了得網自然科學_有機縮合反應原理與應用

編輯推薦

縮合反應多種多樣，新反應屢見報道。本書盡量收集一些新反應，並從反應機理上加以解釋，以反映現代有機合成的特點，內容豐富

內容簡介

內容提要
本書是對縮合反應基本理論和基本規律的詳細總結。包括反應類型、反應機理、適用範圍，具體應用實例等，將理論與實踐相結合、比較全面、繫統地介紹了縮合反應。
本書適用於化學、化工、生化、藥物合成等行業科技工作者以及高等學校相關專業師生學習使用，也可供其他有機化學愛好者參考。

作者簡介

孫昌俊，山東大學化學與化工學院，濟南聖魯金藥物技術開發有限公司化學部主任，教授， 1970年畢業於山東大學化學繫，並於同年留校任教。恢復研究生招生制度後於1982年獲理學碩士學位。
一直從事有機化學的教學與科研工作，積累了大量科技資料，尤其在有機合成、藥物設計、藥物合成、糖化學、核苷化學、生物有機、雜環化學、藥物反應等方面具有豐富的經驗。
在國內外學術刊物發表各種研究論文近200篇，出版了《生物有機化學專論》(山東科技出版社)、《有機化學》(山東大學出版社)、《精編有機化學教程》(山東大學出版社，國家十一、五規劃重點教材)、《藥物合成反應---理論與實踐》(2007，化學工業出版社) 等多部著作。
目前在濟南聖魯金藥物技術開發有限公司任化學部主任，領導數十人專職從事有機合成工作。

章 α-羥烷基化、α-鹵烷基化、α-氨烷基化、α-羰烷基化反應
節α-羥烷基化反應1
一、羰基α-位碳原子上的α-羥烷基化反應(羥醛縮合反應)1
1.自身縮合1
2.交叉縮合6
3.分子內羥醛縮合反應11
4.Robinson環化反應17
5.定向羥醛縮合24
6.類羥醛縮合反應37
7.不對稱羥醛縮合反應40
二、不飽和烴的α-羥烷基化反應(Prins反應)46
三、芳醛的α-羥烷基化反應(安息香縮合反應)54
四、有機金屬化合物的α-羥烷基化反應60
1.有機鋅試劑與羰基化合物的反應（Reformatsky反應)60章 α-羥烷基化、α-鹵烷基化、α-氨烷基化、α-羰烷基化反應
節α-羥烷基化反應1
一、羰基α-位碳原子上的α-羥烷基化反應(羥醛縮合反應)1
1.自身縮合1
2.交叉縮合6
3.分子內羥醛縮合反應11
4.Robinson環化反應17
5.定向羥醛縮合24
6.類羥醛縮合反應37
7.不對稱羥醛縮合反應40
二、不飽和烴的α-羥烷基化反應(Prins反應)46
三、芳醛的α-羥烷基化反應(安息香縮合反應)54
四、有機金屬化合物的α-羥烷基化反應60
1.有機鋅試劑與羰基化合物的反應（Reformatsky反應)60
2.由Grignard試劑或烴基鋰等制備醇類化合物74
第二節α-鹵烷基化反應(Blanc反應)83
一、氯甲基化試劑84
二、鹵甲基化反應的催化劑85
三、影響氯甲基化反應的因素85
第三節α-氨烷基化反應91
一、Mannich反應91
二、Pictet-Spengler異喹啉合成法107
三、Strecker反應117
四、Petasis反應129
第四節α-碳的羰基化反應134
一、Claisen酯縮合反應134
1.酯-酯縮合135
2.酯-酮縮合152
二、負碳離子酰基化生成羰基化合物160
參考文獻169

第二章 β-羥烷基化、β-羰烷基化反應
節β-羥烷基化171
一、芳烴的β-羥烷基化反應(Friedel-Crafts反應)172
二、活潑亞甲基化合物的β-羥烷基化反應176
三、有機金屬化合物的β-羥烷基化反應179
第二節β-羰烷基化反應185
一、Michael加成反應185
二、有機金屬化合物的β-羰烷基化反應200
1.Grignard試劑與α,β-不飽和羰基化合物反應201
2.有機銅類化合物與α,β-不飽和羰基化合物反應205
3.烴基硼烷與α,β-不飽和羰基化合物反應208
4.有機鋅試劑和α,β-不飽和羰基化合物的不對稱共軛加成209
5.芳基金屬試劑和α,β-不飽和化合物的不對稱共軛加成210
參考文獻212

