第二章有機合成02

1、第二章官能團化和官能團轉(zhuǎn)換的基本反應 在分子中引入官能團和官能團的轉(zhuǎn)換是合成的重要方面。 本章我們打算概括地匯集在分子中引入官能團和官能團轉(zhuǎn)換的各種各樣的反應，這些反應都是成功的合成化學工作者所需要的。注意：1.反應為自由基機理 2.有過氧化物存在或加熱、光照 3.鹵素的活性：F2Cl2Br2I2 4.氫的活性順序為：321例例1+ Br2h127Br一、烷烴的官能團化例2、解釋下述事實。CCH3CH3CH3HBr2300300Cl2CCH3CH3CH3BrCCH3CH3CH3ClCCH2CH3CH3HCl+36%64%超過 99% 氯自由基的活性比溴自由基的活性高，所以氯化反應的選擇性比溴化

2、反應的選擇性差。二、烯烴的官能團化CH2N2光照CH2+ N2CH3CH CH2+CH2CH3CH CH2CH2 1. 烯烴與卡賓的加成反應是合成環(huán)丙烷衍生物的重要方法。CH2CH3SeO2CH2CH3OHCH3CH2CCHCH3CH3SeO2CH3CHCCHCH3CH3OHCCHCH3CH3CH3SeO2CCHCH3CH3CH2OH 2. 碳碳雙鍵相鄰的碳氫鍵（烯丙位氫）對氧化和鹵化是敏感的。SeO2氧化烯丙位氫通常發(fā)生在取代基較多的雙鍵碳原子的-位，其順序為CHCH2CH3. 3. 用 NBS 進行溴化，反應涉及烯丙基自由基中間體，所以得到溴代烴的混合物。RCH2CHCH2NBS(PhCO

3、2)2RCHCHCH2NBSRCH CHCH2RCH CHCH2BrBrRCHCHCH2+.4. 烯烴的羥汞化還原（脫汞）反應RCH CH2Hg(OAc)2H2O, THFRCH CH2OH HgOAcNaBH4RCH CH3OH完成下列反應：CH3+ HBrCH3+ HBrROORCCH3CH3CH2+ ICl)B2H6)H2O2/OH-1、2、3、4、)Hg(OAc)2/CH3OH) NaBH4/OH-CH3CCH3CH2稀KMnO4冷H3CCH3KMnO4, H2OOH-, 6、7、習題：用1-甲基環(huán)己烷為原料，合成下列化合物。CH3BrH3COHCH3OHOH1) CH3OH R三、炔

4、烴的官能團化 1. 炔烴的官能團化主要是碳碳叁鍵的反應和炔氫的反應。完成下列反應：C CHHBr(過量）CH3CHCHCCH+ H2OHg2+H2SO4CH3CCHB2H6H2O2OH-CHCHCuCl+ HCN+O完成下列轉(zhuǎn)變：1、CH3CH2CH2BrCH3CH2CH2CCCH3CH CHOHOHCH3CH2CH2CH2CHO由乙炔、丙炔合成四、芳烴及其衍生物的官能團化X2/ FeX3HNO3 + H2SO4H2SO4(HCHO)3, HCl/ ZnCl2Friedel-CraftsRX/ AlCl3RCOX 或(RCO)2OAlCl3XNO2SO3HCH2XRCORCH2RZn-Hg /

5、HCl(X=Cl. Br)（一）芳烴的親電取代反應1.芳烴的鹵代 苯在Lewis酸催化下的鹵代一般只限于氯代和溴代。近年來發(fā)現(xiàn)了一些反應條件溫和、選擇性良好的鹵化試劑。 例：在三氟過氧乙酸存在下，用四氯化鈦作氯化試劑，可以使芳烴的氯代反應在室溫下順利完成。NCH3COCH3TiCl4/CF3CO3Hr.t.NCH3COCH3Cl2. 芳烴的磺化 磺化反應不僅容易進行，而且為可逆反應，因此磺酸基在合成中是極為有用的占位基團。CH3H2SO4100CH3SO3HCl2FeCH3SO3HClH3O150CH3Cl3.芳烴的Friedel-Crafts 烷基化 芳烴的烷基化反應是制備烷基苯的重要方法之

