缩醛性质稳定,许多能与醛反应的试剂如碱、氧化剂、还原剂、格氏试剂、金属氢化物等,均不与缩醛反应。对碱也稳定;但在稀酸里温热,会发生水解反应,生成原来醛。因此,提供一种保护醛基的好方法,使醛基在多步反应里不被破坏。常用于形成缩醛、缩酮的保护试剂是甲醇、乙醇、乙二醇。
缩醛化反应是醛与醇相作用生成缩醛的化学反应。
通常是在无水的酸催化下进行的。缩醛在碱性条件下稳定,在酸性条件下容易水解成原来的醛。
反应机理
缩醛化反应中羰基是个强极性基团,碳显较强的正电性,因而易与亲核试剂反应。醇中羟基上的氧具孤对电子,有较强的亲核性,在酸催化下,氧以其孤对电子进攻羰基碳形成半缩醛Hemiacetal,且此过程反应可逆。半缩醛的氢氧根离子不稳定,极易与另一分子醇脱水缩合形成缩醛。形成缩醛的反应用浓硫酸吸水使成缩醛反应正向完全进行,而稀酸则促进缩醛水解为原先的醛与醇。
先是氢离子上,与氧原子结合,形成钅羊 盐,然后原本与氧双键连接的C原子就显+电,被易醇的大负电氧原子进攻,然后刚上的醇上的H原子自动成为离去的小基团,然后就形成了半缩醛(相当于现在在一个碳原子上有了一个醚键和一个羟基)。
钅羊,也称氧鎓,是一类氧上连有三个原子或原子团的带正电荷离子。这类物质通式为[R3O]+,其中最简单的是水合氢离子H3O+。氧鎓与带负电荷的离子形成钅羊盐。
接下来,那个羟基与H+结合形成钅羊 盐,然后那个碳原子又带正电,又被一个醇的羟基氧进攻(这瞬间一个碳原子上连有5个键)。然后醇上的羟基氢离去,𨦡盐的那个H2O+也离去。这样就形成缩醛了。
缩醛水解机理
缩醛化和缩醛水解互为逆反应
缩醛的其中一个烷氧基的氧原子质子化变成醇,在另外一个氧原子的电子推动下离去,形成氧鎓离子,该氧鎓离子具有亲电性,与水加成后脱去质子形成半缩醛,半缩醛的羟基质子化,在羟基的电子推动作用下变成醇离去,最后脱去质子形成醛。
缩醛的水解是可逆反应,为使得水解完全,需要使用过量的水。
例如:
想在含有醛基的酮基上与格式试剂发生亲核加成,由于醛羰基的活性比酮羰基的高,必须把醛羰基变成缩醛保护起来,待亲核加成完毕后,用稀酸处理,使得原来的醛羰基再复现:
另外硫醇与醛酮反应生成硫代缩醛、硫代缩酮也可用于醛、酮的保护,且硫代缩醛、硫代缩酮对酸的稳定性良好,耐还原剂、有机金属试剂和亲核试剂,制备硫代缩醛、硫代缩酮常用氯化锌作催化剂,脱保护常用氯化汞水溶液水解。
经验分享
一、该过程是在酸性条件下进行的,羰基化合物一般不与ROH反应,要有酸的催化。这是由于RO:H活性很弱,需要活化羰基碳是之活性增加。
二、一定要注意该反应是可逆反应,这就是为什么说此反应的用途是“保护羰基”,但保护的条件一定是在碱性的环境中,就是因为在酸性条件下反应可逆,无法保护。因此,同理在碱性条件下是无法完成此反应的。
三、此反应的中间产物“半缩醛”很不稳定,但五六圆环的半缩醛很稳定,比如葡萄糖等等。
四、保护羰基的基团和物质还有二醇、硫醇、多元醚等等。
五、四氢呋喃中回流六小时的话盐酸会挥发影响反应,可用硫酸或者固体酸如对甲苯磺酸,杂多酸等