羥醛縮合
羥醛縮合是一種有機反應：烯醇或烯醇負離子和羰基化合物反應形成β-羥基醛或者β-羥基酮，然後發生脫水得到共軛烯酮。
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| 反應類型 | 縮合反應 | ||||||||
| 反應 | |||||||||
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| 反應條件 | |||||||||
| 溫度 | +Δ, ~100°C
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| 催化劑 | −OH or H+
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| 標識 | |||||||||
| 有機化學網站對應網頁 | aldol-condensation | ||||||||
| RSC序號 | RXNO:0000017 | ||||||||
羥醛縮合在有機合成當中很重要，它是形成碳碳單鍵的關鍵條件之一，羅賓遜成環反應中有一步就是羥醛縮合反應。羥醛縮合在大學有機化學課程中常作為一個經典構建碳鍵的反應進行講解，並用該反應介紹反應機理。[1][2][3] 在普通的羥醛縮合反應中，包涵了酮的烯醇對於醛的親核加成，形成β-羥基酮或者「羥醛」（廣泛出現於各種天然產物及藥物中的一種結構單元）。[4] [5] [6]
羥醛縮合在生物化學中也同樣廣泛存在。羥醛反應自身由醛縮酶催化，然而該反應不是正式的縮合反應，這是因為過程中並未脫除小分子。
反應在醛和酮之間發生（交叉羥醛縮合），或者在兩個醛之間發生，則稱為Claisen-Schmidt縮合反應。這些反應都被冠以發現人的名字萊納·路德維希·克萊森和J.G.施密特。他們分別於1880和1881年發表了自己在該領域的論文。[7][8][9] 一個相關的例子是合成二亞苄基丙酮。
機理
反應的第一步為羥醛反應，第二步為脫水反應即消除反應。當分子內有活性羧基的情況下，該脫水反應還會伴隨脫羧反應。羥醛加成產物可通過兩種機理進行脫水反應：強鹼如：叔丁醇鉀、氫氧化鉀或氫氧化鈉通過烯醇機理進行反應，[10] 或通過酸－催化進行的烯醇機理進行反應。
酸催化的羥醛反應機理
酸催化的脫水反應
鹼催化的羥醛反應 (圖例使用−OCH3做鹼)
鹼催化的脫水反應 (這裏通常被錯寫為簡單一步，見E1cB消除反應)
縮合反應類型
區分「羥醛縮合」與其他「對羰基化合物的加成反應」很重要：
羰醇過程
工業生產中，由皇家荷蘭殼牌和埃克森開發的一種方法稱為「羰醇過程」：通過氫甲酰化將丙烯和合成氣直接轉化為2-辛醇，然後羥醛縮合為2-乙基己烯醛，最後進行氫化反應。
在一個例子中，巴豆醛在鈀/Amberlyst/超臨界二氧化碳體系中，直接轉化為2-乙基己烯醛。[11]
展望
2-甲基乙酰乙酸乙酯和龍腦醛通過羥醛縮合進行反應。[12]該過程[註 1]對於這類反應很典型。在操作過程中，一當量的乙醇，水和二氧化碳在脫羧反應中脫除。
乙醛酸乙酯 2 和2－甲基戊烯二酸二乙酯 1 在乙醇鈉條件下反應為 異戊二烯酸 3 (異戊二烯骨架) 和乙醇鈉。該反應產物非常不穩定，會失去二氧化碳而進行許多其他反應。這被認為和甲基與二烯烴上的羧基的空間張力有關。[13]
有些時候，羥醛反應是多步反應當中的一步或參與了催化循環，如下列的反應式：[14]
該反應中，炔基醛 1 轉化為環烯 7，反應利用了釕催化劑，而真正的縮合反應發生在中間體3到中間體5的階段。該反應機理基於同位素標記法的驗證。[註 2]
薄荷酮和茴香醛之間的反應由於酮基的立體屏蔽效應而變的很複雜。反應選擇一個強鹼如氫氧化鉀和一個極性溶劑如DMSO，反應如下：[15]
由於通過一個普通的烯醇負離子(中間體A)進行差向異構化，反應產物具有(R,R) 順式構象而不是如原料的(R,S)的反式構象。
參見
註解
- ^ 2－甲基乙酰乙酸乙酯（2）加入到氫化鈉的二氧六環溶液中。然後龍腦烯醛（1）加入反應液，混合體系回流15小時。而後加入2N鹽酸，混合物用乙醚萃取。有機層合併，用2N鹽酸，飽和的碳酸氫鈉溶液和鹽水分別洗滌。有機層用無水硫酸鈉乾燥，過濾並在低壓下除去溶劑，得到的殘留物使用減壓蒸餾進行純化得到（3）,收率58%。
- ^ 所使用的釕催化劑有一個環戊二烯的配體，三個乙腈配體及一個六氟化磷的補償離子。溶劑乙酸中可解離的氫離子由氘離子來取代，以進行同位素標記。反應條件：90°C，24小時。反應收率為80%。第一個步驟是形成過渡金屬卡賓絡合物2。在親核加成反應中乙酸和中間產物反應，形成烯醇負離子3，進行羥醛縮合5，然後在步驟6中脫去一個一氧化碳原子，最後一個步驟是形成環烯的還原消除反應。
外部連結
參考文獻
- ^ Wade, L. G. Organic Chemistry. Upper Saddle River, New Jersey: Prentice Hall. 6th ed. 2005: 1056–1066. ISBN 0132367319.