6、一。通常在酸催化下進行。常用的酸催化劑可以是Lewis酸，也可以是質(zhì)子酸，其活性次序為：AlCl3 FeCl3 SbCl5 SnCl4 BF3 TiCl4 ZnCl2HF H2SO4 P2O5 H3PO4 常用的烷基化試劑可以是：鹵代烴、烯烴、醇、醚和酯。但是要注意重排的發(fā)生。+ CH3CH2CH2ClAlCl3CH(CH3)2CH2CH2CH3+6468%3234%4.芳烴的Friedel-Crafts?；?芳烴的酰基化反應是制備芳基酮的重要方法。 常用的?；噭乎｛u、酸酐和羧酸。 Friedel-Crafts?；膬?yōu)點：反應可以停留在一取代階段，而且不發(fā)生重排反應。AlCl3+CH3

7、CH2CH2COClCOCH2CH2CH3ZnHgHCl,CH2CH2CH2CH35.芳烴側(cè)鏈上的反應 1）芐基位的鹵代 2）芐基位的氧化 氧化劑為酸性高錳酸鉀CH(CH3)2Cl2hCCH3CH3Cl（二）取代苯衍生物的官能團化1.取代芳烴亦可以發(fā)生親電取代反應，而且芳環(huán)上已有的取代基決定著親電試劑進入的位置，并影響取代反應的速率。NR2，NHR，NH2， OH OR，NHCOCH3 R，C6H5 H Cl（Br，I）強烈活化中等活化o-,p-定位基弱活化弱鈍化NR3，NO2，CN，SO3H，CHO，COR，COOH，CF3強鈍化m-定位基 習題：1、由苯或甲苯合成COOHClNH2COOH

8、ClNH2CH3BrBrCOOHCH(CH3)2五、羥基的官能團轉(zhuǎn)換反應1. 轉(zhuǎn)變成鹵代烴1）與HX作用反應活性次序為：叔醇仲醇伯醇，HIHBrHClHF但是反應常伴有重排等副反應，使其應用受到限制。CCH3CH3OHHClClCH3CH32-環(huán)丁基-2-丙醇CCH3CH3OHClCH3CH3HCCH3CH3OH2CCH3CH3Cl- H2O2）反應條件溫和、選擇性好、副反應少的鹵代試劑： SOCl2，PX3，PX52. 分子內(nèi)脫水生成烯烴符合扎依采夫規(guī)則。也注意重排的發(fā)生。CH3OHCH3CH3+84%16%(CH3)3CCHOHCH3(CH3)3CCH CH2(CH3)2C C(CH3)2

9、+3%64%3. 在堿性條件下，與鹵代烴反應成醚 注意鹵代烴的消除。例：合成CH3CH2OC(CH3)34. 羥基的保護1）醇在酸性條件下可與2,3-二氫吡喃作用生成混合型縮醛，來保護羥基。因此對堿、Grignard試劑、烷基鋰、氫化鋁鋰、烴化劑和?；瘎┚€(wěn)定。 HCCCH2OHHOOCCCCH2OHHC CCH2OHOHOOCH2C CHC2H5MgBrTHFOOCH2C CMgBrCO2H3OHOOCC CCH2OH2）酚羥基保護有時會用CH3I生成甲醚，脫保護時用 HI，回流。OHNaOHONaCH3IOCH3選擇保護基團時，需考慮：該基團在溫和條件下引入；在化合物中其他基團發(fā)生轉(zhuǎn)化所需