第三章亞甲基化反應
節羰基的亞甲基化反應214
一、Wittig反應214
二、鈦的亞甲基化試劑在烯烴化合物合成中的應用226
三、鋅試劑、鉻試劑與羰基化合物反應合成亞甲基化合物231
第二節羰基α-位的亞甲基化233
一、Knoevenagel反應234
二、Stobbe反應242
三、Perkin反應248
四、Erlenmeger-Plchl反應254
第三節有機金屬化合物的亞甲基化258
一、苯硫甲基鋰與羰基化合物的反應258
二、Julia烯烴合成法259
三、Peterson反應(硅烷基鋰與羰基化合物的縮合反應)264
參考文獻275

第四章 α,β-環氧烷基化反應（Darzens縮合反應）
參考文獻285

第五章環加成反應
節Diels-Alder反應286
一、Diels-Alder反應的反應機理286
二、Diels-Alder反應的立體化學特點297
三、不對稱Diels-Alder反應303
四、逆向Diels-Alder反應317
五、反電子需求的Diels-Alder反應326
第二節1,3-偶極環加成反應——［3 2］環加成反應330
一、含雜原子的1,3-偶極體的環加成反應331
二、全碳原子1,3-偶極體的環加成反應341
第三節［2 2］環加成反應348
一、烯烴與烯烴的［2 2］環加成反應348
二、乙烯酮與烯烴、醛、酮的環加成反應353
三、烯烴與含炔鍵化合物的［2 2］環加成反應358
四、炔與累積二烯的［2 2］環加成362
五、Lewis酸催化的含炔鍵化合物的［2 2］環加成反應363
六、炔醇(醚)的［2 2］環加成反應365
第四節［2 1］反應367
參考文獻375
主要參考資料377

前言

凡兩個或多個有機化合物分子，通過反應以共價鍵結合釋出小分子而形成一個新的較大分子的反應，或同一個分子發生分子內的反應形成新分子都可稱為縮合反應 (Condensation Reaction)。釋出的簡單分子可以是水、醇、鹵化氫、氨、胺等；也有些是加成縮合，不脫去任何小分子。兩個有機物分子通過加成形成較大分子的反應也稱為縮合反應，如DielsAlder反應等。
按照上述定義，酸和醇反應脫去一分子水形成酯類化合物；羧酸衍生物如酰氯和胺(氨)縮合，脫去一分子氯化氫，生成酰胺類化合物；醛、酮的縮合，脫去一分子水，形成α,β不飽和羰基化合物；酯縮合生成β酮酸酯；兩分子醇脫水生成醚等，都屬於縮合反應。當然，分子內具有兩個處於適當位置的基團，彼此反應，失去小分子化合物，形成環狀化合物，也屬於縮合反應。甚至許多取代反應，如脂肪族鹵素化合物的親核取代、芳香族化合物芳環上的親電取代等，也屬於縮合反應。許多偶合反應也失去了一些小分子化合物，也屬於縮合反應。由此可見，縮合反應的類型很多，可以通過取代、加成、消除等反應途徑來完成。從形成化學鍵的角度來看，通過縮合反應可形成碳碳鍵、碳雜原子鍵，如碳氧鍵、碳氮鍵、碳磷鍵、碳硫鍵、碳硅鍵等，本書主要討論一些常見的與碳碳鍵形成有關的縮合反應。
多數縮合反應是在縮合劑的催化作用下進行的，常用的縮合劑是堿、醇鈉、無機酸等。凡兩個或多個有機化合物分子，通過反應以共價鍵結合釋出小分子而形成一個新的較大分子的反應，或同一個分子發生分子內的反應形成新分子都可稱為縮合反應 (Condensation Reaction)。釋出的簡單分子可以是水、醇、鹵化氫、氨、胺等；也有些是加成縮合，不脫去任何小分子。兩個有機物分子通過加成形成較大分子的反應也稱為縮合反應，如DielsAlder反應等。
按照上述定義，酸和醇反應脫去一分子水形成酯類化合物；羧酸衍生物如酰氯和胺(氨)縮合，脫去一分子氯化氫，生成酰胺類化合物；醛、酮的縮合，脫去一分子水，形成α,β不飽和羰基化合物；酯縮合生成β酮酸酯；兩分子醇脫水生成醚等，都屬於縮合反應。當然，分子內具有兩個處於適當位置的基團，彼此反應，失去小分子化合物，形成環狀化合物，也屬於縮合反應。甚至許多取代反應，如脂肪族鹵素化合物的親核取代、芳香族化合物芳環上的親電取代等，也屬於縮合反應。許多偶合反應也失去了一些小分子化合物，也屬於縮合反應。由此可見，縮合反應的類型很多，可以通過取代、加成、消除等反應途徑來完成。從形成化學鍵的角度來看，通過縮合反應可形成碳碳鍵、碳雜原子鍵，如碳氧鍵、碳氮鍵、碳磷鍵、碳硫鍵、碳硅鍵等，本書主要討論一些常見的與碳碳鍵形成有關的縮合反應。
多數縮合反應是在縮合劑的催化作用下進行的，常用的縮合劑是堿、醇鈉、無機酸等。
縮合反應是構建分子骨架的重要反應類型之一，既可生成開鏈的化合物，也可以生成環狀的化合物，廣泛地用於醫藥、農藥、香料、染料等化工產品的合成中。
縮合反應在有機化學中是一類非常重要的反應，各種版本的有機化學教科書中都毫無例外地介紹了各種不同的縮合反應。近年來有機化學無論在理論研究方面，還是在具體的有機合成實踐方面，都有了長足的發展。縮合反應在有機合成中的應用越來越廣泛，特別是在藥物和天然產物的合成方面。
本書有如下特點。
1.本書分為五章，主要介紹與碳碳鍵的形成有關的縮合反應。前四章主要介紹通過縮合反應合成開鏈化合物的縮合反應，第五章則是介紹環加成反應，包括［4 2］、［3 2］、［2 2］和［2 1］環加成反應。
2.所選擇的縮合反應類型，大都是一些經典的反應，同時不乏近年來新發展起來的新反應。對於每一類縮合反應，從反應機理、影響因素、適用範圍、應用實例等方面進行總結，以使讀者對該反應有比較全面的了解。
3.縮合反應多種多樣，新反應屢見報道。本書盡量收集一些新反應，並從反應機理上加以解釋，以反映現代有機合成的特點。
4.所選用的合成實例，真實可靠、可操作性強。適當選擇了一些國內學者的研究成果。
5.書中附有大量參考文獻，盡量收集一些綜述性質的文獻，以便讀者進一步深入了解有關知識。
本書由孫昌俊、李文保(長江學者)、王秀菊主編。孫琪、馬嵐、孫風雲、孫中雲、孫雪峰、王乃永、李倩如、張廷峰、張紀明、辛炳煒、連軍、周峰岩、房士敏、趙曉東、曹曉冉、隋潔、董文亮、魏海舸參加了部分內容的編寫和資料收集、整理工作。
編寫過程中，得到山東大學化學與化工學院陳再成、趙寶祥教授及化學工業出版社有關同志的大力支持，在此一並表示感謝。
本書實用性強，適合於從事化學、應化、化工、生化、醫藥、農藥、染料、顏料、日用化工、助劑、試劑等行業的生產、科研、教學、實驗室工作者以及大專院校的教師、研究生、本科生使用。
書中的錯誤和不妥之處，懇請讀者批評指正。

