有机合成课件.ppt

,第三章,碳碳重键和碳环的形成,3.1 碳碳双键的形成,3.1.1通过-消除反应形成碳碳双键,-消除是指从相邻的两个碳原子上脱去两个原子或基团形成重键的反应。其通式为：,1) 卤代烃脱卤化氢,常用的碱性试剂有乙醇钠的乙醇溶液、叔丁醇钾的叔丁醇溶液、三乙胺、吡啶和喹啉等。,（2）不同卤代烃的活性顺序为:叔卤代烷仲卤代烷伯卤代烷。,（3）一般遵循查依采夫规则，即优先生成热力学稳定的多取代烯烃。,用吡啶或喹啉不能使氯代酯脱卤化氢，而用DBN在90共热即可顺利生成烯炔酯。,（4）一般为反式消除,若-碳上连有空间位阻较大的基团，则优先生成少取代烯烃,2) 醇的脱水,醇的脱水也是合成烯烃的重要方法。,常用的脱水剂有酸(硫酸、磷酸、草酸)和碱(氢氧化钾)，盐(硫酸氢钾)、无机酰卤(亚硫酰氯、三氯氧磷). 醇的脱水速度次序为:叔醇仲醇伯醇。仲醇与叔醇的脱水仍然符合查依采夫规则 .,用Al203催化气相脱水主要生成多取代烯烃，而采用ThO2作催化剂则主要生成少取代烯烃，这合成末端烯烃的好方法.,（4）某些醇的酸催化脱水可发生瓦格纳梅尔外因重排,烷基、芳基或氢从一个碳原子向另一个碳原子迁移的反应称为Wagner-Meerwein重排。,在进行重排时，通常是由不稳定的碳正离子重排为稳定的碳正离子，其基团迁移的活性次序为：,（5）近年来出现了一些高效、高选择性的非质子性试剂，如二甲亚砜(DMSO)和六甲基磷酰胺(HMPA)等。它们能够提高烯烃的产率，适用于有空间位阻的烯烃的合成。,3) -卤代醇消除次卤酸,-卤代醇与2价锡化合物、2价钛化合物或与锌-乙酸作用，可消除次卤酸生成烯烃，其中-碘代醇的产率最好。,此反应是反式消除,4) 邻二卤化物脱卤,邻二卤化物在脱卤剂作用下可以脱去卤素生成烯烃。, 锌粉在甲醇、乙醇或乙酸中； 钠在液氨溶液中； 2价铬、2价钛、2价钒及烃基锂、二烷基铜锂等。,脱卤剂,5) 季铵碱热解,季铵碱受热可以裂解成烯烃、叔胺、和水：,常用的碱：湿的Ag2O、NaOH、C2H5ONa、t-BuOK等,一般遵循霍夫曼规则，即优先生成取代少的烯烃。,6) 曼尼希碱的-消除,曼尼希碱或其季铵盐受热或在碱的作用下，可以发生-消除，失去含氮基团和-H，生成不饱和化合物。,主,曼尼希碱的-消除一般遵循霍夫曼规则。,7) 热消除反应,羧酸酯、黄原酸酯、氧化叔胺热解消除是烯烃的重要合成方法之一。,（1）羧酸酯的热消除,羧酸酯的热消除是-消除，而且一般遵循霍夫曼规则。但若按查依采夫规则消除后可形成共轭结构时，则优先按查依采夫规则消除。,（2）黄原酸酯的热消除,课间休息！,（3）氧化叔胺热解：,氧化叔胺受热也分解成烯，同时消除一分子二取代羟胺,这个反应叫做考普(Cope)反应。一般遵循查依采夫规则。,3.1.2 通过维蒂希(Wittig)反应形成碳碳双键,1) 与羰基化合物反应：,磷盐与适当的碱作用可制得磷叶立德。磷叶立德与羰基化合物的反应是合成烯烃的重要方法，常称为Wittig反应。,（1）稳定的磷叶立德对水稳定，故可在氢氧化钠水溶液中制备。对于-氢酸性更强的盐甚至在氢氧化铵或碳酸钠水溶液中制备。,（3）由于磷盐易由三苯磷与卤代烃反应制得，在碱存在下，三苯基膦、卤代烃及羰基化合物即可按“一锅法”将磷盐的形成、磷叶立德的形成以及与羰基化合物的缩合等三步反应合并进行，具有操作简便，产率较高的特点。,（2）稳定的磷叶立德可被析离提纯，继而与羰基化合物反应。亦可不经析离即可与羰基化合物直接反应。,（4）Wittig反应的优点,产物中所导入的双键处于原来羰基的位置(羰基碳原子与磷叶立德中带负电荷的碳原子之间)。,与，-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。,3.1.3 通过缩合反应形成碳碳双键,1)羟醛缩合,是指含有-H的醛、酮在碱的作用下易于失去-H形成碳负离子而向另一分子醛的羰基碳进攻，生成-羟基醛。,2)磷叶立德的烃化反应,（1）常用的碱为稀NaOH溶液，脱水催化剂为酸。 （2）酮发生“羟醛缩合” 时，常需用比较强的催化剂，或在较强烈的反应条件下进行反应。