Question

有机合成中增加一个碳原子的27种方法

Answer 1

在有机化合物的合成过程中，经常会遇到增长一个碳-碳键的反应。常见的用于增加一个碳原子的试剂有: CO2，CO，HCN，NaCN，CH2I2，CHCl3，CH2Cl2，CH3OH，( CH3)2LiCu，HCHO，CH3MgI，Ph3P= CH2，( CH3)2 SO4，CuCN，CO( NH2)2，氨基脲等，这些试剂在反应中可以提供一个碳原子。

下面介绍 27种 有机合成中增加一个碳原子的方法。

1. 丙烯与四氯化碳在过氧化物存在下进行自由基加成反应生成比原料多一个碳原子的产物;

2. 乙炔在氯化铵-氯化亚铜水溶液中可与氢氰酸加成得到丙烯腈; 

3. 西蒙斯-斯密斯( Simons －Smith) 于1959 年提出了一个合成环丙烷的好方法，即在锌－铜合金存在下，二碘甲烷与烯作用生成环丙烷及衍生物，且其加成立体化学为顺式加成; 

4. 卡宾( : CCl2: 和: CH2) 作为一种重要的活泼中间体，对烯烃的插入反应，生成三元环化合物; 

5. 烷氧汞化-脱汞反应，即在烯烃双键上加了一分子的醇得到符合马氏规则产物的醚；

6. 氯甲基化，即向芳环直接导入一个-CH2Cl 基团的反应;

7. 盖德曼-柯赫( Gattermann-Koch) 反应，即在催化剂存在下，芳烃和HCl、CO 混合物作用生成芳醛;

8. 氢甲醛化( Hydroformylation) 反应: 即在高压和催化剂Co2( CO)8的作用下，烯烃和H2，CO 作用，可向分子中导入醛基，该反应相当于向双键加了一个醛基和氢原子。这几个反应都可以看成特殊的傅－ 克反应；

9. 格氏试剂RMgX、吡咯钾盐与甲醛、CO2反应分别生成伯醇、羧酸; 

10. 格氏试剂CH3MgI 与醛( 环氧化合物) 或者酮反应生成仲醇或者叔醇；

11. 醛、酮与HCN 作用，生成氰醇; 

如α，β 不饱和酮与HCN反应，主要生成1，4－ 加成产物; α，β 不饱和醛与HCN 反应，则主要生成1，2－ 加成产物。

12. 二甲基铜锂与α，β 不饱和醛、酮的反应以1，4－ 加成为主; 二甲基铜锂与酰氯在低温反应生成甲基酮；

13. 卤代烃的氰解，即卤代烃与氰化钠在乙醇溶液中反应，卤原子被氰基取代而生成腈; 

14. 二烷基铜锂与卤代烷反应生成烷烃，常用来合成各种结构的高级烷烃、烯烃和芳烃；

15. 甲醛没有α － H，它与其他有α － H 的醛、酮发生交叉的羟醛缩合，得到多一个碳原子的单一产物; 

16. 甲酸酯没有α － H，它与其他有α － H 的酯发生交叉酯缩合，它在反应提供羰基，在另一酯的α 位导入相应酰基，得到多一个碳原子的单一产物; 

17. 醛、酮与氨基脲作用，生成缩胺脲( semicarazone) ；

18. 羧酸与甲醇或者甲酸与醇在酸催化下发生酯化反应，生成多一个碳原子的酯; 

19. 异氰酸酯是非常活泼的化合物，可与活泼氢化合物反应生成碳酸衍生物；

20. 当采用双卤代烃，且“三乙”钠盐与双卤代烃摩尔比为2∶1 时可制备二酮; 

21. 脲为酰胺但比一般酰胺碱性强，具有胺( 氨) 的性质，它与酯的反应相当于胺( 氨) 解反应。如丙二酸二乙酯与脲反应可以用来制备巴比妥酸( barbituric acid) ；

22. 瑞穆－ 悌曼( Reimer － Tiemann) 反应，即苯酚( 吡咯或苯胺; 吡咯钾盐) 和氯仿在氢氧化钠溶液中反应，可以在芳环上的邻位导入一个醛基，经酸化后，生成邻羟基苯甲醛( 水杨醛) ; 

23. 柯柏－ 施密特( Kolbe － Schmitt) 反应: 苯酚钠盐在压力和加热情况下与CO2作用邻羟基苯甲酸；

24. 在制备脂芳混合醚时，由于芳香卤代烃不活泼，一般都是用酚钠和脂肪卤代烃( 或硫酸烷酯) 作用; 

25. 维狄希( Wittig) 反应，即由醛、酮与维狄希试剂(Ph3P = CH2) 作用脱去三苯基氧磷生成多一个碳原子的末端烯;

26. 桑德迈耶( Sandmeyer) 反应: 在强酸介质中重氮盐与氰化亚铜在20 ～ 26 ℃作用放出氮气使氰基取代重氮基，得到比原料多一个碳原子的产物; 