孫昌俊
2016年1月於濟南

在線試讀

環加成反應(cycloaddition reaction)是在光或熱的條件下，兩個或多個帶有雙鍵、共軛雙鍵或孤對電子的分子相互作用生成環狀化合物的反應。環加成反應在反應過程中不消除小分子化合物，沒有σ-鍵的斷裂，Diels-Alder反應就是典型的環加成反應。
環加成反應有不同的分類方法，可以根據參加反應的電子數和種類分類，也可以根據成環原子數目分類。按照成環原子數目環加成反應可分為 [4 2]、[3 2]、[2 2]、[2 1]等，其中常見的Diels-Alder反應就屬於[4 2]環加成反應。
在環加成反應過程中，反應物在不同情況下可以經過不同的過渡態，形成具有不同立體結構特征的產物。

節 Diels-Alder反應

Diels-Alder反應是由德國化學家Diels O和Alder K於1928年發現的，並因此獲得1950年諾貝爾化學獎，目前已經發展成為有機合成中有用的反應之一。該反應不僅可以一次形成兩個碳-碳單鍵，建立環己烯體繫，而且在多數情況下是一種協同反應，表現出可以預見的立體選擇性和區域選擇性。
其中簡單的D-A反應應當是1,3-丁二烯與乙烯的[4 2]環加成反應。1,3-丁二烯及其衍生物等稱為雙烯體，而乙烯及其衍生物稱為親雙烯體。

一、Diels-Alder反應的反應機理
無催化劑的Diels-Alder反應有三種可能的機理。一種是協同反應，生成環環過渡態，沒有中間體生成，協同一步完成。第二種是雙自由基機理，首先是雙烯的一端與親雙烯體的一端結合，生成雙自由基，第二步是另一端相互結合。第三種是雙離子機理。
種機理：環加成反應(cycloaddition reaction)是在光或熱的條件下，兩個或多個帶有雙鍵、共軛雙鍵或孤對電子的分子相互作用生成環狀化合物的反應。環加成反應在反應過程中不消除小分子化合物，沒有σ-鍵的斷裂，Diels-Alder反應就是典型的環加成反應。
環加成反應有不同的分類方法，可以根據參加反應的電子數和種類分類，也可以根據成環原子數目分類。按照成環原子數目環加成反應可分為 [4 2]、[3 2]、[2 2]、[2 1]等，其中常見的Diels-Alder反應就屬於[4 2]環加成反應。
在環加成反應過程中，反應物在不同情況下可以經過不同的過渡態，形成具有不同立體結構特征的產物。

