第二章 酸催化缩合反应

(CH3)3C (CH3)3C Cl + AlCl3 + CH2 CH2 (CH3) 3C + AlCl4 (CH3) 3C CH2 CH2
(CH3) 3C CH2 CH2 + Cl AlCl3
(CH3)3C CH2 CH2Cl + AlCl3
一般都会发生几种副反应：
①在AlCl3作用下，烯烃发生异构化。
②卤代烷发生重排，产物卤化物进一步反应。
工业上大量生产烷基苯时，常用烯烃作为烷基
化试剂。
如在三氯化铝催化下，利用廉价易得的乙烯、
丙烯与苯反应，合成重要的工业原料乙苯、
异丙苯等。
C2H4 + C6H6 C 3 H 6 + C 6H 5 AlCl3 40~100 ℃ AlCl3 40~100 ℃ C6H5CH2CH3 C 6H5CH(CH3)2
第二章 酸催化缩合反应
2.1烯烃的自身缩合反应 2.2 Friedel—Crafts 反应 2.3 醛酮缩合反应 2.4 胺甲基化反应(Mannich反应)
讨论极性反应，即C+和C-相互作用形成C-C键。
重点是在酸催化下，反应物之一首先形成C+，
随后和体系中的亲核基团反应。
形成碳正离子的方法主要有两种： 1.化合物分子失去一个带负电荷的原子或基团。 例如，氯代叔丁烷在三氯化铝存在下形成正碳离子。
O OBF 3 O CH 3C O + CCOOBF3
-
O CH3C
-
BF3 CH2 + C O CH 3
O -BF3 CH 3C CH 2 COCH 3
2.4
胺甲基化反应(Mannich反应)
含有活泼氢的化合物与甲醛及一个胺（仲胺、伯胺）
在酸催化下反应。产物用碱中和后得到胺甲基衍 生物，即一个活泼氢被胺甲基所取代，常称为胺 甲基化或Mannich反应。
(CH3) 3C
OH -H CH3CH OH
C+稳定性大小取决于所带电荷的分散程度， C+的正电荷愈分散，其结合电子的能力就愈 弱，也就愈显得稳定。稳定性由大到小：
CH3 < CH3CH2 < CH3 CH CH3 < C(CH3)3
由于碳正离子缺电子，它所进行的一些反应都是为C+提供一
对电子，使它满足8偶体的结构,反应有： ①消去一个氢原子形成烯烃。 ②重排成较稳定的正碳离子。 ③与负离子及其它碱性分子结合。
R'
+ RX
AlCl3
R'
+ R X AlCl3
R'
H -H R + X AlCl3
R'
R
(R'=H , 卤原子 , OH , OR )
反应一般需要在酸催化下进行. 路易斯酸催化剂活性次序为： A1C13＞FeCl3＞SbCl5＞SnCl4＞BF3＞TiCl4＞ZnCl2；
质子酸的活性次序为：HF＞H2SO4＞P2O5＞H3PO4；
HO： CH CH 2 H 3C CH OH OH H HC CH 3 CH 2 CH OH -H H 3CHC CH 2 CHO OH
酸催化脱水得不饱和羰基化合物
H CH3CH CH 2 CHO OH H CH 3 CH C OH 2 H CHO H2O CH 3CH CH CHO
巴豆醛
丙酮在无机酸催化下缩合得到异亚丙基丙酮， 进一步缩合，得到双异亚丙基丙酮，反应过程为：
2.3.1 醛酮自身缩合
用酸处理醛酮,通过烯醇化发生自身缩合。酸的主要作用是： 提高C=O亲核加成的活性
CH3 CH O H CH 2 CH OH H CH 3CH OH
催化羰基化合物烯醇化
CH 3 CH O H CH 2 CH H OH -H CH 2 CH OH
一分子烯醇和一分子活化后的羰基化合物反应：
芳烃及其衍生物通过酰基化反应可以制得酮、醛、
羧酸、胺等，但主要用于醛、酮的合成。它在形成 新碳键的同时，将酰基引入到了芳环上。 在AlCl3存在下烯烃可被酰氯或醋酐酰化，亲电部分 是一个酰基正碳离子。
CROCl + AlCl3 RC RC O O + AlCl3 O R C O
AlCl (OCOR) + 3
R
C
O + AlCl4
-
（1）Friedel-Crafts酰基化反应合成酮
在酸性催化下，多种芳香族化合物可被羰酸及其衍
生物酰化成酮.
