高等有机化工工艺学 8 酮

1、第八章 酮,氧化反应 还原反应 烃化反应 1,4-加成反应 芳香族化合物及烯、炔化合物的酰化反应 有机金属化合物的酰化及羰化反应 活性甲基、亚甲基化合物的酰化反应 水化及水解反应 重排反应,第一节 氧化反应,仲醇的氧化反应是合成酮的重要方法， 仲醇的氧化可采用多种氧化剂或催化脱氢。化学氧化法虽是沿用己久的经典方法，但是具有良好选择性能的氧化刑仍不断涌现，而催化脱氢具有经济、简便的特点，适用于工业生产。 与醛的合成类似，1，2二酵的裂解氧化及烯烃的臭氧化，可用于酮的合成。 烯烃和炔烃的硼氢化氧化是由烯、炔合成相同破原子阂的有效方法。 取代芳轻的亚甲基氧化是合成脂肪芳香混合团的有效方法。与此类似，丙烯亚甲基氧化可以合成不饱和酮。酮的亚甲基氧化及炔烃的氧化均是二酮的重要合成方法。 烯烃的催化氧化是合成相同碳原子酮的新方法。 硝基烷及卤代烷均为易得原料，它们可被多种氧化剂氧化成酮。,一、仲醇的氧化,1、金属氧化,重铬酸钠(或钾)的稀硫酸溶液，三氧化铬的硫酸水镕液丙酮体系(Jones试剂、Collin试剂)、氯铬酸吡啶盐(PCC)、重铬酸吡啶盐(PDC)等,81%,89%,93%,85%,2、

2、氧气作氧化剂 氧气或空气是最理想的洁净氧化剂，它符合绿色化学的要求。在Cu、Pd等过渡金后配合物或盐催化下，氧气甚至空气可以把仲醇高产率地氧化成酮，且可以 在水相中进行，,98%,3、 卤素作氧化剂 卤素及卤素氧化物都是仲醇的良好氧化剂，一船可以在伯醇存在下选择性氧化仲醇。这类氧化剂在底物没有碳碳不饱和馒存在时，可用于大量制备，后处理十分方便。,4、高碘化合物作氧化剂（Dess-Martin Periodinane氧化）,90%,5、二甲基亚砜作氧化剂 二甲基亚砜(DMSO)可被二环己基碳化二亚胺( DCC)、乙酸酐、三氟乙酸酐(TFAA)、草酰氯、三氧化l硫、P205等活化，在温和的条件下把伯醇或仲醇氧化成醛或酮，这类氧化剂特别适合于甾族化合物、生物碱及碳水化合物等许多敏感化合物的氧化。,6、仲醇被酮氯化(Oppenauer氧化),OppenaMer氧化可用于醛及酮的合成，但对后者更为重要。常用的醇铝为叔丁酵铝、异丙醉铝等。而丙酮、丁酮、环己酮可作为氢的接受体。 上述反应是一个平衡反应，通常采用过量的酮，使反应有利于产物的生成为了减少醛的缩合副反应，可用惰性稀释剂如苯、甲苯等。由于反

3、应条件温和，广泛用于甾酮的合成。 在反应中，-不饱和醇可氧化成相应的酮，不饱和醇可重排成 ，-不饱和酮。,85%,7、仲醇的催化脱氢,仲醇的催化脱氢可用于制备酮。在催化氢化中使用的许多催化剂可用于醇的催化脱氢，如铜、镍、锌、钡的盐、活性镍、酷酸钯、氯化钌等催化剂。常用环已烯、乙烯、环己酮、丙酮等作氢的接受体l。 在活性镍催化下，3胆甾醇与环已固在甲苯中回流，以80产率生成了3胆 甾酮。,二、1，2二醇的氧化,三、烯烃的臭氧化及类似的氧化,四、烯、炔的硼氢化-氧化(Brown反应),五、亚甲基氧化,1、取代芳烃的亚甲基氧化,取代芳烃的亚甲基可被多种试剂氧化成酮。高锰酸钾、重铬酸钾、过氧化叔丁醇等都是有效的氧化剂。 催化下的空气氧化虽然转化率不高，但具有简便、经济的特点，适用于工业生产，三氧化铬是常用的催化剂。此外，电化学氧化法也可以把芳烃的亚甲基氧化成酮。,在五氟苯硒酸催化下，下列化合物被叔丁基过氧化氢定量地氧化成酮,在三氧化铬存在下，对乙基苯甲酸甲酯被空气氧化成对乙酰基苯甲酸甲酯,在含有Ce(皿)Ce(1V)和硫酸的PbPbO2电解池中，乙苯被氧化成苯乙酮 产率达93。,2、丙烯的亚甲

