7精细化工反应单元工艺 第七章 7-7 缩合反应

7-7 缩合反应 缩合反应： 一般是指两个或两个以上的分子间通过新的碳－碳键、碳－杂原子或杂原子－杂原子键，形成较大的单一分子的反应。 7-7 缩合反应 缩合反应： 缩合反应一般往往伴随着小分子的生成。 一般是指两个或两个以上的分子间通过新的碳－碳键、碳－杂原子或杂原子－杂原子键，形成较大的单一分子的反应。 缩合反应

一、醛酮缩合反应（Aldol缩合） 醛酮缩合反应：含有活泼α－氢的醛或酮在碱或酸的催化作用下生成β-羟基醛或β-羟基酮的反应统称为醛酮缩合反应。 1．催化剂：碱催化剂（氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡、氢氧化钙和纯铝等） 2．反应历程：

说明： （a）以上各步均是可逆的，其中决定反应速度的是反应较慢的亲核加成反应。 （b）如果醛中含有两个以上α－氢，而且反应温度较高和且催化剂的碱性够强，则β－羟基醛可以进一步发生反应，脱去一分子水而生成α，β－不饱和醛。

（一）醛醛缩合 （1）同分子醛自身缩合 a. 醛类在α—位有两个氢原子的可以进行自缩合 b. 醛类在α—位只有一个氢原子的不能进行这种反应，但如果α,β—不饱和醛的γ位有两个氢原子，就能在γ位进行缩合。

（2）异分子醛的交叉缩合 a. 两种醛都含有α－氢 在碱性催化下，一般α－碳原子含有活泼氢较少的醛易生成碳负离子。例：乙醛和丁醛的缩合

b. 一种醛不含α－氢原子 常用于制备重要的烯醛。 例：苯甲醛和乙醛缩合可制β－苯基丙烯醛

（二）酮酮缩合 （1）对称酮的自身缩合（产物比较单纯） 例：丙酮的自身缩合 （2）不对称酮的交叉缩合（虽然可以生成四种产物，但是也可以通过可逆平衡使主要生成一种产物） 例：丙酮和甲乙酮的缩合

（三）醛酮交叉缩合 例：甲醛和过量的丙酮缩合

二、羧酸及其衍生物的缩合 在亚甲基上除了酯基外，还连有另一个吸电子基时，亚甲基上α氢的酸性明显增加，比醛基和酮基的α－氢酸性更强，更易脱去质子形成碳负离子，然后与醛、酮、羧酸酯、羧酰胺、氰或卤烷等发生缩合反应。 1. Perkin反应 a. Perkin反应的定义： 脂肪酸酐在相应的脂肪酸碱金属盐的催化下与芳醛（或不含α氢的酯醛）缩合生成β－芳基丙烯酸类化合物的反应。 Perkin反应

b. Perkin反应的历程

说明： （a）羧酸酐是活性较弱的亚甲基化合物，而羧酸盐的催化剂又是弱碱，所以反应温度要求较高（150℃～200℃）。 （b）催化剂一般用无水羧酸钠，但钾盐的效果好，反应速度快，收率也高。 （c）Perkin反应的收率与芳醛上的取代基的性质有关。环上带有吸电子基时，亲核加成反应易进行，收率也较高。反之，环上有供电基时，亲核加成反应较难进行，收率也低，甚至不能反应。 Perkin反应的实例：β－苯基丙烯酸（肉桂酸）的制备

2. Knoevenagel反应 （1）Knoevenagel反应的定义：含有强活泼亚甲基的化合物（X－CH2－Y）在氨、胺、或它们羧酸盐的催化下，脱质子以碳负离子亲核试剂的形式与醛或酮的羰基碳原子发生Aldol型缩合生成α，β－不饱和化合物的反应。 （2）反应通式 式中R1、R2为酯烃基、芳烃基或氢，X、Y为吸电子基。

说明： （a）常见的强活泼亚甲基化合物有氰乙酸酯、乙酸乙酰酯、丙二酸酯、丙二酸、氰乙酯胺、丙二酸单酯单酰胺以及丙二氰和硝基甲烷等。 （b）常见的催化剂有吡啶、哌啶、乙二胺、氨基丙酸等有机碱、它们的羧酸盐以及氨和乙酸铵。 （c）常常用苯、甲苯等有机溶剂共沸带水的方法除去反应中生成的水，促进反应的进行。