COCl
O O CH 3C O
COCH2 CH2 HOOC (1) 还原 (2)SOCl2 CH2 HOOC (3) 酰化 CH
2
AlCl3
CO
82%
Br
CH3C +
Mannich反应一般是在水、醇或醋酸溶液中进行。
OH R2N + H2C
H C O C H
O
R2N
H C
CH2
OH C
H
R2N
CH2
OH
-H
C
C
OH R2N CH2 + C C R2N CH2 C
O C + H
当用不对称酮进行反应时，氨甲基化反应总
是发生在取代程度较高的α-C上。因在酸性条
就是在酸催化下，用异丁烯和异丁烷反应。
H3C H3C CH3 C=CH2 + H C CH3 CH3 浓H2SO4或HF 0-10℃ CH3 CH3 CH CH3 CH2 C CH3 CH3
最后一步是碳正离子从异丁烷夺取负氢离子
烯烃环化得到立体结构上稳定的五元或六元环 ：
C(CH 3)2 CH CH=CHCOCH3 CH 3 Ψ - 紫罗酮 H3C CH3 CH=CH CH 3 COCH 3 H H H C(CH 3)2 CH CH=CHCOCH3 CH 3 H3C CH 3 CH=CH COCH3 CH3 β -紫罗酮 H3C CH 3 CH=CH COCH3 CH 3 α 紫罗酮 -
注意 ：
①芳烷化的主要副反应是生成多烷基衍生物。由于
烷化反应所得产物活性比原料高，使氯甲烷甲基
化苯时得到的是甲苯、二甲苯、三甲苯、四甲苯 和五甲苯、六甲苯的混合物。 ②产物中烷基的重排及异构化。由于反应时要先形 成烷基C+ ，而C+常会发生重排生成更稳定C+ ， 故当卤代烷(特别是伯卤代烷)含有多个碳原子时， 往往会得到重排产物。
C(CH3) 2 OH
OH H 3O (CH 3)2CH CHCOCH C(CH 3)2
2.3.2 酮和酰氯或酸酐的缩合
O CH 3C CH 3 O BF3 CH 3 C BF 3 CH2 H -H CH 3 O C BF 3 CH2
O CH 3 CH3 C O C O BF3 CH3 CH3 C C
Friedel-Crafts烷基化反应的缺点：
由于初生成的烷基苯比未取代的原料更易发 生烷基化反应，因此反应不易停留在单取 代阶段，而是进一步形成多取代产物，难 于分离提纯。为了尽量减少多取代产物的
形成，通常采用大大过量的原料芳烃及较
低的反应温度.
2.2.2烯烃的Friedel-Crafts烷基化反应 烯烃的烷化反应，在AlCl3存在下，氯化叔丁 烷与乙烯在-10℃反应制得新的己烷氯化物， 产率75%。反应过程如下：
用量则反应不完全，而烷化仅需微量催化剂。
酰化反应产物活性比酰化的底物小，没有多的酰化副反应。 酰化反应没有酰基的异构化反应和歧化反应，因此酰化产
物的产率高。
由于酰化试剂和Lewis酸所形成的络合物，与空间位阻有关 系，对于苯核上有邻对位取代基的化合物，则邻位产率低 于对位异构体产率。
2.3 不饱和醛酮的合成
主要副产物是叔丁醇和烯烃多聚物。
(CH3)3C + H2O (CH3)3C CH2C(CH3) 2 (CH3) 3C OH2 -H (CH3)3C OH CH3 (CH3) 3C CH2 C CH2 C(CH3) 2…… CH3
(CH3)2C=CH2
所以必须注意控制酸的浓度和反应条件。
工业上制备高级汽油2,2,4-三甲基戊烷（异辛烷）
AlCl3 CS 2 回流
Br
COCH 3
69%~79%
O O
+
CH2 CO CH2 CO
O
AlCl3
CO
（2）Friedel-Crafts酰基化反应合成醛 在A1C13和Cu2C12存在下，用CO和HCl的混
合物在20℃下可以使芳烃酰化得到芳醛
CH 3 AlCl3 Cu 2Cl2 + CO + HCl CHO CH 3
工业上是用三氯化铝作催化剂，乙烯为烷化剂与
苯反应，得乙苯，然后脱氢得苯乙烯：
+ CH2 CH2 AlCl3 CH2 CH3 ZnO 600℃ C H CH2
例1
以浓硫酸为催化剂，2-甲基-3-氯丙烯
在室温下与苯反应可顺利生成烷基化产物。
Cl Cl + H2SO4 70%~73%
2.2.3Friedel-Crafts酰基化反应
