《药物合成反应》第1章 卤化反应.ppt
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1、第一章第一章 卤化反应卤化反应目的要求目的要求 熟悉卤化反应的类型、反应机理。掌握各种卤化熟悉卤化反应的类型、反应机理。掌握各种卤化反应的特征和影响因素及常见卤化剂。了解卤化反反应的特征和影响因素及常见卤化剂。了解卤化反应在药物合成中的应用。应在药物合成中的应用。教学内容教学内容1.不饱和烃的卤加成反应不饱和烃的卤加成反应2.烃类的卤取代反应烃类的卤取代反应(烯丙位、苄基位碳原子上的卤取代反应和芳烃的卤(烯丙位、苄基位碳原子上的卤取代反应和芳烃的卤取代反应取代反应)3.醇、酚和醚的卤置换反应醇、酚和醚的卤置换反应4.羧酸的卤置换反应羧酸的卤置换反应5.其它官能团化合物的卤置换反应其它官能团化合
2、物的卤置换反应(卤素交换、磺酸脂和芳香重氮盐化合物的卤置换反(卤素交换、磺酸脂和芳香重氮盐化合物的卤置换反应等应等)卤化反应的概念:卤化反应的概念:向有机化合物分子中引入卤素原子向有机化合物分子中引入卤素原子 (建立碳(建立碳-卤键)的反应。卤键)的反应。分类:分类:1)根据所引入卤原子的不同,可分为氟化、)根据所引入卤原子的不同,可分为氟化、氯化、溴化及碘化反应;氯化、溴化及碘化反应;2)根据引入卤原子的方法,可分为加成卤化、)根据引入卤原子的方法,可分为加成卤化、取代卤化和置换卤化。取代卤化和置换卤化。目的:目的:1.制备具有不同生理活性的含卤素有机药物;制备具有不同生理活性的含卤素有机药
3、物;2.将卤化物作为中间体通过进一步转化,生成其他将卤化物作为中间体通过进一步转化,生成其他 产品,如:糖皮质激素醋酸可的松的制备产品,如:糖皮质激素醋酸可的松的制备3.卤素原子作为保护基等,提高反应的选择卤素原子作为保护基等,提高反应的选择性。性。催眠镇静药巴比妥中间体二乙基丙二酸二乙酯的制催眠镇静药巴比妥中间体二乙基丙二酸二乙酯的制备:备:常用卤化剂:常用卤化剂:1.卤素:卤素:Cl2、Br2、I2;2.卤素的酸和氧化剂:卤素的酸和氧化剂:HCl+NaOCl、HBr+NaOBr、HBr+NaBrO3等;等;3.其它卤化剂:其它卤化剂:SO2Cl、HOCl、COCl2、NaF、KF、HF等。
4、等。第一节不饱和烃的卤加成反应第一节不饱和烃的卤加成反应一、一、不饱和烃和卤素的加成反应不饱和烃和卤素的加成反应1.卤素对烯烃的加成卤素对烯烃的加成反应活性:反应活性:F2Cl2Br2I2氟化氟化反应和反应和碘化碘化反应较特殊反应较特殊氯化氯化和和溴化溴化:四氯化碳、氯仿、二硫化碳作溶剂:四氯化碳、氯仿、二硫化碳作溶剂(1)反应机理:)反应机理:对向对向(anti)加成加成同向同向(syn)加成加成注:注:共价键根据原子轨道重叠部分所具有的共价键根据原子轨道重叠部分所具有的对称性进行分类:对称性进行分类:键键键键:原子轨道重叠部分对键轴(两原子:原子轨道重叠部分对键轴(两原子 的核间连线)具有
5、圆柱形对称时所的核间连线)具有圆柱形对称时所 形成的键;形成的键;:原子轨道重叠部分对键轴所在的某:原子轨道重叠部分对键轴所在的某 一平面具有反对称性时所形成的键。一平面具有反对称性时所形成的键。p原子轨道的角度分布剖面图:z(或y)y(或z)x+-注:其中+、-号不表示正、负电荷,而是表示原子轨道角度分布图形的对称关系 若两原子成键是由p轨道重叠形成的,且形成的是键,则成键图形为:如果形成的是如果形成的是键,键,则:则:共轭共轭 :在不饱和化合物中,如果与在不饱和化合物中,如果与C=C相邻的碳原子上有相邻的碳原子上有P电子,则此电子,则此P电子可与电子可与C=C形成一个包括两个原子核以上的形
