酸催化缩合与分子重排幻灯片.ppt

酸催化缩合与分子重排第1页，共64页，编辑于2022年，星期三 一一般般来来说说，缩缩合合系系指指两两个个或或两两个个以以上上分分子子经经由由失失去去某某一一简简单单分分子子(如如H H2 2O,O,HX,HX,ROH,ROH,NHNH3 3,N N2 2等等)形形成成较较大大的的单单一一分分子子的的反反应应。酸酸催催化化缩缩合合反反应应包包括括芳芳烃烃、烯烯烃烃、醛醛、酮酮和和醇醇等等在在催催化化剂剂无无机机酸酸或或路路易易士士酸酸催催化化下下，生生成成正正离离子子并并与亲核试剂作用与亲核试剂作用，从而生成碳碳或碳氮等键的反应。，从而生成碳碳或碳氮等键的反应。第2页，共64页，编辑于2022年，星期三3.1 3.1 酸催化缩合反应酸催化缩合反应 3.1.1 FriedelCrafts 反应 复习复习有机化学有机化学关于：关于：“FriedelCrafts 反应反应”的反应机理的反应机理第3页，共64页，编辑于2022年，星期三 FriedelCrafts 烷基化反应 在在AlCl3等催化下，苯与卤代烷反应，生成烷基苯：等催化下，苯与卤代烷反应，生成烷基苯：异丙苯反应机理反应机理:第一步第一步 碳正离子的生成：碳正离子的生成：第二步第二步 碳正离子作为亲电试剂进攻苯环，碳正离子作为亲电试剂进攻苯环，形成形成 新的新的CC 键键:决定反应速率的一步决定反应速率的一步第4页，共64页，编辑于2022年，星期三第三步第三步 失去质子，生成烷基苯：失去质子，生成烷基苯：发生重排：发生重排：(66%)第5页，共64页，编辑于2022年，星期三 FriedelCrafts 烷基化反应可以通过醇和烷基化反应可以通过醇和 烯烃生成碳正离子烯烃生成碳正离子烯烃和酸烯烃和酸 醇和醇和 Lewis酸酸(56%)环己基苯(65%)第6页，共64页，编辑于2022年，星期三 FriedelCrafts酰基化反应酰基化反应(acylation)在在 AlCl3 等作用下，苯与酰卤反应，在苯环上引入酰基：等作用下，苯与酰卤反应，在苯环上引入酰基：苯乙酮(97%)试剂:酰氯 酸酐:(83%)第7页，共64页，编辑于2022年，星期三3.1 3.1 酸催化缩合反应酸催化缩合反应 1.Friedel-Crafts 烷基化反应烷基化反应 芳烃的烷基化可以用卤代烃卤代烃、烯烃烯烃、醇醇、醚醚、醛和酮醛和酮等作烷基化试剂，常用的催化剂催化剂是无机酸酸(如硫酸，盐酸等)和Lewis酸(如无水AlCl3、BF3、FeCl3、ZnCl2、SnCl4等)，该反应常称为芳环上的亲电芳环上的亲电取代反应取代反应。3.1.1 FriedelCrafts 反应 第8页，共64页，编辑于2022年，星期三1.Friedel-Crafts 烷基化反应烷基化反应第9页，共64页，编辑于2022年，星期三1 Friedel-Crafts烷基化烷基化反应易生成多取代物。当所用的烷基化试剂的碳原子数为3个以上时，烷基往往发生异构化，其原因是碳正离子发生重排的结果。此外，当芳环上连有吸电子基团(如NO2、CN、COCH3等)时，烷基化反应很难发生甚至不发生。