坎尼扎罗反应
无α活泼氢的醛在强碱作用下发生分子间氧化还原反应
坎尼扎罗反应(Cannizzaro反应),是无α活泼氢的醛在强碱作用下发生分子间氧化还原反应,生成一分子羧酸和一分子醇的有机歧化反应。意大利化学家斯坦尼斯劳·坎尼扎罗在1895年通过用草木灰处理苯甲醛,得到了苯甲酸和苯甲醇,首先发现了这个反应,由此而称坎尼扎罗反应。不含α-氢原子的脂肪醛、芳醛或杂环醛类在浓碱作用下醛分子自身同时发生氧化与还原反应,生成相应的羧酸(在碱溶液中生成羧酸盐)和醇的有机歧化反应。
简介
意大利化学家斯塔尼斯奥拉.坎尼扎罗通过用草木灰处理苯甲醛,得到了苯甲酸和苯甲醇,首先发现了这个反应,反应名称也由此得来。反应实质是无α-氢的醛在强碱作用下发生分子间氧化还原反应,生成一分子羧酸和一分子醇的有机歧化反应。
坎尼扎罗反应中常用的醛有芳香醛(如苯甲醛)和甲醛。对于有活泼氢的醛来说,碱会夺取活泼氢,从而发生羟醛反应,降低坎尼扎罗反应的收率。分子内的坎尼扎罗反应也是可以发生的,有时产物羟基酸可以进一步失水环化生成内酯。如图1所示。
反应机理
香草醛、对羟基苯甲醛、紫丁香醛、甲醛都是无活泼氢的醛,在强碱作用下发生分子内和分子间氧化还原反应,生成一分子羧酸和一分子醇。首先发生碱对羰基的亲核加成,四面体型中间体再与强碱作用,失去一个质子变为双负离子(坎尼扎罗中间体)。由于氧原子带有负电荷,具有供电性,使得邻位碳原子排斥电子的能力大大增强。两个负离子中间体都可与醛作用,碳上的氢带着一对电子以氢负离子的形式转移到醛的羰基碳上,形成一个醇盐负离子和一个羧酸根负离子。坎尼扎罗反应中的水可以参与反应,生成氢气,也证实了氢负转移的过程。
该反应是一个动力学上的三级反应,对于醛是二级反应,而对于碱是一级反应:
r= k[RCHO]2[OH-]
在高浓度碱性环境下,第二个反应历程变成主要的,此时对碱成了二级反应:
r = k[RCHO]2[OH-] + k'[RCHO]2[OH-]2
交叉坎尼扎罗反应
是坎尼扎罗反应的一种类型。混合两个不同的不含α氢的醛,如甲醛和苯甲醛,使其在碱性条件下发生交叉氧化还原反应,称为交叉坎尼扎罗反应。由于甲醛在醛类中的还原性最强,因此总是自身被氧化为甲酸,而另一个反应物被还原为醇。工业上制取季戊四醇就是用的这个方法。如图2所示
化学反应
脂肪醛
1、无α氢原子的醛:甲醛产生甲醇和甲酸、乙醛酸产生乙醇酸和草酸。
2、有一个α氢原子的醛:该物质能在适当的条件下生成丁间醇醛。丁间醇醛与原来的醛能发生交叉坎尼扎罗反应,如下图:
3、甲醛存在条件下,有α氢原子的醛:
产生的β-羟醛能继续发生交叉坎尼扎罗反应:
芳香醛
1、单基取代苯甲醛:
2、双取代苯甲醛:
①甲酰基双邻位至少有一个无取代基时,进行正常的歧化反应。
②甲酰基邻位均为卤素或者硝基时发生如下反应:
③三和四取代苯甲醛。
④生成解水酶和氢化北美黄连次碱。
实验条件
1、碱的浓度、芳香醛。50%氢氧化钠氢氧化钾硝基苯甲醛15~35%。
2、溶剂:碱水溶剂。
3、温度:醛碱混合升温,温和降温,不需要严格的控制温度。反应过慢时,可以水浴加热直到反应结束。对于35%碱浓度下反应的硝基苯甲醛,需将温度控制在45℃,否则产生硝基偶氮苯酸和羧酸。
最新修订时间:2024-04-02 08:14
目录
概述
简介
反应机理
参考资料