6、成一个包括两个原子核以上的键,这种体键,这种体系即为共轭体系。系即为共轭体系。例如:例如:1,3-丁二烯(丁二烯(CH2=CH-CH=CH2),其中每个),其中每个C原子都是原子都是sp2杂化杂化C原子。碳原子的电子分布式为原子。碳原子的电子分布式为1s22s22p2,价层电子用原子轨道表示:,价层电子用原子轨道表示:诱导效应:分子内原子之间由于电负性大小不同诱导效应:分子内原子之间由于电负性大小不同所产生的键的极性,通过静电诱导方式,在键链上所产生的键的极性,通过静电诱导方式,在键链上传递,使成键电子云在键链上向着一定方向偏移而传递,使成键电子云在键链上向着一定方向偏移而使整个分子发生极化的
7、效应。如:使整个分子发生极化的效应。如:络合物络合物:由可以提供孤电子对的一定数目的离子:由可以提供孤电子对的一定数目的离子或分子和接受电子对的原子或离子,按一定的组成或分子和接受电子对的原子或离子,按一定的组成和空间所形成的化合物。和空间所形成的化合物。(2 2)讨论:)讨论:氯和溴与烯烃的加成常以对向加成机理为主,但同向加氯和溴与烯烃的加成常以对向加成机理为主,但同向加成比例会因作用物的结构、试剂及反应条件不同而发生较成比例会因作用物的结构、试剂及反应条件不同而发生较大的变化。大的变化。)当双键上有苯基时,且当苯基上有释电子基时,同向)当双键上有苯基时,且当苯基上有释电子基时,同向加成产物
8、的比例随之增加。例如:加成产物的比例随之增加。例如:)在氯加成反应中,同向加成的倾向比溴加成更为明)在氯加成反应中,同向加成的倾向比溴加成更为明显。如:显。如:卤卤素加成产物的立体化学,主要取决于烯烃的结构及素加成产物的立体化学,主要取决于烯烃的结构及反应中空间阻碍因素,见反应中空间阻碍因素,见P6。当双键上有季碳取代基进,除正常的对向加成产物当双键上有季碳取代基进,除正常的对向加成产物外,常常会发生重排和消除反应。如:外,常常会发生重排和消除反应。如:反应条件的影响反应条件的影响)溶剂)溶剂 当反应在亲核性溶剂(当反应在亲核性溶剂(H20、RCO2H、ROH等)中进行时,会生成等)中进行时,
9、会生成-卤醇或酯等加成物;但若卤醇或酯等加成物;但若添加无机卤化物,可提高二卤化物的生成比例。如:添加无机卤化物,可提高二卤化物的生成比例。如:无添加剂无添加剂LiCl为添加剂为添加剂)催化剂的影响)催化剂的影响 双键碳原子上连有吸电子基的烯烃与氯或溴加双键碳原子上连有吸电子基的烯烃与氯或溴加成时,可加入少量的路易斯(成时,可加入少量的路易斯(Lewis)酸进行催化。)酸进行催化。)温度)温度 不宜太高,否则可能引起二卤化物脱卤化氢。不宜太高,否则可能引起二卤化物脱卤化氢。光照或自由基引发:自由基加成光照或自由基引发:自由基加成2.卤素对炔烃的加成:卤素对炔烃的加成:与烯烃加成机理类似与烯烃加
10、成机理类似得到反式二卤烯烃得到反式二卤烯烃与与SOCl2和和BBr3的卤代:的卤代:二、二、不饱和羧酸(酯)的卤内酯化反应不饱和羧酸(酯)的卤内酯化反应不饱和羧酸的不饱和羧酸的C=C双键上形成三元环卤正离子双键上形成三元环卤正离子时,如果未受到立体障碍的影响,分子内亲核性羧时,如果未受到立体障碍的影响,分子内亲核性羧酸负离子向其进攻生成内酯或半缩醛的反应。酸负离子向其进攻生成内酯或半缩醛的反应。修正错误修正错误1.1.不饱和羧酸的卤内酯反应不饱和羧酸的卤内酯反应反应机理:反应机理:例如:例如:2.2.不饱和羧酸酯的卤内酯化不饱和羧酸酯的卤内酯化三、三、不饱和烃和次卤酸(酯)、不饱和烃和次卤酸(
