第八章 形成碳碳单键的反应(2)

当酰基的α-碳原子是叔碳时，容易在三氯化 铝作用下形成叔碳正离子，而使反应所得产 物重要是烷基化物。
α，β-不饱和脂肪酰氯与芳烃反应时，因分 子中存在烯键，在三氯化铝的作用下可进一 步发生分子内烃化反应而成环。
当取代丁二酸酐中的取代基为拉电子基 （A）时，则在该取代基较近羰基的碳 原子上进行酰化；当取代基为推电子基 （D）时，则在该取代基较远的碳上进 行酰化。
第二节 碳原子上的酰基化反应
一、芳环上的碳酰基化 1. Friedel—Crafts 酰化反应 在三氯化铝或其它Lewis酸(或质子酸)催 化下,酰化剂与芳烃发生环上的亲电取代, , , 生成芳酮的反应,称为Friedel—Crafts酰 化反应。 酰化剂除酰卤外，还可以是酸酐、羧酸酯、 羧酸等。
（1）反应机理
该反应在医药、香料、助剂等工业上被广 泛应用。 对羟基苯甲酸是重要的精细化工产品中间 体，其酯可用作防腐剂。
二、活泼亚甲基化合物的 碳酰基化
具有活泼亚甲基的化合物（如乙酰乙酸乙 酯、丙二酸酯、氰基乙酸酯等）可与酰基 化试剂进行碳酰基化反应，由此可制备1， 3-二酮或 β 3β–酮酸酯类化合物。
在强碱存在下，活泼亚甲基上的氢容易被 酰基取代，生成碳酰化产物。其反应历程 类似与活泼亚甲基化合物的碳烷基化反应。
酰化剂可以是各种酰氯、酸酐、 氯化氰、氯甲酸乙酯等。 用该方法制备1，3-二酮的特点是 副反应少，反应中不需要加其它 催化剂，因而可避免碱催化下可 能发生的醛或酮的自身缩合反应。
不对称酮与胺反应优先形成取代基较少的 烯胺，在进行β –碳酰基反应时，主要产物 是在不对称酮取代基较少的α –碳上引入酰 基的化合物。
二元酸酐可制备芳酰脂肪酸，该 酸经锌汞齐—盐酸还原可得芳基 长链羧酸，接着进行分子内酰化 即得环酮。
羧酸可以直接用作酰化剂，但不 宜用三氯化铝作催化剂，一般用 硫酸、磷酸，最好是氟化氢。 酯也可以用作酰化剂，但用得较 少。
B． 被酰化物的结构
取代芳环的酰基化反应定位按下列规律进 行：当芳环上具有邻、对位定位基时，酰 基主要进入原有取代基的对位，若对位被 占据，则进入邻位。
与烷基化反应不同的是酰基化反应在进行 一元取代后，就可以停止下来（烷基化反 应很容易生成多元取代物）。所以， Friedel—Crafts反应合成芳酮比合成芳烃 Friedel Crafts 更为有利，产品易纯化。 多π电子的杂环,如呋喃、噻吩、吡咯等， 容易进行酰基化反应：缺π电子的杂环`， 如吡啶、嘧啶等，则很难进行酰化反应。
Vilsmeier反应最常用的催化剂是POCl3 其它如 CoCl2、ZnCl2、SOCl２、Ac2O、 (COCl)2等也可用作催化剂。氮取代甲酰 胺可以是单取代或双取代烷基衍生物、其 烃基衍生物、N－甲基甲酰基苯胺、N－甲 酰基哌啶等。
(3)Reimer---Tiemann反应
酚与氯仿及碱液反应生成芳醛的反应称作 Reimer---Tiemann反应。该反应首先是 氯仿与碱在加热时发生消除反应得二氯碳 烯（二氯卡宾），其化学性质活泼，可作 为亲电试剂进攻酚负离子，后经脱质子， 水解得芳醛。
为了避免使用剧烈毒性的氢氰酸，改用无 水氰化锌[Zn(CN)2]和氯化氢来代替氢氰 酸和氯化氢，这样可在反应中慢慢释放氢 氰酸，使反应更为顺利。该反应可用于烷 基苯、酚、酚醚及某些杂环如吡咯、吲哚 等的甲酰化。对于烷基苯，要求反应条件 较剧烈，譬如需要过量的三氯化铝来催化 反应。对于多元酚或多甲基酚，反应条件 可温和些，甚至有时可以不用催化剂。
