第二章有机合成02

1、第二章官能团化和官能团转换的基本反应 在分子中引入官能团和官能团的转换是合成的重要方面。 本章我们打算概括地汇集在分子中引入官能团和官能团转换的各种各样的反应，这些反应都是成功的合成化学工作者所需要的。注意：1.反应为自由基机理 2.有过氧化物存在或加热、光照 3.卤素的活性：F2Cl2Br2I2 4.氢的活性顺序为：321例例1+ Br2h127Br一、烷烃的官能团化例2、解释下述事实。CCH3CH3CH3HBr2300300Cl2CCH3CH3CH3BrCCH3CH3CH3ClCCH2CH3CH3HCl+36%64%超过 99% 氯自由基的活性比溴自由基的活性高，所以氯化反应的选择性比溴化

2、反应的选择性差。二、烯烃的官能团化CH2N2光照CH2+ N2CH3CH CH2+CH2CH3CH CH2CH2 1. 烯烃与卡宾的加成反应是合成环丙烷衍生物的重要方法。CH2CH3SeO2CH2CH3OHCH3CH2CCHCH3CH3SeO2CH3CHCCHCH3CH3OHCCHCH3CH3CH3SeO2CCHCH3CH3CH2OH 2. 碳碳双键相邻的碳氢键（烯丙位氢）对氧化和卤化是敏感的。SeO2氧化烯丙位氢通常发生在取代基较多的双键碳原子的-位，其顺序为CHCH2CH3. 3. 用 NBS 进行溴化，反应涉及烯丙基自由基中间体，所以得到溴代烃的混合物。RCH2CHCH2NBS(PhCO

3、2)2RCHCHCH2NBSRCH CHCH2RCH CHCH2BrBrRCHCHCH2+.4. 烯烃的羟汞化还原（脱汞）反应RCH CH2Hg(OAc)2H2O, THFRCH CH2OH HgOAcNaBH4RCH CH3OH完成下列反应：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、习题：用1-甲基环己烷为原料，合成下列化合物。CH3BrH3COHCH3OHOH1) CH3OH R三、炔

4、烃的官能团化 1. 炔烃的官能团化主要是碳碳叁键的反应和炔氢的反应。完成下列反应：C CHHBr(过量）CH3CHCHCCH+ H2OHg2+H2SO4CH3CCHB2H6H2O2OH-CHCHCuCl+ HCN+O完成下列转变：1、CH3CH2CH2BrCH3CH2CH2CCCH3CH CHOHOHCH3CH2CH2CH2CHO由乙炔、丙炔合成四、芳烃及其衍生物的官能团化X2/ FeX3HNO3 + H2SO4H2SO4(HCHO)3, HCl/ ZnCl2Friedel-CraftsRX/ AlCl3RCOX 或(RCO)2OAlCl3XNO2SO3HCH2XRCORCH2RZn-Hg /

5、HCl(X=Cl. Br)（一）芳烃的亲电取代反应1.芳烃的卤代 苯在Lewis酸催化下的卤代一般只限于氯代和溴代。近年来发现了一些反应条件温和、选择性良好的卤化试剂。 例：在三氟过氧乙酸存在下，用四氯化钛作氯化试剂，可以使芳烃的氯代反应在室温下顺利完成。NCH3COCH3TiCl4/CF3CO3Hr.t.NCH3COCH3Cl2. 芳烃的磺化 磺化反应不仅容易进行，而且为可逆反应，因此磺酸基在合成中是极为有用的占位基团。CH3H2SO4100CH3SO3HCl2FeCH3SO3HClH3O150CH3Cl3.芳烃的Friedel-Crafts 烷基化 芳烃的烷基化反应是制备烷基苯的重要方法之

6、一。通常在酸催化下进行。常用的酸催化剂可以是Lewis酸，也可以是质子酸，其活性次序为：AlCl3 FeCl3 SbCl5 SnCl4 BF3 TiCl4 ZnCl2HF H2SO4 P2O5 H3PO4 常用的烷基化试剂可以是：卤代烃、烯烃、醇、醚和酯。但是要注意重排的发生。+ CH3CH2CH2ClAlCl3CH(CH3)2CH2CH2CH3+6468%3234%4.芳烃的Friedel-Crafts酰基化 芳烃的酰基化反应是制备芳基酮的重要方法。 常用的酰化试剂：酰卤、酸酐和羧酸。 Friedel-Crafts酰基化的优点：反应可以停留在一取代阶段，而且不发生重排反应。AlCl3+CH3

