《有機反應成環(huán)反應》課件

1、有機反應成環(huán)反應PPT課件有機反應成環(huán)反應PPT課件一、成環(huán)策略 非環(huán)體系的環(huán)化 環(huán)系的建立 對已有環(huán)的修飾一個非環(huán)前體單邊環(huán)化分子內(nèi)反應二個或多個非環(huán)片斷的分子間反應(周環(huán)反應)(雙邊環(huán)化往往通過雙反應中心化合物與雙官能團化合物的結合而實現(xiàn))擴環(huán)和縮環(huán)重排反應環(huán)交換反應 一、成環(huán)策略 非環(huán)體系的環(huán)化 有機反應成環(huán)反應PPT課件單邊環(huán)化：1.陰離子環(huán)化 最常用的成環(huán)的方法：分子內(nèi)的親核反應： 取代；縮合2陽離子環(huán)化：分子內(nèi)的親電反應。3自由基的環(huán)化：酯偶聯(lián)反應4有機金屬化合物催化的環(huán)化反應 單邊環(huán)化：(1)鈀催化的環(huán)化反應過渡金屬催化的環(huán)化反應是一類應用前景廣闊的環(huán)化反應，鈀、鋯、鈷、銠、釘、

2、銀、汞等過渡金屬配合物均可催化這類環(huán)化。因為許多分子間反應可發(fā)展成為分子內(nèi)反應，從而用于環(huán)的合成。最常見的反應是鈀催化的分子內(nèi)Heck反應 (1)鈀催化的環(huán)化反應有機反應成環(huán)反應PPT課件分子內(nèi)Stille反應 分子內(nèi)Stille反應 分子內(nèi)Suzuki反應 分子內(nèi)Suzuki反應 有機鈀化合物也可催化烯炔、二炔和聯(lián)烯的環(huán)化反應 有機鈀化合物也可催化烯炔、二炔和聯(lián)烯的環(huán)化反應 （2）烯烴的復分解反應烯烴的復分解反應（olefin metatheses）是近年發(fā)展起來的一種獨特的碳骨架中CC雙鍵在金屬卡賓配合物催化下重新排布的反應，現(xiàn)已成為形成C雙鍵的有力工具，是近年來最成功的一個新反應。該反應

3、在制備航天飛機上獲得廣泛應用，其優(yōu)點是副產(chǎn)物是揮發(fā)性的烯烴，如乙烯 （2）烯烴的復分解反應反應類型: 烯烴復分解反應包括： 開環(huán)復分解聚合(ROMP，用于合成聚合物)；反應類型: 烯烴復分解反應包括： 閉環(huán)復分解反應(RCM，用于成環(huán))； 閉環(huán)復分解反應(RCM，用于成環(huán))； 開環(huán)復分解反應(ROM，用于合成鏈狀烯烴) 開環(huán)復分解反應(ROM，用于合成鏈狀烯烴) 交叉復分解反應(用于合成鏈狀烯烴 交叉復分解反應(用于合成鏈狀烯烴 前三種反應容易進行，后一種變化的關鍵是避免兩種原料烯烴的自身解反應。最近的發(fā)展已使之可以選擇性地進行，成為有合成價值的反應。 前三種反應容易進行，后一種變化的關鍵是避

4、免兩種原料烯烴的自身所用的催化劑有Ru，Mo等 所用的催化劑有Ru，Mo等 有機反應成環(huán)反應PPT課件有機反應成環(huán)反應PPT課件有機反應成環(huán)反應PPT課件二、單邊、雙邊環(huán)化與環(huán)加成反應 1三元環(huán)衍生物（1）1，3消去反應g-鹵代酮，g-鹵代酸酯，g-鹵代腈，g-鹵代硫醚，g-鹵代砜這些含活潑氫化合物進行g-消去 二、單邊、雙邊環(huán)化與環(huán)加成反應 1三元環(huán)衍生物g-鹵代酮g-鹵代酮除蟲菊酯的制備： 除蟲菊酯的制備： （2）1+2環(huán)加成卡賓與烯鍵的加成卡賓：鹵仿/堿(HCX3 或 H2CX2/B:),重氮化合物/銠或銅催化劑（R1R2CN2/cat.）二碘甲烷/鋅銅齊（CH2I2/ZnCu）。 （2