10、要的條件下是穩(wěn)定的；在溫和條件下易于除去。5、羥基的氧化6、多元醇的反應1）與新制的氫氧化銅反應2）與高碘酸（HIO4）反應3）頻哪醇重排COHCOHHHH3OCHCHO習題：一、完成下列反應：CH3OH+ HBrH3OOHC6H5C6H5OHOHNaOH+COCl六 、鹵素的官能團轉(zhuǎn)換1、親核取代反應1）機理：單分子親核取代SN1和雙分子親核取代 SN2機理。2）鹵代烴幾乎可以同所有的親核試劑發(fā)生反應3）可以得到醇類、胺類、醚類、酯類、腈類等多種 有機化合物，因此在合成中有廣泛應用。 不同鹵代烴在進行親核取代反應時，其反應速度與底物的結(jié)構(gòu)、離去集團、親核試劑的性質(zhì)、反應條件等有關。2、消除反

11、應1）機理分為E1和E2消去2）在強堿性溶液中進行，主要生成Saytzeff烯烴3）用于制備烯烴、炔烴等3、與金屬反應4、還原成烷烴習題：一、完成下列反應ClCH2CH2CH2Br+ KCNCHCHCHClCHCH2Cl+ NH3CHLiCH3CH3CuII七. 氨基的官能團轉(zhuǎn)換由苯合成:BrBrBrBrBrBr作業(yè)：1、由苯合成鄰溴苯胺、間溴苯胺、對溴苯胺2、由苯合成、鄰苯二胺、間苯二胺、對苯二胺八、硝基與氰基的轉(zhuǎn)換反應腈與格氏試劑合成酮C NR+ RMgX醚C NRRH3OMgXCNHRRH2OCORR亞胺中間體C H3O C H2CN+MgBr醚 H3OCH3OCH2C O3、腈與醇反應

12、生成酯。 機理：C NR+ ROHCNORRH3OCNHORRHCOROR九、羰基化合物 的反應（一）親核加成反應1.與醇的加成醛（酮）在HCl(氣)或無水強酸催化下，與等摩爾的醇反應形成一種加成產(chǎn)物，叫半縮醛（酮）C O+ CH3CH2OHHCl(氣)COCH2CH3OH半縮醛（酮）可進一步與醇在HCl(氣)或無水強酸催化下，脫去一分子水，生成縮醛（酮）。+ CH3CH2OHHCl(氣)COCH2CH3OHCOCH2CH3OCH2CH3 由于縮醛或縮酮都對堿、氧化劑、還原劑穩(wěn)定，因此常常用生成縮醛或縮酮的方法來保護羰基，保護完畢再用稀酸水解脫掉保護基。例如： CH3CCH2BrOCH3CCH

13、2CH2CH2OHOH3OCH3CCH2BrOCH3CCH2CH2CH2OHOOHOHHCH3CCH2BrO OMg無水醚O2.加NaHSO3飽和溶液 亞硫酸氫鈉的飽和溶液(40%)和醛、酮作用，很快生成白色沉淀( -羥基磺酸鈉)，常用于醛酮的分離與提純。反應應用范圍：所有醛、脂肪甲基酮、八碳以下環(huán)酮CH3CH2CH2CHO + NaHSO3 (飽和）C6H5CC6H5 + NaHSO3 (飽和）O3.加氨衍生物 氨的衍生物(NH2Y)像羥氨(NH2OH)、肼(NH2NH2)、氨基脲 (NH2NHC(O)NH2)等由于氮上有孤對電子，都能作為親核試劑和醛、酮的羰基發(fā)生親核加成反應。與羥胺加成的

14、產(chǎn)物為肟，在酸性條件下會發(fā)生Backmann重排成酰胺 H3OO+ NH2-OHNOHNHO4. 加HCN 水解，制備 -羥基酸 反應應用范圍：所有醛、脂肪甲基酮、八碳以下環(huán)酮 例：由苯及不超過3個原子的有機物合成 CHOHCOOHCHOHCOOHCO, HClAlCl3CHOHCNCHCNOHH3O5.與格氏試劑生成醇。在合成上有重要用途。6. Witting反應制烯烴 Wittig反應條件溫和，產(chǎn)率高，生成的雙鍵位置確定，沒有重排。Ph3PCHOC6H5C6H5OCH2Cl+ Ph3P堿Ph3PCHOC6H5+CH3CCH3O羥醛縮合Stobbe縮合Darzen縮合Reformatsky

