化学反应第三章烃化反应

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1、 第三章 烃化反应 Hydrocarbylation Reaction 定义 用烃基取代有机分子中的某些功能基上的氢原子得定义 用烃基取代有机分子中的某些功能基上的氢原子得 到烃化产物的反应都称为烃化反应 到烃化产物的反应都称为烃化反应 烃基 烃基 饱和饱和 不饱和 不饱和 脂肪脂肪 芳香 芳香 分类分类 1 1 按被烃化物不同 按被烃化物不同 vvC OHC OH 醇或酚羟基 醇或酚羟基 变为变为 OR OR醚醚 vvC N NHC N NH 3 3 变为伯 仲 叔胺变为伯 仲 叔胺 vvC CC C 分类 2 按烃化剂的种类分类 卤代烷 RX 最常用 硫酸酯 磺酸酯 醇 烯烃 环氧烃 发生

2、羟乙基化 CH2N2 很好的重氮化试剂 分类 3 按反应历程分类 v SN1 v SN2 v 亲电取代 应 用 学 习 重 点 p氧原子上的烃化反应历程 烃化剂种类 特点及 应用范围 p氮原子上的烃化反应历程 烃化剂种类 特点及 应用范围 p伯胺的制备方法 p芳烃的C 烃化 F C反应 历程 特点及影响因素 p烯丙位 苄位 活性亚甲基化合物的C 烃化的反 应历程及影响因素 一 醇的O 烃化 1 卤代烷为烃化剂 2 磺酸酯 3 环氧乙烷类作烃化剂 4 烯烃作为烃化剂 5 醇作为烃化剂 6 其它烃化剂 二 酚的O 烃化 1 烃化剂 2 多元酚的选择性烃化 第一节第一节 氧原子上的烃化反应氧原子上的

3、烃化反应 1 卤代烷为烃化剂 通式 Williamson 醚合成方法 结论 醇在碱的条件下与卤代烷生成醚 第一节第一节 氧原子上的烃化反应氧原子上的烃化反应 一 醇的一 醇的 O O 烃基化 烃基化 1 卤代烷为烃化剂 在碱的条件下与卤代烷生成醚 反应机理 SN1 1 卤代烷为烃化剂 醇在碱的条件下与卤代烷生成醚 反应机理 SN2 伯卤代烷RCH2X按SN2历程 随着与X相连的C的取代基数目 的增加越趋向SN1 影响因素 a RX的影响 影响因素a RX的影响 影响因素b 醇的影响 苯海拉明合成可采用的两种方法 可以看到 由于醇羟基氢 原子的活性不同 进行烃化反应时所需的条件也不同 前一 反应

4、醇的活性低 要先制成醇钠 而二苯甲醇中 由于苯基 的吸电子效应 羟基中氢原子的活性增大 在反应中加入氢 氧化钠作除酸剂即可 显然后一反应优于前一反应 因此苯 海拉明的合成采用了后一种方式 影响因素b 醇的影响 选择性高 影响因素c 催化剂的影响 有些有旋光活性的醇 如果加金属钠制成醇钠 再与卤代烃 反应 产物比较复杂 如用氢化钠 则可立体专一性地得到 相应的甲醚 2 或 4 卤代醇在碱性条件下的环化反应 即分子内 Williamson 反应 是制备环氧乙烷 环氧丙 烷及高环醚类化合物的方法 卤代反应中也学习过 影响因素c 催化 催化剂 醇钠 Na NaH NaOH KOH 有机碱 六甲基磷酰胺

5、 HMPA N N 二甲基苯胺 DMA 溶剂 过量醇 既是反应物又是溶剂 非质子溶剂 苯 甲苯 Tol 二甲苯 xylene DMF DMSO无 水条件下 质子性溶剂 有助于R CH2X 解离 但是与RO 易发生溶剂化 因此通常不用质子性溶剂 影响因素d 溶剂影响 芳香卤化物也可作为烃化剂 生成芳基烷基混合醚 通常情况 下 由于芳卤化物上的卤素与芳环共轭不够活泼 一般不易反 应 但当芳环上在卤素的邻对位有吸电基存在时 可增强卤原 子活性 能顺利地与醇羟基进行亲核取代反应而得到烃化产物 副反应 消除反应 副反应多 副反应 消除反应 2 磺酸酯为烃化剂 磺酸酯类为烃化剂 主要指芳磺酸酯 引入较大的