7、CH2CH2COClCOCH2CH2CH3ZnHgHCl,CH2CH2CH2CH35.芳烃侧链上的反应 1）苄基位的卤代 2）苄基位的氧化 氧化剂为酸性高锰酸钾CH(CH3)2Cl2hCCH3CH3Cl（二）取代苯衍生物的官能团化1.取代芳烃亦可以发生亲电取代反应，而且芳环上已有的取代基决定着亲电试剂进入的位置，并影响取代反应的速率。NR2，NHR，NH2， OH OR，NHCOCH3 R，C6H5 H Cl（Br，I）强烈活化中等活化o-,p-定位基弱活化弱钝化NR3，NO2，CN，SO3H，CHO，COR，COOH，CF3强钝化m-定位基 习题：1、由苯或甲苯合成COOHClNH2COOH

8、ClNH2CH3BrBrCOOHCH(CH3)2五、羟基的官能团转换反应1. 转变成卤代烃1）与HX作用反应活性次序为：叔醇仲醇伯醇，HIHBrHClHF但是反应常伴有重排等副反应，使其应用受到限制。CCH3CH3OHHClClCH3CH32-环丁基-2-丙醇CCH3CH3OHClCH3CH3HCCH3CH3OH2CCH3CH3Cl- H2O2）反应条件温和、选择性好、副反应少的卤代试剂： SOCl2，PX3，PX52. 分子内脱水生成烯烃符合扎依采夫规则。也注意重排的发生。CH3OHCH3CH3+84%16%(CH3)3CCHOHCH3(CH3)3CCH CH2(CH3)2C C(CH3)2

9、+3%64%3. 在碱性条件下，与卤代烃反应成醚 注意卤代烃的消除。例：合成CH3CH2OC(CH3)34. 羟基的保护1）醇在酸性条件下可与2,3-二氢吡喃作用生成混合型缩醛，来保护羟基。因此对碱、Grignard试剂、烷基锂、氢化铝锂、烃化剂和酰化剂均稳定。 HCCCH2OHHOOCCCCH2OHHC CCH2OHOHOOCH2C CHC2H5MgBrTHFOOCH2C CMgBrCO2H3OHOOCC CCH2OH2）酚羟基保护有时会用CH3I生成甲醚，脱保护时用 HI，回流。OHNaOHONaCH3IOCH3选择保护基团时，需考虑：该基团在温和条件下引入；在化合物中其他基团发生转化所需

10、要的条件下是稳定的；在温和条件下易于除去。5、羟基的氧化6、多元醇的反应1）与新制的氢氧化铜反应2）与高碘酸（HIO4）反应3）频哪醇重排COHCOHHHH3OCHCHO习题：一、完成下列反应：CH3OH+ HBrH3OOHC6H5C6H5OHOHNaOH+COCl六 、卤素的官能团转换1、亲核取代反应1）机理：单分子亲核取代SN1和双分子亲核取代 SN2机理。2）卤代烃几乎可以同所有的亲核试剂发生反应3）可以得到醇类、胺类、醚类、酯类、腈类等多种 有机化合物，因此在合成中有广泛应用。 不同卤代烃在进行亲核取代反应时，其反应速度与底物的结构、离去集团、亲核试剂的性质、反应条件等有关。2、消除反

11、应1）机理分为E1和E2消去2）在强碱性溶液中进行，主要生成Saytzeff烯烃3）用于制备烯烃、炔烃等3、与金属反应4、还原成烷烃习题：一、完成下列反应ClCH2CH2CH2Br+ KCNCHCHCHClCHCH2Cl+ NH3CHLiCH3CH3CuII七. 氨基的官能团转换由苯合成:BrBrBrBrBrBr作业：1、由苯合成邻溴苯胺、间溴苯胺、对溴苯胺2、由苯合成、邻苯二胺、间苯二胺、对苯二胺八、硝基与氰基的转换反应腈与格氏试剂合成酮C NR+ RMgX醚C NRRH3OMgXCNHRRH2OCORR亚胺中间体C H3O C H2CN+MgBr醚 H3OCH3OCH2C O3、腈与醇反应

