烃化反应2学习教案.pptx

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1、烃化反应烃化反应(fnyng)2第一页，共56页。卤代烃作烃化剂醇在碱存在(cnzi)下与卤代烃反应是目前制备混合醚的最佳方法。该法是1850年Williamson发现的。也称Williamson合成法该亲核反应可以是单分子，也可是(ksh)双分子反应，取决于卤代烃的结构一般情况(qngkung)：伯卤代烃发生双分子亲核取代反应 第1页/共56页第二页，共56页。改进(gijn)Williamson合成，用醇铊与卤代烃在MeCN中反应，可以得到高产率的醚化产品一些光学活性醇，用强碱金属Na酯醇钠，在与卤代烃反应，产物复杂，但如果用稍弱的碱NaH，则可得立体(lt)专一产品第2页/共56页第三页

2、，共56页。卤代醇在碱性条件下发生(fshng)分子内Williamson反应，为制备环状醚类化合物的一种重要方法。为什么Williamson合成(hchng)法不能用叔卤代烃作烃化剂？第3页/共56页第四页，共56页。Koenigs-Knorr法：在Ag(I)或Hg(II)盐的帮助下，卤代糖进行(jnxng)中性醇解经典(jngdin)合成法!多卤化物与醇钠反应，得到(d do)多醚化产物：第4页/共56页第五页，共56页。芳磺酸(hun sun)酯作烃化剂芳磺酸酯的应用(yngyng)比硫酸酯(有毒)广，且OTs是很好的离去基团。第5页/共56页第六页，共56页。环氧乙烷作烃化剂 碱催化(

3、cu hu)：由于(yuy)位阻原因，RO进攻环氧乙烷取代基较少的碳原子酸催化：第6页/共56页第七页，共56页。由于产物中含羟基，如果(rgu)环氧乙烷过量，就可形成聚醚，故甲醇必须过量第7页/共56页第八页，共56页。烯烃(xtng)作烃化剂醇在碱性(jin xn)条件下对烯的加成：醇在酸性(sun xn)条件下对烯的加成：第8页/共56页第九页，共56页。其它(qt)烃化剂三氟甲磺酸酯CF3SO2OR及氟硼酸(pn sun)羊盐R3OBF4是强活性烃化剂。可醚化有位阻的醇Williamson合成(hchng)法易发生消旋化而此法则可避免消旋!第9页/共56页第十页，共56页。酚的O烃化(

4、酚的醚化)酚比醇酸性(sun xn)强。用碱Na(K)OH、Na(K)2CO3即可进行溶剂(rngj)：H2O、醇类、丙酮、DMF、DMSO、苯或二甲苯等第10页/共56页第十一页，共56页。重氮甲烷，良好的甲醚化试剂。常用乙醚、甲醇(ji chn)、氯仿等作溶剂，可用BF3或HBF4作催化剂优点：反应中放出(fn ch)氮气，无副产物生成缺点：重氮甲烷(ji wn)及其中间体均有毒，不宜大量制备第11页/共56页第十二页，共56页。第12页/共56页第十三页，共56页。96%DCC催化(cu hu)酚醇偶联第13页/共56页第十四页，共56页。酚与异丁烯在酸催化下得到(d do)叔丁醚：第1

5、4页/共56页第十五页，共56页。多元酚的选择性烃化 第15页/共56页第十六页，共56页。烃化和C-烃化 酚进行烃化时，除了(ch le)O-烃化外，还有C-烃化 产物研究表明，在DMSO、DMF、醚类、醇类中烃化，主要(zhyo)得到O-烃化产物；在水、酚、三氟乙醇中主要(zhyo)得到O-烃化产物第16页/共56页第十七页，共56页。氨及脂肪(zhfng)胺的N烃化(胺的制备)4.2 氮原子(yunz)上的烃化反应 (胺化反应、胺的制备法)卤代烃与氨或伯、仲胺之间进行的烃化反应是合成胺类化合物的主要方法之一。氨或胺类化合物都具有(jyu)碱性，亲核能力较强，它们比羟基化合物更易于进行烃化

6、反应1849年，Hoffman发现：但反应并不停留在该步，而是继续进行下去，生成一个混合物不同卤素对反应活性有影响：活性 I Br Cl F虽然卤代烃与氨反应可制备伯、仲、叔胺或其铵盐的混合物，但此法分离纯化较困难。通过长期实践，科技工作者找到了更好的制备方法。第17页/共56页第十八页，共56页。伯胺的制备(zhbi)(1).卤代物的卤素(l s)氨基化(2).Gabriel 合成(hchng)法(经典的伯胺合成(hchng)法)第18页/共56页第十九页，共56页。抗疟(nue)药 伯胺喹(Primaquine)第19页/共56页第二十页，共56页。(3).卤代物与氨基(nj)钾(钠)反应