6、烃基 芳基磺酸脂作为烃化剂在药物合成中的应用范围比较广 OTs 是很好的离去基 常用于引入分子量较大的烃基 例如 鳖肝醇的合成 以甘油为原料 异亚丙基保护两个羟基后 再用对甲苯磺酸十八烷酯对未保护的伯醇羟基进行 O 烃化 反应 所得烃化产物经脱异亚丙基保护 便可得到鳖肝醇 p 反应机理 a 酸催化 n R为供电子基或苯 在a处断裂 n R为吸电子基得b处断裂产物 环氧乙烷类作烃化剂 n 反应机理 b 碱催化 p SN2 双分子亲核取代 开环单一 立体位阻 原因为主 反应发生在取代较少的碳原子上 实例 环氧乙烷类作烃化剂 羟乙基化反应 Ph为供电子基团 4 烯烃作为烃化剂 醇对烯烃双键进攻 加成

7、而生成醚 烯烃结构中若无极 性基团存在 反应不易进行 只有当双键两端连有吸电 子基 才能反应 酚酸性大于醇 所以活性比醇大 醇的氧烃化 试剂均可做酚的氧烃化试剂 二二 酚的酚的 O O 烃化烃化 1 1 卤代烃 烯烃 硫酸酯卤代烃 烯烃 硫酸酯 卤代烃 硫酸酯硫酸酯 1 CH2N2 活性甲基化试剂 用于酚和羧酸的烃化 产生N2气 无其它副反应 后处理简单 室温或低于室温反应 加热易爆炸 2 其它烃化剂 2 ROH DCC DCC用于醇酚偶联 形成酚醚 例 三 多元酚的选择性烃化 第二节第二节 氮原子上的烃化反应氮原子上的烃化反应 学习内容 学习内容 伯胺的制备方法 芳香胺的伯胺的制备方法 芳香

8、胺的N N 烃化和烃化和N N 芳芳 烃化 烃化 基本要求 基本要求 掌握掌握GabrielGabriel合成法合成法 DelepineDelepine合成法合成法 和和 UllmannUllmann反应反应 以及在精细化工中的应用 以及在精细化工中的应用 一 氨及脂肪胺的一 氨及脂肪胺的N N 烃化烃化 影响因素 影响因素 a 物料配比 b b 溶剂溶剂 水 醇 苯 甲苯 环己烷 DMF NH4Cl NH4NO3 NH4Ac c RX R相同时 RI RBr RCl RF 一般RBr RCl加入RI发生分子的卤素置换 1 1 伯胺的制备伯胺的制备 注 注 NHNH 3 3 大大过量 大大过量

9、 GabrielGabriel合成法 合成法 例 抗疟药伯胺喹 例 抗疟药伯胺喹 Primaquine Primaquine 的合成的合成 改良的改良的 GabrielGabriel反应反应 DelepineDelepine反应反应 德来番 德来番 氯霉素中间体的合成 氯霉素中间体的合成 醛或酮在还原剂存在下与醛或酮在还原剂存在下与NH3NH3 伯胺 伯胺 仲胺的反应 氮上引入烷基的反应 仲胺的反应 氮上引入烷基的反应 还原烃化还原烃化 举例举例 催化剂常用Na EtOH Na Hg EtOH Zn Hg HCl HCOOH H2 Ni 金属复氢化合物 LiAlH4 NaBH4 N上引入的碳数

10、与醛酮的碳数一致 反应活性 醛 酮 脂肪族 芳香族 无立体位阻 有立体位阻 2 2 仲胺的制备仲胺的制备 1 1 仲卤代烃与仲卤代烃与NHNH 3 3 伯胺反应得仲胺 伯胺反应得仲胺 2 2 还原烃化 芳香醛效果好 还原烃化 芳香醛效果好 当芳香醛与氨的摩尔比为当芳香醛与氨的摩尔比为2 2 1 1时 以兰尼镍为还原时 以兰尼镍为还原 剂主要得仲胺剂主要得仲胺 3 3 叔胺的制备叔胺的制备 1 1 仲胺与卤代烃作用仲胺与卤代烃作用 2 2 仲胺仲胺 1 mol 1 mol 醛或酮还原烃化醛或酮还原烃化 伯胺伯胺 2 mol 2 mol 醛或酮还原烃化醛或酮还原烃化 例 氯灭酸 氟灭酸的合成 Ch