5、）1+2環(huán)加成有機反應成環(huán)反應PPT課件鹵仿/堿 HCX3 鹵仿/堿 HCX3 重氮化合物/銠或銅催化劑 重氮化合物/銠或銅催化劑 二碘甲烷/鋅銅齊 二碘甲烷/鋅銅齊 2.四元環(huán)衍生物前面學過用丙二酸與1，3二溴丙烷制備環(huán)丁烷衍生物。 2.四元環(huán)衍生物I22環(huán)加成（1）烯烴與烯烴（2）烯烴與累積二烯（烯酮CH2CH2 R2CCO；異腈酸酯（RNC=O）反應條件：光照 I22環(huán)加成產(chǎn)物混和，丙烯腈容易聚合 產(chǎn)物混和，丙烯腈容易聚合 與烯酮環(huán)加成得到環(huán)丁酮，反應可在加熱的條件下進行，碳碳雙鍵受到酮基的活化。 與烯酮環(huán)加成得到環(huán)丁酮，反應可在加熱的條件下進行，碳碳雙鍵受II. 電環(huán)化加熱：順旋允許光

6、照：對旋允許 II. 電環(huán)化III. 二酯用Na核非質(zhì)子溶劑的成環(huán)，可用于四元環(huán) III. 二酯用Na核非質(zhì)子溶劑的成環(huán)，可用于四元環(huán) 5五元環(huán)衍生物（1）雙官能團化合物縮合 5五元環(huán)衍生物茚二酮的制備 茚二酮的制備 （2）四元環(huán)擴環(huán)通過重氮鹽的重排（2）四元環(huán)擴環(huán)（3）Heck反應制備五元環(huán) （3）Heck反應制備五元環(huán) （4）Sakurai反應的副反應烯丙基三甲基硅烷可以作為1，3偶極化合物與烯烴進行2+3偶極成環(huán)反應（4）Sakurai反應的副反應這一反應是從Sakurai反應(烯丙基共軛加成)分離到“2+3”環(huán)加成副產(chǎn)物的基礎上發(fā)展起來的。烯丙基三甲基硅烷對a,b不飽和酮的加成首先形成

7、硅穩(wěn)定化的陽正離子中間體，此時，若氯離子進攻硅原子，將導向正常的Sakurai反應產(chǎn)物；而當使用位阻大的硅烷取代基時，可以減緩氯離子的進攻速度，而有利于烯醇負離子以5exotet環(huán)化方式進攻硅鎓，形成環(huán)化產(chǎn)物。 這一反應是從Sakurai反應(烯丙基共軛加成)分離到“2+有機反應成環(huán)反應PPT課件有機反應成環(huán)反應PPT課件4六元環(huán)衍生物環(huán)己烯(烯鍵的共軛位沒有羰基)：常用Diels-Alder反應a,b-不飽和的環(huán)己烯酮：常用Robinson環(huán)化反應4六元環(huán)衍生物(1)D-A反應（4+2環(huán)加成反應雙烯體：含有供電子基有利親雙烯體：含有吸電子基有利反之也可 (1)D-A反應（4+2環(huán)加成反應有機

8、反應成環(huán)反應PPT課件反電子需求的DA反應 反電子需求的DA反應 維生素D3 A環(huán)的不對稱合成 維生素D3 A環(huán)的不對稱合成 內(nèi)型為主 內(nèi)型為主 條件與結果：a.反應需要加熱b.順式加成c.橋環(huán)化合物以內(nèi)型為主d.優(yōu)先形成“鄰、對為產(chǎn)物” 條件與結果：區(qū)域選擇性 具有取代基的反應物，在二烯加成中有兩種可能的定向。1-取代的二烯與1-取代的親二烯體可以生成鄰和間位加合物，同樣的1-取代親二烯體與2-取代的二烯能夠產(chǎn)生間和對位加合物。實際上，1-取代二烯優(yōu)先生成鄰位加合物，而2-取代衍生物則有利于對位加合物的生成。區(qū)域選擇性 .優(yōu)先形成“鄰、對為產(chǎn)物”.優(yōu)先形成“鄰、對為產(chǎn)物”二烯合成的過渡態(tài)是一

9、個電子體系，類似于苯。在鄰位和對位的取代基比其在間位時共軛效應更好，故在加合物中，1取代二烯所生成的加合物，雖然可以生成鄰位和間位兩種異構體，但在鄰位加合物的過渡態(tài)中，由于共軛效應的影響而優(yōu)生生成（2-取代二烯與此相似） 二烯合成的過渡態(tài)是一個電子體系，類似于苯。在鄰位和對位的取橋環(huán)化合物以內(nèi)型為主 橋環(huán)化合物以內(nèi)型為主 S-順式 S-反式 S-順式 S-反式 雖然S-反式構象比S-順式穩(wěn)定，但在進行反應時，S -反式需轉變成S-順式才能進行反應。如果S-順式不能形成，則反應不能進行。這就說明了為什么下列二烯（I）和（II）在D-A反應中不能作為二烯進行反應，而（III）則可進行反應。 （I）

