有机合成5学习.pptx
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1、1例如:羧酸与氢化铝锂在乙醚中迅速反应,生成伯醇,产率较高:硼氢化钠不能使羧基还原成伯醇基。第1页/共133页25.2 -羟基羰基化合物和,-不饱和羰基化合物的拆开-羟基羰基化合物的拆开 通过醛和酮缩合(羟醛缩合)反应来制备。(1)醛和酮的自缩合 反应方式:第2页/共133页3实例:第3页/共133页4 醛和酮在酸性条件下也可以发生自缩合反应。在酸性条件下发生缩合反应,是以烯醇为亲核试剂,以质子化羰基化合物为亲电试剂。反应过程:第4页/共133页5(2)混合缩合 在低温下,醛和酮缩合时,由醛提供羰基,而酮供给-H,例如:第5页/共133页6 -羟基羰基化合物有以下的拆分法:第6页/共133页7
2、,-不饱和羰基化合物的拆开 -羟基羰基化合物脱水而生成,-不饱和羰基化合物。但在大多数情况下,产率不高;产物的羰基可进一步与碳负离子反应,生成复杂混合物。,-不饱和羰基化合物可看作是羟醛缩合的产物:第7页/共133页8 使两种不同的醛或酮缩合,结果可能是复杂的混合物,如:第8页/共133页9故许多情况下,混合缩合无合成价值。因为:a.羰基亲电性顺序:醛 酮 酯,RCO-ArCO-;b.-H酸性顺序:醛 酮 酯。在有一个以上碳负离子源和一个以上羰基的体系中,反应总是在最稳定的碳负离子和最亲电的羰基之间发生。所以:当反应物之一没有-H,又有高亲电性羰基时,混合缩合才有意义;醛产生的碳负离子与酮羰基
3、不起反应,而与醛本身进行自缩合,如要进行混合缩合,可采用其它方法。第9页/共133页10合成,-不饱和羰基化合物的方法主要有以下几种:1)通过分子内的羟醛缩合的方法例如:第10页/共133页112)克莱森-史密特反应 芳香醛和含两个-氢原子(含活泼亚甲基)的脂肪醛或酮在浓碱(NaOH或KOH)水溶液中脱水缩合,形成,-不饱和羰基化合物。例如:芳香醛与两边都含-氢原子的脂肪酮进行克莱森-史密特反应时,反应优先在酮分子中取代少的一侧进行。例如:第11页/共133页12 但注意,在酸性条件下发生的缩合反应,对于不对称酮,反应在取代基多的的烃基上进行。例如:第12页/共133页133)亚甲基化合物的反
4、应被两个吸电子基团稳定的碳负离子 当分子中的-CH2-或-CHR-基由两个吸电子基团从两侧连接时,这种分子易受碱的作用而失去质子,并且,所得到的负离子因电子离域而稳定,即分子有较强的酸性。例如:CH2(NO2)2 pKa4(比醋酸酸性稍强),CH3COCH2COCH3 pKa9(比苯酚酸性强),还有 CH2(CO2C2H5)2 pKa13,CH3COCH2CO2C2H5 pKa11,等。从合成的角度看:(1)这些化合物基本上完全被碱(如乙醇钠)去质子化;(2)这些化合物可以被有机碱如哌啶去质子化,即使进行得不完全,至少也可达到显著的(使反应能进行的)平衡程度。第13页/共133页14碳负离子按
5、照下列模式参加缩合反应:第14页/共133页15反应特点:(1)反应的总化学计量简单:碱并没有消耗,仅催化量即够;(2)能够使用比烷基化和酰基化弱的碱,如哌啶和胺;(3)因反应步骤都是可逆的,故可通过除去最后一步所生成的水而使反应趋于完全;(4)如体系中含有一种以上的碳负离子源和/或一种以上的羰基,则经由最稳定的碳负离子,在最亲电的羰基上进攻的缩合反应优先发生。主要有Knoevenagel缩合和Doebner缩合第15页/共133页16Knoevenagel缩合 当XCH2Y中,X和Y都是-M(吸电子基团),则其与醛和酮的缩合在相对较弱的碱,如哌啶和其它胺,存在下发生的缩合反应称Knoeven
6、agel缩合。例如:第16页/共133页17 本反应不宜用RONa作催化剂,否则,因其碱性较强而产生有效平衡浓度的负离子R-CHCHO,导致自缩合等副反应发生。醛发生此反应较易,但酮则不一样,简单的酮与CH2(CN)2(丙二腈)和 CNCH2CO2C2H5(氰乙酸乙酯)发生此缩合反应,但却很少与CH3COCH2CO2C2H5或 CH2(CO2C2H5)2发生缩合反应。Knoevenagel反应和Michael反应是竞争性反应,一般强碱有利于Michael 反应,但有时两者同时发生。第17页/共133页18Doebner缩合 XCH2Y中,当X和Y中一个或两个是羧基(-COOH)时,该缩合反应称
