官能团的合成教学内容.doc

Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。官能团的合成-第十三章官能团的合成13.1烷烃的合成方法   13.1.1卤代烃和金属有机化合物的偶联反应   13.1.1.1Corey-House反应，制备新的、较大碳架的重要方法   其中，R=伯，仲，叔烷基或其它烃基   X=Cl，Br，I   R=伯烷基，为了获得较多产率，RX应用伯卤代烷   例：13.2烯烃的合成   13.2.1卤代烃脱卤代氢   其中：X=Cl，Br或I   产物符合扎伊采夫规则   例：13.2.2醇脱水   其中酸=H2SO4，H3PO4，Al2O3等   产物符合扎伊采夫规则   例：13.2.3邻二卤代烃脱卤素   其中：X=Cl，Br，I   邻二卤代烃是由烯烃加成而得，故用此反应合成烯烃并无意义，此反应主要用于保护双键   例：13.2.4炔烃的还原   a  催化还原   其中：Cat=Pd/c（Lindlarcat.）或Ni-B（P-2cat）   主要得到顺式烯烃   例：b 化学还原   主要得到反式烯烃   例：13.3炔烃的合成   13.3.1二卤代烷脱卤化氢   其中：X=Cl，Br或I   二卤代烷由烯烃加卤素得到，所用的二卤代一般是邻二卤代烷，但偕二卤代烷也能发生类似的反应   产物符合扎伊采夫规则   例：13.3.2伯卤代烷与乙炔钠的反应   其中X=Cl，Br或I；R=伯卤代烷   卤代烷只能是伯卤代烷，若用仲或叔卤代烷则可能伴随消除反应的发生，产物复杂。   例：13.4环烃的合成13.4.1分子内偶联反应   13.4.1.1通过有机物金属卤代物偶联，通常用于四，五元环的合成。   其中：X=Cl，Br；M=Zn，Mg等金属原子   例：13.4.1.2二元羧酸类的分子内缩合，适用于含6个或者7个碳的二元羧酸分子内缩合形成五，六元环的化合物。   例：制备天然产物番木瓜酮、麦角酸13.4.2Diels-Alder反应（双烯合成）或   其中Z，Z=H，COR，CO2R，CHO，CN，NO2等吸电子基。链环或环状的二烯与含有双键或三键的亲双烯体合成，生成六元环烯化合物，即Deils-Alder反应。极易在无催化剂及不加热或温度不高的条件下进行，这是合成六元环的主要方法。13.5芳族亲电取代反应13.5.1芳族亲电取代的定位规则   (1)    I类基是致活基团，使亲电取代易进行，且主要发生在邻对位。这些基团的致活强弱顺序如下：N(CH3)2，NH2，OH，OR，OCOR，CR3，CHR2，R（R=烷基）   (2)    II类基是致钝基团，使亲电取代难于进行，反应主要发生在间位，这些基团的致钝强弱顺序如下：+NR3，NO2，CN，SO3H，COR，CCl3，COOR，COOH（R=烷基）   (3)    III类卤素基团是致钝基团，都是邻对位定位基   (4)    如果环上有两个I类基，则定位以较强一个为主   (5)    如果环上有一个I类基，同时有一个II类或III类基时，则定位由I类基决定   (6)  II，III类基共存时，定位由III类基决定13.5.2芳族亲电取代反应   13.5.2.1烷基苯的合成（F-C反应）   a.使用卤代烷与路易斯酸（AlCl3，FeCl3，SnCl4，BF3）   此反应必须在环上没有间位定位基团或-NR2基团存在的情况下才能进行。R=烷基，一般当碳原子数>3时有重排，不能是芳基或乙烯基   例：止泻药地芬诺酯（diphenoxylate）中间体的制备b.使用烯烃与Lewis酸（AlCl3，H2SO4）   例：d.F-C酰基化再还原制备烷基苯   其中Y=I类基，R=烷基   可避免重排产物的产生   例：13.5.2.2芳基硝基化合物的产生   a.使用混酸（HNO3+H2SO4）   其中Y=I类基时，主要得到对位产物b.使用乙酸硝酸酯   其中Y=I类基时，主要得到邻位产物；Y=II类基时，主要得到间位产物。