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1、第五章 有机合成试剂,有机合成试剂包括元素有机试剂、金属有机试剂、过渡金属有机试剂以及稀土金属有机试剂等。这些试剂具有许多特殊的反应性能，对它们的研究、开发和利用是现代有机合成的一个重要特征。通过这些试剂的理论和应用研究，改变了传统的有机合成面貌，促进了有机合成化学理论和实践的发展，开辟了现代合成化学的一些新反应和新方法，在合成化学中占有重要地位。有机合成试剂包含范围广，内容丰富，本章只介绍镁、锂、铜、硼、磷、硅等几种元素的原子和碳原子直接相连所形成的有机化合物及其应用。,5.1 有机镁试剂,有机镁化合物是金属有机化合物中最重要的一类化合物， Grignard试剂是最重要的有机合成试剂之一。在
2、Grignard试剂分子中，镁原子以共价键同碳原子相连。由于成键电子对移向电负性较大的碳原子，所以Grignard试剂中的烃基是一种高活性的亲核试剂，能发生加成、偶合和取代等反应。由于Grignard试剂在合成中的重要作用，发明者格利雅（Grignard）获得1912年诺贝尔化学奖。,5.1.1 Grignard试剂的制备和结构,用卤代烃RX制Grignard试剂. 当R为烷基、卤代活泼芳烃时，用无水乙醚作溶剂。, 当R为CH2=CH-,CH2=CH-CH2-和卤代不活泼芳烃时，不用无水乙醚作溶剂而是用四氢呋喃作溶剂，因为：,用四氢呋喃作溶剂可避免歧化反应和偶联反应的发生，因为四氢呋喃可与生成
3、的Grignard试剂结合使得过渡状态的生成受到抑制：, 用金属化法制Grignard试剂,当采用链状单取代末端炔烃或含有活泼氢的其他化合物时，用金属化法制备Grignard试剂。,要求电负性RR时 ，才能向生成物的方向进行。例如：,关于Grignard试剂的结构，一直有许多争论。目前认为在乙醚溶液中，可能以几种组分的某种平衡体系而存在。,5.1.2 Grignard试剂的反应, Grignard试剂与羰基化合物的加成反应,在合成上，Grignard试剂主要用于同羰基化合物反应以制备醇。Grignard试剂同醛或酮的反应称为格氏反应。 加成水解结果：甲醛得伯醇，其他醛得仲醇，酮得叔醇。, ，-
4、不饱和酮的结构不同可能生成1，2-加成和1，4-加成的混合物，也可能主要生成1，4-加成产物。, Grignard试剂与，-不饱和醛作用主要生成1，2- 加成产物。, Grignard试剂与，-不饱和酸酯作用主要生成1，4-加成产物。,在催化量的铜盐存在下，Grignard试剂与，-不饱和酮或酯反应，以良好的收率生成1，4-加成产物。, Grignard试剂与羧酸衍生物-酯作用生成醇-两次加成。, Grignard试剂与环氧化合物的反应, G rignard试剂与环氧乙烷作用生成伯醇，碳链增加两个 碳原子：,仲醇,伯醇,伯醇, Grignard试剂与卤代烃的偶联反应, Grignard试剂与卤
5、代烃偶联是合成烃的重要方法，也是增长碳链的方法。 Grignard试剂与饱和一卤代烃作用制得的烃产率较低，但与烯丙基卤化物偶联在室温下即可得到较高产率的末端烯烃。, Grignard试剂与多卤代烃的偶联也是增长碳链的方法，一般认为有卡宾形成并参与历程：,反应历程：,同理有：,5. 2 有机锂试剂,有机锂试剂广泛应用于有机合成，多用作碱和亲核试剂。有机锂试剂通常写为R-Li。 有机锂试剂能和大多数亲电试剂反应：进行夺氢反应还是对亲电试剂亲核进攻取决于有机锂试剂本身、亲电试剂及反应条件。有机锂试剂反应活性比Grignard试剂大，一般来说凡是Grignard试剂参加的反应， R-Li也能反应。由于