11、酯)、N卤代酰胺的反应卤代酰胺的反应1.次卤酸及其酯为卤化剂次卤酸及其酯为卤化剂次卤酸与烯烃的加成:生成次卤酸与烯烃的加成:生成-卤代醇。卤代醇。反应机理:反应机理:注:注:a.符合马氏规则,卤素加成到双键取代其较少的一端;符合马氏规则,卤素加成到双键取代其较少的一端;b.次卤酸要新制,或直接用次卤酸盐加成。次卤酸要新制,或直接用次卤酸盐加成。次卤酸酯对烯烃的加成次卤酸酯对烯烃的加成 反应机理与次卤酸反应相似,只是亲核基团由溶剂反应机理与次卤酸反应相似,只是亲核基团由溶剂提供,且反应可在非水溶液中进行。如:提供,且反应可在非水溶液中进行。如:2.N卤代酰胺为卤化剂卤代酰胺为卤化剂 常用卤代酰胺
12、:常用卤代酰胺:N溴(氯)代乙酰胺(溴(氯)代乙酰胺(NBA,NCA)、)、N溴(氯)代丁二酰亚胺(溴(氯)代丁二酰亚胺(NBS,NCS)。)。反应机理:反应机理:例:例:Dalton反应:反应:-溴代酮溴代酮-溴醇溴醇四、四、卤化氢对不饱和烃的加成反应卤化氢对不饱和烃的加成反应 卤化氢的键能大小顺序:卤化氢的键能大小顺序:H-F H-Cl H-Br H-I,故卤化氢的反应活性次序为:故卤化氢的反应活性次序为:HI HBr HCl HF 1.卤化氢对烯烃的加成卤化氢对烯烃的加成 亲电加成亲电加成 反应机理:反应机理:离子对机理(同向加成)离子对机理(同向加成)三分子协同反应机理(对向加成)三分
13、子协同反应机理(对向加成)卤化氢与不对称烯烃的加成符合马氏规则。卤化氢与不对称烯烃的加成符合马氏规则。在反应中加入在反应中加入Lewis酸,可促进反应。例如:酸,可促进反应。例如:HCl+FeCl3 H+FeCl4-H+FeCl4-向反应介质中加入含卤素负离子的添加剂,可减向反应介质中加入含卤素负离子的添加剂,可减 少溶剂引起的副反应。如:少溶剂引起的副反应。如:具有季碳取代基的烯烃加成反应中,还可能存在具有季碳取代基的烯烃加成反应中,还可能存在 重排反应。例如:重排反应。例如:CH CH3OAc(19%)注意注意两种不符合马氏规则的情况:两种不符合马氏规则的情况:当烯烃双键上带有吸电基时;当
14、烯烃双键上带有吸电基时;当卤化氢与烯烃在光照或过氧化物引发下当卤化氢与烯烃在光照或过氧化物引发下 进行自身基加成时。进行自身基加成时。例如,丙烯与例如,丙烯与HBrHBr在光或引发剂作用下的加成反应:在光或引发剂作用下的加成反应:CH3 CH=CH2+Br2 CH3 CH2 CH2Br HH或(或(PhCOOPhCOO)2 2 例如,例如,11-11-溴十一酸乙酯的制备及消炎镇痛药苄溴十一酸乙酯的制备及消炎镇痛药苄达明合成原料的制备:达明合成原料的制备:2.卤化氢对炔烃的加成:卤化氢对炔烃的加成:离子型加成:与烯烃的情况类似离子型加成:与烯烃的情况类似五、不饱和烃的硼氢化五、不饱和烃的硼氢化-
15、卤解反应卤解反应 硼氢化反应:硼氢化物对硼氢化反应:硼氢化物对 键加成的反应。键加成的反应。反应历程:经过烯烃的硼氢化反应,再通过卤解反反应历程:经过烯烃的硼氢化反应,再通过卤解反应转化成卤代饱和烃或烯烃。应转化成卤代饱和烃或烯烃。1、烯烃的硼氢化、烯烃的硼氢化-卤解反应卤解反应常用常用的硼氢化试剂:二硼烷的硼氢化试剂:二硼烷(B2H6)、BH3/THF和和BH3/Me2S(TMS)等;等;烯烃的硼氢化反应烯烃的硼氢化反应 3R-CH=CH2+1/2B2H6 (RCH2CH2)3B 卤卤解反应:用碘、溴素等将硼基置换出来,得到相解反应:用碘、溴素等将硼基置换出来,得到相 应的碘代烷或溴代烷。应
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