13.5.2.3卤代芳烃的生成   卤素+催化剂   其中：Y=I或II类基13.5.2.4芳基磺酸的生成：使用浓H2SO4或发烟H2SO4   其中：Y=I类基   其中：Y=II类基13.5.2.5侧链卤代芳烃的生成   a.芳烃的氯甲基化反应   其中：Y=烷基，卤素，烷氧基等I类或III类基时较易反应，II类基不能反应   例：b.烷基苯的侧链卤代：用与烷烃光卤代类似的条件，易发生游离基卤代反应   注意卤代反应的条件（X2，加热或光照）与苯环上亲电取代反应的卤代反应（X2，FeX3）不同   光卤代也可有多卤代产物13.6卤代烃的合成方法13.6.1由烃制备13.6.1.1游离基卤代反应   烷烃的游离基卤代反应，通常情况下，因较难控制，产物复杂，无制备价值，仅在一些特殊情况下应用如：   只有一种氢，一卤代产物只有一种，较难控制   例：   为了形成更稳定的自由基，在某些结构化合物的卤取代反应中可发生双键移位或重排。一般用得较多的是烯醛型化合物在高温下发生-氢游离基取代反应   或者在较低温时，用N-溴代丁二酰亚胺（NBS）作试剂的-溴代反应   例：13.6.1.2不饱和烃加卤代氢或卤素   其中X=Cl，Br，产物符合马氏规则如果烯烃与X2+H2O反应则得到1卤2羟基加成产物   如果烯烃在过氧化物存在下与溴化氢加成，则得到反马氏规则产物   此反应为游离基加成反应，有类似过氧化物效应的试剂还有CCl4，CHCl3，CBCl3，但HCl无过氧化物效应。13.6.1.3芳烃的氯甲基化反应13.6.2由醇制备   13.6.2.1醇与卤代氢作用   其中：X=Cl，Br例：13.6.2.2醇与三卤化磷作用   其中：X=Cl，Br例：或：   13.6.2.3醇与二氯亚砜作用13.6.3卤代物互换   氟代烷，碘代烷一般较难直接制备，多用卤代烷互换的方法   例如：13.7醇、酚、醚的合成13.7.1醇的合成方法   13.7.1.1从烯烃制备   a.从烯烃的硼氢化-氧化制备   硼化物是缺电子试剂，当与不对称烯烃加成时，缺电子的硼加在含氢多的碳上，而氢则加到含氢少的碳上，氧化后得到的产物醇的结构表观上看是反马氏规则的。   例：b.烯烃在酸性条件下与水加成   例：   与不对称烯烃加成，生成的产物符合马氏规则   13.7.1.2格氏试剂合成法   其中R=烷基或芳基；X=Cl，Br用不同的羰基化合物可以得到相应的伯，仲，叔醇   例：13.7.1.4从羰基化合物还原制备   a.催化还原   其中：Cat=Ni，Pt，Pd，CuO-Cr2O3等   例：葡萄糖还原为山梨糖b.化学还原   金属氢化物加氢还原   此法选择性比催化还原强，如NaBH4，LiAlH4可以选择性地还原羰基，而不还原双键。且NaBH4对分子中与羰基共存的NO2，Cl，COOR，CN等基因均不还原，这是用催化还原难以达到。例如：   Meerwein-Ponndorf-Verly还原   其中：R，R=烷基   此法专一性强，只使羰基与醇羟基互变，分子中其它不饱和键不被还原，是醛酮与一级醇，二级醇互变的好方法。   例1：   例2：   例3：   饱和醛、酮的反应活性大于,-不饱和醛酮，可进行选择性还原13.7.1.5烯烃的烃基化制备邻二醇：主要用于制备1,2二羟基化合物13.7.2酚的合成方法   13.7.2.1苯磺酸盐碱熔法   13.7.2.2氯苯水解法13.7.2.3异丙苯氧化法   13.7.2.4用碘化氢分裂芳基烷基醚   13.7.2.5重氮盐水解13.7.3醚的合成方法   13.7.3.1醇脱水法   其中：R=烷基，此法仅限于对称醚的合成   例：13.7.3.2Williamson合成法   其中：R=烷基，R=伯或仲烷基，叔烷基或芳基不行   此反应是SN2反应，为了避免副反应-消除反应的发生，通常R尽量选用伯，或仲卤代烷提高醚的产率   13.7.3.3用硫酸二烷酯合成醚酚   可以用于保护酚羟基13.7.3.4制备三元环醚   三元环醚非常活泼，易在酸或碱条件下烷氧键断裂，与亲核试剂发生反应，得到增加两个碳的化合物，在合成上非常有意义。   a.