CH3CH2CH2Cl + AlCl3
CH3CH2CH2
+ AlCl4
C6H6 + CH
CH3 CH3 C6H5CH(CH3)2 + H
③烷化反应是可逆的，反应受热力学控制。
如烷化一元取代的苯，通常得到间位烷化产物为主，
因为间位在热力学上是稳定的。
C2H5 + 3 C2H5Br AlBr3 -3HBr 87% C 2H 5 C2H5
β-紫罗酮是合成维生素A的主要原料
2.2 Friedel-Crafts反应：芳烃在路易斯酸
存在下通过亲电取代反应在芳烃结构中引入新基
团，形成新的碳-碳键的同时并失去简单分子
(CH3)2C CH2 FeCl3 C(CH3)3 89%
2.2.1芳烃的Friedel-Crafts烷基化反应 是合成烷基苯的一种重要方法。芳香族化合物在三 氯化铝或其他Lewis酸催化下，可与卤代烷发生 烷基化反应。
OH
OH H3O
O CH 3CCH C(CH 3)2
CH 3CCH2C(CH 3)2
O CH3CCH C(CH 3)2
OH CH 2 CCH C(CH3) 2 + CH2C
OH H CH3CCH C(CH 3)2 -H CH 2
OH CCH C(CH 3)2
CH3
(CH 3)2C
CH 2CCH 2 OH
2 CH3COCH3 H (CH3) 2C CHCOCH3 CH3COCH3 (CH3)2C CHCOCH C(CH3)2
OH 2 CH3COCH3 H CH 3CCH 3 CH 3C OH
OH 2 CH3COCH3 H CH 3C CH 2 H -H CH 3C OH CH 2
CH 3
OH CH 3C CH 2 + H3C C CH 3 OH
烷基化试剂：卤化烃、烯、醇、醚、醛、酮和酯等
卤代烷作烷基化试剂 在Friedel-Crafts反应中，卤代烷是最常用 的烷基化试剂. 活性次序：叔卤代烷>仲卤代烷>伯卤代烷； 若烷基相同，RF＜RCl＜RBr＜RI。 例1 1-溴代-1-苯基丙酮在三氯化铝催化 下与苯反应生成1,1-二苯基丙酮。
O C6H5CHCCH3 Br C6H6 AlCl3 ,加热 O C6H5CHCCH3 C6H5 53%~57%
④和烯烃加成形成一个较大的碳正离子。
⑤从烷烃夺走一个负氢离子。
2.1 烯烃的自身缩合反应
烯烃在Lewis酸如AlCl3或BF3催化下聚合成多烯
烃，但采用水溶液，则生成低分子聚合物。
例如：异丁烯用60%硫酸或磷酸处理，得到
2,2,4-三甲基戊烯-1和2,2,4-三甲基戊烯-2 混合物。
(CH3)2C CH2 + H (CH3)3C H (CH3)2C=CH2 (CH3)3C (CH3)3C CH2C(CH3)2 CH2 + (CH3) 3C CH2 C CH3 1份 CH3 CH2 C CH3 4份
(CH3)3C Cl + AlCl3 (CH3)3C + AlCl4
2. 不饱和化合物加上一个质子：
(1) (CH3) 2C CH 2 + H
(2) CH 3CHO + H H2C CH H
(3) (CH3) 2NH + CH2 OH (CH3) 2N CH H2O -H2O (CH3)2N CH2 (CH3)2N CH2
CO + HCl
HCOCl
AlCl3
H
C
AlCl O + 4
CHO
CO + HCl
AlCl3 Cu 2Cl2
H
C
O
CHO
-H
82.8%
（3）烯烃酰化
烯烃酰化反应是通过酰卤或酸酐在Lewis酸作用下
发生的，亲电部分是酰基正离子
CH3 C CH3 C H O C O CH3 C CH3 CH2 CCH 3 + H3C H
CH3
C CH3
CH 2
CCH 3 + AlCl4
O
Cl CH3 C CH3 CH2
Hale Waihona Puke Baidu
O CCH3
CH 3CO -H
COCH3
AlCl4
COCH3 Cl
升温 或二甲胺 , -HCl
COCH 3
COCH 3
酰化反应和烷化反应的比较： 在酰化反应中，由于部分催化剂和产物结合不参与催化作用， 故催化剂用量比烷化多。 如对酰氯，AlCl3必须用1mol，酸酐必须用3mol，少于这些