7、作Doebner 缩合,它是Knoevenagel缩合的一个重要变型。碳负离子的等价物通常是CH2(CO2H)2或CNCH2CO2H,而溶剂则常用吡啶或喹啉。这一反应伴随着缩合脱羧:例如:第18页/共133页194)其它使-氢活化的方法 能使-氢活化的方法不只限于羰基,也可以是其它强的吸电子基团。例如:第19页/共133页205.3 1,3-二羰基化合物的拆开 制备1,3-二羰基化合物的主要反应是克莱森缩合反应。克莱森缩合反应是在碱性催化剂作用下,以酯为酰化剂酰化含活泼氢化合物的反应,反应的结果是活泼氢原子被酯的酰基取代。碱性催化剂为醇钠、三苯基甲钠等,含活泼氢化合物为酯、酮、腈等(其相应的碳
8、负离子是被一个吸电子基团稳定的碳负离子)。第20页/共133页21被一个吸电子基团稳定的碳负离子 对于 RCH2X 或 R2CHX(X为吸电子基团)类型的化合物(如CH3CO2C2H5),要用很强的碱,例如氨基碱金属(如NaNH2等),才能将其完全转变为碳负离子。但注意,在此情况下不能以醇作溶剂,因醇的酸性较 RCH2X 或 R2CHX的酸性强,优先被去质子化。第21页/共133页22相同酯间的缩合 例如,乙酰乙酸乙酯的合成:酯的分子内缩合 能够环化生成五元环或六元环的二元酸酯在碱性催化剂作用下发生分子内的酯缩合,生成环状结构的-酮酸酯,此反应叫迪克曼(Dieckmann)缩合,例如:第22页
9、/共133页23第23页/共133页24 醇钠的碱性不足以使RCH2X或R2CHX产生稳定的碳负离子,但醇钠的碱性足以“除去”产物的质子,使平衡右移:第24页/共133页25 对于以R2CHCO2R类型的酯进行酯缩合反应时,不 能 以 RONa作 催 化 剂。原 因 是:产 物R2CHCOCR2CO2R 的两个羰基之间没有酸性氢,故一系列平衡反应中,最后一步去质子化使平衡最终右移不可能。例如,对于以下化合物的Dieckmann缩合反应,是-亚甲基(CH2)而不是-次甲基(CH)中的氢原子被酰基取代:另外,供电子取代基的存在也使-次甲基的反应性降低。第25页/共133页26 如要实现-次甲基的反
10、应,需用更强的碱,使反应物(而不是产物)产生足够碳负离子。例如:第26页/共133页27不同酯间的缩合 如果两个不同的酯都有-氢,在碱性条件下进行缩合,从理论上有四种产物,故没有合成意义。如果两个酯中只有一个有-氢,而另一个较活泼的酯没有-氢,或虽有-氢,但在所选择的反应条件下不能发生自缩合(或较少),则在合成上是有意义的。例如:第27页/共133页28例2:可利用-草酰乙酯受热脱碳(脱CO)的特性进行合成,例如:第28页/共133页29又如:第29页/共133页30酯与酮的缩合 羰基两侧都有-氢的不对称酮,除甲酸酯作酰基化试剂外,其余的酰基化反应几乎专一地在取代较少的碳(-甲基)上发生。例如
11、:原因是产物(A)能成为较强的酸(碳负离子 的碱性较弱,较稳定)。第30页/共133页31 而甲酸酯作酰化剂时主要酰化-亚甲基,例如:第31页/共133页32 而:这是因为产物本身可以在碱性反应介质中烯醇化,生成稳定的烯醇负离子:第32页/共133页33 而 不会产生相应的烯醇负离子,因为其-碳原子上没有氢原子。第33页/共133页34合成实例:第34页/共133页35酯与腈的缩合 酯与腈缩合生成-酮腈。例如,-苯基乙酰乙酸乙酯不能由乙酰乙酸乙酯直接苯基化得到,但可经以下反应合成:第35页/共133页36 而-苯基乙酰乙腈水解、加热脱羧可得到甲基苄基甲酮:第36页/共133页375.4 1,5