乙烯催化氧化制备环氧乙烷   b.从卤代醇制备   c.碳碳双键的过氧化13.8醛、酮的合成方法   13.8.1醛的合成   13.8.1.1伯醇的氧化   例：    13.8.1.2甲苯的氧化   Y=取代基，可以是I类，II类或III类基   长链烷基苯不发生此反应   例：13.8.1.3腈，酰胺或酰卤的还原   其中：R=烷基，芳基   此方法可用于制备芳香醛及碳数不超过7的脂肪醛   例：13.8.2酮的合成方法   13.8.2.1仲醇的氧化   其中：R，R=烷基，芳基   例：   13.8.2.2镉试剂与酰卤反应   其中：R=伯烷基或芳基，R=烷基或芳基   例：13.8.2.3用F-C酰基化反应制备酮   其中：Y=I类基，R=烷基   例：    13.8.2.4烯烃的臭氧化还原反应   烯烃结构对称时有合成价值   例：13.8.3利用醛和酮的反应增长碳链，制备醛酮   13.8.3.1羟醛缩合反应   其中：R，R=烷基，芳基或氢   此法可用于增长，制备，-不饱和醛酮   例：13.8.3.2交叉羟醛缩合反应：增长碳链及合成，-不饱和醛酮的方法   其中：R，R，R”=H，烷基或芳基   此反应只有当其中一种醛或酮不含-H时，才有合成价值   例：13.8.3.3Micheal加成反应   此反应可用于合成1,5-二羰基化合物及增长碳链   另将此反应与交叉羟醛缩合结合，可用于合成环状化合物Robinson法   例：13.8.3.4Wittig反应   其中：碱=BuLi，C6H5Li，C2H5ONa等   例：13.9羧酸的合成方法   13.9.1烷基苯的氧化   其中：R=与芳环直接相连的碳上至少含有一个氢原子的烃基   氧化剂：KmnO4/H+或OH-；K2Cr2O7/H；O2/Co(OAc)3；O2/V2O5   （1）与苯环直接相连的烃基无论含有多少个碳原子，但氧化的最终产物是含一个碳的羟基     （2）与苯环直接相连的碳原子为叔碳原子，一般不发生侧链氧化13.9.2伯醇和醛的氧化   氧化剂：K2Cr2O7/H2SO4；KMnO4/H+或OH-；HNO3   例：13.9.3甲基酮的氧化（卤仿反应）   其中：X=Cl，Br，I   甲基酮或甲基仲醇用此法可合成此原酮少一个碳原子的羧酸，且分子中的不饱和键不参与反应   例：13.9.4有机金属化合物合成法   其中：RX=伯，仲，叔，乙烯或卤代烃   此法常用于合成比原料多一个碳原子的羧酸如原料分子中存在着含活泼氢的活性基团时，如-COOH，-OH，-NH2，必须将其保护，以避免分解Grignard试剂或有机金属化合物13.9.5腈的水解   其中：RX=脂肪族伯卤代烃   脂肪腈常用伯卤代烷与NaCN反应制得，所得羧酸比相应的卤代烃多一个碳原子，仲和叔卤代烃与NaOH反应则由于强碱性而以消除反应为主，使羧酸的产率较低   芳香腈不能用上法制备，一般可通过桑德迈尔反应制得   例：13.9.6羧酸衍生物的水解   其中：Y=卤素，-OR，-OCOR，-NH213.9.7丙二酸二乙酯合成法：合成结构的一元酸，二元酸及脂环烃的羟基衍生物结构较复杂的复杂羧酸   1一元酸   其中：RX，RX=伯卤代烃2二元酸   3脂环烃的羧酸衍生物   在丙二酸酯的活泼亚甲基碳上引入烃基时，所选用的卤代烃应为伯卤代烃13.9.8乙酰乙酸乙酯合成法   RX=伯卤代烃，（n1）等   当烃基化试剂选用酰卤时，碱则选用NaH，不用醇钠以避免酰卤醇解   例：13.9.9烯烃的羰基化：可合成比原料烯烃多一个碳原子的羧酸   例：13.9.10-羟基羧酸的合成   1腈醇水解法   其中R，R=H或烃基   2卤代酸水解   例：13.9.11-羟基羧酸合成方法   1Reformatsky反应   其中：X=Br，Cl，I通常用溴代物；R，R，R”=H或烃基   2卤代酸水解   例1：   例2：13.10羧酸衍生物的合成   13.10.1酰卤的合成：一般由羧酸中羟基的取代来制备   例1：   例2：羧酸和草酰氯反应生成酰卤13.10.2酸酐的合成方法   