11、lofenamic AcidFlufenamic Acid 芳香胺的芳香胺的N N 芳烃化芳烃化 UllmannUllmann反应 乌尔曼 反应 乌尔曼 RX 烷基卤代烃 环烷基卤代烃 芳环 苯环 芳杂环 催化剂 AlX3 ZnCl2 FeCl3 SnCl4 HF H2SO4 H3PO4 第三节第三节 碳原子上的烃化反应碳原子上的烃化反应 一 芳环上的烃化反应一 芳环上的烃化反应 付付 克反应克反应 1 1 反应式反应式 2 2 亲电取代反应机理 亲电取代反应机理 C 离子对芳环的亲电进攻 1 RX ROH 烯烃也可作烃化试剂 a 当R相同时 RF RCl RBr RI b 当X相同时 RCH

12、 CH2CH2X PhCH2X CH3 3X R2CHX RCH2X CH3X 一般来说 卤代芳烃不反应 3 影响因素 卤素离开的难易程度 2 芳烃的结构 a 有供电基取代的芳烃 无供电基取代的芳烃 引入一个烃基后更易发生烃化反应 但要考虑立体位阻 b 多卤代苯 硝基苯以及单独带有酯基 羧基 腈基的 吸电子基团 不发生付 克反应 可作为反应溶剂 但连 有供电子基后可发生F C反应 3 3 含有含有 NH NH 2 2 NR NR 2 2 的苯环的苯环 一般不发生一般不发生F CF C反应反应 4 催化剂 1 当烃基的碳原子数 3时 发生异构化反应 温度升高 异构化比例 增加 4 副反应 2 间

13、位产物生成 当苯环上引入的烃基不止一个时 除了正常 的邻 对位产物 还常有相当比例的间位产物 通常 较强烈的条件 即强催化剂 较长时间 较高反应 温度 生成不正常的间位产物 所以傅 克反应时间不宜过长 AlCl3用量不宜过大 举例 炔烃的烃化 伯卤代烷 二 羰基化合物二 羰基化合物 位位 C C 烃化烃化 1 活泼亚甲基化合物的C 烃化 影响因素 1 碱和溶剂的选择 a 根据活泼亚甲基的化合物的酸性 常用醇钠 醇钾 b 如醇钠为催化剂 则选醇为溶剂 对于在醇中难于烃化的活性亚甲基 化合物 可在苯 甲苯 二甲苯等溶剂中加入NaH或金属钠 生成烯醇 盐再烃化 1 活泼亚甲基化合物的C 烃化 2 2

14、 引入烃基的顺序 引入烃基的顺序 a a 当当R R R R 时时 分步进行分步进行 b b 当当R R R R 时 时 当当R R R R 为伯卤代烷 先大再小为伯卤代烷 先大再小 当当R R R R 为伯 仲卤代烷 先伯后仲为伯 仲卤代烷 先伯后仲 当当R R R R 为仲卤代烷 收率低 一般选用活性高的亚甲基化合物为仲卤代烷 收率低 一般选用活性高的亚甲基化合物 见教材见教材p89p89页例子页例子 1 活泼亚甲基化合物的C 烃化 3 副反应 a 脱卤卤化氢氢的副反应应 b 脱烷氧羰基的副反应 当换成苯基时 反应更易发生 c 生成醚的副反应 所以反应不易使用过量的R X 2 2 醛酮以及

15、羧酸衍生物醛酮以及羧酸衍生物 C C烃化烃化 1 反应式 2 机理 3 影响因素 a RX b 羰基化合物 i 醛的 C烃化少见 易发生Aldol缩合反应 但 可采用烯胺法 ii 酯的 C烃化采用强碱 较弱的碱会发生Claisen 缩合副反应 iii 不对称酮的 烃化 B为动力学控制产物 动力学取决于碱夺取H速度 原因 碱夺取位阻小的氢比夺取位阻大的氢的速度要快 条件 非质子溶剂 强碱 酮不过量 A为热力学控制产物 原因 生成多取代烯醇热稳定 双键的稳定性随取代基的增加而增加 条件 质子溶剂 有利于两中间产物通过质子交换 平衡产物转换 或酮过量或采用较弱的碱 1 结构 2 制备 醛 酮 仲胺缩合 3 性质 羰基羰基 C C C C烯胺烃化烯胺烃化 3 3 烯胺的烃化烯胺的烃化 4 常用试剂 优点 操作简单 原料易得 收率较高 尤其适用于醛的 C烃化 用酸做催化剂 避免Aldol缩 合 无多烃化产物 只有单烃化产物 不对称酮进行烃化时 取代产物发生在取代较少的C上 有机金属化合物在C 烃化中的应用