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药物合成反应卤化反应第一章第一章 卤化反应卤化反应 有机化合物分子中引入碳有机化合物分子中引入碳卤键的反应。包括卤键的反应。包括:亲电加成、亲电加成、亲电取代、亲核取代及自由基反亲电取代、亲核取代及自由基反应（从机理上考虑）应（从机理上考虑）甲苯磺丁脲甲苯磺丁脲 t1/2 5.7hr氯苯磺丙脲氯苯磺丙脲 t1/2 33hr5-氟尿嘧啶氟尿嘧啶诺氟沙星诺氟沙星溴苯那敏溴苯那敏胺碘酮胺碘酮Introduction目的：目的：制备含卤素有机物制备含卤素有机物官能团转化官能团转化引入卤素作为保护基、阻断剂，提高化学引入卤素作为保护基、阻断剂，提高化学选择性和区域选择性选择性和区域选择性机理：机理：亲电加成（不饱和烃和卤素加成）亲电加成（不饱和烃和卤素加成）亲电取代（芳烃和羰基亲电取代（芳烃和羰基 位卤代）位卤代）亲核取代（醇羟基、羧羟基等的卤置换）亲核取代（醇羟基、羧羟基等的卤置换）自由基反应（苄位、烯丙位卤代，羧基、自由基反应（苄位、烯丙位卤代，羧基、重氮基卤置换）重氮基卤置换）一、电子反应机理一、电子反应机理1.亲电反应亲电反应（1）亲电加成亲电加成第一节第一节 卤化反应机理卤化反应机理 通过化学键异裂产生的带正电的原子或基团进攻不饱和键而引起的加成反应称为亲电加成反应。亲电加成反应可以按照“环正离子中间体机理”、“碳正离子中间体机理”、“离子对中间体机理”和“三中心过渡态机理”四种途径进行。（1）环正离子中间体机理（反式加成）环正离子中间体机理表明：该亲电加成反应是分两步完成的反式加成。首先是试剂带正电荷或带部分正电荷部位与烯烃接近，与烯烃形成环正离子，然后试剂带负电荷部分从环正离子背后进攻碳，发生SN2反应，总的结果是试剂的二个部分在烯烃平面的两边发生反应，得到反式加成的产物。（2）离子对中间体机理（顺式加成）按离子对中间体机理进行的过程表述如下：首先试剂与烯烃加成，烯烃的键断裂形成碳正离子，试剂形成负离子，这两者形成离子对，这是决定反应速率的一步，键断裂后，带正电荷的CC键来不及绕轴旋转，与带负电荷的试剂同面结合，得到顺式加成产物。+Y-（3）碳正离子中间体机理（顺式加成）（反式加成）碳正离子机理进行的过程可表述如下：试剂首先解离成离子，正离子与烯烃反应形成碳正离子，这是决定反应速率的一步，键断裂后，CC键可以自由旋转，然后与带负电荷的离子结合，这时结合有两种可能，即生成顺式加成与反式加成两种产物。（4）三分子过渡态机理（反式加成）YEEY实际上，三分子碰撞几率小。一般认为，实际上，三分子碰撞几率小。一般认为，先形成先形成p p络合物，然后再与另一分子反应络合物，然后再与另一分子反应（2）亲电取代亲电取代芳烃卤代芳烃卤代 芳环上的氢被亲电试剂取代的反应称为芳香亲电取代反应芳环上的氢被亲电试剂取代的反应称为芳香亲电取代反应苯环亲电取代反应的一般模式+H+-络合物-络合物的表达方式共振式 离域式亲电试剂-络合物反应机理+-+-+-羰基羰基 位卤代位卤代：羰基化合物在羰基化合物在acid、base催化下形成烯催化下形成烯醇，易和亲电的卤化剂反应醇，易和亲电的卤化剂反应。-p 超共轭使氢活泼，易卤代超共轭使氢活泼，易卤代炔烃的卤代：炔烃的卤代：酸碱反应酸碱反应 sp杂化杂化2.亲核反应：亲核取代亲核反应：亲核取代 只有一种分子参与了决定反应速率关键步骤的亲核取代反应称为SN1 反应。