7、(4).Dlpine 反应(fnyng)法Dlpine 反应(fnyng):卤代烃与环六亚甲基四胺得到其季铵盐，然后水解得伯胺氨与甲醛反应制得第20页/共56页第二十一页，共56页。(5).三氟甲磺酸酐酰化苄胺法(6).二苯硫氨基(nj)锂法(7).硝基(xio j)还原法第21页/共56页第二十二页，共56页。(8).腈(CN)类化合物还原法(9).Hoffman降解(jin ji)法(10).还原(hun yun)胺法制伯胺 (醛、酮与氨反应后，再还原(hun yun)法)第22页/共56页第二十三页，共56页。(11).(月亏)(CH=NOH)类化合物还原法(12).Leuckart反应

8、(fnyng)法Leuckart反应(fnyng)：在甲酸及其衍生物存在下，羰基化合物与氨、胺的还 原氨基化反应(fnyng)第23页/共56页第二十四页，共56页。仲胺的制备(zhbi)(1).由氨制备(zhbi)(仲卤代烃与氨反应，由于位阻可得到仲胺为主的产物)(2).由伯胺制备(zhbi)a).伯胺与卤代烃反应制备第24页/共56页第二十五页，共56页。b).伯胺与三氟甲磺酸酐反应制备(zhbi)(与制备(zhbi)伯胺类似)c).伯胺与亚磷酸二酯反应(fnyng)制备 d).伯胺与磺酰氯反应(fnyng)制备 (Hinsberg反应(fnyng)第25页/共56页第二十六页，共56页。

9、g).Leuckart反应(fnyng)法Leuckart反应：在甲酸及其衍生物存在(cnzi)下，羰基化合物与氨、胺的 还原氨基化反应f).还原(hun yun)烃化法制备 e).伯胺与醇的鏻鎓盐反应制备 第26页/共56页第二十七页，共56页。叔胺的制备(zhbi)a).仲胺与卤代烃反应(fnyng)制备b).仲胺与鏻鎓盐反应(fnyng)制备 第27页/共56页第二十八页，共56页。c).还原(hun yun)烃化法制备 d).Leuckart反应(fnyng)法第28页/共56页第二十九页，共56页。芳香(fngxing)胺及杂环胺的N烃化 烷基(wn j)及N,N双烷基(wn j)芳

10、香胺的制备 第29页/共56页第三十页，共56页。芳香(fngxing)胺的N芳烃化 Ullmann反应(fnyng)：芳香伯胺与卤代芳烃在铜或碘化铜以及碳酸钾存 在下加热反应(fnyng)得到二苯胺及其同系物的反应(fnyng)杂环胺的N烃化 第30页/共56页第三十一页，共56页。为什么1卤丙烷、2卤丙烷在Lewis存在下 或正丙醇、异丙醇、丙烯(bn x)在质子酸存在下 分别与苯反应得到同一产物？为什么Lewis酸如AlCl3、BF3等催化烷氧基化合物或芳胺类化合物时催化剂常常(chngchng)活性很低或失去活性？为什么AlCl3催化(cu hu)醇与芳香环反应时比催化(cu hu)卤

11、代烃与芳香环反应所用催化(cu hu)剂的要多得多？4.3 碳原子上的烃化反应?第31页/共56页第三十二页，共56页。反应(fnyng)Friedel-Crafts反应：1877年发现，在三氯化铝催化(cu hu)下，卤代烃及酰卤与芳香族化合物反应，在芳香环引入烃基与酰基。分为Friedel-Crafts烃化和酰化反应两种催化剂：AlCl3、FeCl3、SnCl4、SbCl5、BF3、ZnCl2、TiCl4、HF、H2SO4、P2O5 烃化剂：卤代烃、烯、醇、醚、酯芳香族化合物：烃类、卤代芳烃、酚、酚醚、芳胺、芳 醛、香羧酸、芳香杂环(如呋喃(fnn)、噻吩)烃化反应:芳烃的烃化第32页/共

12、56页第三十三页，共56页。Friedel-Crafts反应的用途(yngt)：制备烷基取代的芳香化合物(如二甲苯、萘、酚、)第33页/共56页第三十四页，共56页。Friedel-Crafts 烃化反应(fnyng)机理碳正离子来自(li z)卤代烃与Lewis酸的络合物 质子化的醇 质子化的烯 .第34页/共56页第三十五页，共56页。影响(yngxing)Friedel-Crafts 烃化反应的因素(1).烃化剂的结构(jigu)烃化剂RX的活性既取决于R的结构(jigu)，也决定于X的性质。凡是有利于RX极化的，将有利于烃化卤代烃、醇、醚及酯中，活性：R为叔烃基、苄基 仲烃基 伯烃基所

