有机合成中常见的减少一个碳原子的反应

有机合成路线设计常常涉及减少一个碳原子的方法,减少的一个碳原子通常是一些活性基团。最常见的就是羧基,羧基可以直接脱羧,或者通过重排脱除。另外端基不饱和键也可以通过氧化断裂减少一个碳原子,卤仿反应(甲基酮作为底物)也是比较经典的一个减少碳原子的方法。下面对此类反应进行汇总,方便学习交流,点击反应标题可以查看详细内容。
一、脱羧
1、Hunsdiecker-Borodin反应
羧酸的银盐和卤素反应得到脱去羰基的卤代烃的反应。
自由基机理:银盐先和卤素反应得到一个不稳定的中间体,然后脱羰得到卤代烃。此反应碳碳键发生均裂,按自由基机理进行。

2、Kochi脱羧氯代反应

此反应是Hunsdiecker反应反应的改进法。羧酸在四乙酸铅和氯化锂作用下加热脱羧氯代得到氯化烷烃的反应。反应中四乙酸铅和氯化锂反应生成氯气,直接进行反应。

3、Cristol-Firth脱羰卤代反应

在加热或光照条件,羧酸经过氧化汞和卤素(主要是溴或碘)处理,羧基取代为相应的卤素的反应。此反应与Hunsdiecker反应类似也自由基机理。此反应与Hunsdiecker反应相比,可以用羧酸和氧化汞一锅法进行卤代,而不用于先转化为相应的羧酸银盐。

4、Barton自由基脱羧反应

羧酸转化为Barton酯,然后进行自由基脱羧的反应。

5、Trost-Chen酸酐脱羧反应脱去两个羧基

丁二酸酐类化合物在镍催化下加热脱羧生成烯烃的反应。

6、同一个碳上连有羧基和另外的吸电子基团时,酸性条件下羧基就很容易脱去。
丙二酸酯合成反应
丙二酸酯的烯醇盐和各种卤代烃反应进行烷基化,接着脱羧得到取代乙酸衍生物的反应被称为丙二酸酯合成反应
乙酰乙酸酯合成法(acetoacetic ester synthesis)
乙酰乙酸酯经过C-烷基化,水解,脱羧,合成酮的反应被称为乙酰乙酸酯合成法
二、重排
1、Hofmann重排

伯胺的酰胺通过次卤化物处理(或氧化)经过异氰酸酯中间体生成相应的伯胺的反应。最早期的Hofmann降解是使用KOH水溶液和Br2来实施的。这个条件比较剧烈,后续有许多改进的方法,主要是通过氧化剂和碱来实现的。如Keillor等人1997年报道了用NBS做氧化剂,DBU做碱,甲醇中回流25分钟就得到了甲氧羰基保护的胺(JOC1997, 62, 7495-7496)。

2、Curtius 重排

酰基叠氮加热进行1,2-C-N迁移并放出氮气,生成异氰酸酯的反应被称为Curtius重排。反应中原位生成的异氰酸酯和各种亲核试剂反应,可以得到氨基甲酸酯,脲等各种N-酰基衍生物。也可以直接水解得到伯胺。

3、Schmidt反应

在酸催化下叠氮酸和亲电试剂(如羧酸,醛酮,叔醇或烯烃)作用,重排,放出氮气得到胺,腈类,酰胺或亚胺的反应。

4、Lossen重排

碱处理 O-酰基羟肟酸重排得到异氰酸酯的反应。

5、Dakin氧化反应

碱性条件下芳基醛酮通过过氧化氢氧化得到酚的反应。反应中先形成芳基甲酸或链状烷烃酸中间体进而皂化得到酚。反应机理同Baeyer–Villiger氧化类似。邻位和对位的给电子取代基 (NH2, OH)对反应有利。

三、端基烯/炔烃的氧化
1、端基烯烃通过【烯烃双羟化反应】得到双羟基化合物,接着通过【二醇裂解机理两例】可以脱去一个碳原子。
Criegee二醇氧化裂解
利用Pb(OAc)4【lead tetraacetate (LTA)】氧化邻二醇得到相应的两个羰基化合物。跟高碘酸钠的氧化开裂(必须是cis-二醇才可以引发裂解反应)相比,该反应不需要水系溶剂,而且反应活性也更高。
马拉破瑞德乙二醇氧化断裂 Malaprade Glycol Oxidative Cleavage

该反应是用高碘酸或高碘酸钠、将1,2-二醇氧化断裂的反应。

Criegee臭氧化反应常用氧化剂----臭氧

臭氧先对烯烃进行1,3-偶极环加成得到初级臭氧化物,重排得到

两性离子过氧化物,再一次1,3-偶极环加成生成最终的臭氧化物。端基烯烃反应后,加入二甲硫醚或三苯基膦还原可以得到少一个碳原子的醛,加入氧化剂(H2O2)则得到酸。

常用氧化剂----高锰酸钾
炔烃可以通过高锰酸钾氧化得到少一个碳原子的羧酸,但此条件比较反应官能团耐受度较低,应用不是很广。
四、其他
1、Lieben卤仿反应

1822年,Serullas把碘晶体加入到碱和乙醇中,得到一种黄色沉淀,其实就是碘仿。十年后J. Liebig 将三氯乙醛和氢化化钙水溶液反应,发现了氯仿。此反应并没有引起足够的重视,直到1870年,A. Lieben研究了碘,碱和很多羰基化合物的反应,发现了此类反应的机理,并以此为基础发明了碘仿测试。在光谱法表征化合物结构发明之前,碘仿测试是非常重要的表征化合物结构的方法。另外此方法是一个非常有用的制备少一个碳的羧酸的方法。甲基酮或2-位醇和次卤酸盐反应得到卤仿和羧酸的反应被称为Lieben 卤仿反应

2、Ruff–Fenton醛糖降解反应
醛糖先被氧化为相应的醛糖酸(α-羟基酸),接着在Fe(III)催化下,过氧化氢氧化脱羧得到少一个碳的醛糖的反应。此反应常用于糖的结构鉴定和新糖制备。可以将D-葡萄糖酸钙很容易降解为D-阿拉伯糖,D-半乳糖酸钙降解为D-来苏糖【J. Am. Chem. Soc.1950, 72, 4546】,此反应也可以用于由α-羟基酸制备少一个碳的醛【J. Biol. Chem.1954,210, 617】。
3、甲基醚的脱甲基反应汇总
4、von Braun反应Polonovski反应叔胺脱去一个甲基
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