4、基氧化,丙烯的亚甲基亦可被氧化成不饱和酮。常用的氧化剂有铬试剂如三氧化铬乙酸、三氧化铬吡啶、PCC、PDC、高碘酸钠、催化量的铬试剂或高锰酸钾叔丁醇也可以氧化烯丙位亚甲基，反应具有良好的区域选择性。,室温下，胆固醇乙酸酯用PDCBuOOH氧化，仅7-亚甲基被选择氧化,冰片烯在乙酐、吡啶和DMF中，被氧化成冰片烯酮，产率达97%,3、酮的亚甲基氧化,酮的亚甲基氧化是-二酮的重要合成方法。常用的氧化剂是二氧化硒的二氧杂环己烷、乙酸、乙酸酐、水或乙醇溶液。 在水或醇中，二氧化硒被转化为亚硒酸或亚硒酸二烷基酯。此外，硝酸铊亦是有效试剂。,六、烯烃的氧化(wacker反应)和炔烃的氧化,是一步法合成酮的重要方法，常用试剂为PdCl2/CuCl2催化下用氧气氧化，其他催化体系有PdCl2/CuCl， PdCl2/Cu(NO3) ，PdCl2/Cu(OAC)2，Pd/Pd(OAC)2等。 端烯基化合物氧化产物为甲基酮。在内烯键的存在下可以选择氧化端烯。,烯烃除可进行wacker反应生成羰基化合物外，还可以被氧化生成-二酮。,1、烯烃的氧化- wacker反应,2、炔烃的氧化,双取代炔烃可被多种氮化剂

5、氧化，成为合成。二酮的新方法。常用的氧化剂有二氧化硒、四氧化钌(只需催化量的四氧化钌作氧的供体，并用次氯酸钠或过碘酸钠使它再生），DMSO, 臭氧等。,七、硝基烷和卤代烃的氧化 1、硝基烷的氧化,硝基烷氧化生成碳基化合物的反应是一种合成酮的实用方法。硝基烷首先与碱(如醇钠或氢氧化钠)作用生成氮酸盐，继而在酸存在下，发生分子内氧化还原反应生成酮。 下列硝基化合物先用氢氧化钠的甲醇溶液处理，再酸化，以95的产率得到相应的酮。,95%,氮酸盐也可用三氯化钛的乙酸铵缓冲溶液分解，反应条件温和。,硝基烷亦可直接用亚硝酸丙酯及亚硝酸钠在二甲亚砜中氧化成酮。此法反应条件温和产率较高。 2硝基辛烷与 亚硝酸丙酯及亚硝酸酯在DMSO中反应，生成2辛酮。,2、卤代烷的氧化,仲卤代烷氧化可生成酮。常用的氧化剂是二甲亚砜。本合成方法特别适用于-卤代酮， -卤代酯及-卤代酸氧化，对某些仲卤代烷亦得良好结果。若在四氟硼化银催化下，用二甲亚砜氧化仲卤代烷，可以良好产宰生成酮。,除二甲基亚砜外，用硝酸银作氧化剂亦得良好产率的酮。,70%,第二节 还原反应,一、, -不饱和酮的选择还原,催化氢化是,不饱和酮选择性还原最

6、常用的方法。由于碳碳双键比碳基易于还原，因此，选择适当活性的催化剂和较低的反应温度，即可实现碳碳双键的优先还原。常用的催化剂有镍、钯、钌、铑等等，采用络合催化剂可使反应在均相中进行。近年来出现了一些价格便宜、选择性好、效率高的新催化剂，如铜三氧化铝，钯的胺基巯基络合物，双核钯-膦络合物、胶态钯等。除氢气作为氢供给体外，用醇，甲酸铵也可作为氢供给体。 二烯酮化合物 在胶态钯催化下，室温常压加氢几乎以定量产率选择还原成酮。,除催化氢化外，许多常用的氢负离子转移试剂(如Ph3SnH、R3SiH等)、可溶性金屑还原剂(如LiNH3、NaHMPT、 MgMeOH等)都是, -不饱和酮选择性还原的良好试剂。,二、酚醚及芳胺的还原 （略）,三、硝基乙烯化合物的还原,硝基乙烯化合物可还原水解成酮。常用的还原剂有锌乙酸、铁三氯化铁盐酸：锌三氟乙酸、二碘化锡等。硝基乙烯化合物可由相加的烯烃硝化而制得，因此，本法提供了由烯合成酮的另一条路线,第三节 通过烃化反应合成酮（略） 第四节 通过加成反应合成酮（略）,第五节 芳香族化合物及烯、炔类化合物的酰化反应,一、芳香族化合物的酰化(FriedelCrafts反