6、有机锂试剂非常容易作为碱参与反应，所以在有机合成中的应用受到限制。,5.2.1 有机锂化合物的制备,（1）卤代烷与金属锂反应,（2）卤化物和正丁基锂交换反应,芳基卤、乙烯基卤化物与金属锂反应较难，通常采用卤化物交换法来制备相应的有机锂化合物，产率很好。,（3）金属化反应（夺氢反应）,由烃和n-C4H9Li作用，也可以制备有机锂化合物，烃中的氢原子被金属锂取代，这叫金属化反应。,5.2.2 有机锂化合物的特征反应, R-Li试剂常以聚集体形式存在，有明显的碳-锂共价键特征。有机锂化合物中C-Li+，碳上具有部分负电荷，作为 亲核试剂与Grignard试剂类似，可以与极性双键、卤代烃及 活泼金属化
7、合物进行反应。许多有机锂试剂参与的反应在乙醚溶液中进行。为避免碱性 的R-Li试剂夺取溶剂乙醚中的氢，反应通常在低温（-78C） 下进行。,（1）有机锂化合物与羰基化合物反应-醇的形成,有机锂化合物与羰基化合物反应时，与Grignard试剂 相比，不易受到空间位阻影响。,烯醇化产物,还原产物,同样由于位阻原因，有机锂化合物与，-不饱和酮的加成1，2-加成为主，而Grignard试剂则是1，4-加成产物为主：,（2）有机锂化合物和CO2、羧酸的反应-酮的形成,与Grignard试剂产物羧酸不同！, Grignard试剂与羧酸作用产生的RCOOMgX的羰基不活泼，不能继续与Grignard试剂反应
8、，故不能用于酮的合成。,（3）有机锂化合物和金属卤化物的反应,由于锂是电正性很高的金属，因此，有机锂试剂可同某些电正性较低的金属卤化物在无水惰性溶剂里反应，以制备该金属的有机金属化合物。,（4）有机锂化合物与吡啶和三级酰胺的反应, RLi试剂与三级酰胺反应得到醛或酮。,芳香体系易于进行亲电取代，难于亲核取代。有机锂试剂与有机镁试剂不同，C-Li键比C-Mg键可极化性强，对芳核的亲核反应是充分的。,（5）炔基锂和烯基锂的反应-炔烃与烯烃的形成,5.3 有机铜试剂,20世纪60年代后期，铜的有机化合物作为有机合成中的重要试剂开始形成发展。应用中主要是有机铜锂试剂，表示为R2CuLi，有机铜锂试剂比
9、有机铜（I）试剂更稳定，性质更活泼。R2CuLi是一种双金属络合物，具有溶解性好、活性高、反应选择性好等特点，是合成化学中最常用的有机合成试剂之一。,5.3.1 有机铜试剂的制备,通过有机锂试剂分别制备有机铜（I）试剂和有机铜锂化合物.,5.3.2 有机铜锂试剂的反应,(1)与，-不饱和酮的共轭加成反应,有机铜锂试剂对，-不饱和酮进行共轭加成，生成对应的饱和酮的-衍生物，已成为向，-不饱和共轭酮的-位引入烷基等的标准、专一、高收率的合成方法。,例如：,由于二烃基铜锂中的烃基可以是烷基 、烯基、烯丙基和苄基、芳基等，反应物中带有CO、COOH、COOR、CONR2基团时不受影响，故在合成中应用很
10、广。,对于多环体系的化合物，有机铜锂试剂的1，4-加成反应是立体定向的，利用这一性质可进行许多天然产物的立体选择合成。,（2）与酰卤的作用,二烃基铜锂R2CuLi与酰卤反应生成酮。但它不是一种加成-消去反应历程，而直接与酰卤的活泼卤素发生置换反应，酰卤分子中含有氰基、羧基、烷氧基、卤素等基团均无影响，这是铜试剂的又一特点。,（3）与环氧化合物反应, 和Grignard试剂、有机锂试剂相似，有机铜试剂与环氧化合物反应，发生亲核开环。经水解得到醇。 环氧化合物中的羰基、酯基不受影响。,（4）与卤代烃反应, 与有机镁化合物类似，有机铜化合物亦可与卤代烃反应，且具有以下优点： 其一，有机铜化合物与烯丙
11、基卤化物、乙烯基卤化物均能顺利反应；其二，无论是顺反异构的乙烯基卤化物与有机铜试剂反应，还是顺反异构的有机铜试剂与卤代烃反应，均可优先得到双键构型保持不变的产物。,有机铜化合物与卤代烃反应, R2CuLi作为亲核试剂有很高的选择性，在卤代烃分子中含有羟基、羰基、酯基、酰胺基、腈基等在烃化条件下都不收影响。产物构型保持不变。,（5）. 有机铜试剂的偶联反应,当有机铜试剂被加热(有时甚至是室温)以及二烃基铜锂试剂暴露在氧化剂(包括在空气中)时，发生自由基型偶联反应。,5.4 膦叶立德,5.4.1 膦叶立德的结构和制备,膦叶立德是碳负离子的内鏻盐，结构为R3P+-C-R1R2或R3P=CR1R2。常