13、用催化剂 依次增强卤原子活性：F Cl Br I (与通常见到的情况相反!)第35页/共56页第三十六页，共56页。卤代烃及烯只需用催化量的AlCl3催化，而醇则要用较大量(dling)催化剂，因为醇与AlCl3能发生反应：C2H5OH AlCl3 C2H5OH AlCl3C2H5OH AlCl3 C2H5OAlCl2HCl C2H5OAlCl2 C2H5Cl AlOClC2H5OAlCl2 2 C2H5OH (C2H5O)3Al+2 HCl思考题：1.为什么AlCl3催化醇与芳香环反应(fnyng)时比催化卤代烃和烯与芳香环反应(fnyng)所用催化剂的要多得多？2.为什么Lewis酸如Al

14、Cl3、BF3等催化烷氧基化合物或芳胺类化合物时催化剂常常活性很低或失去活性？第36页/共56页第三十七页，共56页。(2).芳香族化合物结构(jigu)的影响芳环上的Friedel-Crafts烃化反应为亲电取代反应，因此环上有给电子(dinz)取代基时反应较容易，如含烃基、羟基、烷氧基等如果(rgu)环上含有吸电子基如NO2、SO3H、CN、和与环直接相连的羰基(包括醛、酮、羧酸和酯)的芳环底物、使芳环活性降低，Friedel-Crafts烷化和酰化反应均不能发生。烃基的结构对苯环上引入烃基的数目有重要影响，烃基结构的基团大，引入的烃基团就小，即位阻越大，引入的基团数就越小。第37页/共5

15、6页第三十八页，共56页。HF起什么(shn me)作用？为什么(shn me)不用Lewis酸？烷氧基或芳胺的氧或氮原子(yunz)可与Lewis 酸 催化剂 络合而中毒，故这类化合物很少烃化。(3).催化剂的影响(yngxing)催化剂的作用：在于与RX反应生成R碳正离子，后者对苯环进攻。Lewis酸的催化活性大于质子酸。其强弱程度因具体反应基条件的不同而改变第38页/共56页第三十九页，共56页。催化(cu hu)甲苯与乙酰氯反应的活性：AlBr3 AlCl3 SbCl5 FeCl3 TeCl2 SnCl4 TiCl4 TeCl4 BiCl3 ZnCl2质子酸的活性顺序通常(tngchn

16、g)认为是：HF H2SO4 P2O5 H3PO4Lewis酸中 无水三氯化铝为最常用。因其催化活性强，价格便利。但这不是(b shi)万能的!(4).溶剂的影响当芳烃本身为液体时，如苯，即可用过量的苯，既作反应物又作溶剂；芳烃为固体时，可在CS2、石油醚、CCl4中进行，但不能在醇中进行!第39页/共56页第四十页，共56页。3.烃基的异构化第40页/共56页第四十一页，共56页。4.烃基的定位(dngwi)一般符合定位规律，高温(gown)下易得不正常的间位产物。第41页/共56页第四十二页，共56页。在无水ZnCl2存在下，芳烃与甲醛(ji qun)及氯化氢作用，环上的氢原子被氯甲基化(

17、-CH2Cl)取代，也称氯甲基化反应(Blanc反应)氯甲基化的应用很广，因为CH2Cl可以(ky)很顺利地转变成CH3、CH2OH、CH2CN、CHO、CH2COOH、CH2NMe2第42页/共56页第四十三页，共56页。苯可以与多卤化物、甲醛(ji qun)、环氧乙烷等在三氯化铝催化下烃化第43页/共56页第四十四页，共56页。Friedel-Crafts 烷基反应(fnyng)的特点：1).反应引入的烷基为活化基，因此单烷化产物将更易于发生烷化，产物常为二或多烷化混合物。选择适当的溶剂或高温或借助于高速搅拌可得单烷化产物。2).反应是可逆的。Friedel-Crafts烷化反应只有在动力

18、学控制条件下才遵守通常的定位(dngwi)规律。若温度较高，反应时间较长，反应受热力学控制，则常得到更为稳定的间位产物。3).含强吸电子基的芳环(或称钝化的芳烃)，不发生Friedel-Crafts反应。强吸电子基团如NO2、SO3H、CN、NH(R)3+或与环直接相连的羰基(包括醛、酮、酯羧酸等)化合物4).具有NHR、NR2、NH2(有时OR基)等活化基的芳环，由于催化剂(Lewis酸，AlCl3等)常与这些基团发生络合，使催化剂失去活性，故上述基团不仅不能促进Friedel-Crafts反应进行，反而使 Friedel-Crafts反应更难进行。5).多于3个碳的卤代烃、醇、烯烃烷化时常