15、縮合Knoevenagel-Doebner縮合Mannich反應1.羥醛縮合反應（a）醛的縮合 產(chǎn)物是-羥基醛。 形成的-羥基醛在加熱時(或用稀酸處理)，很容易脫水變成,-不飽和醛。脫水一步是不可逆的，從而使反應進行到底。例如：（二）縮合反應乙醛在稀堿催化下的反應歷程：(b) 酮的縮合反應 酮在同樣的條件下，也可發(fā)生縮合反應形成-羥基酮，但反應的平衡大大偏向于反應物一方：如果設法使平衡不斷向右移動，也能得到較高產(chǎn)率的縮合產(chǎn)物。(c) 分子內(nèi)縮合 二羰基化合物發(fā)生分子內(nèi)縮合形成環(huán)狀化合物。例如：如果有多種成環(huán)選擇，則一般都形成五、六員環(huán)。(d) 交叉的醇醛縮合 如果有一個反應物含-氫，而另一個反

16、應物不含-氫，這時可得到產(chǎn)率較高的單一產(chǎn)物。例如：不含-氫的芳醛與含-氫的醛或酮在堿存在下的縮合又叫Claisen-Schmidt反應(CH3)2C O+CH2COOEtCH2COOEtNaOC2H5(CH3)2CCCH2COOEtCOOEtH(CH3)2CCCH2COOHCOOEt+CH2COOEtCH2COOEtNaOC2H5Ph2C CCH2COOEtCOOEtHPh2CCCH2COOHCOOEtPh2C O2. Stobbe反應 在堿存在下，酮與丁二酸酯的反應。 常用的催化劑為叔丁醇鉀、醇鈉、NaH等。CH2COOEtCH2COOEtROCH2COOEtCHCOOEtRCORCRROC

17、HCOOEtCH2C OEtOCRROCHCOOEtCH2COEtOCRROCCOOEtCH2C OHROC CRRCH2COOHCOOEt反應機理： Stobbe縮合反應在有機合成上的應用， 它的產(chǎn)物在強酸中加熱水解可發(fā)生脫羧反應，得到較原來酮、酸增加三個碳原子的不飽和羧酸。 H3OC CRRCH2COOHCOOEt-CO2C CRRCH2COOHHCHO(CH2COOEt)2NaOC2H5CH CCH2COOHCOOEtH3O-CO2CH CH CH2COOH3、Darzen 反應反應C=O + BrCH2CO2EtCOCH CO2EtNaNH2or RO-*CHCHOOH-H+,-環(huán)氧酸

18、酯環(huán)氧酸酯* CH2 生成醛生成醛 CHR 生成酮生成酮 醛、酮與醛、酮與-鹵代酸酯在強堿鹵代酸酯在強堿(RONa, NaNH2, (CH3)3COK)催化作用下互相作用，生成催化作用下互相作用，生成,-環(huán)氧酸酯的反應稱為環(huán)氧酸酯的反應稱為 Darzen 反應反應.BrCH2COOEtNaNH2BrCHCOOEtC=OCH3C6H5C CCH3C6H5BrO-C CCH3C6H5BrO-CO2EtHCO2EtH+CH3C6H5COCH COOHCH3C6H5C=CH-OHCH3C6H5CHCHO-CO2產(chǎn)生碳負離子產(chǎn)生碳負離子OH-COCHCO2EtC6H5CH3-Br-H+ORCO2EtOC

19、O2EtOH-H+CORCHOOH-H+ORCHCO2Ett-BuOK, 0-15ClCH2CO2Ett-BuOK, 0-15, 3hCl3 3）應用）應用 合成環(huán)氧酸酯，合成比原料醛、酮多一個合成環(huán)氧酸酯，合成比原料醛、酮多一個碳的醛、酮。碳的醛、酮。OHCOOEt-OHH+CH2CHOOCOOEt-OHH+CH2COC6H5CHCO2EtClCH2CO2EtClCHOt-BuOKt-BuOK(3)-鹵代酸酯在鋅粉作用下，鹵代酸酯在鋅粉作用下，先生成有機鋅化合物（先生成有機鋅化合物（注意：格注意：格試劑活性比它高試劑活性比它高），再與醛或酮的羰基發(fā)生親核加成，水解），再與醛或酮的羰基發(fā)生親核