12、生成酯。 机理：C NR+ ROHCNORRH3OCNHORRHCOROR九、羰基化合物 的反应（一）亲核加成反应1.与醇的加成醛（酮）在HCl(气)或无水强酸催化下，与等摩尔的醇反应形成一种加成产物，叫半缩醛（酮）C O+ CH3CH2OHHCl(气)COCH2CH3OH半缩醛（酮）可进一步与醇在HCl(气)或无水强酸催化下，脱去一分子水，生成缩醛（酮）。+ CH3CH2OHHCl(气)COCH2CH3OHCOCH2CH3OCH2CH3 由于缩醛或缩酮都对碱、氧化剂、还原剂稳定，因此常常用生成缩醛或缩酮的方法来保护羰基，保护完毕再用稀酸水解脱掉保护基。例如： CH3CCH2BrOCH3CCH

13、2CH2CH2OHOH3OCH3CCH2BrOCH3CCH2CH2CH2OHOOHOHHCH3CCH2BrO OMg无水醚O2.加NaHSO3饱和溶液 亚硫酸氢钠的饱和溶液(40%)和醛、酮作用，很快生成白色沉淀( -羟基磺酸钠)，常用于醛酮的分离与提纯。反应应用范围：所有醛、脂肪甲基酮、八碳以下环酮CH3CH2CH2CHO + NaHSO3 (饱和）C6H5CC6H5 + NaHSO3 (饱和）O3.加氨衍生物 氨的衍生物(NH2Y)像羟氨(NH2OH)、肼(NH2NH2)、氨基脲 (NH2NHC(O)NH2)等由于氮上有孤对电子，都能作为亲核试剂和醛、酮的羰基发生亲核加成反应。与羟胺加成的

14、产物为肟，在酸性条件下会发生Backmann重排成酰胺 H3OO+ NH2-OHNOHNHO4. 加HCN 水解，制备 -羟基酸 反应应用范围：所有醛、脂肪甲基酮、八碳以下环酮 例：由苯及不超过3个原子的有机物合成 CHOHCOOHCHOHCOOHCO, HClAlCl3CHOHCNCHCNOHH3O5.与格氏试剂生成醇。在合成上有重要用途。6. Witting反应制烯烃 Wittig反应条件温和，产率高，生成的双键位置确定，没有重排。Ph3PCHOC6H5C6H5OCH2Cl+ Ph3P碱Ph3PCHOC6H5+CH3CCH3O羟醛缩合Stobbe缩合Darzen缩合Reformatsky

15、缩合Knoevenagel-Doebner缩合Mannich反应1.羟醛缩合反应（a）醛的缩合 产物是-羟基醛。 形成的-羟基醛在加热时(或用稀酸处理)，很容易脱水变成,-不饱和醛。脱水一步是不可逆的，从而使反应进行到底。例如：（二）缩合反应乙醛在稀碱催化下的反应历程：(b) 酮的缩合反应 酮在同样的条件下，也可发生缩合反应形成-羟基酮，但反应的平衡大大偏向于反应物一方：如果设法使平衡不断向右移动，也能得到较高产率的缩合产物。(c) 分子内缩合 二羰基化合物发生分子内缩合形成环状化合物。例如：如果有多种成环选择，则一般都形成五、六员环。(d) 交叉的醇醛缩合 如果有一个反应物含-氢，而另一个反

16、应物不含-氢，这时可得到产率较高的单一产物。例如：不含-氢的芳醛与含-氢的醛或酮在碱存在下的缩合又叫Claisen-Schmidt反应(CH3)2C O+CH2COOEtCH2COOEtNaOC2H5(CH3)2CCCH2COOEtCOOEtH(CH3)2CCCH2COOHCOOEt+CH2COOEtCH2COOEtNaOC2H5Ph2C CCH2COOEtCOOEtHPh2CCCH2COOHCOOEtPh2C O2. Stobbe反应 在碱存在下，酮与丁二酸酯的反应。 常用的催化剂为叔丁醇钾、醇钠、NaH等。CH2COOEtCH2COOEtROCH2COOEtCHCOOEtRCORCRROC

