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1.2 课题研究现状
1.2.1 羟醛缩合
对于一些含有活性α-氢的化合物如醛、酮、梭酸、酷等，在酸或碱的作用下能与羰基化合物发生加成反应，分子中形成新的碳一碳键，生成β-羟基醛或酮,或者进一步脱水得到a,β-不饱和醛或酮，这一类反应被称为羟醛缩合(或醇醛缩合)反应[7]。羟醛缩合反应是非常重要的一类反应，在有机合成上利用这种反应可以增长碳链，具有非常重要的意义。
（1） 羟醛缩合反应机理
羰基使醛(酮)α-碳原子上的氢原子具有较大的活性。醛和酮的PKa介于19-21, 比乙烯的PKa值(25)低得多，但比醇的PKa高。羟基使α-碳原子上的氢具有活性主要有两个原因。一是羰基的诱导作用，氧原子较大的电负性使羰基化合物有较大的偶极距，在酸或碱的催化下，对α-氢的解离都有帮助。在酸性催化剂存在下，羰基氧上的质子化，增强了羰基的诱导作用促进α-氢解离生成烯醇。碱作用下失去α-氢生成负碳离子，负碳离子和羰基处于P-π共扼位置而达成平衡生成烯醇盐[8-9]。
图1.2 羟醛缩合机理
另一个原因是α-碳上的C-H键和羰基双键之间存在的超共轭作用。羰基化合物中氧的电负性比碳大得多，超共扼效应也比烯烃大得多。作为一种弱酸，醛、酮α-H解离生成相应的负离子，能够通过电子离域作用而得到稳定。根据共振结构理论，羰基化合物失去α-氢后形成的负碳离子由两个极限式组成：
图1.3 羟醛缩合机理
其负电荷是分布在α-碳和氧两个原子上，由于氧具有较强的承受负电荷的能力，所以极限式(n)对杂化体的贡献较大。
共振作用使负电荷离域到电负性氧上，大大提高了烯醇盐离子的稳定性。共振杂化物在碳和氧上都具有一定的负电荷，根据反应条件不同，亲核反应中心可能在氧或碳上发生。质子加到负碳离子上生成酮，加到氧上生成烯醇。
有α-氢原子的醛酮化合物在碱催化下能与另一分子醛酮发生加成反应得到β-羟基醛酮化合物，而加热时β-羟基醛酮很易失去一分子水形成有稳定共扼体系的α,β-不饱和醛酮，这个反应被称之为羟醛缩合反应。羟醛缩合中，一分子的醛酮在碱作用下转变成烯醇盐，烯醇盐对另一分子醛酮羰基进行亲核加成，即一分子醛酮碳原子和另一分子醛酮的α-碳原子之间生成新的碳碳单键。
低温下，用Ca(OH)2或稀NaOH溶液处理醛溶液就可以得到β-羟基醛。提高温度或增大碱的浓度，生成的羟基醛很易发生脱水反应，得到的产物为α,β一不饱和醛。在碱作用下，少量的醛和其相应的烯醇盐离子之间达成动态平衡。由于烯醇盐离子被过量醛包围，亲核的α-碳进攻另一分子醛的羰基，生成的碱氧化物质子化生成羟基醛。
（2） 羟醛缩合反应应用实例
羟醛缩合反应从机理上讲，是碳负离子对羰基碳的亲核加成，由于醛、酮的α-H的酸度化比炔氢α-H还大，易在碱的作用下，形成碳负离子并发生羟醛缩合反应，例如:在碱性介质中，乙醛缩合生成3-羟基丁醛，然后经加氢可得二醇。以苛性钠水溶液作为催化剂进行缩合[10]，可以减少副反应的发生，粗制品经精制后加氢可得到1,3一丁二醇。
甲醛和丁醛在碱性催化剂8%氢氧化钠溶液的存在下，进行羟醛缩合反应，制备2, 2一二轻甲基丁醛[11]羟基特戊醛的合成中，温度低于15℃，反应进行缓慢且反应不彻底，羟基特戊醛收率减小，最终导致羟基特戊酸甲醋的收率也降低；温度高于25℃，易生成高聚物，不利于合成。通过实验发现，温度在15-25℃ ，特别是在17℃时，反应迅速彻底，不易生成高聚物，收率达到最高。