20、加成，水解生成生成 -羥基酸酯羥基酸酯，再水解得，再水解得 -羥基酸羥基酸。如：如：CH2COOC2H5 + ZnXEt2OCH2COOC2H5ZnXR2C=OR2C CH2COOC2H5OZnXR2C CH2COOC2H5OZnXH2O / HR2C CH2COOC2H5OHH2O / HR2C CH2COOHOH4、Reformatsky反應反應補充：補充： -溴代酸酯的制備溴代酸酯的制備說明：說明： 反應需在惰性溶劑反應需在惰性溶劑(如苯如苯)中進行；中進行；不能用不能用BrMgCH2CO2Et代替代替BrZnCH2CO2Et； -溴代酸酯的溴代酸酯的 -碳上的取代基空阻太大時，碳上的取

21、代基空阻太大時， 反應不能進行。反應不能進行。 該反應定向性好。該反應定向性好。反應機理反應機理 首先是首先是 - -鹵代酸酯和鋅反應生成中間體有機鋅試劑，然后鹵代酸酯和鋅反應生成中間體有機鋅試劑，然后有機鋅試劑與醛酮的羰基進行加成，再水解：有機鋅試劑與醛酮的羰基進行加成，再水解： -羥基酸酯羥基酸酯, -羥基酸羥基酸 , , -不飽和酸酯不飽和酸酯 ,-不飽和酸以及由不飽和酸以及由它們它們衍生的化合物。衍生的化合物。反應的應用：反應的應用：主要用來制備以下化合物：主要用來制備以下化合物： 在弱堿的催化作用下，醛、酮與含有活潑亞甲基的化在弱堿的催化作用下，醛、酮與含有活潑亞甲基的化合物發(fā)生的失

22、水縮合反應為合物發(fā)生的失水縮合反應為Knoevenagel 反應。反應。C=ORRH2 CZZ+C=CRRZZ弱堿苯, 分水Z: CHO, CR, COOR, CN, NO2等O弱堿:, RCH2NH2, R2NH 等NNH,5 5、KnoevenagelKnoevenagel反應反應反應機理反應機理ZZCH2BZZCHRRC=OZZCH-CRRO-HBZZCH-CRROHZZC CRROHZZC=CRRBKnoevenagel 反應的實例反應的實例CHO + CH2(CO2H)2O2N吡啶CH=C(CO2H)2O2NCH=CHCO2HO2N-CO274-80 %CH3CCH2CH3 + NC

23、CH2CO2EtO丙氨酸 - HOAc苯, 分水CH3CH2C = CCO2EtCH3CN85 %(CH3)2CHCHO + CH2(COEt)2苯, 分水NH- HOAc(CH3)2CHCH = C(CO2Et)290 %eg 1.eg 2.eg 3.制備各種類型的制備各種類型的,-不飽和化合物不飽和化合物.CH3-C-CH2-H + CH2O + HNORRH+CH3-C-CH2-CH2NORR取代的氨甲基取代的氨甲基CH2=ONHRRRRH+HCH2=OHN-CH2OHRN-CH2-OH2-H2ORNCH2RRNCH2RROORRCH2=NRRHO HCH3-C=CH2CH3-C-CH2

24、-CH2-NCH3C-CH2+ H+H+轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移活化的活化的C=NCH3CCHCH2NMe2 HClOCH3OCH3CCH2CH3 + CH2O + Me2NH HClOCH3CH2O + (CH3)2NH+HCl, H2OOCH3CH2N(CH3)2OCH3(CH3)2NCH267 %+33 %R-C-CH2CH2NMe2R-C-CH2CH2NMe3CH3IOH -OOOO ，蒸餾R-C-CH=CH2R-C-CH=CH2其它反應其它反應1)Perkin1)Perkin反應反應 芳醛和酸酐在相應的羧酸鹽存在下的反應，產(chǎn)芳醛和酸酐在相應的羧酸鹽存在下的反應，產(chǎn)物是物是,- -不飽和芳香酸：不飽和

