羟醛缩合详细数据的完整收集
基本介绍中文名:羟醛缩合mbth:羟醛反应别名:缩合反应应用学科:有机化学应用范围:化学反应催化剂:酸/碱催化剂等。简介，反应过程，反应机理，反应催化剂，在有机化学中的应用，其他反应，引入带α-H的醛，在稀碱的催化下生成碳负离子，然后碳负离子作为醛酮亲核加成的亲核试剂生成β-羟基醛，加热脱水生成不饱和醛。醛缩合在稀碱或稀酸的作用下，两分子醛或酮可以相互作用，其中一个醛(或酮)分子中的α-氢加成到另一个醛(或酮)分子的羰基氧原子上，其余的加成到羰基碳原子上，生成一分子β-羟基醛或一分子β-羟基酮。这个反应叫做羟醛缩合或羟醛缩合。通过羟醛缩合，分子中可以形成新的碳碳键，碳链可以生长。反应历程以乙醛为例说明了羟醛缩合反应历程。第一步，碱与乙醛中的α-氢结合形成烯醇式负离子或负碳离子。第二步，这个负离子作为亲核试剂，立即攻击另一个乙醛分子中的羰基碳原子，生成加成反应后的中间体负离子(烷氧基负离子)。第三，烷氧基阴离子与水反应得到羟基醛和OH。稀酸也能使醛变成羟基醛，但反应过程不同。在酸催化过程中，首先碳氧双键的极化被质子增强，使其变成烯醇形式，然后发生加成反应得到羟基醛。产物分子中的α-氢原子同时被β-碳上的羰基和羟基活化，因此只需少量的热或酸就能使分子内脱水生成α，β-不饱和醛。所有在α碳上带有氢原子的β-羟基醛和酮都容易失去一个水分子。这是因为α-氢比较活泼，脱水后的产物有* * *轭双键，所以比较稳定。除乙醛外，由其他醛得到的羟醛缩合产物都是α-碳原子上带支链的羟醛或烯醛。醛缩合反应在有机合成中起着重要的作用，可以用来生长碳链，产生支链。反应机理醛缩合是碳阴离子对羰基碳的亲核加成。醛或酮分子中的羰基结构使α碳原子上的氢原子具有很大的活性。在酸性催化剂的作用下，羰基氧原子被质子化，增强了羰基的诱导作用，促进α氢解离生成烯醇。酸催化的反应机理:在碱性催化剂的作用下，α碳原子失去氢原子形成碳负离子* * *振动杂化体，达到平衡后生成烯醇盐。碱催化反应机理:烯醇盐随后与另一种醛或酮的羰基发生亲核加成，形成新的碳碳单键，得到β-羟基醛或酮。由于α氢原子相对活泼，含α氢原子的β羟基醛或酮容易失去一分子水，形成更稳定的轭双键结构的α，β不饱和醛或酮。酸催化脱水机理:碱催化脱水机理:两种不同的醛或酮与反应催化剂交叉缩合，由于非催化过程中副反应多，选择性低。需要通过催化过程使目标产物的选择性满足工业应用的要求。反应中使用的催化剂按其酸碱活性中心可分为酸性催化剂、碱性催化剂和酸碱催化剂。1、酸催化剂常用的酸催化剂有(VO)2P207、铌酸和MFI沸石。在酸性催化剂的阳离子活性中心(Brnsted中心或Lewis中心)，醛羰基被活化形成烯醇正碳离子，导致缩合反应。酸催化烯醇酮的平衡可以用已有的研究成果来表示，催化剂表面酸性活性中心的种类、数量和分布会影响其催化性能，适当的酸强度可以有效促进气相羟醛缩合反应中碳离子的形成，提高反应活性。Tanner等人使用(VO)2P2P7和α VOHPO4的磷酸钒氧化物作为催化剂来研究丙酮的自缩合和丙酮与甲醛的交叉缩合。结果表明，磷酸钒催化剂的酸性活性中心对该反应具有良好的催化能力，羰基结构基团在其表面快速完成质子化和亲核加成反应。