節 Diels-Alder反應

Diels-Alder反應是由德國化學家Diels O和Alder K於1928年發現的，並因此獲得1950年諾貝爾化學獎，目前已經發展成為有機合成中有用的反應之一。該反應不僅可以一次形成兩個碳-碳單鍵，建立環己烯體繫，而且在多數情況下是一種協同反應，表現出可以預見的立體選擇性和區域選擇性。
其中簡單的D-A反應應當是1,3-丁二烯與乙烯的[4 2]環加成反應。1,3-丁二烯及其衍生物等稱為雙烯體，而乙烯及其衍生物稱為親雙烯體。

一、Diels-Alder反應的反應機理
無催化劑的Diels-Alder反應有三種可能的機理。一種是協同反應，生成環環過渡態，沒有中間體生成，協同一步完成。第二種是雙自由基機理，首先是雙烯的一端與親雙烯體的一端結合，生成雙自由基，第二步是另一端相互結合。第三種是雙離子機理。
種機理：

第二種機理：

第三種機理：

大量的研究表明，雖然雙自由基和雙離子機理在一些情況下可能發生，但絕大多數情況下是采用種機理。主要證據如下：(1)、無論雙烯體還是親雙烯體，反應具有立體專一性，純碎的雙自由基機理和雙離子機理都不可能導致構型保持。(2)、一般而言，Diels-Aldr反應受溶劑的影響很小，這樣就可以排除雙離子機理，因為極性溶劑可以分散該機理過渡態的電荷而提高反應速率。(3)、在如下化合物的解離過程中，在實驗誤差範圍內，同位素效應K1/K2 = 1.00。

反應中若X鍵比Y鍵先打開，則該反應應該存在同位素效應影響。研究結果支持X鍵和Y鍵同時打開。該反應是Diels-Alder反應的逆反應，根據微觀可逆原理，正反應的機理也應該是X鍵和Y鍵同時生成，這與類似正反應結果是一致的。當然還有其他證據證明是按種機理進行的。但值得指出的是，協同反應並不意味著反應是同步進行的。在同步反應的過渡態中，兩個σ-鍵形成的程度相同，但在不對稱反應物的Diels-Alder反應中，則很可能是不同步的。也就是說，在可能的過渡態結構中，其中一個σ-鍵形成的程度比另一個形成的程度大。
在有些反應中，利用雙自由基機理解釋可能更恰當一些。
關於環加成的協同反應機理，可以用分子軌道對稱性守恆原理來解釋。分子軌道對稱性原理認為，化學反應是分子軌道進行重新組合的過程。在一個協同反應中，分子軌道的對稱性是守恆的，即在由原料到產物的變化過程中，軌道的對稱性始終保持不變。分子軌道的對稱性控制著整個反應的進程。
分子軌道對稱性原理利用前線軌道理論和能級相關理論來分析周環反應，總結了周環反應的立體選擇性，並可利用這些規則來預言反應能否進行以及反應的立體化學進程。以下用前線軌道理論來解釋環加成反應。
前線軌道理論早是由日本福井謙一於1952年提出的。他首先提出了前線分子軌道和前線電子的概念，已占有電子的能級高的軌道稱為高占有軌道 (HOMO)，未占有電子的能級低的軌道稱為低未占軌道 (LUMO)。有的共軛體繫中含有奇數個電子，它的HOMO軌道中隻有一個電子，這樣的軌道稱為單占軌道 (SOMO)。單占軌道既是HOMO，又是LUMO，HOMO和LUMO統稱為前線軌道，用FOMO表示。處於前線軌道上的電子稱為前線電子。前線電子是分子發生化學反應的關鍵電子，類似於原子之間發生化學反應的‘價電子’。這是因為分子的HOMO對其電子的束縛力較小，具有電子給予體的性質；LUMO對電子的親和力較強，具有電子接受體的性質，這兩種軌道容易發生作用。所以，在分子間進行化學反應時，先作用的分子軌道是前線軌道，起關鍵作用的是前線電子。
前線軌道理論在解釋環加成反應時應符合以下幾點：
1、兩個分子發生環加成反應時，起決定作用的軌道是一個分子的HOMO與另一分子的LUMO，反應中，一個分子的HOMO電子進入另一分子的LUMO。
2、當兩個分子相互作用形成σ-鍵時，兩個起決定作用的軌道必須發生同位相重疊。因為同位相重疊使能量降低，互相吸引；而異位相重疊使體繫能量升高，互相排斥。
3、相互作用的兩個軌道，能量必須相近，能量越接近，反應就越容易進行。因為相互作用的分子軌道能差越小，新形成的成鍵軌道的能級越低，相互作用後體繫能級降低得多，體繫越趨於穩定。

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