烯醇、烯醇負離子與α-碳化學

克萊森縮合(Claisen condensation)

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克萊森縮合是羥醛反應在酯上的「表親」。取兩分子酯,把其中一個在α-碳處去質子化,生成酯的烯醇負離子,再讓這個親核試劑去攻擊第二個酯的羰基。但羥醛停在醇上,酯卻多做一步:它帶有一個離去基團(-OR 烷氧基)。烯醇負離子加上去之後,那個烷氧負離子被排出,產物是一個β-酮酯——一個酮和一個酯被單個碳隔開。

其機理是親核醯基取代,而不是簡單的加成。鹼(通常用與酯相配的烷氧化物,例如乙酯用乙醇鈉)拿走一個α-質子;酯的烯醇負離子攻擊第二個酯的羰基碳,生成四面體中間體;該中間體塌陷,把烷氧離去基團趕出去,重新形成 C=O。新化合物中 CO 緊挨著 CO2R,即一個β-酮酯,例如乙醯乙酸乙酯。

有一個微妙但關鍵的要點:克萊森反應中簡單的加成步驟只是略微有利,但產物β-酮酯有一個非常酸的、被雙重活化的質子(pKa 約 11)。鹼把這個產物去質子化成它的穩定烯醇負離子,正是這一步不可逆的去質子化把整個平衡往前拉。所以你需要一整當量的鹼,而且酯必須至少有兩個α-氫。β-酮酯產物極其寶貴:它是乙醯乙酸酯合成以及許多關環、增鏈策略的原料。

兩分子乙酸乙酯 CH3-CO2Et 與乙醇鈉反應,生成乙醯乙酸乙酯 CH3-CO-CH2-CO2Et(一個β-酮酯)以及一分子乙醇。這就是教科書中的克萊森縮合。

兩個酯縮合成一個β-酮酯,並排出一個烷氧化物。

只有一個α-氫的酯(如 2-甲基丙酸乙酯,只有一個α-氫)無法進行常規克萊森縮合,因為產物裡沒有可被去質子化、用來把平衡往前拉的雙重活化酸性質子。

又稱
Claisen ester condensation克莱森酯缩合