在SN1反应中，得到构型翻转和构型保持两种产物。如果一个反应涉及到一个不对称碳原子上的一根键的变化，则将新键在旧键断裂方向形成的情况称为构型保持，而将新键在旧键断裂的相反方向形成的情况称为构型翻转。这种构型的翻转也称为Walden转换。在SN2反应中，得到构型翻转的产物。醇羟基、羧羟基、卤化物卤素交换、磺酸酯卤置换均属于亲核取代反应机理。SN1特点特点活性中间体活性中间体C C+；两个过渡态；两个过渡态；产物可外消旋化；产物可外消旋化；易重排；易重排；反应速度只与反应物有关；反应速度只与反应物有关；立体化学常常是判断立体化学常常是判断SN1SN1、SN2SN2的标志；的标志；SN2特点特点新键的生成和旧键的断裂同时进行；新键的生成和旧键的断裂同时进行；瓦尔登反转；瓦尔登反转；一个过渡态；一个过渡态；反应速度与反应物及试剂均有关；反应速度与反应物及试剂均有关；SNi二、自由基反应机理二、自由基反应机理1.自由基加成自由基加成日日光光或或过过氧氧化化物物存存在在下下，烯烯烃烃和和HBr加加成成的的取取向向正正好好和和马尔科夫尼科夫规律相反。例如：马尔科夫尼科夫规律相反。例如：？链引发链引发链增长链增长RO:OR 2 RO ROHBr ROHBr 链终止链终止2.自由基取代自由基取代烯丙位卤代、羧酸脱羧卤置换、芳香重氮盐卤置换烯丙位卤代、羧酸脱羧卤置换、芳香重氮盐卤置换链引发链引发链增长链增长链终止链终止自由基取代反应 有机化合物分子中的某个原子或基团被其它原子或基团所置换的反应称为取代反应。若取代反应是按共价键均裂的方式进行的，即是由于分子经过均裂产生自由基而引发的，则称其为自由基型取代反应。自由基反应包括链引发、链转移、链终止三个阶段。链引发阶段是产生自由基的阶段。由于键的均裂需要能量，所以链引发阶段需要加热或光照。链转移阶段是由一个自由基转变成另一个自由基的阶段，犹如接力赛一样，自由基不断地传递下去，像一环接一环的链，所以称之为链反应。链终止阶段是消失自由基的阶段。自由基两两结合成键。所有的自由基都消失了，自由基反应也就终止了。反应机理链引发链增长链终止H=7.5kJ/mol Ea=16.7 kJ/mol H=-112.9 kJ/mol Ea=8.3 kJ/mol和卤素的加成反应和卤素的加成反应不饱和羧酸的卤内酯化反应不饱和羧酸的卤内酯化反应和次卤酸和次卤酸(酯酯)的加成反应的加成反应和和N-卤代酰胺的加成反应卤代酰胺的加成反应和卤化氢的加成反应和卤化氢的加成反应第二节第二节 不饱和烃的卤加成反应不饱和烃的卤加成反应 一一 不饱和烃卤加成反应不饱和烃卤加成反应 (加成加成)1.卤素对烯烃的加成卤素对烯烃的加成F2:加成反应激烈，副产物多，实用性小加成反应激烈，副产物多，实用性小;I2:C-I键不稳定，易消除，不实用键不稳定，易消除，不实用;Cl2和和Br2常用，重要，资源丰富，且活泼常用，重要，资源丰富，且活泼程度适中，反应相对易控制程度适中，反应相对易控制;Cl2来自于氯碱工业，来自于氯碱工业，Br2来自于海洋。来自于海洋。（2）反应机理）反应机理以以anti为主，但比例影响因素较多为主，但比例影响因素较多 对向（对向（anti）同向同向（syn）X=H 88%12%X=OCH3 63%37%（3）影响因素影响因素烯烃结构影响烯烃结构影响 (MeO(MeO的供电子作用的供电子作用)(稳定性稳定性)当双键上有当双键上有PhPh基时基时,同向加成比例增加同向加成比例增加,(,(使使C C 离子稳定离子稳定)C-C)C-C单键来得及旋转，按单键来得及旋转，按三圆环过渡态进行的可能性减小。