芳香醛在氰离子催化作用下,发生双分子缩合,生成α-羟基酮类(俗名安息香)的反应称为Benzoin缩合(安息香(苯偶姻)缩合)。现在,氰酸盐大部分用氮杂噻吩盐(thiazolium salts)或N-杂环卡宾代替。
该反应是在1832年由德国化学家维勒(Friedrich Wöhler)和李比希(Justus von Liebig)用碱处理苦杏仁油(加热会释放苯甲醛和HCN)时偶然发现的C-C键形成反应。
反应定义
Preparation of α-hydroxyketones via catalyzed aldehyde addition
图片来源:摩熵化学(MolAid)
反应机理
图片来源:摩熵化学(MolAid)
首先氰基亲核加成醛基得到α-氰基醇负离子,醇氧负离子夺取α-氢(部分机理认为是分子间反应夺取氢)得到α-氰基碳负离子,该碳负离子存在上图中的一个共振式。α-氰基碳负离子进攻另一分子芳香醛,质子转移后踢走氰基即可得到最终产物α-羟基酮。
原先醛基碳为δ+,被氰基作用后变成碳负离子,这种极性相反变化的反应被称为极性翻转(Umpolung)反应。
该反应的缺点是氰化物为剧毒品,易对人体危害,操作困难,且“三废”处理困难。采用维生素B,(Thiamine)盐酸盐可代替氰化物辅酶催化安息香缩合反应,其优点是无毒,反应条件温和,产率较高。亦可用N-烷基噻唑鎓盐作为催化剂。
反应拓展
1. N-杂环卡宾催化安息香缩合
由于氰基剧毒,现使用噻唑盐和碱搭配,原位生成N-杂环卡宾(NHC)催化安息香缩合。常用的噻唑盐为维生素B1。
反应机理:
氮杂环卡宾催化的安息香缩合反应机理
2. 交叉安息香缩合
如上述机理所示,安息香缩合为可逆反应,因此该反应为热力学控制。若两分子不同的芳香醛发生交叉安息香缩合反应,氰基先进攻富电子的醛基所得产物热力学稳定,为主产物。
3. 不对称安息香缩合与分子内安息香缩合
噻唑盐除了毒性更低外,还可以利用噻唑结构引入手性基团,实现不对称安息香。
若分子内有两个醛基,有时也可以发生分子内安息香缩合:
反应实例
图片来源:摩熵化学(MolAid)
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化学家介绍
李比希(Justus von Liebig,1803-1873 ),德国科学家,有史以来最伟大的化学教育家之一,有机化学主要创始人之一。
弗里德里希·韦勒(Friedrich Wöhler,1800-1882),德国药剂师,首个分离出化学元素铍和钇纯金属形式的科学家,也是首个制备出硅烷和氮化硅的人。1824年维勒在研究氰酸铵的同分异构体时,意外发现氰酸铵受热分解形成的一种白色晶体是尿素。1828年Wöhler发表了他的著名论文“论尿素的人工合成”。这篇论文宣告了“生命力”学说的破产,开创了有机化学人工合成的新纪元。
1832年 Liebig和Wöhle在研究苦杏仁油时首次报道了安息香缩合。Nikolay Zinin在19世纪30年代发明了涉及氰化物的催化版本反应。1903年A. J. Lapworth阐释了该反应机理。
来源:碳氢数科
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