1.Friedel-Crafts 烷基化反应烷基化反应2第10页，共64页，编辑于2022年，星期三分子内分子内F FC C烃基化烃基化反应可用于芳环稠合反应可用于芳环稠合 1.Friedel-Crafts 烷基化反应烷基化反应第11页，共64页，编辑于2022年，星期三类似于芳烃，类似于芳烃，烯烃烯烃也能发生也能发生F FC C烃基化反应烃基化反应 反应机理可能为反应机理可能为1.Friedel-Crafts 烷基化反应烷基化反应第12页，共64页，编辑于2022年，星期三类似于芳烃，类似于芳烃，烯烃烯烃也能发生也能发生F FC C烃基化反应烃基化反应 制备高辛烷值汽油的一个较便宜的方法制备高辛烷值汽油的一个较便宜的方法 反应首先经过异丁烯二聚，最后一步是碳正离子从叔丁烷夺取负氢反应首先经过异丁烯二聚，最后一步是碳正离子从叔丁烷夺取负氢离子离子 1.Friedel-Crafts 烷基化反应烷基化反应2第13页，共64页，编辑于2022年，星期三2.FC酰基化反应酰基化反应1)1)用用FriedelFriedelCraftsCrafts反应合成反应合成酮酮(酰氯或酸酐作为酰化剂酰氯或酸酐作为酰化剂)3.1.1 FriedelCrafts 反应 活性高的芳环可引入两个酰基活性高的芳环可引入两个酰基与硝基苯不同，邻硝基苯与硝基苯不同，邻硝基苯甲醚容易酰化甲醚容易酰化第14页，共64页，编辑于2022年，星期三1)1)用用FriedelFriedelCraftsCrafts反应合成反应合成酮酮 2.FC酰基化反应酰基化反应卤代芳烃的酰化反应比苯卤代芳烃的酰化反应比苯速率慢，产率不够高速率慢，产率不够高在在活泼芳环活泼芳环上发生酰化反应还有用上发生酰化反应还有用腈腈或或酰胺酰胺作酰化剂的酸作酰化剂的酸催化反应催化反应赫施反应赫施反应第15页，共64页，编辑于2022年，星期三1)1)用用FriedelFriedelCraftsCrafts反应合成反应合成酮酮（分子内（分子内F-CF-C酰基化）酰基化）2.FC酰基化反应酰基化反应第16页，共64页，编辑于2022年，星期三1)1)用用FriedelFriedelCraftsCrafts反应合成反应合成酮酮 2.FC酰基化反应酰基化反应在非常稀的溶液中可在非常稀的溶液中可以得到更大的环以得到更大的环烯烃烯烃的的F-C酰基化酰基化机理机理：最终生成：最终生成-卤代酮卤代酮第17页，共64页，编辑于2022年，星期三1)1)用用FriedelFriedelCraftsCrafts反应合成酮反应合成酮 2.FC酰基化反应酰基化反应烯烃酰基化还可以形烯烃酰基化还可以形成不饱和酮成不饱和酮练习：合成（练习：合成（）硫辛酸）硫辛酸 P.57 习题习题3-1（2）第18页，共64页，编辑于2022年，星期三2)Friedel2)FriedelCraftsCrafts反应合成反应合成醛醛 一氧化碳和氯化氢的等摩尔混合物可由甲酸和氯磺酸作用制得 2.FC酰基化反应3.1 3.1 酸催化缩合反应酸催化缩合反应 3.1.1 FriedelCrafts 反应 加特曼加特曼科赫反应科赫反应第19页，共64页，编辑于2022年，星期三2)Friedel2)FriedelCraftsCrafts反应合成反应合成醛醛 2.FC酰基化反应第20页，共64页，编辑于2022年，星期三2)Friedel2)FriedelCraftsCrafts反应合成反应合成醛醛 2.FC酰基化反应第21页，共64页，编辑于2022年，星期三2)Friedel2)FriedelCraftsCrafts反应合成反应合成醛醛 2.FC酰基化反应毒性较小毒性较小芳环上需有供电芳环上需有供电子取代基子取代基第22页，共64页，编辑于2022年，星期三3.1 3.1 酸催化缩合反应酸催化缩合反应 3.1.2 3.1.2 