三圆环过渡态进行的可能性减小。不同卤素的影响不同卤素的影响溴加成溴加成,极化能力强，易形成鎓离子，以对极化能力强，易形成鎓离子，以对向加成为主向加成为主(anti)(anti)；氯加成，极化性小，；氯加成，极化性小，不易形成桥氯正离子，同向为主。不易形成桥氯正离子，同向为主。Cl Cl2 2和和BrBr2 2与烯烃加成反应历程：与烯烃加成反应历程：位阻的影响位阻的影响无位阻，机会均等，形成外消旋混合物；无位阻，机会均等，形成外消旋混合物；有位阻：有位阻：(8485%)对于环烯、桥卤正离子在对于环烯、桥卤正离子在位阻小的一面形成位阻小的一面形成：甾体化合物甾体化合物 84-85%84-85%有重排产物生成，生成更稳定的有重排产物生成，生成更稳定的C C 离子离子 70%23%70%23%(anti(anti)重排情形重排情形若反应体系中存在其它亲核试剂，则得到其它若反应体系中存在其它亲核试剂，则得到其它加成产物加成产物;欲制得纯双卤产物，应避免使用这欲制得纯双卤产物，应避免使用这些亲核试剂。些亲核试剂。Woodward、Prevost双羟化双羟化2.卤素对炔烃的加成卤素对炔烃的加成（1）反应通式）反应通式（2）反应机理）反应机理 亲电加成，反式产物亲电加成，反式产物（3）影响因素）影响因素 同离子效应，可减少副反应同离子效应，可减少副反应（4）应用特点）应用特点应用烯烃直接制备二卤代烯，困难。炔烃应用烯烃直接制备二卤代烯，困难。炔烃的卤加成，方便。的卤加成，方便。二、不饱和羧酸的卤内酯化反应二、不饱和羧酸的卤内酯化反应（1）反应通式）反应通式88%（2）反应机理）反应机理*69%少量少量（3）应用特点）应用特点形成内酯或半缩醛，可进一步还原形成内酯或半缩醛，可进一步还原1.次卤酸次卤酸(酯酯)对烯烃的加成反应对烯烃的加成反应（1）反应通式）反应通式三、不饱和烃和次卤酸三、不饱和烃和次卤酸(酯酯)N-卤代酰胺的反应卤代酰胺的反应（2）反应机理）反应机理（3）应用特点）应用特点次卤酸水溶液，制备卤代醇次卤酸水溶液，制备卤代醇7073%用次卤酸酯亦可在非水溶液中进行：用次卤酸酯亦可在非水溶液中进行：2.N-卤代酰胺对烯烃的加成反应卤代酰胺对烯烃的加成反应（1 1）反应通式）反应通式（2）反应机理）反应机理（3）应用特点）应用特点制备制备b b-卤醇以及卤醇以及b b-卤醇衍生物卤醇衍生物Dalton反应反应-anti加成加成-b b溴醇溴醇1.卤化氢对烯烃的加成卤化氢对烯烃的加成（1）反应通式）反应通式通卤化氢气体或其饱和有机溶剂，若困难，通卤化氢气体或其饱和有机溶剂，若困难，可加可加Lewis Acid或密封管加热。或密封管加热。四、卤化氢对不饱和烃的加成反应四、卤化氢对不饱和烃的加成反应（2）反应机理）反应机理离子对过渡态离子对过渡态三分子协同三分子协同自由基加成自由基加成2.卤化氢对炔烃的加成卤化氢对炔烃的加成反应特点：反应特点：同离子效应同离子效应一、脂肪烃的卤代反应一、脂肪烃的卤代反应1.饱和烃饱和烃-自由基历程自由基历程2.不饱和烃不饱和烃第三节第三节 烃类的卤代反应烃类的卤代反应 l3.