Aldol羟醛缩合反应是醛酮在碱性条件下得到烯醇盐和另一个羰基化合物缩合得到β-羟基醛酮的反应。是我们从小分子合成大分子的重要手段之一,也是基础有机化学考试中合成题目的必考知识点!
羟醛缩合反应会生成一根新的C-C键,将两分子羰基化合物连缀为一体,使得碳链大为增长,因此这个反应在合成里相当重要的链增长反应。
经典的古老aldol反应
通过羟醛负离子的aldol反应
羟醛缩合的产物的特征:一定是一个β-羟基醛酮,或者是进一步脱水之后的α,β-不饱和醛酮。在合成题目里,但凡在目标分子中看到这样的结构特征,多半儿就可以利用羟醛缩合反应进行制备。
反应机理
aldol反应、最早是由Charles Adolphe Wurtz于Alexander Borodin等人、在19世纪后半双方独立发现的。经典典条件是利用硫酸等Bronsted酸,或如质子溶剂+乙醇钠等Bronsted碱的条件下得到的(下图所示古老经典的aldol反应机理)。
羟醛缩合过程中,新生成的C-C键如下图中红色所示,一定处于β-羟基醛酮的羟基旁侧, 或着干脆就是α,β-不饱和醛酮双键所处的位置:
显而易见,经典的aldol反应会有诸多不足,比如副产物复杂。这么多年化学研究人员进行了很多很多尝试,并且不断地改善
1957年Zimmerman与Traxler一起提出了aldol的六元环过渡态模型。该反应过渡态以取代基之间的立体位阻最小为基准,通过金属介导形成「椅式六员环结构」,通过这个过渡态,可以准确推断产物的立体选择性,一直沿用至今。
反应案例
逆合成学习
做逆合成分析时,我们可以反其道而行之,从这两个位置把β-羟基醛酮或者α,β-不饱和醛酮切开分成两块儿,各自恢复 成反应前羰基化合物的结构,大致就可以推断出合成所需的原料:
例:请以苯及不超过三碳的化合物为原料合成如下分子。
目标分子看起来是个醇,没有羰基,似乎与羟醛缩合并无关系。但很多时候,结合其它的反应,我们可以把看似不相干的结构转化为 β-羟基醛酮或是α,β-不饱和醛酮,进而利用羟醛缩合去延展碳链。
当前的目标分子中最显眼的就是醇羟基。而合成醇,我们前面介绍过,一种很重要的方法就是利用羰基化合物与格氏试剂的亲核加成反应, 一方面得到羟基,另一方面也可以增长碳链:
格氏试剂又来自于卤代烃溴乙烷,不超过两碳,满足原料要求。至于我们推出的这个酮,碳原子数目依然很多,还需要继续往下分析,把它 倒推成碳链更短的分子。当前结构中已经出现羰基了,和羟醛缩合的产品相比,其实就少了一根C=C双键。而我们也知道,C-C单键是可以由 双键还原得到的,因此这里如果我们逆推出一根双键,得到的结构刚好就可以满足羟醛缩合产物的特征:
注意上头这个不饱和酮,我们控制条件进行催化氢化,刚好可以保证双键还原而酮羰基保留。
现在既然已经推出了α,β-不饱和酮,毫无疑问,我们又可以利用羟醛缩合反应了,它应当来自于苯甲醛与丙酮的交叉缩合。丙酮满足原料要求, 而苯甲醛可以通过苯的Gattermann-Koch反应制备:
到这儿,逆合成分析结束,我们的思路也整个儿完成。连缀起来,大致如下图所示:
综上所述,羟醛缩合是我们在合成中延长碳链的一种强有力的武器。与羰基有关的目标分子,在进行某些特定结构转化后,往往就能与羟醛缩合关联起来。
反应经验
文章内容来自书本和互联网。
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