有机合成化学反应之醛酮的合成.docx

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有机合成化学反应之醛酮的合成

有机合成化学反应之

醛酮的经典合成

1．前言

醛和酮是一类重要的有机化合物，其合成在有机合成中占有非常重要的地位。

醛和酮的合成方法繁多，新合成途径也层出不穷。

本部分主要以官能团的转换为主线，依次讨论了由醇、卤化物，甲基、亚甲基、羧酸及其衍生物、烯烃、炔烃、醚及环氧化合物、胺、硝基化合物等转换为醛酮的一些非常实用的方法，一些少用或罕见的反应并没有收录进去。

2．由醇合成醛酮

由醇合成醛酮是有机合成中的一类非常重要的反应。

由伯醇的氧化可以得到醛。

由于醛处于醇与羧酸的中间氧化状态，就必须选择适当的氧化剂加以控制，不致氧化过度而生成羧酸。

由仲醇的氧化可以得到酮。

但仲醇过度氧化可以导致分子开裂。

由叔醇的氧化开裂、转位等反应也能合成酮，但实用范围不大。

由此可见，要讨论由醇的氧化就必须从所使用氧化剂氧化性的强弱、醇分子的结构以及反应条件等多个方面入手。

本部分由讨论最常用的铬（VI）氧化剂开始，依次讨论了活性MnO2，DMSO试剂，氧铵盐，高价碘化物等氧化剂在醇氧化合成醛酮反应中的应用。

2.1铬（VI）试剂

常用的铬（VI）试剂主要有三氧化铬（CrO3）、重铬酸、铬酸酯[CrO2（OCOR）2]、铬酰氯（CrO2Cl2）等。

为了控制醇不被过度氧化，化学家已经开发了种种氧化方法，最常用的方法有Jones氧化法（Cr2O3/H2SO4/acetone）、Collins氧化法（Cr2O3·2Py）、PCC（PyrindiumChlorochromate）及PDC（PyrindiumDichromate）氧化法等。

2.1.1Jones氧化（Cr2O3/H2SO4/acetone）

Jones试剂通常可以将伯醇氧化成酸，把仲醇氧化成酮

2.1.1.1（Cr2O3/H2SO4/acetone）合成方法示例

A1-L,round-bottomedflaskequippedwithamagneticstirringbarandpressure-equalizingdroppingfunnelischargedwithethyl3-hydroxy-4-pentenoateand400mLofacetone.ThemixtureiscooledinanicebathandJonesreagent（175mL）isaddeddropwiseviathedroppingfunnel（additiontimeisapproximately30–40min）.WhenadditionoftheJonesreagentiscomplete,thereactionmixtureisallowedtowarmslowlytoroomtemperatureandisstirredovernight（10–20hr）.Methanol（20mL）isaddedtoquenchexcessJonesreagentandthereactionmixtureispouredintoa2-Lseparatoryfunnelcontainingdiethylether（800mL）.Afterthoroughmixing,thelayersareseparatedandtheaqueouslayerisextractedwithdiethylether（three200-mLportions）.Thecombinedorganiclayersarewashedwithbrine（two200-mLportions）,driedoverMgSO4,filtered,andthesolventisremovedbysimpledistillation.FinalpurificationisaccomplishedbyKugelrohrdistillationat0.60mm（oventemp45°C）witha250-mLreceivingbulbcooledto−78°Cusingadryice/isopropylalcoholcoldbath.Thepurifiedproduct（14.9g,52%）canbestoredat−20°Cforseveralmonthswithoutdecomposition.

Notes：

Jonesreagentispreparedbydissolvingchromiumoxide（CrO3）（23.5g）incon.sulfuricacid（21mL）withcoolingandthendilutingwithdistilledwatertogiveatotalvolumeof175mL.

Reference:

OrganicSyntheses,Coll.Vol.9,p.432;Vol.71,p.236

2.1.2Collins氧化（Cr2O3·2Py）

Collins氧化法是利用CrO3-pyridine配合物将伯醇和仲醇依次氧化成醛（和/或酸）和酮的方法。

（G.I.Poos,G.E.Arth,R.E.Beyler,L.H.Sarett,J.Am.Chem.Soc.75,422（1953）.）

Collins氧化法是在Sarett氧化法（以吡啶为溶剂）基础上的改进，以二氯甲烷为溶剂氧化伯醇为醛（J.C.Collins,TetrahedronLetters1968,3363;J.C.Collins,W.W.Hess,Org.Syn.52,5（1972）;R.W.Ratcliffe,ibid.55,84（1976）.）.