12、规制备方法是将三价磷化合物与卤代烃作用生成的季鏻盐用碱处理脱-H得到。,通过卡宾或苯炔与膦作用也可得到膦叶立德：,X,Y=CN,COR,COOR,5.4.2 膦叶立德的反应,膦叶立德的结构特征表明它是一类强亲核试剂，但它与一般的碳负离子不同，极大多数都能稳定存在。膦叶立德具有特殊的化学活性，能发生多种有机反应，是有机合成的重要中间体，广泛用于C-C键的形成。,(1)与羰基化合物的反应, 膦叶立德与醛、酮反应生成烯烃，该反应称为Wittig反应或羰基烯化反应，是合成烯烃的重要方法.,Georg Wittig,Nobel Prize in 1979, 第一个特点是高度的位置专一性,第二个特点是与，
13、-不饱和羰基化合物作用，不发生1，4-加成，因此双键位置比较固定,十分适于多烯类化合物和萜类化合物的合成。,第三个特点是反应具有很好的立体选择性。一般来说，在非极性溶剂中，共轭稳定的膦叶立德与醛（酮）反应优先生成反式烯烃，而不稳定叶立德则优先生成顺式烯烃。这一特点特别适合于许多产物中双键的立体选择性合成。,反式,顺式,Wittig试剂反应的立体选择性参考表,甲基胭脂素：引入两个反式烯键:, Wittig试剂与羰基化合物的反应机理: 首先是膦叶立德对羰基化合物进行亲核加成形成内鏻盐，接着闭环形成四元环中间体，最后发生顺式消除形成烯烃。, Wittig试剂价格比较昂贵，一种改进的方法是用价格便宜的
14、亚磷酸酯(RO)3P代替Ph3P。亚磷酸酯与卤代烃反应，经阿尔布佐夫(Arbuzov)重排生成烷基膦酸酯，烷基膦酸酯在强碱存在下，与羰基化合物反应，高产率地生成烯烃及磷酸根，该方法又称为沃兹沃斯(Wadswosrth)合成法。,Wittig-Horner-Wadswosrth反应,PO试剂,上述Wittig-Horner-Wadswosrth反应中，生成的碳负离子（RO)2 POC-HR（含有P和O，又叫PO试剂）具有膦叶立德类似性质，可与羰基化合物反应形成烯烃，由于受取代基立体因素影响，反应几乎立体专一性形成反式产物。,（2）膦叶立德的酰化反应,膦叶立德与酰卤等在苯溶液中作用得到酰基膦叶立德
15、，经加热水解可制备酮或高温还原裂解制备炔。,酰基膦叶立德,酮,炔,（3）膦叶立德的偶联反应,具有-H的膦叶立德与氧作用发生偶联，可以合成对称的烯烃或环烯烃； 没有-H的膦叶立德与氧作用生成酮，通过控制氧的用量也可得到烯烃。,5.5 有机硼试剂,5.5.1 硼氢化反应-硼烷的形成,有机硼试剂主要包括硼烷和烃基硼烷，硼的电子构型1s22s22p1,与碳一般形成三价化合物，其外层仅有6个电子，是高度缺电子的亲电试剂，在有机合成上有重要价值。,烃基硼烷是由硼烷BH3(通常以气态二聚体二硼烷B2H6存在)对烯烃或炔烃的加成得到的，该反应叫硼氢化反应。,硼氢化反应反应几乎在任何情况下室温就能迅速地进行，只
16、有对位阻特别大的烯烃才不反应。对单取代或双取代的乙烯加成时，生成三烷基硼化物；对于三取代的烯烃通常只生成二烷基硼化物；四取代的乙烯只形成一烷基硼化物。,硼烷对不对称烯烃的加成，硼原子可以加到双键的任何一个碳原子上，生成两种不同产物。实际上在没有强活性邻位取代基时，反应是高立体选择性的，生成的产物主要是硼原子连接在取代基较少的碳原子上-空间位阻较小。,硼烷是缺电子亲电试剂，与烯烃的加成反应的选择性还和 电子效应有关 。,双键右端碳上电子云密度逐渐降低,5.5.2 硼烷的反应,硼化物可氧化成醇或羰基化合物；水解(质子分解)时硼原子可被氢原子取代生成烃；与CO发生羰基化反应；与,-不饱合化合物的1，4-共轭加成反应偶联反应异构化反应 置换反应,