25、芳香酸：PhCHO + OCH3COCH3COCH3COONaOHPhCHCH2COOH_H2OPhCH CHCOOH2) 安息香縮合 芳香醛或少數(shù)不含-H的脂肪醛在CN的催化作用下，發(fā)生雙分子縮合，生成-羥基酮。2 PhCHO + CN_OOHPhCHCPhH2OROH 3)醛酮的氧化和還原 (1) 氧化KMnO4, K2Cr2O7, H2CrO4, RCOOOH, Ag2O, H2O2, Br2(水水)RCHOO2RCOOOHRCHO2RCOOH(i) 醛極易氧化，許多氧化劑都能將醛氧化成酸。醛極易氧化，許多氧化劑都能將醛氧化成酸。(ii) 許多醛能發(fā)生自動氧化。許多醛能發(fā)生自動氧化。(i

26、ii) 用用TollenTollen試劑試劑Ag(NHAg(NH3 3) )2 2+ + 氧化發(fā)生銀鏡反應氧化發(fā)生銀鏡反應( (只氧化醛，只氧化醛， 不氧化酮不氧化酮) )。 酮不被通常的氧化劑氧化。強氧化劑使酮的C-C鍵斷裂，得兩分子羧酸，這通常沒有制備價值。環(huán)酮的氧化可得單一產(chǎn)物：ORCR+ CH3COOOHCH3COOC2H540oCORCOR+ CH3COOHBaeyer-VilligerBaeyer-Villiger 反應反應OHNO3HOOC(CH2)4COOHR重排的優(yōu)先次序重排的優(yōu)先次序R3C- R2CH- ,RCH2- CH3-CH2CH3COC(CH3)3+ CF3CO3H

27、CH2Cl2COCH2CH3+ CF3CO3HCH2Cl2O COCH2CH3CH3COOC(CH3)3H2OO2Mg-Hg , 苯苯H2OOHOH(2)還原還原到亞甲基(i)(i) ClemmensenClemmensen還原RCOR Zn-Hg濃HClRCH2R C6H5COCH2CH2CH3 Zn-Hg濃HClC6H5CH2CH2CH2CH3 77%(ii) Wolff-Kishner還原(黃鳴龍改進)*兩種方法分別在酸和堿介質(zhì)中反應，可以互相補充；兩種方法分別在酸和堿介質(zhì)中反應，可以互相補充；*不適于不適于 , -不飽和羰基化合物的還原，或者連不飽和羰基化合物的還原，或者連C=C一起一

28、起 還原，或者生成物復雜。還原，或者生成物復雜。RCOR + NH2NH2NaOHO(CH2CH2OH)2RCH2RC6H5COCH2CH2CH3 C6H5CH2CH2CH2CH3 82%NaOHO(CH2CH2OH)2NH2NH2,CHOCH2OH+ CH2ONaOH+ HCOONa甲醛與其它無-H的醛作用，甲醛總是還原劑 沒有-活潑氫的醛在強堿作用下，發(fā)生分子間的氧化還原而生成相應醇和相應酸的反應。4) Cannizzaro反應 (歧化反應)羧酸及其衍生物的反應一、羧酸的反應1、還原反應用氫化鋁鋰，可以將羧酸直接還原為醇。COOHLiAlH4CH2OH2、-H鹵代反應羧基和羰基一樣，能使-H活化。一般是在磷催化下，與鹵素反應。CH2COOHBr2PCHBrCOOH3、與重氮甲烷反應生成甲酯。COOHCH2N2COOCH34、二元酸脫酸反應二元酸在加熱時容易脫酸。規(guī)律如下：當n=0,1時，CO2生成一元酸。當n=2,3時，H2O生成五元環(huán)、六元環(huán)酸酐。當n=4,5時，CO2，H2O生成五元環(huán)、六元環(huán)的環(huán)酮。(CH2)nCOOHCOOH H2CCOOHCOOHCOOHCH2COOHCOOHCOOHCOOH