氨甲基化

曼尼希反應（Mannich反應，簡稱曼氏反應），也稱作胺甲基化反應，是含有活潑氫的化合物（通常為羰基化合物）與甲醛和二級胺或氨縮合，生成β-氨基（羰基）化合物的有機化學反應。一般醛亞胺與α-亞甲基羰基化合物的反應也被看做曼尼希反應。反應的產物β-氨基（羰基）化合物稱為“曼尼希鹼”（Mannich鹼），簡稱曼氏鹼。

基本介紹

• 中文名：胺甲基化反應
• 外文名：Mannich reaction
• 別名：曼尼希反應
• 性質：化學術語
• 簡稱：曼氏鹼

化學信息

反應中的胺一般為二級胺，如哌啶、二甲胺等。如果用一級胺，反應後的縮合產物在氮上還有氫，可以繼續發生反應，故有時也可根據需要使用一級胺，一級胺與甲醛常溫下會迅速脫水，形成希夫鹼。如果用三級胺或芳香胺，反應中無法生成亞胺離子，停留在季銨離子一步。

胺/氨的作用是活化另一個反應物醛。甲醛是最常用的醛，一般用它的水溶液、三聚甲醛或多聚甲醛。除甲醛外，也可用其他醛。反應一般在水、乙酸或醇中進行，加入少量鹽酸以保證酸性。

含α-氫的化合物一般為羰基化合物（醛、酮、羧酸、酯）、腈、脂肪硝基化合物、末端炔烴、α-烷基吡啶或亞胺等。若用不對稱的酮，則產物是混合物。呋喃、吡咯、噻吩等雜環化合物也可反應。

曼氏反應通常需在高溫下和質子溶劑中進行，反應時間長，容易生成副產物。

反應機理

反應的機理如圖1所示。羰基質子化，胺對羰基發生親核加成，去質子，氮上的電子轉移，水離去，可以得到一個亞胺離子中間體。以二甲胺作原料，這箇中間體為N,N-二甲基-亞甲基氯化銨，在70年代由Kinact等人首先發現。它具有很強的反應性，可以使很多在通常條件下難以進行的反應得以順利進行。

圖1

亞胺離子作為親電試劑，進攻含活潑氫化合物的烯醇型結構，失去質子，便得到產物。

產物曼氏鹼比較穩定，以它作原料，經甲基化與Hofmann消除反應，或在蒸餾時和鹼作用下發生的分解反應，可以得到α,β-不飽和酮。後者可以與親核試劑發生麥可加成等反應，是很有用的合成前體，但由於它一般不穩定，容易聚合，故通常採用曼氏鹼分解生成不飽和酮，並使其在原位與其它試劑發生反應。

醛、酮等具有活潑α-H的化合物（酸、酯、硝基化合物、氰基化合物、末端炔烴…）與甲醛、胺（一級胺、二級胺或氨）在乙醇溶液中回流，使酮的α-H被胺甲基取代。該反應也稱為胺甲基化反應，所得產物成為曼尼希（Mannich）鹼。

發展歷史

早在1895年便有人發現以酚作酸組分的曼尼希鹼，並申請了專利。之後，Tollens、L. Henry、Duden、Franchimont等人發現了其他類型的曼尼希反應，包括以硝基烷和伯硝胺作酸組分的反應，但都沒有意識到這些反應所具有的普遍意義。1912年，卡爾·曼尼希用沙利比林和烏洛托品反應，得到了一個難溶於水的沉澱。此產物的結構在一年內得到了解釋， 促使了他對這一類含活潑氫化合物、甲醛和胺之間的反應進行了深入的研究，從而奠定了曼尼希反應的基礎。很多生物鹼都是通過曼尼希反應合成的。

托品酮的合成是曼尼希反應的經典例子，被認為是全合成中的經典反應之一。1901年，Willstätter首先合成了這個化合物，用的是環庚酮作原料，通過14步反應，總產率僅為0.75%。1917年，羅伯特·魯賓遜以丁二醛、甲胺和3-氧代戊二酸為原料，在仿生條件下，利用了曼尼希反應，僅通過一步反應便得到了托品酮。反應的初始產率為17%，後經改進可增至90%。

套用

1.含氮雜環的合成，如托品酮

2.在指定碳上引入雙鍵：生成的曼尼希鹼與碘甲烷作用得到季銨鹽，後者經熱消除形成不飽和鍵。

圖2

反應的立體選擇性

曼尼希反應會產生兩個原手性碳原子，因此產物是兩對對映異構體。可以經過手性誘導，使反應生成立體選擇性的產物。2002年List等人發現，在環己酮、甲醛、苯環上連有各種取代基的苯胺之間進行的曼尼希反應中，加入脯氨酸作為催化劑之後，得到的產物則能達到98% ee的立體選擇性，反應如圖3。

圖3