10、 （II） （III）雖然S-反式構象比S-順式穩(wěn)定，但在進行反應時，S -反式需對于D-A反應，順式環(huán)狀二烯比鏈狀快。因為鏈狀二烯在進行反應時，需要把一般比較穩(wěn)定的反式構象通過兩個雙鍵之間的單鍵旋轉才能得到所需要的順式構象，這種旋轉需要一定的能量（盡管所需要的能量較少）。環(huán)戊二烯很活潑，通過D-A反應能自身二聚成三環(huán)化合物：-此反應有時被用來由二聚體加熱獲得環(huán)戊二烯。對于鏈狀二烯，這種情況較難發(fā)生。 對于D-A反應，順式環(huán)狀二烯比鏈狀快。因為鏈狀二烯在進行反應常見的具有代表性二烯化合物有：鏈狀二烯及其衍生物，如丁二烯及其衍生物；環(huán)內(nèi)二烯和某些環(huán)外二烯及其衍生物，如環(huán)戊二烯和1-乙烯基環(huán)已烯等

11、；稠環(huán)芳烴，如蒽等。 親二烯體的活性 親二烯體的活性依賴于反應的電子要求。在親二烯體中，有吸電基時，使反應加速進行。例如，四氰基乙烯作為親二烯體比環(huán)戊二烯要快4.6108倍。親二烯體中最活潑的是：苯醌、順丁烯二酸酐、硝基取代的烯烴、-不飽和酯（酮和腈）。但是，當二烯體本身缺乏電子時，則親二烯體中有供電基反而對加成有利。例如，六氯環(huán)戊二烯與苯乙烯的加成，當苯乙烯分子中有供電基時，加速反應的進行。最常見的親二烯體有烯烴衍生物和炔烴衍生物等。 常見的具有代表性二烯化合物有：鏈狀二烯及其衍生物，如丁二烯及立體化學 D-A反應具有高度的立體選擇性。二烯體和親二烯體的立體化學特征被保留在加合物的結構中。

12、順式加成規(guī)則：在D-A反應中，兩個反應物取代基的定向被保留在生成的加合物中。即親二烯體是反式二取代乙烯的衍生物時，在加合物中，兩個取代基仍處于反式；如果在親二烯體中兩個取代基處于順式，則在加合物中它們?nèi)砸皂樖酱嬖凇ＡⅢw化學 D-A反應具有高度的立體選擇性。順式加成規(guī)則：在環(huán)戊二烯與互為異構體的順丁烯二酸酯和反丁烯二酸酯進行反應，則分別生成順和反式加合物：環(huán)戊二烯與互為異構體的順丁烯二酸酯和反丁烯二酸酯進行反應，則順式加成 順式加成 內(nèi)向加成（endoaddition）規(guī)則：在D-A反應中，當二烯是環(huán)狀共軛二烯如環(huán)戊二烯時，將生成剛性的二環(huán)化合物。如果親二烯體是取代的乙烯，可能生成兩種構型異構體

13、。當加合物中的取代基與最短的二環(huán)橋（在這里是亞甲基）處于分子的相反兩側時，這類化合物稱為具有內(nèi)向構型(endo configuration)。如果最短的橋和取代基在分子的同側，稱為外向構型（exocofiguration）。雖然外向構型通常是更穩(wěn)定的異構體，但D-A反應的加合物一般是內(nèi)向構型。例如：內(nèi)向加成（endoaddition）規(guī)則：在D-A反應中，當 內(nèi)向76% 外向24%內(nèi)向（主要產(chǎn)物） 外向24% 內(nèi)向76% 外向24%內(nèi)向（主要產(chǎn)物）內(nèi)向產(chǎn)物優(yōu)先的原因，認為是二烯體和親二烯體的軌道之間相互作用的結果。在過渡態(tài)中一個軌道完全處于另一個軌道之上，故導致內(nèi)向產(chǎn)物。這種定向內(nèi)向比外向立體

