯、丙烯与苯反应，合成重要的工业原料乙苯、异丙苯等。异丙苯等。C2H4C6H6AlCl340100C6H5CH2CH3C3H6C6H5AlCl340100C6H5CH(CH3)2+例例1 1 以浓硫酸为催化剂，以浓硫酸为催化剂，2-2-甲基甲基-3-3-氯丙烯氯丙烯在室温下与苯反应可顺利生成烷基化产物。在室温下与苯反应可顺利生成烷基化产物。ClH2SO4Cl70%73%+

9、 CH2CH2AlCl3CH2CH3ZnO600CHCH2工业上是用三氯化铝作催化剂，乙烯为烷化剂与工业上是用三氯化铝作催化剂，乙烯为烷化剂与苯反应，得乙苯，然后脱氢得苯乙烯：苯反应，得乙苯，然后脱氢得苯乙烯： 2.2.3Friedel-Crafts酰基化反应酰基化反应芳烃及其衍生物通过酰基化反应可以制得酮、醛、芳烃及其衍生物通过酰基化反应可以制得酮、醛、羧酸、胺等，但主要用于醛、酮的合成。它在形成羧酸、胺等，但主要用于醛、酮的合成。它在形成新碳键的同时，将酰基引入到了芳环上。新碳键的同时，将酰基引入到了芳环上。在在AlClAlCl3 3存在下烯烃可被酰氯或醋酐酰化，亲电部分存在下烯烃可被酰氯

10、或醋酐酰化，亲电部分是一个酰基正碳离子。是一个酰基正碳离子。-CROCl + AlCl3RCO +AlCl4OORCO+AlCl3RCO+RCAlCl3(OCOR)（1）Friedel-Crafts酰基化反应合成酮酰基化反应合成酮在酸性催化下，多种芳香族化合物可被羰酸及其衍在酸性催化下，多种芳香族化合物可被羰酸及其衍生物酰化成酮生物酰化成酮. AlCl3COClCO82%OOOCH3C+AlCl3BrCH3CBrCOCH3CS2回流69%79%+CH2COCH2COOAlCl3COCH2CH2HOOCCOCH2CH2HOOC(1)还原 (2)SOCl2(3)酰化OO（2）Friedel-Cra

11、fts酰基化反应合成醛酰基化反应合成醛 在在A1C13和和Cu2C12存在下，用存在下，用CO和和HCl的混的混合物在合物在20下可以使芳烃酰化得到芳醛下可以使芳烃酰化得到芳醛 +AlCl3CH3COHClCu2Cl2CH3CHO-HCO +AlCl4+COHClHCOClAlCl3HCO+CHOAlCl3CHOCOHClCu2Cl2-H82.8%（3）烯烃酰化）烯烃酰化烯烃酰化反应是通过酰卤或酸酐在烯烃酰化反应是通过酰卤或酸酐在Lewis酸作用下酸作用下发生的，亲电部分是酰基正离子发生的，亲电部分是酰基正离子 -AlCl4+CCH2CCH3CH3CH3OCCH2CCH3CH3CH3OCl-H

12、CH3COCOCH3AlCl4COCH3Cl升温或二甲胺, -HClCOCH3COCH3H3CCOCCH+CCH2CCH3CH3CH3HCH3CH3O酰化反应和烷化反应的比较：酰化反应和烷化反应的比较：在酰化反应中，由于部分催化剂和产物结合不参与催化作用，在酰化反应中，由于部分催化剂和产物结合不参与催化作用，故催化剂用量比烷化多。故催化剂用量比烷化多。如对酰氯，如对酰氯，AlCl3必须用必须用1mol，酸酐必须用，酸酐必须用3mol，少于这些，少于这些用量则反应不完全，而烷化仅需微量催化剂。用量则反应不完全，而烷化仅需微量催化剂。酰化反应产物活性比酰化的底物小，没有多的酰化副反应酰化反应产物活

