第六章合成子與極性轉換

第六章合成子與極性轉換演示文稿當前第1頁\共有72頁\編于星期三\10點優(yōu)選第六章合成子與極性轉換當前第2頁\共有72頁\編于星期三\10點6.1合成子基本理論6.1.1合成子的概念

合成子（CoreyE.J.）：凡是能用已知的，或合理的操作連接成分子的結構單元均稱為合成子。當前第3頁\共有72頁\編于星期三\10點Synthons

aredefinedasunitswhichcanbejoinedto(organic)moleculesby

knownorconceivablesyntheticoperations.

(E.J.Corey1967)當前第4頁\共有72頁\編于星期三\10點其它定義：1.在切斷時所得到的概念性的分子碎片，通常為一個正離子或負離子。它們可以是相應反應中的一個中間體，也可以不是。2.指可用于有機反應中的合成單位。是與反應物（稱為試劑reagent)對等的。當前第5頁\共有72頁\編于星期三\10點一）合成子是有機合成反應的基本單元

合成反應最普通的表示方式是，一個正離子和一個負離子鍵接在一起成為一個分子：A-+B+A—B負極性離子

（電負性）

電子供應者正極性離子

（電正性）

電子接受者產(chǎn)物分子

（中性）A-和B+就可以稱為“合成子”。當前第6頁\共有72頁\編于星期三\10點二）合成子的有效性有機分子的拆解通常有多種拆解方法，如：OOOOCH3OCH3Ph有哪些拆解方法？是否合理？當前第7頁\共有72頁\編于星期三\10點

有些碎片是有效的，有些是無效的，合成子是分子拆開后在有機合成中確實有效的碎片。OOOOCH3OCH3Ph12345以下拆解方法那些是合理的？當前第8頁\共有72頁\編于星期三\10點上述分子中只有下列兩個碎片才是有效的：-OOCH3OCH3PhOO+OCH3O+H+和當前第9頁\共有72頁\編于星期三\10點它們可以通過Michael加成反應合成目標物：OOCH3PhO+OCH3OEtONaOOOOCH3OCH3Ph當前第10頁\共有72頁\編于星期三\10點三）合成子是否一定實際存在“合成子”是一個人為的，概念化的名詞，有別于實際存在的起反應的離子、自由基或分子。合成子可能是實際存在的，也可能是一個實際不存在的抽象化的東西。當前第11頁\共有72頁\編于星期三\10點Example1：其碎片是：O+OEtONaOOO-與OH+不穩(wěn)定實際存在的當前第12頁\共有72頁\編于星期三\10點此時的合成子是CH3CO-，但這是不存在的。合成時，必須用它的對等物，而等價物是實際存在的。Example2：用環(huán)己烯酮合成β-乙?；?/p>

環(huán)己酮OOCH3CO當前第13頁\共有72頁\編于星期三\10點合成等價物：一種能起合成子作用的試劑。合成子通常由于其本身的不太穩(wěn)定而不能直接使用。試劑：實際使用的代表合成子的化合物。例如MeI是合成子Me+的試劑。它能在相應的的合成中起反應，給出中間體或目標分子。它是合成子的合成等價物。相關概念：當前第14頁\共有72頁\編于星期三\10點Example:鹵代烷的取代反應6.1.2合成子的極性轉換R-XR++X-NuR-NuRMgXMg醚R-+MgX+ER-E親核反應親電反應當前第15頁\共有72頁\編于星期三\10點格氏試劑：一鹵代烷與金屬鎂在絕對乙醚（無水、無醇的乙醚）中作用生成有機鎂化合物，產(chǎn)物能溶于乙醚，不需分離即可直接用于各種合成反應，也稱為格利雅試劑。知識點回顧：R-Mg-XOOC2H5C2H5C2H5C2H5當前第16頁\共有72頁\編于星期三\10點當鹵代烷分解成R+與X-時，烷基是正離子，當它通過格式試劑再分解時，烷基就成了負離子，這就稱為極性轉換；同一基團既可成為正離子，也可成為負離子。當前第17頁\共有72頁\編于星期三\10點極性轉換（英文：Umpolung），也稱極性翻轉、極性反轉、極性顛倒，指有機化學中官能團極性的改變，是有機合成重要概念之一。此概念首先由德國化學家DieterSeebach（迪特爾·澤巴赫）與美國化學家艾里亞斯·詹姆斯·科里提出，極性轉換的英文名稱Umpolung也由德語的Umpolung得來，意為極性倒轉。當前第18頁\共有72頁\編于星期三\10點Example:用環(huán)己烯酮合成β-乙酰基