14、異構體需要略低的活化能。因而生成的速度較大。 （次級軌道效應）內(nèi)向產(chǎn)物優(yōu)先的原因，認為是二烯體和親二烯體的軌道之間相互作有機反應成環(huán)反應PPT課件由于外向產(chǎn)生是熱力學上更穩(wěn)定的異構體，在某些時候它能夠生成，甚至是唯一產(chǎn)物，這將依賴于反應條件，在此條件下加成物在動力學上將是可逆的。例如呋喃與順丁烯二酰亞胺的反應：由于外向產(chǎn)生是熱力學上更穩(wěn)定的異構體，在某些時候它能夠生成，在25，穩(wěn)定性差的內(nèi)向異構體很快生成，并且占優(yōu)勢，此時反應是不可逆的；在90，產(chǎn)物和反應物之間很快建立平衡，更穩(wěn)定的外向產(chǎn)物雖然生成較慢，但可逐漸積累。由引可以看出，反應溫度低時，反應產(chǎn)物取決于反應速度，容易生成內(nèi)向構型的加合物

15、。 在25，穩(wěn)定性差的內(nèi)向異構體很快生成，并且占優(yōu)勢，此時反應 (2) Robinson增環(huán)反應 (3) Heck 反應 (2) Robinson增環(huán)反應三、雜環(huán)化合物的合成1五元雜環(huán)化合物（1）含一個雜原子的化合物的制備 三、雜環(huán)化合物的合成有機反應成環(huán)反應PPT課件有機反應成環(huán)反應PPT課件有機反應成環(huán)反應PPT課件 （一）雜環(huán)化合物的分類和命名 分類命名：單雜環(huán)化合物：五元雜環(huán) 含一個雜原子 含兩個雜原子 六元雜環(huán) 含一個雜原子 含兩個雜原子稠雜環(huán)化合物 雜環(huán)與苯環(huán)稠合 兩個雜環(huán)稠合 兩個苯環(huán)與一個雜環(huán)稠合 （一）雜環(huán)化合物的分類和命名糧食發(fā)酵 糧食發(fā)酵 有機反應成環(huán)反應PPT課件Paa

16、l-Knorr反應 Paal-Knorr反應 b.吡咯 Knorr反應 R1H、烷基、芳基 b.吡咯R1H、烷基、芳基 Hantzsch反應Hantzsch反應有機反應成環(huán)反應PPT課件有機反應成環(huán)反應PPT課件Hantzsch synthesis1,2,3,5-tetrasubstituted pyrrole(主)Hantzsch synthesis1,2,3,5-tetr1，3偶極環(huán)加成231，3偶極環(huán)加成23c. 1+4型c. 1+4型d. 呋喃、吡咯、噻吩相互轉化 d. 呋喃、吡咯、噻吩相互轉化 （2）化學反應活性（2）化學反應活性親電反應活性：芳香性：芳香性：親電反應二取代位置： 親

17、電反應二取代位置： 僅有呋喃容易發(fā)生DA反應。僅有呋喃容易發(fā)生DA反應?？啡┛梢赃M行CANNIZZARO reactionPERKIN reaction KNOEVENAGEL condensationacyloin condensation保護醇，THP 糠醛可以進行保護醇，THP 吡咯具有弱酸性堿性: 吡咯具有弱酸性堿性: 吡咯鉀鹽可以制備很多N取代的化合物 : 親核取代吡咯鉀鹽可以制備很多N取代的化合物 : 親核取代（3）相關的天然產(chǎn)物 a.呋喃的衍生物 糠醛糠酸甘薯根黑斑菌感染分泌物，自身產(chǎn)生的抗毒素（3）相關的天然產(chǎn)物主要是四氫呋喃的衍生物呋喃糖，果糖a-（）呋喃果糖 主要是四氫呋喃

18、的衍生物多醚抗生素：monensin 莫能菌素，17個不對稱中心。多醚抗生素：monensin 莫能菌素，17個不對稱中心。b. 噻吩類化合物煤焦油中含噻吩：與苯混和，可用濃H2SO4在室溫下除去。三噻嗯，殺線蟲活性b. 噻吩類化合物香料，噻吩二硫醚香料，噻吩二硫醚聚噻吩，強度超過鋁的導電聚合物石高全，薛奇：1995年2月science 聚噻吩，強度超過鋁的導電聚合物c. 吡咯類化合物 吡咯本身是于1858年第一次從骨焦油中分餾出來的吡咯的各種形式的衍生物廣泛地存在于整個自然界在生物體的發(fā)育、生長、能量貯存和轉換、生物之間的各種信息傳遞和自身防御，乃至死亡腐爛等各個過程的化學作用物質(zhì)中，幾乎無