17、HCOOEtCH2C OEtOCRROCHCOOEtCH2COEtOCRROCCOOEtCH2C OHROC CRRCH2COOHCOOEt反应机理： Stobbe缩合反应在有机合成上的应用， 它的产物在强酸中加热水解可发生脱羧反应，得到较原来酮、酸增加三个碳原子的不饱和羧酸。 H3OC CRRCH2COOHCOOEt-CO2C CRRCH2COOHHCHO(CH2COOEt)2NaOC2H5CH CCH2COOHCOOEtH3O-CO2CH CH CH2COOH3、Darzen 反应反应C=O + BrCH2CO2EtCOCH CO2EtNaNH2or RO-*CHCHOOH-H+,-环氧酸

18、酯环氧酸酯* CH2 生成醛生成醛 CHR 生成酮生成酮 醛、酮与醛、酮与-卤代酸酯在强碱卤代酸酯在强碱(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,-环氧酸酯的反应称为环氧酸酯的反应称为 Darzen 反应反应.BrCH2COOEtNaNH2BrCHCOOEtC=OCH3C6H5C CCH3C6H5BrO-C CCH3C6H5BrO-CO2EtHCO2EtH+CH3C6H5COCH COOHCH3C6H5C=CH-OHCH3C6H5CHCHO-CO2产生碳负离子产生碳负离子OH-COCHCO2EtC6H5CH3-Br-H+ORCO2EtOC

19、O2EtOH-H+CORCHOOH-H+ORCHCO2Ett-BuOK, 0-15ClCH2CO2Ett-BuOK, 0-15, 3hCl3 3）应用）应用 合成环氧酸酯，合成比原料醛、酮多一个合成环氧酸酯，合成比原料醛、酮多一个碳的醛、酮。碳的醛、酮。OHCOOEt-OHH+CH2CHOOCOOEt-OHH+CH2COC6H5CHCO2EtClCH2CO2EtClCHOt-BuOKt-BuOK(3)-卤代酸酯在锌粉作用下，卤代酸酯在锌粉作用下，先生成有机锌化合物（先生成有机锌化合物（注意：格注意：格试剂活性比它高试剂活性比它高），再与醛或酮的羰基发生亲核加成，水解），再与醛或酮的羰基发生亲核

20、加成，水解生成生成 -羟基酸酯羟基酸酯，再水解得，再水解得 -羟基酸羟基酸。如：如：CH2COOC2H5 + ZnXEt2OCH2COOC2H5ZnXR2C=OR2C CH2COOC2H5OZnXR2C CH2COOC2H5OZnXH2O / HR2C CH2COOC2H5OHH2O / HR2C CH2COOHOH4、Reformatsky反应反应补充：补充： -溴代酸酯的制备溴代酸酯的制备说明：说明： 反应需在惰性溶剂反应需在惰性溶剂(如苯如苯)中进行；中进行；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时，碳上的取

21、代基空阻太大时， 反应不能进行。反应不能进行。 该反应定向性好。该反应定向性好。反应机理反应机理 首先是首先是 - -卤代酸酯和锌反应生成中间体有机锌试剂，然后卤代酸酯和锌反应生成中间体有机锌试剂，然后有机锌试剂与醛酮的羰基进行加成，再水解：有机锌试剂与醛酮的羰基进行加成，再水解： -羟基酸酯羟基酸酯, -羟基酸羟基酸 , , -不饱和酸酯不饱和酸酯 ,-不饱和酸以及由不饱和酸以及由它们它们衍生的化合物。衍生的化合物。反应的应用：反应的应用：主要用来制备以下化合物：主要用来制备以下化合物： 在弱碱的催化作用下，醛、酮与含有活泼亚甲基的化在弱碱的催化作用下，醛、酮与含有活泼亚甲基的化合物发生的失

22、水缩合反应为合物发生的失水缩合反应为Knoevenagel 反应。反应。C=ORRH2 CZZ+C=CRRZZ弱碱苯, 分水Z: CHO, CR, COOR, CN, NO2等O弱碱:, RCH2NH2, R2NH 等NNH,5 5、KnoevenagelKnoevenagel反应反应反应机理反应机理ZZCH2BZZCHRRC=OZZCH-CRRO-HBZZCH-CRROHZZC CRROHZZC=CRRBKnoevenagel 反应的实例反应的实例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.制备各种类型的制备各种类型的,-不饱和化合物不饱和化合物.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+转移转移活化的活化的C=NCH3CCHCH2NMe2 HClOCH3OCH3CCH2CH3 + CH2O + Me2NH HClOCH3CH2O + (CH3)2NH+HCl, H2OOCH3CH2N(CH3)2OCH3(CH3)2NCH267 %+33 %R-C-CH2CH2NMe2R-C-CH2CH2NMe3CH3IOH -OOOO ，蒸馏R-C-CH=CH2R-C-CH=CH2其它反应其它反应1)Perkin1)Perkin反应反应 芳醛和酸酐在相应的羧酸盐存在下的反应，产芳醛和酸酐在相应的羧酸盐存在下的反应，产物是物是,- -不饱和芳香酸：不饱和