烯丙位和苄位碳原子上的卤代反应烯丙位和苄位碳原子上的卤代反应 （2）反应机理）反应机理 位亚甲基一般比位亚甲基一般比 位甲基容易取代位甲基容易取代:(只有共轭只有共轭)稳定性大于稳定性大于(共轭加超共轭共轭加超共轭)原因原因:58-64%（3）影响因素）影响因素(Br(Br为吸电子基为吸电子基,使中间体不使中间体不稳定稳定)吸电子取代基降低自由基的稳定性吸电子取代基降低自由基的稳定性:（4）应用特点）应用特点制备烯丙位或苄位卤化物制备烯丙位或苄位卤化物 (立体位阻大立体位阻大,不易不易接近接近)重排反应重排反应二二 芳烃的卤代反应芳烃的卤代反应 X-L常用卤化剂常用卤化剂:X2、Cl2O、S2Cl2、SO2Cl2、tBuOClNBS、HOBr、AcOBr、CF3COOBr催化剂催化剂AlCl3、SbCl5、FeCl3、SnCl4、TiCl4、ZnCl2溶剂溶剂极性溶剂：极性溶剂：HOAc、HCl、CHCl33.影响因素影响因素（1）芳环取代基电子效应的影响）芳环取代基电子效应的影响给电子有利给电子有利-控制条件，卤化控制条件，卤化吸电子不利吸电子不利-提高卤化剂活性提高卤化剂活性实际亲电试剂为三氟甲磺酰次氯酸酐实际亲电试剂为三氟甲磺酰次氯酸酐97%（2）芳杂环卤代）芳杂环卤代多多p p芳杂环利于卤代芳杂环利于卤代Pyrolefuranethiophenebenzene缺缺p p芳杂环不利于卤代芳杂环不利于卤代4.应用特点应用特点制备卤代芳烃制备卤代芳烃氟代反应氟代反应反应剧烈，低温、稀释。反应剧烈，低温、稀释。氯代反应氯代反应HOCl、CH3CO2Cl、Cl2O、S2Cl2、O2Cl2、tBuOCl溴代反应溴代反应加入加入I2可加速反应，因可加速反应，因I2Br-比Br3-容易生成容易生成其他溴化剂其他溴化剂：NBS、HOBr、CF3CO2BrLewis酸可加速反应酸可加速反应碘代反应碘代反应I2效果差，效果差，HI还原性使然还原性使然除去除去HI：加入氧化剂（过氧化氢、过碘酸）：加入氧化剂（过氧化氢、过碘酸）；加入碱；加入碱强碘化剂：强碘化剂：ICl、RCO2I、CF3CO2I 第四节第四节 羰基化合物的卤代反应羰基化合物的卤代反应一一醛和酮的醛和酮的 -卤代反应卤代反应1.酮的酮的 -卤代反应卤代反应（1）反应通式）反应通式 酸催化机理酸催化机理:烯醇式中间体烯醇式中间体（2）反应机理）反应机理碱催化机理碱催化机理:烯醇式中间体烯醇式中间体（3）影响因素）影响因素催化剂影响催化剂影响酸催化中，需要适当的碱酸催化中，需要适当的碱B B参与，帮助除去参与，帮助除去 质子质子 。过量络合，难以烯醇化过量络合，难以烯醇化酸催化中，酸催化中，位有供电子基，有利于烯醇化，位有供电子基，有利于烯醇化，卤代反应较容易；碱催化中，卤代反应较容易；碱催化中，a a 位有吸电子位有吸电子基，有利于烯醇化，卤代反应易进行。基，有利于烯醇化，卤代反应易进行。取代基电性效应对反应影响取代基电性效应对反应影响得不到得不到 同一个同一个a a位引入两个卤原子相对困难。位引入两个卤原子相对困难。下列碱催化反应中（卤仿反应）下列碱催化反应中（卤仿反应）1.烯醇酯的卤化烯醇酯的卤化常应用于不对称酮的选择性常应用于不对称酮的选择性 卤代卤代二二 烯醇和烯胺衍生物的卤化反应烯醇和烯胺衍生物的卤化反应2.烯醇硅醚的卤化烯醇硅醚的卤化反应机理反应机理应用特点应用特点选择性卤化选择性卤化制备制备 卤代醛卤代醛90%*9%*8385%3.