Friedel—Crafts酰化反应历程主要是催化 剂与酰化剂首先作用，生成酰基正离子活 性中间体，进攻芳环上电子云密度较大的 碳，取代该碳上的氢，生成芳酮。
（2）影响反应的因素
A． 酰化剂 在酰化剂中酰卤和酸酐是最 常用的酰化剂。各种酰化剂的反应活性顺 序是：
在酰卤中以酰氯和酰溴用得较多。脂肪酰 卤中烃基的结构对反应影响较大，
C．催化剂和溶剂
酰基化反应用催化剂的选择常根据反应条 件来确定。当酰化剂为酰氯和酸酐时，常 以Lewis酸如三氯化铝、三氟化硼、四氯 化锡、二氯化锌为催化剂；若酰化剂为羧 酸，则多选用硫酸、液体氟化氢及多聚磷 酸等为催化剂。
溶剂的选择十分重要，它不仅可以影响反 应的收率，而且影响酰基引入的位置。
以氮取代的甲酰胺为甲酰化剂，在三氯氧 磷作用下，在芳环或芳杂环上引入甲酰基 的反应，称作Vilsmeier反应。
反应机理一般认为是甲酰胺先与三氯氧磷 生成加成物，然后进一步离解为具有碳正 离子的活性中间体，再对芳环进行亲电取 代反应，生成α－氯胺后很快水解成醛。 α
Vilsmeier反应是在N，N－二烷基苯胺、 酚类、酚醚及多环芳烃等较活泼的芳香族 化合物的芳环上引入甲酰基的最常用的方 法。对某些多π 电子的芳环如呋喃、噻吩、 π 吡咯及吲哚等化合物环上的甲酰化，用该 方法也能得到较好的收率。
4．
Kolbe——Schmitt反应
Kolbe——Schmitt反应是直接在酚类化 合物的环上引入羧基的较实用的方法。该 反应是用干燥的酚盐与二氧化碳在高温高 压条件下进行的，主要产物为邻羟基苯甲 酸（水杨酸）。
碱的存在与反应温度的高低对羧基引入的位置有 决定性的作用.如把钠盐换成甲盐,反应温度提高 到200~250 ,酚和二氧化碳进行羧化反应时,羧 基主要进入酚羟基的对位,生成对羟基苯甲酸. 一般来讲,当芳环上带有烷基、甲氧基、氨基及 羟基等推电子基团时，反应容易进行，所需温度 和压力也较低，产率也高；反之，当有拉电子基 如硝基、氰基和羧基等基团存在时，反应速度减 慢，即使升高温度和压力，产率也较低；磺酸基 的存在使反应不能进行。
该反应的主要应用在于制得的2- 酰基 环酮在碱作用下开环，得到长链的酮 酸，然后经黄鸣龙还原可得饱和的长 链羧酸，后者用金属氢化物还原后得 直链高碳醇。
例如，三十烷醇的制备一方法之一是 用1-吗啉-1-环己烯与二十四烷酰氯 反应，先得2-二十四烷酰基环己酮； 然后用氢氧化钾溶液处理开环，得到 7-氧代三十烷酸，后者经两步还原， 即得三十烷醇。
反应所用催化剂除以AlCl3作主催化剂，还 要加辅助催化剂如CuCl、NiCl2、CoCl2、 TiCl4等。反应一般在常压下进行，产率在 30~50%之间，若在加压［以 30~50% 3.5Mpa(35大气压)左右为宜］下进行， 产率可提高到80~90%。温度一般以 25~30℃为宜。
(2) Vilsmeier反应
二酮酸酯可在以条件下选择性地分解，得 到新的 β–酮酸酯或1，3-二酮衍生物。例 如β ，β -二酮酸酯在水溶液中加热回流。 可选择性地去掉乙氧羰基，得1，3-二酮 1 3衍生物。若在氯化铵水溶液中反应，则可 使含碳少的酰基（通常为乙酰基）被选择 性地分解除去，得到另一种新的 β–酮酸酯。