27.吉连尼－ 费歇尔( Kiliani -Fischer) 糖合成: 醛糖与氢氰酸加成，然后水解成酸，并把它变成内酯，再用钠汞齐还原得到增一碳的糖。

反应类型

烯(炔)和一碳试剂发生的加成反应

丙烯在过氧化物的作用下能够与四氯化碳发生自由基的加成反应，其生成的产物比原料中要多出一个碳原子；乙炔在氯化铵一氯化亚铜水溶液中和氢氰酸发生加成反应，得到丙烯腈。早在1959年，就有学者提出更好的合成环丙烷的方式，在锌铜合金的存在状态下，使用二碘甲烷与烯类发生作用即能够实现。CCl2以及CH2是一种非常重要的中间体，对烯烃进行插入反应就能够生成三元环的化合物质。

傅一克反应增加一个碳原子

在芳环当中导入一个-CH2Cl基团的氯甲基化反应能够引入一个碳原子；而在催化剂的作用下，芳烃与氯化氢以及一氧化碳的混合物会生成芳醛；在高压的环境下，烯烃与H：CO发生反应，能够向分子当中导入醛基，这就是氢甲醛化反应。该反应在双键增加醛基与氢原子。这三个反应都是非常特殊的傅一克反应。

一碳试剂反应

卤代烃发生氰解，也就是卤代烃与氰化钠与乙醇溶液中发生反应，而其中的原子被氰基取代，进而生成腈；二烷基铜锂和卤代烷会发生反应生成烷烃，一般用于制备结构更加高级的烯烃和芳烃。

缩合反应

在甲醛中没有a-H，其会与其他拥有a-H的醛类物质、酮等产生羟醛缩合反应，会增加一个碳原子形成单一产物；甲酸酯同样缺乏a-H，与其他具有a-H的酯发生交叉酯缩合反应，甲酸酯在反应过程中生成羰基，另外酯类仅位当中会出现会导入酰基，进而增加一个碳原子形成单一的产物。

酯化反应

羧酸和甲醇、甲酸在醇或者是酸的催化作用下会出现酯化反应，同样得到增加了一个碳原子的酯；异氰酸酯是一种活泼的化合物，与活泼的氢化合物发生反应生成的碳酸衍生物同样多一个碳原子。

碳负离子反应

在使用双卤代烃发生反应的时候，“三乙”钠盐和双卤代烃之间的摩尔比在2：1的条件下能够制备二酮；脲是一种酰胺而且比一般的酰胺具有更强的碱性，从某个方面来说其具有氨的特性，与酯之间发生的反应类似于氨解反应。如丙二酸二乙酯和脲之间的反应能够制备出巴比妥酸。

酚钠盐和一碳试剂之间的反应

苯酚与氯仿于强碱性溶液氢氧化钠当中反应，能够在芳环中邻位增加一个醛基，然后通过酸化反应会生成邻羟基苯甲醛，这也就是瑞穆一悌曼反应。

使用格氏试剂增加一个碳原子

使用RMgX格氏试剂，甲醛以及吡咯钾盐和二氧化碳进行反应，其生成的羧与伯醇较之前的材料而言多出了一个碳原子；使用CH3MgI格氏试剂与环氧化合物醛发生反应，同样生成的伯醇或者是叔醇中多出一个碳原子，该反应将醛替换成为酮也是一样的。

醛或者酮与一碳试剂发生加成反应

醛或者是酮与HCN发生反应会生成增加一个碳原子的氰醇；其次，a,B不饱和酮会与HCN发生反应，会生成l，4一加成产物；a,B不饱和醛同样与HCN发生加成反应，生成的产物主要是1，2-产物；a,B不饱和醛和二甲基铜锂之间发生的发加成反应生成的产物为1,4-；最后二甲基铜锂和酰氯在低温环境下生成的甲基酮较之前的原理安排而言而增加一个碳原子。

其他反应

在化学实验中，制备脂芳混合醚的过程中，通常芳香卤代烃呈现惰性的状态，所以使用酚钠与脂肪卤代烃发生反应；其次为维狄希反应，醛、酮以及维狄希试剂发生反应会生成增加一个碳原子的末端烯；在强酸的状态下将重氮盐和氰化亚铜在20-26摄氏度的环境下进行反应，会生成氮气导致氰基取代原来的重氮基，从而得到的产物会比之前多一个碳原子；醛糖和氢氰酸实施加成反应，经过水解会出现酸，然后将酸转化成为内酯，然后使用纳汞进行还原，就能够得到多一个碳原子的糖。

部分增碳试剂

碘甲烷

甲醛可分为甲醛水溶液和多聚甲醛，不仅可与亲核试剂发生Aldol反应，也可与胺发生还原胺化反应，用途很广

甲基硼酸及其衍生物可以与卤代芳烃或卤代杂芳烃进行Suzuki偶联反应，在芳环上引入一个甲基

四甲基锡试剂也可与多种卤代芳烃进行偶联反应，构建甲基取代基

甲基格氏试剂可以与多种羰基化合物进行反应，还可与腈进行反应，构建醇，酮，胺等丰富多彩的化合物

一氧化碳这个试剂用的最多的当属插羰反应了，可以与多种芳烃卤代物进行反应，构建酯，醛，酰胺等化合物

二氧化碳可以与有机锂试剂反应，构建酸类化合物

DMF是有机合成中的万能溶剂，应用非常广泛，大家都知道，DMF除了可作为溶剂外，还是一个非常好的甲酰基化试剂

氯甲酸酯除了是很好的羧酸活化剂以外，也是一类较好的C1合成子

三甲基碘化亚砜可与多种不饱和活化烯烃或羰基进行反应，构建环氧或环丙烷类化合物