25、芳香酸：PhCHO + OCH3COCH3COCH3COONaOHPhCHCH2COOH_H2OPhCH CHCOOH2) 安息香缩合 芳香醛或少数不含-H的脂肪醛在CN的催化作用下，发生双分子缩合，生成-羟基酮。2 PhCHO + CN_OOHPhCHCPhH2OROH 3)醛酮的氧化和还原 (1) 氧化KMnO4, K2Cr2O7, H2CrO4, RCOOOH, Ag2O, H2O2, Br2(水水)RCHOO2RCOOOHRCHO2RCOOH(i) 醛极易氧化，许多氧化剂都能将醛氧化成酸。醛极易氧化，许多氧化剂都能将醛氧化成酸。(ii) 许多醛能发生自动氧化。许多醛能发生自动氧化。(i

26、ii) 用用TollenTollen试剂试剂Ag(NHAg(NH3 3) )2 2+ + 氧化发生银镜反应氧化发生银镜反应( (只氧化醛，只氧化醛， 不氧化酮不氧化酮) )。 酮不被通常的氧化剂氧化。强氧化剂使酮的C-C键断裂，得两分子羧酸，这通常没有制备价值。环酮的氧化可得单一产物：ORCR+ CH3COOOHCH3COOC2H540oCORCOR+ CH3COOHBaeyer-VilligerBaeyer-Villiger 反应反应OHNO3HOOC(CH2)4COOHR重排的优先次序重排的优先次序R3C- R2CH- ,RCH2- CH3-CH2CH3COC(CH3)3+ CF3CO3H

27、CH2Cl2COCH2CH3+ CF3CO3HCH2Cl2O COCH2CH3CH3COOC(CH3)3H2OO2Mg-Hg , 苯苯H2OOHOH(2)还原还原到亚甲基(i)(i) ClemmensenClemmensen还原RCOR Zn-Hg浓HClRCH2R C6H5COCH2CH2CH3 Zn-Hg浓HClC6H5CH2CH2CH2CH3 77%(ii) Wolff-Kishner还原(黄鸣龙改进)*两种方法分别在酸和碱介质中反应，可以互相补充；两种方法分别在酸和碱介质中反应，可以互相补充；*不适于不适于 , -不饱和羰基化合物的还原，或者连不饱和羰基化合物的还原，或者连C=C一起一

28、起 还原，或者生成物复杂。还原，或者生成物复杂。RCOR + NH2NH2NaOHO(CH2CH2OH)2RCH2RC6H5COCH2CH2CH3 C6H5CH2CH2CH2CH3 82%NaOHO(CH2CH2OH)2NH2NH2,CHOCH2OH+ CH2ONaOH+ HCOONa甲醛与其它无-H的醛作用，甲醛总是还原剂 没有-活泼氢的醛在强碱作用下，发生分子间的氧化还原而生成相应醇和相应酸的反应。4) Cannizzaro反应 (歧化反应)羧酸及其衍生物的反应一、羧酸的反应1、还原反应用氢化铝锂，可以将羧酸直接还原为醇。COOHLiAlH4CH2OH2、-H卤代反应羧基和羰基一样，能使-H活化。一般是在磷催化下，与卤素反应。CH2COOHBr2PCHBrCOOH3、与重氮甲烷反应生成甲酯。COOHCH2N2COOCH34、二元酸脱酸反应二元酸在加热时容易脱酸。规律如下：当n=0,1时，CO2生成一元酸。当n=2,3时，H2O生成五元环、六元环酸酐。当n=4,5时，CO2，H2O生成五元环、六元环的环酮。(CH2)nCOOHCOOH H2CCOOHCOOHCOOHCH2COOHCOOHCOOHCOOH