β-酮酸酯的另一种制备方法是由丙二 酸二乙酯的碳酰化产物经酸催化裂解 （或在沸水中裂解）而得。
B为碱性催化剂，常用的有醇钠、氨基钠、 氢化钠等。还可以用镁在乙醇中（加少量 四氯化碳作活化剂）与活泼亚甲基化合物 反应，生成乙氧基镁盐。它在苯、乙醚等 溶剂中有较好的溶解度，并能顺利地与酰 化剂反应。 溶剂可以是醚、二甲基亚砜、四氢呋喃、 N，N-二甲基甲酰胺等。 酰氯是常用的酰化剂，有时酸酐和酯也可 以用作酰化剂。
反应中酚的阴离子是必要的中间体，因此， 酚类不发生此类反应。该反应主要用于酚 类和某些杂环类化合物如eimer---Tiemann反应具有原料易得、 操作方便、未作用的酚可以回收等优点。 可是往往收率不高，但对于某些中间体的 合成任很有用。
该反应一般适用于间苯二酚、间苯三酚和 酚醚，以及某些杂环如吡咯等制备相应的 酰化产物。腈化物（RCN）中可以是芳基、 烷基、卤代烃基，其中以卤代烃基腈活性 最强，可用于烷基苯、卤苯等酰化物的制 备。芳腈的反应性低于脂肪腈。
3．
芳环上的甲酰基化反应
（1） Gattermann反应 Gattermann发现可以用两种方法在芳环 上引入甲酰基。 一种方法是氰化氢法，即以氢氰酸和氯化 氢为酰化剂，氯化锌或三氯化铝为催化剂， 使芳环上引入一个甲酰基。
碳酰化的丙二酸二乙酯经酸催化裂解反应， 可以得到用其它方法不易合成的酮，在该裂 解反应中可同时脱去二个乙氧羰基。例如：
三、烯胺酰基化
醛或酮与仲胺形成的烯胺，其β–位碳原子 具有强亲核性，它不仅能与烷基化试剂发 生酰基化反应，而且能与酰化剂如酰卤进 行酰基化反应。这是在醛酮的α –碳上间接 α 引入酰基，得到1，3-二羰基化合物的有 效方法。
合成过程如下：
另一种方法是用一氧化碳和氯化氢在催化 剂三氯化铝、氯化亚酮存在下，与芳环反 应，使芳环上引入一甲酰基。此法被称作 一氧化碳法，或称Cattermann---Koch 反应。
该反应主要用于烷基苯、烷基联苯等具推 电子基取代的芳甲醛的合成。胺基取代苯， 基化学性质太活泼，易在该反应条件下与 生成的芳醛缩合成三芳基甲烷衍生物[63]。 单取代的烷基苯在进行甲酰化时，几乎全 部生成对位产物。该法不适用于酚及酚醚 的甲酰化。
(4)其它反应
在芳环上引入甲酰基除了上述几种反应外， 还可有下列两种反应。 其一是在TiCl4存在下，芳烃可和二氯甲基 甲醚缩合，继而水解生成芳醛，该反应为 Rieche反应。二氯甲基甲醚可由甲酸酯和 五氯化磷反应制得。
Rieche反应可用于酚、酚醚、芳杂环化合物 等的芳环上引入甲酰基。
另一种反应为Duff反应的过程为：活泼的 芳香族化合物如酚与六亚甲基四胺反应， 生成亚胺中间体，随后水解得醛。若用三 氟乙酸（F3CCOOH F CCOOH）催化反应，则较不 活泼的烷基芳烃如甲苯也能顺利地进行甲 酰化，甲酰基优先进入芳环上原有烷基取 代基的对位，邻位产物很少。
2．
Hoesch反应
腈类化合物与氯化氢在Lewis酸氯化锌催化下， 与含羟基或烷氧基的芳烃进行反应，可生成相应 的酮亚胺，再经水解得含羟基或烷氧基的芳香酮， 此反应被称为Hoesch 反应。该反应以腈为酰基 化试剂，间接地在芳环上引入酰基，是合成酚或 酚醚类芳酮的一个重要方法。 反应可看成是酰基化反应的特殊形式。反应历程 是腈类化物首先与氯化氢结合，在无水氯化锌的 催化下，形成具有碳正离子活性的中间体，向苯 核作亲电进攻，经σ—络合物转化酮酰胺，再经 水解得芳酮。