2.1.2.1Dipyridinechromium（VI）oxide的制备方法

Adry,1-l.,three-neckedflaskfittedwithasealedmechanicalstirrer,athermometer,andadryingtube,ischargedwith500ml.ofanhydrouspyridine,whichisstirredandcooledtoapproximately15°Cwithanicebath.Thedryingtubeisperiodicallyremovedand68g.（0.68mole）ofanhydrouschromium（VI）oxideisaddedinportionsthroughtheneckoftheflaskovera30-minuteperiod.Thechromiumtrioxideshouldbeaddedatsucharatethatthetemperaturedoesnotexceed20°Candinsuchamannerthattheoxidemixesrapidlywiththepyridineanddoesnotadheretothesideoftheflask.Asthechromiumtrioxideisadded,anintenselyyellow,flocculentprecipitateseparatesfromthepyridineandtheviscosityofthemixtureincreases.Whentheadditioniscomplete,themixtureisallowedtowarmslowlytoroomtemperaturewithstirring.Withinonehourtheviscosityofthemixturedecreasesandtheinitiallyyellowproductchangestoadeepred,macrocrystallineformthatsettlestothebottomoftheflaskwhenstirringisdiscontinued.Thesupernatantpyridineisdecantedfromthecomplexandthecrystalsarewashedseveraltimesbydecantationwith250-ml.portionsofanhydrouspetroleumether.Theproductiscollectedbyfiltrationonasinteredglassfunnelandwashedwithanhydrouspetroleumether,avoidingcontactwiththeatmosphereasmuchaspossible.Thecomplexisdriedat10mm.untilitisfree-flowing,leaving150–160g.（85–91%）ofdipyridinechromium（VI）oxideasredcrystals.Theproductisextremelyhygroscopic;contactwithmoistureconvertsitrapidlytotheyellowdipyridiniumdichromate.Itisstoredat0°inabrownbottle.

Reference:

OrganicSyntheses,Coll.Vol.6,p.644;Vol.52,p.5

2.1.2.2Collins氧化标准操作

Asufficientquantityofa5%solutionofdipyridinechromium（VI）oxideinanhydrousdichloromethaneispreparedtoprovideasixfoldmolarratioofcomplextoalcohol,anexcessusuallyrequiredforcompleteoxidationtothealdehyde.Thefreshlyprepared,purecomplexdissolvescompletelyindichloromethaneat25°Cat5%concentration,givingadeepredsolution,butsolutionsusuallycontainsmallamountsofbrown,insolublematerialwhenpreparedfromcrudecomplex.Thealcohol,eitherpureorasasolutioninanhydrousdichloromethane,isaddedtotheredsolutioninoneportionwithstirringatroomtemperatureorlower.Theoxidationofunhinderedprimary（andsecondary）alcoholsproceedstocompletionwithin5to15minutesat25°Cwithdepositionofbrownish-black,polymeric,reducedchromium–pyridineproducts.Whendepositionofreducedchromiumcompoundsiscomplete（monitoringthereactionbyGCorTLCishelpful）,thesupernatantliquidisdecantedfromthe（usuallytarry）precipitate,whichisrinsedthoroughlywithdichloromethane.

Thecombineddichloromethanesolutionsmaybewashedwithdilutehydrochloricacid,sodiumhydrogencarbonatesolution,andwater,orfiltereddirectlythroughafilteraid,orpassedthroughachromatographiccolumntoremovetracesofpyridineandchromiumsalts.Theproductisobtainedbyremovalofdichloromethane;anypyridinethatremainscanoftenberemovedunderreducedpressure.

2.1.3PCC（PyrindiumChlorochromate）氧化

PCC易于合成和保存，操作简单，是将伯醇和仲醇氧化成醛和酮的应用最广的氧化方法。

PCC中所用的碱除吡啶外，也可以是其它碱，且随着碱性部分碱性的增强，氧化的选择性也提高。

其中，DMAP·HCrO3Cl为适用于烯丙醇类及苄醇类的选择性氧化试剂。

PCC的氧化以均相反应为主，但有的方法是将催化剂吸附于硅胶、氧化铝等无机载体或离子交换树脂等有机高分子载体上，对醇作非均相催化氧化。

后处理简单并可控制反应的选择性。

2.1.3.1PCC氧化合成方法示例:

Preparationof1,2:

4,5-Di-O-isopropylidene-D-erythro-2,3-hexodiulo-2,6-pyranose

A500-mL,round-bottomedflaskequippedwitha4.5-cm,egg-shapedTeflon-coatedmagneticstirbarischargedwith130mLofCH2Cl2,thealcoholpreparedinStepA（10.4g,40.0mmol）,and15goffreshlypowdered3Åmolecularsieves.Pyridiniumchlorochromate（21.5g,100mmol）isaddedportionwiseover10minandtheresultingmixtureisstirredatroomtemperaturefor15hr.Ether（200mL）isaddedslowlywithvigorousstirringandthesolutionisfilteredundervacuumthroughapadof35gofCelite.ThesolidsremaininginthereactionflaskaretransferredtotheCelitepadbyscrapingwithaspatulaandwashingwiththree50-mLportionsofether.Theresultingcloudybrownfiltrateisconcentratedbyrotaryevaporationatroomtemperaturetogiveabrownsolid.Tothissolidisadded25mLof1:

1ether:

hexaneandthesolidsarescrapedwithaspatula.Themixtureisthenpouredonto60gofWhatman60Å（230-400mesh）silicagelpackedina4-cmdiameterchromatographycolumnandtheliquidisadsorbedontothesilicagelbygravity.Thematerialremainingintheflaskisfurtherwashedwith1:

1ether:

hexaneandtransferredontothesilicagel;thisprocessisrepeateduntilallthematerialhasbeenloadedontothesilicagel.Theketoneiselutedusing500mLof1:

1ether:

hexaneandtheeluentisconcentratedbyrotaryevaporationtoaffordthecrudeketoneasawhitesolid.Thismaterialisdissolvedin40-45mLofboilinghexane.Uponcoolingthesolutiontoroomtemperature,theketonebeginstocrystallize.Theflaskisthencooledto−25°Cfor2hr.Theresultingsolidsarecollectedbyfiltration,washedwiththree25-mLportionsofcold（−25°C）hexane,anddriedtoafford8.84-9.08g,（86-88%）oftheketoneasawhitesolid.

Notes：

PCCispreparedbyadditionofpyridinetoasolutionofchromiumtrioxide（CrO3）inaqueousHClandcrystallization.

Reference:

OrganicSyntheses,Vol.80,p.1

PCC的合成方法

100gofChromiumtrioxide（CrO3）wasdissolvedin100mlofwaterand80.6mlofpyridinewasadded（keepthetemperatureunder30oC）,followedby400mlofacetone.Reactionmixturewascooledto-20oCandyellowcrystallwascollectedandwashedwithacetoneanddriedtogive127.2gofPCC.Yield:

68%.

2.1.4PDC（PyrindiumDichromate）氧化

PDC的氧化能力较PCC强，其氧化作用一般在中性条件下进行，而PCC则需在酸性中进行。

因此，对酸不稳定的化合物用PCC氧化时，必须在醋酸钠存在下进行。

PDC的氧化一般在二氯甲烷中进行，如在DMF中进行时，氧化性增强，能将伯醇最终氧化成酸。

PDC的氧化操作基本和PCC相同，这里不再举例说明。

2.2用活性MnO2氧化

活性MnO2广泛用于氧化α,β-不饱和基团（三键，双键、芳香环）的醇，可选择性氧化烯丙式醇，条件温和，不会引起双键的异构化MnO2的活性及溶剂的选择对反应至关重要，常用的溶剂有二氯甲烷、乙醚、石油醚、己烷、丙酮等。

2.2.1用活性MnO2氧化示例一:

A500-mL,round-bottomedflask,equippedwithaTeflon-coatedmagneticstirringbar,ischargedwiththe11.2gofallylicalcoholand300mLofdichloromethane,andtheresultingvigorouslystirredsolutionistreatedwith33gofactivemanganesedioxide（380mmol）.Additional2–5glotsoftheoxidantareaddedevery2–3hruntilthereactioniscomplete.Thereactionmixtureisvacuum-filteredthroughapadofdiatomaceousearth,andthepadiswashedwith200mLofdichloromethane.Theresultingclearfiltrateisconcentratedcarefullyusingarotaryevaporator,andtheresidualoilispurifiedbybulb-to-bulbdistillationat0.3mm（pottemperature100°C）affording8.43–8.71g（87–90%）ofenoneasapaleyellowoilthatsolidifieswhencooledbelow15°C.Crystallizationofthecrudeproductfrompentaneat−70°Cgives（4S）-（−）-tert-butyldimethylsiloxy-2-cyclopenten-1-oneascolorlessneedleshavingmp32–33°C,[α]D23−65.1°（CH3OH,c0.94）.

Reference:

OrganicSyntheses,Coll.Vol.9,p.136;Vol.73,p.44

2.2.2用活性MnO2氧化示例二:

A100-mL,one-necked,round-bottomedflaskisfittedwithanefficientrefluxcondenserandarrangedfor