環(huán)己酮由于CH3CO-是實際不存在的合成子，需要從帶正電的結構體通過極性轉換，變成帶負電的結構體，但如何處理？OOCH3COCH3C-O當前第19頁\共有72頁\編于星期三\10點處理方法：R-C-XOA與BR-C-XOABR-C-OAB+X+R-C-OAB+OH+OCOARBH3+OOCRO當前第20頁\共有72頁\編于星期三\10點技術關鍵：選用什么樣的A與B？針對本例：B用-CN，即：OH+HCNCH3-CHOHCNNaOH為何不用酸問題：反應機理？當前第21頁\共有72頁\編于星期三\10點A用：-C-CH3OC2H5HC2H5OCH=CH2+CH3-CHOHCNCH3-CHOCNC-CH3OC2H5H問題：反應機理？當前第22頁\共有72頁\編于星期三\10點實際合成步驟：OH+HCNCH3-CHOHCNNaOHC2H5OCH=CH2CH3-CHOCNC-CH3OC2H5HLiNR2CH3-C-OCNC-CH3OC2H5HOH+OCH3CO目標分子當前第23頁\共有72頁\編于星期三\10點先看下列分子的拆開：6.1.3合成子與穩(wěn)定性CRR’OHXCRR’OX-++H+這種拆開方法是否可行，要看X-的穩(wěn)定性。當前第24頁\共有72頁\編于星期三\10點例如：CRR’OHCNCRR’OCN-++H+氰基（CN-）是很穩(wěn)定的負離子，易與羰基發(fā)生親核加成反應：CRR’OCN-+H+CRR’OHCN當前第25頁\共有72頁\編于星期三\10點小常識：氰化氫有劇毒，且揮發(fā)性較大（沸點26.5℃），故在羰基化合物與氰化氫加成時，為了避免直接使用氰化氫，通常是把無機酸加入醛（酮）和氰化鈉水溶液的混合物中，以便HCN一生成就立即與醛（酮）作用，但在加酸時應注意控制溶液的pH值，使之始終偏于堿性（pH約為8），以利于反應的進行。當前第26頁\共有72頁\編于星期三\10點又如：CRR’OHC2H5CRR’OC2H5-++H+一般說來，Et-是一個不穩(wěn)定的負離子，不能直接用于和羰基的反應，但通過格氏試劑能將它穩(wěn)定下來。當前第27頁\共有72頁\編于星期三\10點因此，一個穩(wěn)定的合成子，可以直接起反應，而一個不穩(wěn)定的合成子，就需要用它的穩(wěn)定的等價物。CRR’OC2H5MgBr+H3+OCRR’OHC2H5當前第28頁\共有72頁\編于星期三\10點安息香縮合是羰基極性轉換的代表，也是人們最早知道的極性轉換的例子。反應物苯甲醛中的羰基碳原子是親電性的。首先發(fā)生氰離子對羰基碳的親核加成，然后質(zhì)子由碳轉移到氧上，形成一個碳負離子，其中的碳發(fā)生了極性轉換，是親核性的。然后該碳原子親核進攻另一分子的苯甲醛的親電性羰基碳，質(zhì)子轉移，氰離子離去，得到產(chǎn)物安息香。6.2合成子極性轉換的具體應用Example1:安息香縮合反應當前第29頁\共有72頁\編于星期三\10點反應機理：當前第30頁\共有72頁\編于星期三\10點因此：C-CNHO是O的等價物當前第31頁\共有72頁\編于星期三\10點醛（如乙醛）可以和1,3-丙二硫醇形成二噻烷。由于硫對碳負離子具有特殊的穩(wěn)定性，故鄰位的碳有酸性，用正丁基鋰在低溫四氫呋喃中處理，得到相應的親核性碳負離子。該鋰化的碳負離子作為親核試劑，可以和鹵代烴（溴化芐）、其他羰基化合物（環(huán)己酮）以及環(huán)氧乙烷衍生物（苯基環(huán)氧乙烷）等合成子發(fā)生親核取代，生成的產(chǎn)物水解，又得回羰基，因此產(chǎn)物是另一個羰基化合物。Example2:二噻烷碳負離子的形成當前第32頁\共有72頁\編于星期三\10點當前第33頁\共有72頁\編于星期三\10點這里：SS相當于O也是?；撾x子的等價物。當前第34頁\共有72頁\編于星期三\10點6.3.1合成子的分類6.3合成子的分類和加合極性轉換中的合成子可分為：1.供電子合成子（以d代表）；2.受電子合成子（以a代表）兩大類。當前第35頁\共有72頁\編于星期三\10點見下列有機分子的基本結構：FGX01234FG：官能團；X0表示促使分子發(fā)生極性轉換的金屬原子或雜原子（Li,Mg等，或-O,-N,-S等）。5當前第36頁\共有72頁\編于星期三\10點碳原子順序編號C1,C2,C3,…；如由于極性轉換而使C1具有供電子能力而形成活性中心，就是d1合成子；C2有活性，就是d2合成子，依次類推，給各類合成子編號；當前第37頁\共有72頁\編于星期三\10點也可能在C之前，官能團（FG）或雜原子X0有活性，就是d0合成子；供電子合成子就有d0,d1,d2,d3等；相似地，也有因極性轉換使碳原子有受電子能力而形成活性中心的，受電子合成子就有a0,a1,a2,a3…之分。當前第38頁\共有72頁\編于星期三\10點d合成子試劑負離子合成子官能團d0CH3SHCH3S-(雜原子硫有活性)d0合成子-C-S-d1KCNCN-（雜原子N使C1活化）d1合成子-CNd2CH3CH=O-CH2CHO（α-C原子活化）d2合成子-CHOd3(Li)C≡CCH2NH2-C≡CCH2NH2d3合成子-C≡CCH2NH2當前第39頁\共有72頁\編于星期三\10點試劑負離子官能團a0Me2PClMe2P+(活化的是P)-PMe2a1CH3COCH3CH3C+O（羰基被活化）-CO-a2BrCH2COCH3+CH2COCH3（α-C原子活化）-CO-a3H2C=CHCOORH2+C-CH=CO-OR-COOR,-C=C-a合成子當前第40頁\共有72頁\編于星期三\10點