醛或酮及其衍生物的反应醛或酮及其衍生物的反应 复习复习有机化学有机化学关于：关于：“醛、酮醛、酮缩合反应缩合反应”的内容的内容第23页，共64页，编辑于2022年，星期三缩合反应缩合反应(a)羟醛缩合羟醛缩合 两分子醛两分子醛 稀碱或稀碱或稀酸稀酸 缩合缩合 生成生成 羟基醛羟基醛3羟基丁醛(b)Mannich 反应反应活泼活泼 氢的化合物氢的化合物甲醛甲醛氨或伯胺、氨或伯胺、仲氨仲氨缩合反应缩合反应氨甲基化氨甲基化反应反应HCl或碱或碱稀碱或稀碱或稀酸稀酸第24页，共64页，编辑于2022年，星期三3.1.2 3.1.2 醛或酮及其衍生物的反应醛或酮及其衍生物的反应 1.1.自身缩合自身缩合 1212第25页，共64页，编辑于2022年，星期三3.1.23.1.2 醛或酮及其衍生物的反应 1.1.自身缩合自身缩合 第26页，共64页，编辑于2022年，星期三3.1.23.1.2 醛或酮及其衍生物的反应 1.1.自身缩合自身缩合 第27页，共64页，编辑于2022年，星期三2.2.交叉缩合交叉缩合 3.1.23.1.2 醛或酮及其衍生物的反应 第28页，共64页，编辑于2022年，星期三X:CF3,MeO,F,Cl（吸（吸电子基）电子基）X:CN,CONH22.2.交叉缩合交叉缩合 3.1.23.1.2 醛或酮及其衍生物的反应 芳香醛与丙酮芳香醛与丙酮含含-H硝基化合物、氰基化合物硝基化合物、氰基化合物第29页，共64页，编辑于2022年，星期三3.3.酮与酮与酰卤酰卤或或酸酐酸酐的缩合的缩合 3.1.23.1.2 醛或酮及其衍生物的反应 第30页，共64页，编辑于2022年，星期三1.Mannich reaction3.1.3 Mannich reaction3.1 3.1 酸催化缩合反应酸催化缩合反应 具有烯醇式烯醇式或潜在烯醇式结构的化合物(如某些炔类化合物)与醛(通常为甲醛甲醛)，在酸催化下，与第一、第二胺第一、第二胺反应，生成胺甲基化衍生物胺甲基化衍生物的反应，叫做Mannich reaction或曼氏反应。该反应广泛用于有机合成。第31页，共64页，编辑于2022年，星期三1.Mannich reaction酮胺酮胺3.1.3 Mannich reaction第32页，共64页，编辑于2022年，星期三曼尼希反应机理？曼尼希反应机理？-二元酸二元酸-甲基吡啶甲基吡啶苯乙炔苯乙炔1.Mannich reaction第33页，共64页，编辑于2022年，星期三芳醛芳醛 芳胺芳胺1.Mannich reaction3.1.3 Mannich reaction第34页，共64页，编辑于2022年，星期三2.Mannich Reaction在合成上的在合成上的应用应用3.1.3 Mannich reaction(1)制备制备，不饱和羰基化合物不饱和羰基化合物 第35页，共64页，编辑于2022年，星期三2.Mannich Reaction在合成上的在合成上的应用应用3.1.3 Mannich reaction(2)曼尼希碱或季铵盐的转换曼尼希碱或季铵盐的转换 取代取代水解水解第36页，共64页，编辑于2022年，星期三(2)曼尼希碱或季铵盐的转换曼尼希碱或季铵盐的转换 2.Mannich Reaction在合成上的在合成上的应用应用3.1.3 Mannich reaction色氨酸色氨酸第37页，共64页，编辑于2022年，星期三2.Mannich Reaction在合成上的在合成上的应用应用3.1.3 Mannich reaction(3)合成生物碱合成生物碱阿托品阿托品第38页，共64页，编辑于2022年，星期三2.Mannich Reaction在合成上的在合成上的应用应用3.1.3 Mannich reaction(3)合成生物碱合成生物碱第39页，共64页，编辑于2022年，星期三1.