13、性比酰化的底物小，没有多的酰化副反应。酰化反应没有酰基的异构化反应和歧化反应，因此酰化产酰化反应没有酰基的异构化反应和歧化反应，因此酰化产物的产率高物的产率高。由于酰化试剂和由于酰化试剂和Lewis酸所形成的络合物，与空间位阻有关酸所形成的络合物，与空间位阻有关系，对于苯核上有邻对位取代基的化合物，则邻位产率低系，对于苯核上有邻对位取代基的化合物，则邻位产率低于对位异构体产率。于对位异构体产率。2.3 不饱和醛酮的合成不饱和醛酮的合成 2.3.1 醛酮自身缩合醛酮自身缩合用酸处理醛酮用酸处理醛酮,通过烯醇化发生自身缩合。酸的主要作用是：通过烯醇化发生自身缩合。酸的主要作用是：提高提高C=O亲核

14、加成的活性亲核加成的活性 CH3CHOHCH2CH OHHCH3CHOH催化羰基化合物烯醇化催化羰基化合物烯醇化CH3CH OHCH2CHOHH-HCH2CH OH一分子烯醇和一分子活化后的羰基化合物反应：一分子烯醇和一分子活化后的羰基化合物反应：H-HCHCH2HO：CH OHH3CHCCH2CHCH3OHH3CHCCH2CHOOHOH酸催化脱水得不饱和羰基化合物酸催化脱水得不饱和羰基化合物 丙酮在无机酸催化下缩合得到异亚丙基丙酮，丙酮在无机酸催化下缩合得到异亚丙基丙酮，进一步缩合，得到双异亚丙基丙酮，反应过程为：进一步缩合，得到双异亚丙基丙酮，反应过程为： H(CH3)2C CHCOCH3

15、2 CH3COCH3CH3COCH3(CH3)2CCHCOCHC(CH3)2HOHCH3CCH32 CH3COCH3CH3CCH3OHHOHCH3C2 CH3COCH3CH3CCH2OHCH2H-HHCH3CH CH2CHOOHCHCCHOOH2CH3HHH2OCH3CHCH CHO巴豆醛HOCH3CCHC(CH3)2OHCH3CCHC(CH3)2-HCCHCH2C(CH3)2OH+H3O(CH3)2CCH2CCH3OHC(CH3)2CCHCH2C(CH3)2OHCH2CCH2OHOH(CH3)2CHCHCOCHC(CH3)2+H3OCH3CCH2OHOHCH3CCH2C(CH3)2OHOCH

16、3CCHC(CH3)2CCH3OHH3C2.3.2 酮和酰氯或酸酐的缩合酮和酰氯或酸酐的缩合-OCH3COOCOCH3BF3CH3COBF3OCCH3CH3C+ CCOOBF3O-HCH3COCH3BF3CH3CCH2OHCH3CCH2OBF3BF3-CH3CCH2OBF3+CCH3-BF3CH3CCH2OCOCH3O2.4 2.4 胺甲基化反应胺甲基化反应(Mannich(Mannich反应反应) )含有活泼氢的化合物与甲醛及一个胺（仲胺、伯胺）含有活泼氢的化合物与甲醛及一个胺（仲胺、伯胺）在酸催化下反应。产物用碱中和后得到胺甲基衍在酸催化下反应。产物用碱中和后得到胺甲基衍生物，即一个活泼氢

17、被胺甲基所取代，常称为胺生物，即一个活泼氢被胺甲基所取代，常称为胺甲基化或甲基化或MannichMannich反应。反应。 MannichMannich反应一般是在水、醇或醋酸溶液中进行。反应一般是在水、醇或醋酸溶液中进行。 +R2NH2COCH2R2NCH2OHR2NHCHCOHCHCOH-HCCOHR2NCH2CCOH+R2NCH2CCO+H当用不对称酮进行反应时，氨甲基化反应总当用不对称酮进行反应时，氨甲基化反应总是发生在取代程度较高的是发生在取代程度较高的-C上。上。因在酸性条因在酸性条件下，含取代基较多的烯醇化比取代基较少件下，含取代基较多的烯醇化比取代基较少的烯醇稳定。的烯醇稳定。

