有机化学是一个广阔的领域，包括生产复杂分子的各种合成途径。其中一种方法是Knoevenagel缩合反应。这是一种多用途的反应，涉及羰基化合物和活性亚甲基化合物的缩合，形成α,β-不饱和羰基化合物。
Knoevenagel缩合反应
Knoevenagel缩合反应是一种经典的有机人名反应，涉及醛或酮与具有活性亚甲基的化合物（如丙二酸酯或乙酰乙酸乙酯）在碱性催化剂存在下的反应。该反应形成α，β -不饱和羰基化合物。[1] 该反应由德国化学家Emil Knoevenagel于1894年首次描述，因此由其名字命名。
图1. Knoevenagel缩合反应
Z、Z’（吸电子基团）= CO2R、COR、CHO、CN、NO2等。
Knoevenagel缩合反应机理
Knoevenagel缩合的机理可分为以下三个步骤：
图2. Knoevenagel缩合反应机理
第一步：去质子化第一步是通过碱性催化剂对活性亚甲基化合物的α-碳进行去质子作用，形成碳负离子。碱性催化剂从α-碳中提取酸性质子，产生带负电的碳负离子。
第二步：亲核攻击在第二步中，碳负离子攻击醛或酮的羰基，形成四面体中间体。带负电的碳负离子充当亲核试剂，攻击羰基的亲电碳，促使中间体的形成，其中包含新的碳-碳键。
第三步：消除在最后一步中，四面体中间体发生消除反应，脱去离去基团（通常是醇分子），形成α,β-不饱和羰基化合物。消除反应涉及离去基团的碳氧键的断裂，离去基团以醇分子的形式离开。最终生成含有与羰基共轭的碳-碳双键的α,β-不饱和羰基化合物。
Knoevenagel缩合反应影响因素
以下几个重要因素会影响Knoevenagel反应：、
1. 反应物浓度：羰基化合物和活性亚甲基化合物的浓度会影响反应速率。反应物浓度越高，反应速率越快。
2. 碱性催化剂类型：反应中使用的碱性催化剂的类型和浓度会影响反应速率和选择性。通常在Knoevenagel缩合反应中使用强碱，如氢化钠（NaH）和叔丁醇钾（t-BuOK）。
3. 溶剂：溶剂的选择也会影响反应速率和选择性。极性非质子溶剂如二甲基亚砜（DMSO）和N，N-二甲基甲酰胺（DMF）在促进反应中起着重要作用。
4. 温度：Knoevenagel缩合反应的反应速率与温度有关。更高的温度通常会导致更快的反应速率，但也会增加副反应和不需要的副产物的可能性。
5. 反应物的水含量：水会通过水解羰基化合物和/或活性亚甲基化合物来影响Knoevenagel缩合反应。因此，重需要确保反应混合物无水。
通过控制以上这些因素，可以优化Knoevenagel反应，以高选择性和高产率生产所需的产物。
Knoevenagel缩合反应研究进展
Knoevenagel缩合反应使用伯胺和仲胺及其盐作为催化剂，为氨基催化剂的研究奠定了早期基础。[2] 关于Knoevenagel缩合反应的新型催化剂与活化方法的研究仍在继续：
微波和超声波辐照反应
在各种催化剂的存在下，通过在固体载体上进行微波辐射，可改变E/Z异构体的比例，实现3-异色酮和芳香醛的Knoevenagel缩合反应的改进。[3]
无溶剂条件
在没有溶剂的情况下，以醛和活性亚甲基化合物为反应原料，在催化量的氢氧化锂（LiOH·H2O）的催化下，可通过Knoevenagel缩合反应快速且高效的合成亚芳基亚甲基。[4]
以水果提取物为催化剂的光化学缩合
在罗望子果汁水溶液为天然催化剂，可见光可以诱导各种脂肪族和芳香族醛与丙二腈发生既高效又环保的Knoevenagel缩合反应，且反应产率很高。[5]
在可见光下，杨桃汁水溶液可以同样简单有效的催化芳香醛与丙二腈的Knoevenagel缩合反应。[6]
Knoevenagel缩合反应的局限性
虽然Knoevenagel缩合反应是一种实用的反应，有许多领域的应用，但也存在一些局限性：
1.反应范围有限：Knoevenagel反应主要限于醛或酮与活性亚甲基化合物的反应。其他类型的羰基化合物，如酯或酰胺，在反应条件下通常不具有反应性。
2.副产物的形成：Knoevenagel反应可以产生不需要的副产物，如Michael加成产物、羟醛缩合产物和聚合产物。这些副产物会降低目标产品的产率和纯度。
3.反应敏感性：Knoevenagel反应对反应条件较为敏感，如温度、浓度和反应时间。这些参数的微小变化可导致反应结果的显著变化。
4.立体选择性：Knoevenagel反应通常不是立体选择性的，这意味着它可以产生立体异构体的混合物。当需要立体选择性合成时，这可能是一个限制。
5.产物的稳定性：Knoevenagel反应的一些产物可能不稳定，在某些条件下容易分解或重排。这可能会限制它们在某些领域的适用性，例如在制药方面的应用。
尽管有这些限制，Knoevenagel反应仍然是有机合成中的一个有价值的工具，特别是对于α，β-不饱和羰基化合物的合成。通过了解反应的局限性，可以进一步优化反应条件以获得理想的实验结果。
参考文献
1.March J. 1968. in Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure, McGraw-Hill. 693697-698.
2.List B. 2010. Emil Knoevenagel and the Roots of Aminocatalysis. Angew. Chem. Int. Ed.. 49(10):1730-1734. https://doi.org/10.1002/anie.200906900
3.Vass A, Földesi A, Lóránd T. 2006. Reactions of 3-isochromanone with aromatic aldehydes?microwave assisted condensations performed on solid basic inorganic supports. Journal of Biochemical and Biophysical Methods. 69(1-2):179-187. https://doi.org/10.1016/j.jbbm.2006.03.011
4.Pasha MA, Manjula K. 2011. Lithium hydroxide: A simple and an efficient catalyst for Knoevenagel condensation under solvent-free Grindstone method. Journal of Saudi Chemical Society. 15(3):283-286. https://doi.org/10.1016/j.jscs.2010.10.010
5.Pal R. Visible light induced Knoevenagel condensation: A clean and efficient protocol using aqueous fruit extract of tamarindus indica as catalyst. 2(1): https://doi.org/10.14419/ijac.v2i1.1703
6.Pal R, Sarkar T. 2014. Visible Light Induced Knoevenagel Condensation Catalyzed by Starfruit Juice of <i>Averrhoa carambola</i>. IJOC. 04(02):106-115. https://doi.org/10.4236/ijoc.2014.42012