烯胺的卤化烯胺的卤化亲核性强亲核性强滤液滤液三、羧酸衍生物的三、羧酸衍生物的-卤取代卤取代 亲电取代机理亲电取代机理 RCOX,RCN,(RCO)2O,eg:第五节第五节 醇、酚、醚的卤置换反应醇、酚、醚的卤置换反应一、醇的卤置换反应一、醇的卤置换反应1.1.醇和卤化氢的反应醇和卤化氢的反应 反应通式反应通式 SN1:SN1:和和 SN2:SN2:其余类型醇。其余类型醇。亲核取代机理亲核取代机理 SN1：SN2：伯伯 醇醇过渡态过渡态形成形成R+离子，离子，叔醇、苄醇、烯丙醇为叔醇、苄醇、烯丙醇为SN1(2)(2)影响因素影响因素 :HIHBrHClHF醇的结构醇的结构卤化氢卤化氢RCH2OH 为可逆反应为可逆反应增加醇、增加醇、HX的浓度，及时除去生成的的浓度，及时除去生成的H2O(动力学产物动力学产物)()(热力学产物热力学产物)45%HBr -45%HBr -86%14%86%14%饱和饱和HBr 79%21%HBr 79%21%重排视条件而定重排视条件而定（3）应用特点）应用特点高活性叔醇、苄醇可用浓高活性叔醇、苄醇可用浓盐酸盐酸或或HCl反应反应伯醇常用伯醇常用Lucas试剂试剂(浓浓HCl+ZnCl2反应反应)2.醇与卤化亚砜的反应醇与卤化亚砜的反应 (构型反转构型反转)(外消旋外消旋)(构型保持构型保持)（2）应用特点）应用特点选择不同溶剂将醇转化为不同构型卤代物选择不同溶剂将醇转化为不同构型卤代物 反应条件不同，产物立体化学也不同；反应条件不同，产物立体化学也不同；烯丙醇和烯丙醇和 反应有重排产物反应有重排产物 5.6 mol SOCl2/Et2O 76%24%0.7 mol SOCl2/Et2O 99%1%加入有机碱，可提高卤代反应速率加入有机碱，可提高卤代反应速率 因能与生成的因能与生成的HClHCl结合结合 适用于对酸敏感底物的卤置换适用于对酸敏感底物的卤置换 加入加入DMF或或HMPA:(Me2N)3PO，可制备，可制备特殊结构的卤代烃特殊结构的卤代烃;3.醇与卤化磷的反应醇与卤化磷的反应(PX3或或PX5)多为多为SN2机理，也有一定外消旋产物机理，也有一定外消旋产物Vilsmeier-Haack试剂试剂4.醇和有机磷卤化物的反应醇和有机磷卤化物的反应 从背面进攻从背面进攻 6364 (99%构型反转构型反转)烯丙醇不发生异构、重排烯丙醇不发生异构、重排机理机理:（六氯丙酮（六氯丙酮HCAHCA）Ph3P/HCA与与Ph3P/CCl4相似，更温和，迅速相似，更温和，迅速背面进攻，背面进攻，SN2二、酚的卤置换二、酚的卤置换1.反应机理反应机理含磷卤化剂和酚形成亚磷酸酯，削弱含磷卤化剂和酚形成亚磷酸酯，削弱C-O键，然键，然后卤素负离子亲核进攻后卤素负离子亲核进攻2 应用特点应用特点 酚羟基的卤置换酚羟基的卤置换PX5受热易解离，温度高则活性降低受热易解离，温度高则活性降低 缺电子杂环羟基的卤置换缺电子杂环羟基的卤置换可直接使用可直接使用POCl3三、醚的卤置换反应三、醚的卤置换反应1.反应机理反应机理2.应用特点应用特点（1）醚和）醚和HX（2）醚和有机磷卤化物）醚和有机磷卤化物 第六节第六节 羧酸的卤置换反应羧酸的卤置换反应 一一 羧羟基的卤置换反应羧羟基的卤置换反应酰卤的制备酰卤的制备1.1.