1羧酸脱水：合成对称酸酐和环状酸酐   1,4-二羧酸和1,5-二羧酸加热脱水形成五，六元环状酸酐   2酰卤与所酸盐的反应   R=R或RR3芳烃氧化   4乙酸酐的工业制法：乙酸酐是工业上最主要，最常用的酸酐，是较好的乙酰化试剂   例1：   例2：13.10.3酯的合成法   1羧酸酯化   R=烷基或芳基；R=烷基    ROH的反应活性：1°>2°>3°    RCOOH的反应活性：HCOOH>CH3COOH>RCH2COOH>R2CHCOOH>R3COOH    反应是可逆的，须酸催化，常用其中一种价廉，易得的反应物过量，或反应中不断蒸去一种产物使平衡右移，得到较高产率的酯   当酸或醇的空间位移较大时（如叔醇等），酯化反应困难，产率较低   例：2酰卤或酸酐与醇反应   R，R=烷基或芳基   对于芳香酰卤，有空间位阻的脂肪酰卤，三级醇或酚，须在Schotten-Baumamn条件下，即在NaOH或吡啶，三乙胺，二甲苯胺等碱存在下反应。   例：3酯交换反应   R=低沸点醇的烃基；R”=高沸点醇的烃基   此法主要用于从一个低沸点醇的酯转变为高沸点醇的酯，也可用于二酯化合物的选择性水解   例：13.10.4酰胺的合成方法   1羧酸铵盐脱水反应   该反应是可逆反应，反应中不断蒸发出水，使平衡右移，提高产率。   例：2羧酸衍生物氨（胺）解   其中：X=Cl，Br，-OR，-OCOR   碱性条件下，酰卤与胺作用，易发生反应   酸酐与胺作用主要用于胺，尤其是芳香族伯，仲胺的酰化   例：3腈的控制水解   腈水解时应注意控制条件，温度不能过高，以避免进一步水解成羧酸。   例：13.11胺和芳香重氮盐的合成  13.11.1胺的合成方法   13.11.1.1氨和胺的烃基化   其中：R=脂肪烃基或环上有吸电子的芳基   例：抗疟药伯胺喹的合成13.11.1.2硝基化合物的还原：主要用于制备芳香伯胺   1催化氢化还原法   注意：当分子中含有其它容易氢化的基团，如C=C等，不宜使用此法   例：强髓利尿药吡咯他尼（piretanide）中间体的合成2化学还原法   其中：M=Fe，Zn，Sn等    HA=HCl，H2SO4，CH3COOH等    LiAlH4：常用于还原脂肪族硝基化合物制备伯胺   分子中若有-C=O，-CN，-X，-C=C，用M+HA还原，这些基团不受影响   例：消炎镇痛药苯噁咯芬（benzoxaprofen）中间体的合成3选择性还原芳   环上有两个硝基的二硝基化合物，可用（NH4）2S，NH4HS，Na2S或Sn+HCl等还原剂，通过控制还原剂用量，选择还原其中一个硝基当不对称间二硝基苯衍生物还原时，优先还原邻位或对位硝基，取决于还原剂的类型和苯环上其它取代基的性质13.11.1.3其它含氮化合物的还原1    1.腈和脂的还原   其中：R=脂肪烃基或芳基     H=H2+Ni（Pt）（催化氢化）               =LiAlH4     （化学还原）   例：维生素B6中间体的合成2酰胺的还原   其中：R，R，R”=脂肪烃基或芳基   例：13.11.1.4羰基还原胺化   其中：R，R=脂肪烃基或芳基     酮的还原胺化可生成含仲烷基的伯胺，如用仲卤代烷胺化则往往得到消除产物烯烃   例：13.11.1.5Gabried合成法：制备伯胺   例：另见13.11.1.1例     13.11.1.6Hoffmamn降解反应：制备比原料酰胺少一个碳原子的伯胺   其中：R=C6脂肪烃基或芳基，碳数较高时，产率较低。   例：13.11.2芳香重氮盐的制备及重氮盐的取代反应     13.11.2.1芳香重氮盐的制备13.11.2.2Sandmeyer反应   其中：X=Cl，Br13.11.2.3芳香重氮盐被氟，碘取代   例：      13.11.2.4芳香重氮盐被羟基取代13.11.2.5芳香重氮盐被氢取代   这个反应在合成上非常重要，如利用-NH2或硝基的定位效应在苯环上引入其它基团，然后用此法把不需要的氨基或硝基从苯环上除去-