7、应),本法应用极广，特别适用于芳基酮的合成。常用的催化剂为Lewis酸，如三氯化铝、三氯化硼、五氯化锑、四氯化锡、二氯化锌，其活性次序为： AlCl3BF3SbCl5SnCl4ZnCl2。如-四氢萘酮的合成：,二、腈对酚和苯胺的酰化,在Lewis波及质子酸共同存在下，酚和苯胺可用腈进行酰化。反应可能是先先转化成氯化亚胺(RCN十HCl = RC(CI)NH)，继而对酚进行亲电进攻，最后水解成酮。 在乙醚中，氯化锌氯化氢存在下，间苯三酚与乙腈反应，生成的橙黄色沉淀，经水解得85产率的2，4，6三羟基苯乙酮。,86%,四、酚酯和芳酰胺的重排,酚酮可在三氯化铝存在下由酚与酰氯反应制得。但是，为了避免由于酚铝的形成而引起的复杂性，更方便的方法是先制得相应的酚酯，继而在Lewis酸催化下重排生成酚酮。常用的催化剂有三氯化铝、四氯化锡、四氯化钛、二氯化锌、三氟化硼以及氟化氢、多聚磷酸等。,采用较高的反应温度和过量的催化剂，均可提高邻位异构体的产率。 芳环上的供电子取代基使反应活化，吸电子取代基则使反应钝化。,芳胺的酰化衍生物也可在Lewis酸的存在下发生类似的Fries重排反应。,五、烯、炔化合物

8、的酰化,在Lewis酸或质子酸催化下，烯烃能与酰卤、酸酐等发生酰化反应，这是制备多种不饱和酮的重要方法。由于烯烃易发生聚合等副反应，因而只能生成中等产率的产物。常用的催化剂有三氯化铝、二氮化锌及四氯化锡，其中以四氯化锡最优。若用酰氯为酰化剂，反应中间体-氯代酮有时可以分离出，用碱(如碳酸钠或N，N二甲基苯胺等)处理生成烯酮。,第六节 有机金属化合物的酰化及羰化反应,一、有机金属化合物与酰卤反应,利用格氏试剂与酰卤反应合成酮的方法，在实用上受到一定的限制。因为生成的酮能进一步与格氏试剂反应，生成副产物叔醇。但是，在氯化亚铜催化下或用四氢呋喃代替乙醚溶剂，格氏试剂与酰卤在低温下反应，可以得到高产率的酮。 在一78将溴化己基镁慢慢加入乙酰氯的四氢呋喃溶液中反应，以93的产率生成辛2酮。,格氏试剂还可以在催化量的二氯化锰和氯化锂存在下，直接与酰氯反应合成酮 将氯化庚基镁加入戊酰氯的四氢呋喃溶液中，在0一10反应40min，以87产率生成十二烷5酮。,二、有机金属化合物与腈反应,腈与格氏试剂反应是合成酮最简便的方法之一，因为格氏试剂不与中间体酮亚胺加成，副反应较少。 一般而言，分子量较大的脂肪族

9、腈及芳腈反应时产率较好。分子量较小的脂肪族腈与卤化烷基镁反应生成的酮亚胺可发生多种副反应，因此，酮的产串不高。但与卤化芳基镁反应尚能以良好产率生成烷基芳基酮。,68%,在Lewis酸催化下，磷叶立德与芳腈反应可生成芳酮。,三、有机金属化合物与酯反应,格氏试剂与酯的反应是合成叔醇的重要方法，但对于高支链的烷基或具看双邻位取代的苯基有机镁试剂与酯反应，可停留在酮阶段，在过量的三乙胺存在下，甲基格氏试剂亦可与酯反应生成酮。,四、有机金属化合物与酰胺反应,氮上末取代的酰胺因其离去基团的离去能力较差，一般难以与有机金属试剂反应生成酮。若氨基是易离去的基团，则与有机金属试剂在温和的条件下反应，以良好的产率生成酮。,溴化苯基镁与N-(3-氯苯甲酰)咪唑反应，以94的产率生成了3-氯二苯甲酮。,N-甲氧基-N-甲基酰胺很容易由酰氯、酰基咪唑或羧酸酐与N-甲氧基-N-甲基氯化铵反应得到。 它可与有机金属试剂反应先生成稳定的四面体中间体，即使是在有机金属试剂过量的情况下，也不会进一步加成生成叔醇。,五、有机金属化合物与酸酐反应,反应要在低温下（-78 C)进行，收率较高。,六、烃基硼烷与一氧化碳反应,在少量水存在下，三经基硼烷可用一氧化碳进行碳基化反应，继而用碱性过氧化氢氧化，获得高产率的对称酮(80一90)。三烃基硼烷首先对一氧化碳进行亲核进攻，继而与硼原于相联的两个烃基依次发生亲核重排生成三员环中间体，然后在水存在下开环，氧化后得对称酮。,三烃基硼烷易由烯烃通过硼氢化反应制得，因此，本法可看成是由烯烃与一氧化碳合成酮的简便方法。,环戊烯的二缩乙二醇二甲醚溶液与乙硼烷的四氢呋喃溶液在室温下反应生成三环戊基硼烷。在加入少量水后，于100通入一氧化碳，反应完成后，用碱性过氧化氢氧化，即以90产率生成二环戊基酮。,1,1,2-三甲基丙基硼烷可与两种不同的烯经分别进行硼氢化反应，生成混合取代的三烃基硼烷。利用此种硼烷进行上述反应时， 1,1,2-三甲基丙基硼烷 具有不易重排的特点，从而提供了由两种烯烃合成不对称酮的重要方。若烯烃中带有其他多种官能团如卤素、氰基、酯基等均不受影响。,利用类似的碳基化氧化反应

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