Perkin反应

更新时间:2022-08-25 18:23

Perkin反应,也称作普尔金反应、蒲尔金反应等,是在碱性催化剂的作用下,不含有α-H的芳香醛与含有α-H的酸酐反应生成β-芳基-α,β-不饱和酸的反应。

发展历史

1868年,W. H. Perkin报道了水杨醛的钠盐与乙酸酐共同加热,可以通过一锅法合成香豆素。在有了这个初步发现以后,Perkin继续研究了该过程的范围和限制,发现它非常适合肉桂酸的合成。后来人们将芳香醛与脂肪族羧酸的酸酐在弱碱存在下生成α,β-不饱和羧酸的缩合反应称为Perkin反应。

1878年,Oglialoro报道了在弱碱存在下,芳香醛与α-芳基乙酸在乙酸酐中进行缩合反应,可以得到α-芳基肉桂酸。其中,弱碱是由反应过程中产生的混合酸酐形成的。该反应是对Perkin反应的重要改进,称为Oglialoro改进。

1883年和1893年,J. Plöchl和E. Erlenmeyer分别报道了在乙酸钠存在下,芳香醛(或芳香酮)与N-酰基甘氨酸在乙酸酐中发生缩合反应,可以得到吖内酯(噁唑酮),它是合成α-氨基酸的重要中间体。该反应是对Perkin反应的又一个重要改进,称为Erlenmeyer-Plöchl吖内酯合成。

反应内容

定义

在弱碱(羧酸盐、叔胺、吡啶、哌啶、碳酸钾等)存在下,不含有α-H的芳香醛与含有α-H的脂肪族羧酸的酸酐发生反应,得到β-醇盐中间体,最后生成β-芳基-α,β-不饱和酸(α,β-不饱和芳香酸)。这种缩合反应一般称为Perkin反应(或Perkin缩合反应)。

反应特征

⑴通常情况下,Perkin反应局限于芳香族醛类,但也可以使用不含α-H的脂肪醛以及某些α,β-不饱和醛。需要注意的是,脂肪醛并不适合该反应,因为当它与乙酸酐一起加热时,通常会产生烯醇乙酸酯和二乙酸酯。取代芳醛在Perkin反应中的活性与取代基的性质密切相关。当连有一个或多个吸电子取代基时,活性明显增强,反应易于进行且产率较高;反之,连有给电子取代基时,反应速率随即减慢,产率也相应降低,甚至不能发生反应。当用邻羟基、邻氨基芳香醛进行反应时,常伴随闭环。

⑵酸酐应由脂肪族羧酸脱水得到,其α位至少有两个氢原子,则产物均是α,β-不饱和羧酸。若只有一个α-H(β-二取代酸酐),则可获得β-羟基羧酸。高级酸酐制备较难,来源也少,但可用该酸酐盐与乙酸酐代替,使其先形成相应的混合酸酐再参与缩合。

⑶最常用的弱碱为与所用酸酐对应的碱金属羧酸盐或叔胺(如三乙胺)等。羧酸盐常用钾盐或钠盐,若用铯盐催化效果更佳,反应速率快,产率也较高。由于酸酐是活性较弱的亚甲基化合物,而催化剂羧酸盐又是弱碱,所以反应要在较高的温度(150~200℃)下进行。

⑷新形成的双键立体化学构型通常为E型。

反应机理

Perkin反应的实质是酸酐的亚甲基与醛进行缩合。一般认为Perkin反应的机理为:首先是酸酐在碱的作用下发生烯醇化,然后与芳香醛亲核加成后产生烷氧负离子,再向分子中的羰基进攻,发生分子内酰基转移,成环再开环,接着与酸酐反应得到一个混合酸酐,再发生消除反应失去质子及羧酸根离子,产生一个不饱和的酸酐,经水解得到β-芳基-α,β-不饱和酸,主要得E型化合物。

意义价值

虽然Perkin反应存在反应温度较高,反应时间较长(一般为数小时),产率有时不理想等一些缺点,但是由于原料廉价易得,在生产上还是经常使用。常见用于肉桂酸及其同系物的合成。以苯甲醛和乙酸酐为原料,在乙酸钾催化下于170~180℃反应数小时,可以得到反式肉桂酸。若用碳酸钾代替乙酸钾,反应时间可明显缩短。理论上肉桂酸应存在顺反异构体,但Perkin反应只得到反式肉桂酸(熔点133℃),顺式异构体(熔点68℃)不稳定,在较高温度下很容易转变为热力学更稳定的反式异构体。

又如利用Perkin反应合成呋喃丙烯酸,该化合物是一种医治血吸虫病的药呋喃丙胺的原料。

香豆素是一种重要的香料,它也是利用Perkin反应合成的。水杨醛和乙酸酐在乙酸钠的作用下,一步就可以得到香豆素,它是香豆酸的内酯。需要注意的是,这个内酯是由顺式香豆酸得到的。一般在Perkin反应中,产物中两个大的基团总是处于反式的,但反式不能产生内酯,因此环内酯的形成可能是促使顺式异构体产生的一个原因。事实上该反应中也得到少量反式香豆酸,但不能形成内酯。

反应举例

1999年,D. Ma等人报道了由α-烷基化苯基甘氨酸得到几种代谢型谷氨酸受体拮抗剂不对称合成。(S)-1-氨基茚满-1,5-二羧酸(AIDA)的制备是从3-溴苯甲醛丙二酸的Perkin反应开始的。所得(E)-肉桂酸衍生物被氢化,随后发生分子内Friedel-Crafts酰基化反应得到相应的茚满酮,再将其转化为(S)-AIDA。

2000年,H.J. Federsel等人开发了手性氨基色满类抗抑郁药艾巴佐坦(Ebalzotan,也称为NAE-086)的大规模中间试验装置。目标产物的结构特征包括二取代色满骨架、立体中心,以及在C3位置的非对称叔胺部分和C5位置的二级甲酰胺基团。目标分子的骨架是在温和条件下使用2-羟基-6-甲氧基苯甲醛马尿酸的Perkin缩合反应构建的。

2001年,J.A. Hadfield等人报道了Combretastatin A-4的顺式和反式异构体的新型高度立体选择性全合成。考布他汀(Combretastatin)是一类从南非植物柳叶风车子(Combretum caffrum)的树皮中分离出来的抗有丝分裂剂,具有抗肿瘤活性。它的(Z)-立体异构体是用Perkin反应制备的,关键步骤是在三乙胺和乙酸酐存在下,3,4,5-三甲氧基苯乙酸3-羟基-4-甲氧基苯甲醛共同加热回流数小时。酸化后α,β-不饱和酸的分离收率良好,且具有预期的E型立体化学结构。最后在铜粉喹啉存在下高温脱羧,得到天然产物(Z)-Combretastatin A-4。

2002年,K.L. Kirk研究团队利用Erlenmeyer-Plöchl吖内酯合成法合成了6-氟间酪氨酸及其几种代谢物。因为天然存在的生物活性化合物(例如氨基酸)的氟化衍生物通常表现出独特的生理特性,所以化学家们对它们的便捷高效的合成有很大兴趣。在乙酸钠存在下,马尿酸和2-氟-5-苄氧基苯甲醛在乙酸酐中缩合,分离出相应的吖内酯,转化为目标产物氟化氨基酸共分为三步。

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