- ^ Smith, M. B.; March, J. Advanced Organic Chemistry. New York: Wiley Interscience. 5th ed. 2001: 1218–1223. ISBN 0-471-58589-0.
- ^ Mahrwald, R. Modern Aldol Reactions, Volumes 1 and 2. Weinheim, Germany: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. 2004: 1218–1223. ISBN 3-527-30714-1.
- ^ Heathcock, C. H. Comp. Org. Syn.. Oxford: Pergamon. 1991: 133–179. ISBN 0-08-040593-2.
- ^ Mukaiyama, Teruaki, The Directed Aldol Reaction, Hoboken, NJ, USA: John Wiley & Sons, Inc.: 203–331, 1982-08-09, ISBN 0-471-26418-0, doi:10.1002/0471264180.or028.03
- ^ Cowden, Cameron J.; Paterson, Ian, Asymmetric Aldol Reactions Using Boron Enolates, Hoboken, NJ, USA: John Wiley & Sons, Inc.: 1–200, 1997-08-28, ISBN 0-471-26418-0, doi:10.1002/0471264180.or051.01
- ^ Claisen, L.; Claparède, A. Condensationen von Ketonen mit Aldehyden. Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft (Wiley-Blackwell). 1881, 14 (2): 2460–2468. ISSN 0365-9496. doi:10.1002/cber.188101402192.
- ^ Schmidt, J. Gustav. Ueber die Einwirkung von Aceton auf Furfurol und auf Bittermandelöl bei Gegenwart von Alkalilauge. Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft (Wiley-Blackwell). 1881, 14 (1): 1459–1461. ISSN 0365-9496. doi:10.1002/cber.188101401306.
- ^ Advanced organic Chemistry, Reactions, mechanisms and structure 3ed. Jerry March ISBN 978-0-471-85472-2
- ^ Nielsen, A. T.; Houlihan., W. J. Org. React. 1968, 16, 1-438. (Review)
- ^ Seki, Tsunetake; Grunwaldt, Jan-Dierk; Baiker, Alfons. Continuous catalytic “one-pot” multi-step synthesis of 2-ethylhexanal from crotonaldehyde. Chemical Communications (Royal Society of Chemistry (RSC)). 2007, (34): 3562. ISSN 1359-7345. doi:10.1039/b710129e.
- ^ (E)-6-(2,2,3-Trimethyl-cyclopent-3-enyl)-hex-4-en-3-one Concepcion Bada, Juan M. Castro, Pablo J. Linares-Palomino, Sofia Salido, Joaquan Altarejos Manuel Nogueras, Adolfo Sanchez, Molbank 2004, M388 Online Publication （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- ^ Goren, Mayer B.; Sokoloski, Edward A.; Fales, Henry M. 2-Methyl-(1Z,3E)-butadiene-1,3,4-tricarboxylic Acid, “Isoprenetricarboxylic Acid”. The Journal of Organic Chemistry (American Chemical Society (ACS)). 2005, 70 (18): 7429–7431. ISSN 0022-3263. doi:10.1021/jo0507892.
- ^ Varela, Jesús A.; González-Rodríguez, Carlos; Rubín, Silvia G.; Castedo, Luis; Saá, Carlos. Ru-Catalyzed Cyclization of Terminal Alkynals to Cycloalkenes. Journal of the American Chemical Society (American Chemical Society (ACS)). 2006, 128 (30): 9576–9577. ISSN 0002-7863. doi:10.1021/ja0610434.
- ^ Vashchenko, Valeriy; Kutulya, Lidiya; Krivoshey, Alexander. Simple and Effective Protocol for Claisen-Schmidt Condensation of Hindered Cyclic Ketones with Aromatic Aldehydes. Synthesis (Georg Thieme Verlag KG). 2007-07-03, 2007 (14): 2125–2134. ISSN 0039-7881. doi:10.1055/s-2007-983746.