烯胺的生成烯胺的生成3.1.4 烯胺烯胺 3.1 3.1 酸催化缩合反应酸催化缩合反应 烯胺(enamines)是分子中氨基直接与双键碳原子相连的化合物。烯胺也叫，-不饱和胺，烯胺分子中氮原子上有氢原子时容易转变为亚胺，与烯醇容易转变为羰基化合物相似。第40页，共64页，编辑于2022年，星期三1.烯胺的生成烯胺的生成3.1.4 烯胺烯胺 制备烯胺制备烯胺:醛或酮醛或酮 仲胺仲胺 脱水剂脱水剂(如无水碳酸钾)存在下，加苯苯、或甲苯甲苯、二甲苯二甲苯把生成的水带出，并加入对甲基苯磺酸对甲基苯磺酸等作催化剂催化剂加热，用共沸蒸馏法除去生成的水即可很容易的制得。强失水剂如四氯化钛四氯化钛，可迫使反应进行完全。仲胺常为环状化合物，它们的反应活性降低次序反应活性降低次序为：吡咯烷、吗啉和哌啶。它们的结构式如下 第41页，共64页，编辑于2022年，星期三1.烯胺的生成烯胺的生成3.1.4 烯胺烯胺 第42页，共64页，编辑于2022年，星期三2.烯胺在有机合成中的应用烯胺在有机合成中的应用3.1.4 烯胺烯胺 -碳碳 原原 子子(即 初始羰基化合物的碳 原 子)上上带带有有部部分分负负电电荷荷。可 作 为亲亲 核核 试试 剂剂与卤卤代代烷烷、酰酰 卤卤或 亲电 性 的烯烯 烃烃反 应。第43页，共64页，编辑于2022年，星期三2.烯胺在有机合成中的应用烯胺在有机合成中的应用3.1.4 烯胺烯胺 第44页，共64页，编辑于2022年，星期三2.烯胺在有机合成中的应用烯胺在有机合成中的应用3.1.4 烯胺烯胺 烯胺易与酰氯酰氯或酸酐酸酐作用，产物经水解可以得到-二酮二酮，是得到高产率C-酰基化产物的好方法。第45页，共64页，编辑于2022年，星期三3.1.5 -皮考啉反应（皮考啉反应（Picoline）3.1 3.1 酸催化缩合反应酸催化缩合反应-甲基吡啶甲基吡啶在在Lewis酸酸作用下形成类似烯醇的化合物，作用下形成类似烯醇的化合物，再与再与醛醛反应、失水得到反应、失水得到-取代乙烯吡啶取代乙烯吡啶。第46页，共64页，编辑于2022年，星期三3.1.6 Prins reaction 甲醛（或其它醛）经酸催化与烯烃加成得到1，3-二醇、缩醛化得到噁烷类1，3-二氧六环化合物。第47页，共64页，编辑于2022年，星期三3.1.6 Prins reaction 应用应用较原烯烃多一个碳原较原烯烃多一个碳原子的醇子的醇生产氯霉素生产氯霉素第48页，共64页，编辑于2022年，星期三3.2 酸催化分子重排酸催化分子重排 分子重排反应分子重排反应是分子中的一个基团或原子从一个原子转移到另一个原子上，形成一个新的分子的反应。在重排中，迁移原子或基团完全游离并脱离原来的分子，然后再与其它部分相连接，这种重排称为分子间重排分子间重排。分子内重排分子内重排则与其它分子无关，迁移基团自始至终没能脱离原来的分子，仅从分子的一部分迁移至分子的另一部分。重排是一种复杂的有机化学现象。