Paulis等人以铌酸(Nb2o5 nH2O)为催化剂进行丙酮的气相羟醛缩合反应，发现反应产物的种类与催化剂酸中心的酸强度和酸性密切相关。结果表明，铌酸催化剂表面的酸性中心酸较强，在缩醛和缩酮反应中具有良好的催化活性、选择性和稳定性。Dumitriu等人在低碳醛的气相羟醛缩合反应中使用了不同酸性的MFI沸石。通过改变催化剂中Si与Fe3+的比例，可以调节布朗斯台德酸中心的酸强度和酸性。发现表面酸强度的增强可以促进低碳醛的气相羟醛缩合反应，提高反应转化率。2.碱性催化剂羟醛缩合反应中常用的碱性催化剂包括碱性化合物(碱金属或碱土金属的氧化物、氢氧化物、碳酸氢盐、碳酸盐和羧酸盐)、有机胺和阴离子交换树脂。在实际工业应用中，用于羟醛缩合反应的碱性催化剂可以是弱碱(如碳酸钠、碳酸氢钠和乙酸钠)或强碱(如氢氧化钠、氢氧化钙、氢化钠和醇钠)。前者一般用于高活性醛类之间的缩合，产物多为β-羟基化合物；后者用于活性小、位阻大的醛或酮的缩合反应，反应多在非质子极性溶剂中进行。碱金属化合物催化剂常用于羟醛缩合制备羟基醛的反应中。得到的产物可以加氢纯化得到二元醇甚至多元醇，如乙醛自缩合得到的3-羟基丁醛。当选用烧碱溶液作为催化剂时，粗产品催化加氢可得到1，3-丁二醇。类似地，甲醛和丁醛交叉缩合生成2，2-二羟甲基丁醛。选择碳酸钠和氢氧化钠的混合溶液作为催化剂，可以减少副反应，提高反应选择性。Lopez等人分别用NaBEA、KF/氧化铝和La2O3固体催化剂研究了苯甲醛和苯乙酮的羟醛缩合反应中催化剂的失活机理。结果表明，反应过程中产生的苯甲酸会大大降低反应过程中质子氢的转移速率，而胺的加入对速率影响不大，因此认为催化剂的碱性活性中心能有效催化反应，催化剂的失活也与碱性活性中心的损失有关。有机胺是另一种广泛用于羟醛缩合反应的碱性催化剂。如甲醛和异丁醛的缩合反应中常使用三乙胺作为缩合催化剂，生成羟基新戊二醇，缩合产物经氢化得到新戊二醇。甲醛和正丁醛缩合，然后在三乙胺的催化下氢化，生成高纯度的羟甲基丙烷。该专利报道了一种有机胺盐缩合催化剂，其用于通过羟醛缩合制备1，3-丙二醇的过程中。阴离子交换树脂是一种新型碱性催化剂。传统的碱金属氢氧化物溶液(如nAOH和KOH)作为催化剂存在催化剂回收困难、设备易腐蚀、反应过程复杂、生产周期长等缺点。而阴离子交换树脂在保持催化活性的基础上克服了上述缺点，受到越来越多研究者的关注。2，2-二羟甲基丙酸的工业生产主要以甲醛和丙醛为原料，在无机碱或有机碱的催化下，通过羟醛缩合反应生成2，2-二羟甲基丙酸，再用双氧水氧化。最新研究表明，反应效果取决于球形催化剂比表面积的大小、活性基团的数量、吸附和脱附的速度等。催化剂以固体形式存在，避免了使用碱液作为催化剂的一系列问题，也保证了反应的转化率和选择性。