（3）常见的Knoevenagel反应类型 ①醛酮与β－酮酸酯的缩合: 常见的β－酮酸酯为乙酸乙酰乙酯，利用这种反应可以合成许多类型的化合物。 例：水杨醛与乙酸乙酰乙酯的反应

②醛酮和丙二酸的缩合 与丙二酸二酯进行缩合反应的主要是用醛，而酮仅用丙酮和一些脂环酮，需使用三氧化钛和吡啶来催化。 反应条件不同，丙二酸二乙酯与醛反应可能生成两种不同的产物：

③醛、酮与氰乙酸酯的反应 羰基化合物与氰乙酸酯的缩合产物，因配料不同而异 说明： （a）一般来说，氰乙酸酯比丙二酸酯活性大。许多酮可以与氰乙酸酯缩合，但空间位阻影响较大。如上式，如果R’、R’’为异丁基，产率只有40％；如果R’、R’’为正丙基，产率可达80％

说明： （b）在催化剂方面，醛类和氰酸酯的缩合，一般都用仲胺，特别是六氢吡啶。在酮类和氰酸酯的缩合中，空间位阻的大小决定催化剂的种类，位阻小的，可用仲胺；位阻大的，要用醋酸胺在沸苯中回流才能缩合。用铵或胺作催化剂时，要注意有些羰基没有和氰乙酸酯缩合。如：

④醛、酮与丁二酸酯的缩合 羰基化合物与丁二酸二酯缩合成亚烃基丁二酸单酯，称为Stobbe缩合。可用的羰基化合物，除一般的醛和酮外，还包括二酮，酮酸酯和氰基酮。丁二酸二酯包括甲酯、乙酯和叔丁酯，单取代的丁二酸二酯也可以进行该反应。

3. 克来森（Claisen）缩合 含有活泼甲基或亚甲基的羰基化合物，在碱的作用下，脱质子形成碳负离子，然后去进攻羧酸酯的羰基，经缩合而生成β－羰基化合物的反应总称为克来森缩合反应。 式中R，R1可以为氢原子、脂肪族基、芳香基或杂环基；R2为任何一种有机基。 催化剂：RONa，NaNH2，NaH等强碱催化剂。 应用：制取β－酮酸酯和β－二酮的重要方法。

（1）酯－酯缩合 酯－酯缩合是指含有活泼甲基或亚甲基的羰基化合物，在碱的作用下，与另一分子的酯缩合成β－酮酸酯的反应。 强碱性催化剂：无水醇钠、有叔丁醇钾、金属钠、氨基纳、氢化钠或三苯甲烷钠等。 分类：酯的自身缩合、异酯缩合。 a. 酯的自身缩合

酯的自身缩合反应历程：

实例：乙酸乙酯的自缩合

b．异酯缩合 说明： （a）异酯缩合只限于其中一种酯不含α—氢的缩合反应。常见的不含α—氢的酯有：甲酸乙酯、乙二酸二乙酯、苯甲酸乙酯等。 （b）芳香酸酯不够活泼，缩合时要用NaH。如苯甲酸甲酯与丙烯乙酯在NaH催化下的缩合：

（c）乙二酸酯由于一个酯基的诱导效应，增加了另一个羰基的亲电性能，所以容易和别的酯发生缩合反应，但收率很低，需把反应生成的乙醇蒸出。 乙二酸二乙酯的缩合产物，经加热可脱去一分子CO，成为取代的丙二酸酯。

（2）酯－酮缩合 酯和酮都含有α—氢时，由于酮的活性较大，因此酮易形成碳负离子进攻酯的羰基，发生亲核加成反应而得β－二酮类化合物。 实例：丙酮与乙酸乙酯的缩合

（a）酯受到酮形成的负碳离子的进攻，酯的羰基碳原子上带的正电荷愈多，则酯的反应活性愈大。酯的活性次序可排列为： 说明： （a）酯受到酮形成的负碳离子的进攻，酯的羰基碳原子上带的正电荷愈多，则酯的反应活性愈大。酯的活性次序可排列为： HCOOR、ROOC-COOR>CH3COOCH3>RCH2COOC2H5 >R2CHCOOC2H5>R3CCOOC2H5 酯的醇部分性质对酰化活性也有影响，一般为： CH3COOC6H5>CH3COOCH3>CH3COOC2H5 (b)在催化剂作用下，若酮比酯更易形成碳负离子，则产物中混有酮自身缩合的副产物；相反，若酯比酮更易形成碳负离子，则产物中混有酯,只有不含α－H的酯与酮的缩合反应，才会生成纯度较高的产物。