除了以上涉及的合成子外，還有烷基合成子，也有供電子與受電子之分：（1）烷基d合成子：如甲基鋰分解成CH3-和Li+，前者就是烷基d合成子，反應中起甲基化作用；格氏試劑中得到的R-當然是烷基d合成子；注意：它們不是d1合成子，反應中只起烷基化作用，產(chǎn)物無官能團！當前第41頁\共有72頁\編于星期三\10點（2）烷基a合成子如二甲硫醚與溴甲烷的加成物能起下列離子化反應：(CH3)3SBr(CH3)3S++Br-此正離子在反應中，由于甲基被活化成Me+而起了甲基化的作用；不是a1合成子，而是烷基a合成子，產(chǎn)物無官能團。當前第42頁\共有72頁\編于星期三\10點烷基a+烷基d：6.3.2合成子的加合——a合成子與d合成子的反應CH3Li+(CH3)3SBrCH3CH3+(CH3)2S+LiBr產(chǎn)物為無官能團化合物。(d)(a)當前第43頁\共有72頁\編于星期三\10點a1+d1：OH+HCNROHHRCN[H]OHRNH2(a1)(d1)產(chǎn)物為1,2-雙官能團化合物。當前第44頁\共有72頁\編于星期三\10點產(chǎn)物是單官能團化合物。a

+d2：(CH3)3SBr+OHH3COH+(CH3)2S+HBr(a)(d2)當前第45頁\共有72頁\編于星期三\10點產(chǎn)物為α，β-不飽和醛，是1，3-雙官能團化合物a1+d2：OHH3CO+OOHO(a1)(d2)分析正誤！HH當前第46頁\共有72頁\編于星期三\10點正確解：OHH3CO+[OH-]OC-OHH3COH2OOHHH3COO(a1)(d2)當前第47頁\共有72頁\編于星期三\10點產(chǎn)物為1，4-雙官能團化合物，a1+d3