12、-二羰基化合物的拆开利用迈克尔加成(Michael addition)反应 迈克尔加成是合成1,5-二羰基化合物的重要反应。含活泼氢化合物与,-不饱和羰基化合物进行共轭加成反应的通式如下:第37页/共133页38 迈克尔加成(Michael addition)反应是在碱性催化剂的作用下进行。常用催化剂有胺(哌啶)、醇钠、氢氧化钠、三苯基甲钠等;提供活泼氢的化合物主要是丙二酸酯、氰乙酸酯、乙酰乙酸乙酯、一元羧酸酯、酮、腈、硝基烷等化合物;,-不饱和羰基化合物是,-不饱和醛、酮、酯、酰胺、腈、硝基化合物等。第38页/共133页39 例如:第39页/共133页40又如:Michael 反应与Knoe
13、venagel反应是竞争性反应,一般强碱有利于Michael 反应,但有时两者同时发生。第40页/共133页41Knoevenagel反应和Michael反应是竞争性反应,例如:碱性较强时,以Michael反应为主:第41页/共133页42碱性较弱时,有利于Knoevenagel反应:有时两者同时发生:第42页/共133页43利用曼尼希(Mannich reaction)反应 含有活泼氢原子的化合物与甲醛和脂肪族仲胺或伯胺或氨缩合,导致其活泼氢原子被取代氨甲基(或非取代的氨甲基)置换,生成曼尼希碱(Mannich base)的反应,称为曼尼希(Mannich reaction)反应:第43页/
14、共133页44 Mannich反应的亲电组分是亚铵离子,反应是该亚铵离子与烯醇(或活泼芳烃或富电子的杂芳烃)的亲电加成。例如:第44页/共133页45实例1:实例2:第45页/共133页46 许多Mannich碱是有用的合成中间体,广泛用于合成反应。例如:曼尼希碱与碱作用或加热蒸馏,分解为,-不饱和羰基化合物:Mannich碱可直接用于Michael反应,例如:第46页/共133页47 又因为Mannich碱加热分解出二级胺,该胺可作Michael反应的催化剂,例如:对于不对称酮,缩合主要发生在取代程度较高的位置上:第47页/共133页48 在曼尼希反应中通常使用仲胺,这样可避免当使用伯胺或氨
15、时的副反应:通过曼尼希反应合成可,-不饱和酮,避免了在碱性条件下,甲醛由于聚合及其它副反应导致烯酮的产率低。第48页/共133页495.5-羟基羰基化合物的拆开-羟基酸的拆开 -羟基酸最好是以一个醛和CN 来制备:第49页/共133页50例如,合成以下化合物:切断:第50页/共133页51合成:第51页/共133页52-氨基酸的合成:第52页/共133页53-羟基酮的拆开 基本反应 炔烃加水可得酮:炔基负离子与羰基化合物反应得醇:第53页/共133页54所以,-羟基酮可由以下反应合成:例1:第54页/共133页55例2:合成:第55页/共133页56例3:第56页/共133页57安息香缩合反应
16、 苯甲醛在氰离子催化下自身缩合生成二苯基羟乙酮(安息香),这种特殊的缩合反应叫作安息香缩合:除苯甲醛外,一些取代的苯甲醛以及呋喃甲醛也可发生类似的反应。第57页/共133页58 噻唑季铵盐(如维生素B1)也可用作安息香缩合反应的催化剂。用其作催化剂时,脂肪醛也可发生安香缩合反应:第58页/共133页595.5 1,2-二醇的拆开 制备1,2-二醇最好的方法是将烯烃用如OsO4或KMnO4之类的试剂进行羟基化反应。而烯烃可以从Wittig反应制得。反应 本反应是由仲烃基溴(较典型)与三苯磷作用生成叶立德(Ylides),后者与醛或酮反应(Wittig反应),给出烯烃和氧化三苯磷,反应形式:第59
17、页/共133页60第60页/共133页61总反应:叶立德反应是极有价值的合成烯烃的一 般方法。主要反应有:(1)不稳定的叶立德的反应;(2)稳定的叶立德的反应。第61页/共133页62不稳定的叶立德的反应 当RRCHBr中,R 和 R 是氢原子或简单烷基,则烃基三苯基磷盐的-H酸性弱,需较强的碱(常用丁基锂或苯基锂)才能生成叶立德,刚生成的叶立德活性很高,是类似格氏试剂那样强的亲核试剂,能迅速地在温和条件下与醛或酮起反应给出加成物,反应不可逆。加成物可自发分解给出烯烃。例如:第62页/共133页63 产物如有立体异构,则一般得到E和Z的混合物,例如:如用苯基锂制备叶立德,并且使反应在较低温度下
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