18、CH3COCH(CH3)2(CH3)2NH2HCl/C2H5OHOH-+(HCHO)nCH3COCCH3(CH3)2CHCOCH2CH2NCH3CH3CH376%22%CH2NClCH3CH3CH3COCH3+ CH2O + (CH3)2NHHClCH3OHCH3COCH2CH2NCH3CH3.HClNaOHCH3COCH2CH2N(CH3)2CH2(CH3)2NCH2OH(CH3)2NH(CH3)2NH + CH2OCH2-H2O(CH3)2NCH2(CH3)2NCH2OH(CH3)2NH(CH3)2NH + CH2O-CH3COCH3CH2CHOCH3CH3CCH2OHCH3CCH2OH+

19、CH3COHCH2CH2N(CH3)2CH3COCH2CH2N(CH3)2CH2=N(CH3)2NaOH该反应在水、醇溶液中加入少量该反应在水、醇溶液中加入少量HCl以保证体系在以保证体系在酸性条件下进行酸性条件下进行 如阿托品（抗胆碱药）的中间体使用胺甲基化反应，如阿托品（抗胆碱药）的中间体使用胺甲基化反应，只用一步反应就合成只用一步反应就合成,产率为产率为17。托品酮具有镇托品酮具有镇痛、解毒和解除痉挛等作用。随后用进行酯化，再痛、解毒和解除痉挛等作用。随后用进行酯化，再还原得到颠茄碱，产率达还原得到颠茄碱，产率达90%，反应，反应如下：如下： CH2CHOCH2CHO-+ H2NCH3+

20、COH2CH2CCOHOCOHONCH3COCOHCOHOONCH3COH2O,25pH2.54.5H2O100-CO2OHNCH3COZn-HClNCH3COHHPhCH(CHO)COOHNCH3CHOCCHPhOCHONCH3CHOCCHPhOCH2OHKBH4CHCl3胺甲基化反应可以与像苯酚和吲哚等比较活泼的芳胺甲基化反应可以与像苯酚和吲哚等比较活泼的芳香核上的一种足够活泼氢发生反应。香核上的一种足够活泼氢发生反应。吲哚其吲哚其3 3位上位上的氢是活泼的，和二甲胺及甲醛反应，产生草绿的氢是活泼的，和二甲胺及甲醛反应，产生草绿碱：碱：NHCHO(CH3)2NHH2O/CH3COHNOCH

21、2N(CH3)295%+该法用来合成很重要的色氨酸。该法用来合成很重要的色氨酸。色氨酸是主要的氨基酸之一，人的器官不能色氨酸是主要的氨基酸之一，人的器官不能合成它。合成它。 MannichMannich碱受热易分解出氨或胺，它的季铵盐本身碱受热易分解出氨或胺，它的季铵盐本身更易分解，转化为更易分解，转化为,- -不饱和羰基化合物不饱和羰基化合物C6H5CCH3CH2CHOR2NHH+-R2NHC6H5COCH2CH2NR2+OC6H5COCHCH2H2/NiC6H5COCH2CH3OHHCHO(CH3)2NHOHCH2N(CH3)2+OHCH3CrO3CH3OOH2/Ni-R2NHMannichMannich碱用作合成中间物，因它对氨基的合碱用作合成中间物，因它对氨基的合成有用，把成有用，把-氨基或其衍生的季胺盐加热氨基或其衍生的季胺盐加热分解生成分解生成-亚甲基亚甲基醛或醛或酮。酮。(CH3)2CHCHCHOCH2N(CH3)2CH3CH2CCHOCH2MannichMannich碱中氨基可被碱中氨基可被CN-CN-等取代，得到腈化物等取代，得到腈化物 C6H5COCH2CH2NR2C6H5COCH2CH2CNCN-近年国内有人用芳胺盐酸法或醛胺缩合成。近年国内有人用芳胺盐酸法或醛胺缩合成。芳香酮在室温