，a3+d1的產(chǎn)物也都是1，4-雙官能團化合物。a2+d2：OCOOCH3+BrOCO2CH3(1)NaOH(2)H3+OOOCO2H(d2)(a2)當前第48頁\共有72頁\編于星期三\10點產(chǎn)物是1，5-雙官能團化合物。a3+d2：O+OHOOO(a3)(d2)當前第49頁\共有72頁\編于星期三\10點一）烷基（烴基）d合成子碳負離子的烴基可以是烷基、烯基、炔基。它們活性大，穩(wěn)定性小，形成碳負離子的容易程度是：6.3.3供電子合成子CH≡C-

>CH2=CH-

>CH3CH2

-C-H中s成分增加試分析之！當前第50頁\共有72頁\編于星期三\10點烴基d合成子大多通過有機金屬鹵化物制得，由C-Na，C-Li通過金屬交換而得C-M，反應如下：Br+2LiTHFLi+LiBrCl+2LiTHFLi+LiCl請思考如何控制當前第51頁\共有72頁\編于星期三\10點二）d1合成子（1）在C1-X0（雜原子）中，碳的電子對可離域到雜原子上去，就形成較穩(wěn)定的碳負離子，即d1合成子。HCN（及鉀鹽、鈉鹽）以及CH3NO2都能在水溶液中生成d1合成子。當前第52頁\共有72頁\編于星期三\10點H-C≡N+OH-C≡NC=NCH3-NO2+OH-NOOH2CNOOH2C=+H2O當前第53頁\共有72頁\編于星期三\10點（2）利用Si，S，P及過渡金屬也可生成d1合成子。R3Si-CH2Cl+2Li-LiClR3SiCH2Li+烷基硅葉立德：當前第54頁\共有72頁\編于星期三\10點相關知識點葉立德（Ylide）：指的是一類在相鄰原子上有相反電荷的中性分子。葉立德在有機化學，尤其是有機合成中有很多應用。通常地，葉立德可以寫成以下共振式，其中一個共振雜化體具有雙鍵：當前第55頁\共有72頁\編于星期三\10點實際的電子分布取決分子的具體性質(zhì)。當前第56頁\共有72頁\編于星期三\10點早在1919年H.施陶丁格等就發(fā)現(xiàn)這類特殊結構的化合物，1954年E.G.維蒂希等提出維蒂希反應，參與此反應的磷葉立德通常稱為維蒂希試劑。葉立德結構具有一個半極性鍵,碳原子上帶有負電荷,是一個很強的親核試劑。它與一般碳負離子不同,能穩(wěn)定地存在。磷葉立德中的磷原子具有低能量的3d空軌道，碳上有孤對電子的p軌道,通過d-p共軛分散了碳上的負電荷，使分子趨于穩(wěn)定。

當前第57頁\共有72頁\編于星期三\10點磷葉立德具有很強的親核性，可與羰基化合物反應，生成烯烴；與環(huán)氧化合物反應,生成還氧丙烷衍生物;與亞硝基苯反應,生成N－苯基亞胺,后者易水解,生成羰基化合物。磷葉立德還可進行烷基化反應、?；磻?、重排反應、消除反應和分解反應。當前第58頁\共有72頁\編于星期三\10點1，3-二硫環(huán)烷：R-HC+n-BuLi-BuHRSSLi+P葉立德：Ph3P-CH2-OCH3+n-BuLiPh3PHOCH3Li+CPh3P=CHOCH3SS注意！當前第59頁\共有72頁\編于星期三\10點三）d2合成子（1）如α-碳原子旁有不飽和吸電子基團，α-碳上的碳氫鍵就會被活化，使α-碳成為d2合成子當前第60頁\共有72頁\編于星期三\10點不飽和吸電子基團影響α-碳上碳氫鍵的活化能力，其大小有如下順序：RC=NR2+COR-C≡NRC=NRPhRC=CR2當前第61頁\共有72頁\編于星期三\10點一）烷基a合成子：