19、发生异构化。第44页/共56页第四十五页，共56页。酰化(acylation)反应(fnyng):芳酮的制备1.Friedel-Crafts 酰化反应(fnyng)的概念：2 反应(fnyng)机理：Friedel-Crafts烃化反应(fnyng)类似以酰基正离子游离状态或离子对参与反应以络合物的形式与芳烃反应第45页/共56页第四十六页，共56页。3.影响因素(yn s)：酰化剂，被酰化物的结构，催化剂，溶剂易脱羰基(tn j)形成叔碳正离子常用的酰化剂：酰卤、酸酐(sungn)、羧酸、羧酸酯等第46页/共56页第四十七页，共56页。(PPA:Polyphosphoric acid)第47

20、页/共56页第四十八页，共56页。芳胺虽然(surn)活泼，但不能直接进行酰化，因为氨基与催化剂形成络合物，故必须先保护氨基后才能作酰化反应3 有质子(zhz)酸存在时难以合成目标物2 为什么将AlCl3与乙酰卤及苯胺混合(hnh)后难以得到目标物?第48页/共56页第四十九页，共56页。酚直接酰化，产物不是单一产物，因此酚酮不是直接酰化制备。而是利用 Lewis酸催化酚酯重排成2或4酰基酚。这是制备酮酚的一种(y zhn)重要方法在PhNO2中进行Fries重排时，主要(zhyo)得对位产物低温有利于对位(du wi)高温有利于邻位第49页/共56页第五十页，共56页。4.Friedel-C

21、rafts酰化反应(fnyng)的特点1).亲电的酰基正离子因共振而比较稳定，不重排2).生成的芳酮中羰基为吸电子基团，使苯环的活性降低，不致发生进一步的取代，故产物常停留在单取代产物一步。3).酰基化反应不可逆。得到的是单取代、无重排的常为。产物单一，反应简单4).含强吸电子基(NO2、SO3H、CN、NR3、COR)的芳烃或芳胺等活化基的芳环，使反应难以进行5).由于Lewis酸如AlCl3不仅能与酰化剂的羧酸氧结合，而且与产物中的羰基结合，因此酰卤酰卤进行酰化时，至少要用等物质的量的AlCl3;用酸酐(sungn)作酰化剂时产生的羧酸副产物将破坏等物质的量的AlCl3，因此，1 mol酸

22、酐(sungn)至少要用2 mol AlCl3作催化剂第50页/共56页第五十一页，共56页。炔烃的C烃化a).活性:IBrClFb).只有伯卤代烃无-位侧链时才发生(fshng)反应得产物c).仲/叔卤代烃/伯卤代烃-位含侧链时与炔盐反应得烯烃,1-炔烃很少d).芳卤代烃活性低,不起反应第51页/共56页第五十二页，共56页。烯丙位、苄位的C烃化烯丙位、苄位CH在强碱作用下生成相应的烯丙位、苄位碳负离子，故可以用不同(b tn)的亲电性烃化剂进行C烃化反应第52页/共56页第五十三页，共56页。羰基(tn j)化合物位的C烃化 醛酮羰基旁碳上的氢，一般称为活泼氢，在碱的作用下，失去一个氢，形

23、成一个碳负离子，而碳负离子旁的碳氧双键可以分散(fnsn)这个负电荷发生离域作用而使这个负离子稳定：因此碳上的氢很容易被碱移去。由于氧原子电负性比碳原子大，所以负电荷应当(yngdng)大部分集中在氧原子而成为烯醇式，因此在不同的条件下可以在碳或氧原子上发生反应。这里只涉及碳的反应，后面我们会涉及碳上的酰化反应，这里我们讲碳上的烃化反应(烯醇式)第53页/共56页第五十四页，共56页。活性亚甲基化合物的C-烃化(亚甲基旁有两个(lin)吸电子基团)酮、羰基酸酯、丙二酸酯、丙二晴、晴乙酸等活性亚甲基在醇盐作用(zuyng)下与卤代烃反应，发生C烃化反应亚甲基旁有两个活性基团(j tun)，更易于形成碳负离子，发生SN2烃化反应第54页/共56页第五十五页，共56页。醛酮与仲胺缩合(suh)脱水转变成烯胺后，其为碳原子具有强亲核性，易于与卤代烃、酰卤或其它亲电性烯烃发生反应烯胺的C-烃化 利用这个性质可在醛酮的位导入烃基、酰基，这种方法与醛酮在碱催化下进行的直接酰化相比具有(jyu)许多优点：第55页/共56页第五十六页，共56页。