醛酮反应

第12章 活泼亚甲基反应

在醛、酮、羧酸及其衍生物中，与羰基相邻的α-亚甲基（1）也受羰基拉电子效应的影响，因此α-碳上的氢也表现出一定的酸性，并可离解出一个质子形成碳负离子（2）。（2）经过共振成为烯醇负离子（3），得到一个质子形成烯醇式（4）。（1）式和（4）式之间的互变称为烯醇互变异构。（1）式称为酮式（keto form ），（4）式称为烯醇式（enol form ）。

H

+

C C O

-H

+

3

4（酮式）

（烯醇式）

醛、酮、酸酸及其衍生物的α-亚甲基上的氢受到邻位羰基的活化而呈一定的酸性，因此

常称为活泼亚甲基化合物。活泼亚甲基化合物烯醇化程度越高，α-氢酸性越大，亚甲基越活泼。而烯醇化程度与分子结构有关，例如，丙酮在液态时含有1.5×10-4%的烯醇(pK a 20)，而乙酰丙酮则由于其烯醇式可形成分子内氢键以及共轭效应，在己烷中的烯醇含量高达92%，酸性较丙酮大得多(pK a 9)，与苯酚相近(pK a 9.98)。

C H 2

C C O C H 3

O C

H 3

H 3

(8%) (92%)

与羧酸相比(pK a 4.76)，烯醇是较弱的酸。一些活泼亚甲基化合物的酸性见表12.1。除了含羰基化合物外，其它带有吸电子基团（如硝基、亚硝基、烷氧基等）的化合物均有不同程度的烯醇化作用。

表12.1 一些活泼亚甲基化合物的酸性 化合物 pK a 化合物

pK a HCOCH 2CHO CH 3COCH 2COCH 3 RCH 2NO 2 CH 3COCH 2CO 2R NCCH 2CN 5 9

10 11 11

CH 3SO 2CH 2SO 2CH 3

EtO 2CH 2CO 2Et RCH 2CHO RCOCH 2R’ RO 2CCH 2R’ RCH 2CN 12.5 13 16 19-29 24.5 25

醛、酮、羧酸及其衍生物的羰基活化α-氢的能力有以下次序： -CHO > -COCO 2R > -COPh > -COR > -CN > -COX > -CO 2R > -CO 2H 这些羰基化合物的许多重要反应与它们的α-活泼亚甲基有关。本章将主要讨论羰基化合物的α-卤化反应、缩合反应、烷基化反应，以及磷和硫叶立德（也是一类活泼亚甲基化合物）参与的缩合反应。

12.1 羰基化合物的α-卤化

12.1.1 醛和酮的卤化

α-位含有活泼氢的酮在酸或碱催化下可与卤素作用，发生α-氢的卤代反应：

C R

CH 2O X

在酸催化下，首先羰基发生质子化，然后通过烯醇式进行卤化。由于反应过程中能够产生卤化氢，故该反应也可不加酸催化，一旦反应发生了，产生的卤化氢即可自动催化，反应就能很快进行。

C R CH

O

C

R

CH 2O X

+ HX

这个反应通常在冰醋酸中进行，也可用N, N -二甲基甲酰胺或乙醚作溶剂。原料分子中的α-氢可逐个被卤素取代，但反应可控制在单取代和双取代阶段。当α-氢被卤素取代后，卤原子的吸电子效应使羰基氧上的电子云密度降低，羰基氧再质子化形成烯醇要比未卤代时困难一些。因此，只要小心控制卤素的量，可以使反应停留在单取代阶段。该反应主要用于制备单卤代酮，例如：

C C 6H 5

CH 3

O

C

C 6H 5

CH 2O Br

+ Br 2

AcOH

+ HBr

66%

对于不对称的酮，α-氢被卤素取代的优先次序是CH > CH 2 > CH 3，这是因为α-碳上取代基愈多，超共轭效应愈大，形成的烯醇式中间体愈稳定，因而这个碳上的氢就更容易离开而进行卤化反应。但通常得到两种产物的混合物。

醛类直接进行卤化，常被氧化成酸。如将醛转化成缩醛后再卤化，然后水解缩醛，也能得到α-卤代醛：

RCH 2CH 3OH HCl

RCH 2RCHCHO

Br

在碱催化的过程中，碱首先夺取α-碳上的质子，形成碳负离子，然后与卤素反应，生成α-卤代酮。由于卤素吸电子效应的影响，使得被卤素取代了的α-碳上的氢的酸性增强，第二个质子更容易失去并进一步卤化生成二卤代产物；同样，第三个质子比第二个质子更容易被

取代。因此，只要第一个质子被卤代，第二和第三个质子均很快被卤代，反应不能停留在单卤代和双卤代产物阶段。

C R CH

O

C R CHX 2

O 3

+X -

当然，如果羰基的α-碳上只有一个质子，碱催化的反应也可生成单卤代产物。例如：

C 6

H 3

C 6H 5CCBrCH 2CH 3

O

CH 3

12.1.2 卤仿反应

在上述碱催化的卤化反应中，由于-CX 3强拉电子作用，生成的三卤代产物中的羰基很容易受OH -的亲核进攻，OH -加成到羰基碳上，形成四面体过度态（I ）

；然后，（I ）中的三卤甲基作为离去基团离去，生成羧酸（II ）和三卤甲基负离子，后者再获取一个质子后生成卤仿。这个反应称为卤仿反应。

O C OH

O C R

O -+ HCX 3

（I ） （II ）

当使用次碘酸钠溶液为卤化试剂时，乙醛和甲基酮能够迅速转化成羧酸和碘仿，其中碘仿以黄色沉淀析出，很容易观察到，故碘仿反应被用于乙醛和甲基酮的鉴定。此外，碘仿反应也适用于检查可被次碘酸钠氧化为乙醛和甲基酮的醇类。例如，乙醇和碘在氢氧化钾溶液中反应，立即生成碘仿。