在2-甲基-2-戊烯醛的工业合成中，NaOH水溶液也广泛用作催化剂，产率约为80%。但NaOH水溶液会腐蚀实验设备，产物不易分离。唐思平等研究了以阴离子交换树脂为催化剂，丙醛双分子缩合制备2-甲基-2-戊烯醛的新工艺。目标产物2-甲基-2-戊烯醛的收率可达93.54%。国内也有很多关于阴离子交换树脂在羟醛缩合反应中应用的报道。欧志泽等人选用三丁胺胺化强碱性阴离子交换树脂作为相转移催化剂催化合成苄叉丙酮。在优化的反应条件下，苄叉丙酮的收率可达98%，催化剂可重复使用。胡伟等人选择强碱性苯乙烯季铵离子交换树脂作为催化剂，由丙酮和甲醛缩合制备乙酰乙醇，然后在草酸存在下脱水得到甲基烯酮。石秀敏等人开发筛选出一种适用于催化蒸馏二丙酮醇的新型阴离子催化剂，即大孔强碱性苯乙烯阴离子树脂，具有很高的催化活性和选择性。有机化学中的羟醛缩合反应是一种重要的有机化学反应，在有机合成中有着广泛的应用。醛缩合反应是指含有活性α氢原子的化合物，如醛、酮、羧酸、酯等，在催化剂的作用下，与羰基化合物发生亲核加成反应，得到α-羟基醛酮或酸，或进一步脱水得到α，β-不饱和醛酮或酯的反应。①分子间羟醛缩合常用于合成一些β-羟基化合物，如1，3-丙二醇、1，3-丁二醇、新戊二醇等。它可以用作进一步生产聚合物如香料和药物或聚合物如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)和聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)的单体。缩合脱水产物α，β-不饱和醛经氧化得到相应的羧酸，可广泛用作精细化工生产的原料。例如，2，2-二羟甲基丙酸可用作水基聚氨酯扩链剂和制备聚酯、光敏树脂和液晶。2-甲基-2-戊烯酸是一种具有水果风味的食用香料，可广泛应用于食品加工业和其他日化香精工业。此外，当α，β-不饱和醛完全氢化时，可得到饱和伯醛，可用作溶剂或制造洗涤剂和增塑剂。虽然其他含α-氢的酮在稀碱的作用下也能发生这类缩合反应，但由于电子效应和空间效应的影响，反应很难进行。如果用普通方法操作，基本上得不到产品。一般来说，反应需要在特殊条件下进行。例如，丙酮在碱的存在下可以转化为双丙酮醇，但在平衡体系中产率很低。如果产物能在生成后立即与碱催化剂分离，即能从平衡体系中分离出来，最终能有更多的丙酮转化为双丙酮醇，产率可达70% ~ 80%。在碘的催化下，二丙酮醇加热脱水后可生成α，β-不饱和酮。交叉羟醛缩合:不同醛和酮分子之间的缩合反应称为交叉羟醛缩合。如果醛酮都有α-氢原子，反应后可生成四种产物，实际混合物总是复杂的，没有实用价值。一些没有α-氢原子的醛酮不发生羟醛缩合反应(如HCHO、RCCHO、ArCHO、RCCOCR、ArCOAr、ArCOCR等。)，但它们能与含α-氢原子的醛酮发生交叉羟醛缩合反应，主要是苯甲醛与甲醛的反应。产物种类减少，主要得到缩合产物，收率高。在反应完成后的产物中，必须保留带有α-氢原子的醛基。通过在反应过程中保持过量的甲醛而不含α-氢原子，可以获得单一产物。Claessen-Schmidt缩合:芳香醛与含α-氢原子的醛酮在碱催化下的羟醛缩合反应，脱水得到高产率的α，β-不饱和醛酮。这种类型的反应称为克拉森-施密特缩合反应。在碱的催化下，苯甲醛也能与含α-氢原子的脂肪酮或芳香酮缩合。此外，一些含有活泼亚甲基的化合物，如丙二酸、丙二酸二甲酯、α-硝基乙酸乙酯等，可以与醛酮发生类似于羟醛缩合的反应。主要原因是强吸电子基团激活α-H，容易变成氢离子而离开。乙酰乙酸乙酯和丙二酸二乙酯在有机合成中的应用也与之有关。