总的来说,我们可以利用溴代酰卤与锌反应来制备烯酮。至于溴代酰卤的制备,就是一个著名的人名反应- Hell–Volhard–Zelinsky反应,其反应机理如图所示,这里就不多介绍了。
图 3
除了上述方法,还有其他几种制备烯酮的途径。例如,酰卤可以在碱的作用下通过消除卤化氢来制备烯酮,如图4所示。
图 4
此外,α-重氮羰基化合物经过Wolff重排也是一种常用的制备烯酮的方法,如图5所示。
图 5
在工业生产中,乙烯酮还可以通过丙酮或乙酸的热裂解来制备。这里就不再详细介绍了。
2. 烯酮的反应性
烯酮的反应性主要体现在两个方面:首先是羰基的加成反应,其次是与甲醛的反应以及烯酮的二聚反应。
2.1 羰基的加成
正如前文所述,烯酮的两个π键呈正交排列,这使得它特别容易作为亲电试剂被亲核试剂攻击。
图 6
反应机理相对简单,如果熟悉醛酮的亲核加成反应以及烯醇的相关结构,理解起来应该不难。在羰基加成过程中,碳氧双键发生断裂的原因可以通过绘制分子轨道能级图来分析,这里就不再赘述了。当然,也可以通过电负性来分析,结果是一样的。
烯酮的羰基可以与多种含有“活泼”氢的化合物(如水、卤化氢、羧酸、醇、氨等)发生加成反应,生成的烯醇经互变异构后可转化为羧酸、酰卤、酸酐、酯、酰胺等化合物。
图 7
在上述所有反应中,分子中的氢原子均被一个乙酰基所取代,从而使得烯酮成为了一种极为出色的乙酰化试剂(acetylation reagent)。正因如此,工业上常利用这一反应来制备乙酸酐。
2.2 与甲醛反应及烯酮二聚
烯酮与甲醛进行反应,能够生成β-丙内酯。
图 8
β-丙内酯的结构既包含一个双键,也包含饱和碳原子。这种结构特点导致了它在反应中存在两种可能的亲核进攻方向。第一种进攻方向即亲核试剂可以进攻羰基。而第二种进攻方向是亲核试剂进攻饱和碳原子,生成一个非常稳定的羧酸根离子。这就导致了反应的竞争问题。
对于进攻羰基这一方向,如果一个环状化合物仅存在环张力,而没有在反应后生成稳定中间体的能力,那么它开环的难度就会比较大。为了增强羰基的反应性,可以采取以下两种策略:
第一是将反应体系置于强酸性条件下,强酸可以质子化羰基,从而增加其亲电性,使其更容易被亲核试剂攻击。第二是增强亲核试剂的亲核性,可以通过使用更强的亲核试剂或调整溶剂的极性来实现。
对于进攻饱和碳这一方向,反应通常在弱酸弱碱条件下进行。因此,判断β-丙内酯的竞争反应相对简单。你只需判断试剂是属于强酸强碱还是弱酸弱碱。如果条件是弱酸弱碱,那么β-丙内酯中的烷氧键在断裂时,会生成β-取代的羧酸。
图 9
乙烯酮在合适的条件下二聚生成二乙烯酮。二乙烯酮是取代的β-丙内酯,加热
又重新分解为乙烯酮,因此二乙烯酮也是烯酮的一种保存形式。
图 10
二乙烯酮由于β碳用双键与亚甲基相连,使亲核试剂难于进攻β碳,主要发生酰氧键断裂。
图 11
总体而言,烯酮作为一种关键的直线型分子,深入理解其结构特性与反应性显得尤为重要。
参考文献:
《Organic chemistry》Jonathan Clayden等。
《基础有机化学》 邢其毅等。返回搜狐,查看更多