（3）分子内酯酯缩合 迪克曼反应：分子内的两个酯基被三个以上的碳原子隔开时，就会发生分子间的缩合，形成五员环的酯。这种酯化反应又称迪克曼反应。例， 说明： （a）用C2H5ONa、C2H5OK，NaH及t-C4H9OK等强碱为催化剂。 （b） 反应在高度稀释的溶液内进行，则可抑制二元酯分子间的缩合，从而加大分子内缩合的机率，甚至可以合成更大环的环酯酮类化合物。

（c）如果分子内两个酯基之间只被三个或三个以下的碳原子隔开时，就不能发生环化酯化反应。但利用这种二元酸酯和不含α－氢的二元酸酯，进行分子间缩合，同样也可以获得环状碳酸酯。例：

4．Darzens缩合 （1）Darzens缩合反应的定义 指α－卤代羧酸酯在强碱的作用下，脱质子生成碳负离子，然后与醛或酮的羰基碳原子发生亲核加成，再脱去卤素阴离子而生成α，β－环氧酯的反应。 （2）反应通式

（3）合成应用 由Darzens缩合制得的α，β－环氧酸酯用碱性水溶液使酯基水解，再酸化成游离羧酸，并加热脱羰可制得比原料多一个碳原子的醛或酮。其通式如下：

（4）应用实例： 由2－十一酮制备 2－甲基十一醛

三．烯键参加的缩合反应 1. 普林斯（Prins）缩合 （1）普林斯缩合反应的定义

（2）普林斯反应制二元醇 普林斯反应可以生成较原来烯烃多一个碳原子的二元醇。反应历程如下： 说明： （a）该反应常用硫酸、盐酸、磷酸、路易斯酸以及强酸性交换树脂作催化剂。 （b） 反应生成1，3－二醇和环状缩醛的比例取决于反应条件。

2．狄尔斯－阿德耳缩合 （1）狄尔斯－阿德耳缩合反应的定义 指含有烯键或炔键的不饱和化合物能和链状或环状含有共轭双烯的化合物发生1，4加成反应（对于烯键或炔键的不饱和化合物是1，2加成反应），生成六员环型的氢化芳香族化合物的反应。该反应又称双烯缩合反应，该缩合发生在双烯体A和亲双烯体B之间： 说明： （a）双烯键上含有给电子基团者，则可加速反应，在亲双烯体上，凡含有吸电子基团的，都有利于反应顺利进行，且这种成环缩合，没有任何小分子化合物生成，反应只需要光或热的作用，且不受催化剂或溶剂的影响，反应产率一般都很高。

（b）常见双烯体的种类 表7-7-03 双烯烃的种类 种 类 实 例 脂肪族链状共轭双烯烃 丁二烯、烷基丁二烯、芳基丁二烯 表7-7-03 双烯烃的种类 种 类 实 例 脂肪族链状共轭双烯烃 丁二烯、烷基丁二烯、芳基丁二烯 脂肪族环状共轭双烯烃 环戊二烯、1－乙烯基环乙烯 芳香族化合物 蒽、1－乙烯基萘、1－α－萘基－1－环戊烯 杂环化合物 呋喃

（c）常见亲双烯体的种类 表7-7-04 亲双烯体的种类 种类 实例 CH2＝CHZ Z可为－H、－CHO、－COOH ArCH＝CHZ 表7-7-04 亲双烯体的种类 种类 实例 CH2＝CHZ Z可为－H、－CHO、－COOH ArCH＝CHZ Z可为 －CHO、-COOH 、—COOC2H5 CH2＝CZ2 Z可为 －COOH、－COOC2H5、－CN、—X ZCH＝CHZ Z可为 －COOH 、—COOC2H5 醌类 苯醌、萘醌 ZC CZ Z可为-COOH 、—COOCH3

（4）反应历程 狄尔斯－阿德耳反应是由环状过渡状态进行的反应，反应中旧键的断裂和新键的生成是协同进行的，没有过渡态，属于协同反应。其历程可表示如下：

（5）实例：由丁二醛和萘醌制中间体蒽醌

四、缩合反应的合成例子——香豆素的合成 1.Perkin法合成香豆素

2．Knoevenagel反应 3．Pechmann反应

五、缩合反应的工业实例——４－甲基香豆素的制备