羧酸和卤化磷、卤化亚砜的反应羧酸和卤化磷、卤化亚砜的反应 (1)反应机理反应机理 （2 2）应用特点应用特点 活性活性:脂肪酸脂肪酸 芳香酸芳香酸 PXPX5 5PXPX3 3POClPOCl3 3 释电子取代芳香酸释电子取代芳香酸 无取代芳香酸无取代芳香酸 吸电子取代芳香酸吸电子取代芳香酸 (96%)SOCl2制酰卤效果好制酰卤效果好,沸点低沸点低,易蒸馏回收易蒸馏回收,SOCl2 易溢出易溢出,无残留副产物无残留副产物,产品易纯化。产品易纯化。回收用碱回收用碱 羧酸和草酰氯的反应羧酸和草酰氯的反应-温和，选择性好温和，选择性好对酸敏感酰卤的制备对酸敏感酰卤的制备 (97%)(97%)(COCl)2不影响分子中易变化的不饱和键不影响分子中易变化的不饱和键 和高度张力的桥环和高度张力的桥环二、羧酸的脱羧二、羧酸的脱羧卤置换反应卤置换反应 2.应用特点应用特点 C C数数=2-18=2-18，均适合，故范围广；，均适合，故范围广；(54%)(54%)(70%)(70%)无水操作，且可改用无水操作，且可改用Hg、Pb盐等，盐等，光照可促进反应光照可促进反应 加加I I2 2加热，可生成碘代烃加热，可生成碘代烃 缺点缺点:Ag:Ag、PbPb及及HgHg盐有毒，且昂贵。盐有毒，且昂贵。Barton decarboxylation reactionMechanismBarton decarboxylation halogenation第七节第七节 其他官能团化合物的卤置换反应其他官能团化合物的卤置换反应 一、卤化物的卤素交换反应一、卤化物的卤素交换反应Finkelstein反应反应-SN2 2.应用特点应用特点制备碘代烃制备碘代烃加加LewisLewis酸可加速反应酸可加速反应吸电子作用更易在吸电子作用更易在CClCCl3 3上发生上发生 加冠醚可促进反应加冠醚可促进反应 用用NaFNaF代替代替KFKF效果不好效果不好,原因原因:半径小半径小 使氟电子云更加集中使氟电子云更加集中,亲核性增强亲核性增强,更易反应。更易反应。冠冠可用卤负离子的离子交换树脂可用卤负离子的离子交换树脂 二、磺酸酯的卤置换反应二、磺酸酯的卤置换反应 磺酰氯磺酰氯(TsCl)(TsCl)及其酯活性高及其酯活性高,在温和条件在温和条件下易被卤置换。下易被卤置换。三、芳香重氮盐的卤置换反应三、芳香重氮盐的卤置换反应 1.反应机理反应机理2.应用特点应用特点(1)氯置换和溴置换氯置换和溴置换Sandmeyer reaction-铜盐铜盐Gattermann reaction-铜粉铜粉反应机理反应机理（2）碘置换碘置换（3）氟置换氟置换Schiemann ReactionHoffmans Organic ChemistryModern Organic Synthesis（The Scripps Research Institute）Strategic Applications of Named Reactions in Organic SynthesisNew Frontiers in Asymmetric Catalysisthe Art of Drug SynthesisOrganic Synthesis(Michael B.Smith)Enantioselective Organocatalysis ReactionsMarchs Advanced Organic Chemistry习题习题3题：阅读翻译、反应式、机理题：阅读翻译、反应式、机理P42-43此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