19、不有吡咯衍生物參與吡咯衍生物，是生命過程的一個重要要素 c. 吡咯類化合物單吡咯環(huán)化合物 在自然界和生物體中發(fā)現(xiàn)的活性單吡咯環(huán)化合物，幾乎涉及到各種類型的取代吡咯，如烷基取代吡咯、鹵代吡咯、吡咯醛、酮、吡咯羧酸及其酯，以及羥甲基、羥乙基吡咯等這些化合物般都是比較小的分子，但卻具有很強的生物活性或自特殊用途，如有特殊的藥效或可作為香料等等 。單吡咯環(huán)化合物(1)卟吩膽色素原(porphobilinogen) 是迄今為止人們所知道的最重要的天然存在的單吡咯化合物在生物體中，通過各種專門酶的作用，卟吩膽色素原能轉變成為卟啉、葉綠素、維生素B12等。金屬配合物Fe, Co, Mg等。 (1)卟吩膽色素

20、原(porphobilinogen) 是迄今卟啉類 porphyrin 卟啉類 porphyrin Pyrrolnitrin：硝吡咯菌素，抗生素 Pyrrolnitrin：硝吡咯菌素，抗生素 食品香料：食品香料：昆蟲激素：追蹤激素昆蟲激素：追蹤激素氫化吡咯，吡咯烷類化合物氨基酸：脯氨酸南瓜籽氨酸，抗血吸蟲氫化吡咯，吡咯烷類化合物南瓜籽氨酸，抗血吸蟲2苯并五元雜環(huán)indole（1）吲哚的合成：2苯并五元雜環(huán)indoleFischer synthesis醛與酮的腙在酸性催化劑（PPA、三氟化硼，氯化鋅等）的影響下，縮合，重排得到吲哚。 Fischer synthesis（2）吲哚的化學性質(zhì)：與吡咯

21、類似，親電取代主要發(fā)生在b-位（2）吲哚的化學性質(zhì)：（3）天然產(chǎn)物：b-吲哚乙酸色氨酸：5羥基色胺（3）天然產(chǎn)物：b-吲哚乙酸色氨酸：5羥基色胺利血平長春堿利血平長春堿3含兩個雜原子的五元雜環(huán)化合物（1）咪唑imidazole制備：3含兩個雜原子的五元雜環(huán)化合物制備：有機反應成環(huán)反應PPT課件性質(zhì)：弱堿性和弱酸性 天然產(chǎn)物： Histidine組氨酸 Histamine組胺 性質(zhì)：弱堿性和弱酸性 Histidine組氨酸 多菌靈：抗植物真菌多菌靈：抗植物真菌?；噭? acylating agents?；噭? acylating agents（2）吡唑Pyrazole制備：（2）吡唑Pyra

22、zole衍生物：銳勁特：殺蟲劑酸性，堿性衍生物：酸性，堿性噻唑thiazole：合成：HANTZSCH synthesis噻唑thiazole：天然產(chǎn)物：維生素B1天然產(chǎn)物：氫化噻唑： Penam 氫化噻唑： Penam 4含三個雜原子的五元雜環(huán)化合物Cu緩蝕劑Bt在合成中應用，與活潑的亞甲基連接，使其活性增加。 4含三個雜原子的五元雜環(huán)化合物（二）六元雜環(huán)化合物1吡啶 Pyridine（1）反應活性：親電取代主要發(fā)生在b位 （二）六元雜環(huán)化合物反應條件比較強烈，親電取代反應較難，不發(fā)生FC烷基、酰基反應。 反應條件比較強烈，親電取代反應較難，不發(fā)生FC烷基、?；磳ρ趸瘎┓€(wěn)定，支鏈可氧化。對

23、氧化劑穩(wěn)定，支鏈可氧化。親核取代在a-位親核取代在a-位（2）制備縮合： （2）制備Hantzsch反應Hantzsch反應（3）天然產(chǎn)物：nicotine 煙堿R CH3，煙堿 RH nornicotine 降煙堿植物殺蟲劑煙酰胺 煙酸維生素B6 （3）天然產(chǎn)物：2苯并吡啶喹啉 Quinoline反應活性親電反應 主要發(fā)生在苯環(huán)上，5，8位2苯并吡啶 43 47 有機反應成環(huán)反應PPT課件親核反應主要發(fā)生在吡啶環(huán)上親核反應主要發(fā)生在吡啶環(huán)上喹啉的制備：Skraup合成法 R1R2H，等 喹啉的制備：R1R2H，等 取代甲基喹啉取代甲基喹啉天然產(chǎn)物cinchona bark金雞納樹皮quinine奎寧金雞納堿 弱金雞納堿天然產(chǎn)物金雞納堿 喜樹堿 Camptothecin喜樹堿 Camptothecin R. F. Heck, J. P. Nolley, Jr., J. Org. Chem. 37, 2320 (1972).烯烴與鹵代烴的偶聯(lián)： R. F. Heck, J. P. Nolley, Jr