第49页，共64页，编辑于2022年，星期三3.2.1 频哪醇频哪酮重排重排的动力是新形成的碳正离子更为稳定重排的动力是新形成的碳正离子更为稳定叔烷基酮叔烷基酮环状频哪环状频哪醇，重排醇，重排后可扩环后可扩环第50页，共64页，编辑于2022年，星期三3.2.2 Beckmann重排酮肟变酰胺酮肟变酰胺氮宾正离子氮宾正离子水水合合应用应用生产尼龙生产尼龙-6的的原料原料第51页，共64页，编辑于2022年，星期三3.2.3 烯丙基重排烯丙基正离子烯丙基正离子双键移位称为：双键移位称为：烯丙基重排烯丙基重排SN1机理机理SN2 机理机理SN2 机理机理第52页，共64页，编辑于2022年，星期三自由基式离子自由基式离子3.2.4 联苯胺重排联苯胺重排是指氢化氢化偶氮苯偶氮苯化合物重排成4，4-二氨基二氨基联苯联苯的反应。反应速度=k氢化偶氮苯H+2第53页，共64页，编辑于2022年，星期三3.2.4 联苯胺重排 两种不同的氢化偶氮苯在同一体系中发生重排时，反应不发不发生交叉重排生交叉重排，这说明联苯胺重排是分子内重排分子内重排过程：当对位有取代基封闭时，重排可以发生在氨基的邻位。如果其中苯环只有一个对位被封闭，重排产物叫做对半联苯胺对半联苯胺，如果两个对位都被封闭，产物叫做邻半联苯胺邻半联苯胺。第54页，共64页，编辑于2022年，星期三3.2.5 Schmidt重排 在强酸存在下，羧酸、酮、醛羧酸、酮、醛等与叠氮酸叠氮酸作用，生成伯胺、酰伯胺、酰胺或腈胺或腈反应称为施密特（Schmidt）重排反应。第55页，共64页，编辑于2022年，星期三3.2.5 Schmidt重排3.2 酸催化分子重排酸催化分子重排 Schmidt重排反应历程（了解）：重重排排第56页，共64页，编辑于2022年，星期三3.2.5 Schmidt重排重排反应速率为：二烷基酮烷基芳基酮二芳基酮重重排排了解了解第57页，共64页，编辑于2022年，星期三3.2.5 Schmidt重排芳基烷基酮重排，一般是芳基移位至氮原子上芳基烷基酮重排，一般是芳基移位至氮原子上 若若HNHN3 3过量过量(2(2个物质的量以上个物质的量以上)，则生成，则生成“四唑四唑”产物产物 第58页，共64页，编辑于2022年，星期三3.2.5 Schmidt重排醛发生醛发生SchmidtSchmidt重排反应生成腈重排反应生成腈 若若HNHN3 3过量过量(2(2个物质的量以上个物质的量以上)，则生成，则生成“四唑四唑”产物产物 第59页，共64页，编辑于2022年，星期三3.2.6 氢过氧化物重排 烃类化合物用空气或H2O2氧化得到氢过氧化物。氢过氧化物氢过氧化物在酸或Lewis酸作用下，发生OO键断裂键断裂的同时，烃基从碳原子转移到烃基从碳原子转移到氧原子上氧原子上的重排反应，称为氢过氧化物的重排反应。R为烷基或芳基 烷基之间移位的次序为：叔R仲RPrHEtMe 反应历程反应历程重重排排第60页，共64页，编辑于2022年，星期三3.2.6 氢过氧化物重排应用：工业生产苯酚的方法应用：工业生产苯酚的方法异丙苯法异丙苯法第61页，共64页，编辑于2022年，星期三3.2.7 Fries重排 酚酯类酚酯类(包括脂肪和芳香酸的酯类)，在Lewis酸的催化下受热受热，酰基从酚氧上重排到芳环碳上，生成邻或对羟基芳酮羟基芳酮的反应，称为弗瑞斯(Fries)重排反应。第62页，共64页，编辑于2022年，星期三3.2.7 Fries重排 若芳环上仅有一个烷基时，烷基位置直接影响产物结构：邻烷基邻烷基主要得对羟基酮得对羟基酮，对、间烷基对、间烷基则主要得邻羟基酮邻羟基酮。第63页，共64页，编辑于2022年，星期三3.2.7 Fries重排应用：应用：第64页，共64页，编辑于2022年，星期三