,（3）不同的两种含-H的醛之间可以发生交叉羟醛缩合。但产物是比较复杂的混合物，若以含-H的醛与不含-H的醛进行交叉羟醛缩合时有实用意义。,先用强碱使醛酮完全转变成烯醇盐，然后再与另外一种醛酮加成反应，可以向预定的方向进行。,是指醛，酮在碱性催化剂和少量羧酸存在下能与活泼亚甲基化合物发生脱水缩合反应，生成含有碳碳双键的产物。,2) 克诺凡纳格反应,（1）所用的碱性催化剂是氨、胺、吡啶、哌啶等。,（2）常用的是具高度活性的活泼亚甲基化合物，如：丙二酸酯、-酮酸酯、-二酮、氰基乙酸酯、苯乙腈等。,（3）在上述反应条件下，醛、酮自身发生羟醛缩合的可能性很小，故克诺凡纯格反应的收率-般都相当好，在有机合成中有广泛的应用。,3)施托贝反应,是指醛、酮与丁二酸二乙酯或其烷基取代衍生物在碱的催化下可以发生类似羟醛缩合的反应，生成丁二酸酯的一个亚甲基与醛、酮的羰基脱水缩合的产物。,Stobbe缩合反应的机理,3.2 碳碳叁键的形成 3.2.1 通过二卤代烃脱卤化氢形成碳碳叁键 ：,3.2.2 通过-二酮脱氧反应形成碳碳叁键：,3.2.3 通过炔烃的偶联反应形成碳碳叁键：,3.2.4 通过炔化物的烃基化形成碳碳叁键：,自 学 提 纲,第三章,碳碳重键和碳环的形成,（2）,碳碳重键和碳环的形成,3.3 碳环的形成,由碳原子间相互键合而成的环状分子骨架称为碳环。,可导致闭环的反应很多，概括起来有以下三种类型：,在光或热的作用下，两个或两个以上的体系相互作用，两个体系末 端 连 接成环状分子的反应 ，称为环加成反应。主要包括4+2环加成反应和2+2环加成反应。如： Diels-Alder反应,3.3.1 环加成反应,（1）Diels-Alder反应又叫做双烯合成，是共轭二烯与烯、炔进行环化加成生成环己烯衍生物的反应。例如：,（2）Diels-Alder反应的反应物分为两部分:一部分为电子丰盈的双烯体,即有供电子基（CH3O- 、 Me2N- 、 RS- 、 Me3SiO- 、 CH3CO2-）,提供共轭双烯；另一部分为电子缺乏的亲双烯体，即含吸电子基，如羰基、羧基、硝基、砜基(-SO2R)及氰基等不饱和化合物，提供不饱和键 。,（3）Diels-Alder反应有如下一些特点 ：,构型不同的双烯异构体有不同的反应活性,反应是立体专一的,反应物中取代基的相对构型，在产物中仍旧保留。,不对称取代的双烯体与不对称取代的亲双烯体环加成 ，往往以“邻”位或 “对”位异构体为主，而 “间”位的较少，即反应表现出具有区域选择性。例如：,3.3.2 通过卡宾及类卡宾对烯烃的加成反应形成碳环,（1）卡宾对烯烃的加成反应,卡宾是电中性的含有2价碳的活性中间体，2价碳原子上有两个未成对的价电子。卡宾对烯键的加成属于2+2环加成反应，是合成环丙烷衍生物的一个重要方法。,（2）类卡宾对烯烃的加成反应,二碘甲烷与锌-铜偶合体制得的有机锌试剂与烯烃作用生成环丙烷及其衍生物的反应称为斯莫森-斯米齐（Simmons-Smith）反应。,虽然在反应过程中没有产生卡宾，但在反应中具有类似卡宾的性质，所以有机锌试剂称为类卡宾。例如：,6,3.3.3 通过缩合反应形成碳环,(1)狄克曼（Dieckmann）缩合反应,当二元酸酯分子中的两个酯基被 4 个或4个以上的碳原子隔开时，就会发生分子内的缩合反应，形成五元环、六元环或更大环的酯环酮类化合物。这种环化酯缩合反应称为狄克曼（Dieckmann）缩合反应。常用醇钠、氢化钠、乙醇钾和叔丁醇钾等强碱作为催化剂。机理见P76,用二乙基锌代替锌-铜偶合体，可以获得产率较好的环丙烷衍生物,分子间的酯缩合也可用于制备环状化合物,（2）酮醇缩合,脂肪酸酯和金属钠在乙醚、甲苯或二甲苯中，在纯氮气流存在下，发生双分子还原反应，生成-羟基酮，此反应称为酮醇缩合。二元酸酯发生分子内酮醇缩合可生成环状酮醇。本反应主要用于中环和大环的制备。例如：,（3）分子内的羟醛缩合和罗贝松(Robinson)环化反应,分子内的羟醛缩合反应也是合成环状化合物的重要方法之一，常用于五元和六元环的形成。例如：,酮与，-不饱和酮在碱催化下发生Michael加成，生成1，5-二酮，然后发生分子内的醇醛缩合，形成一个新的六元环，再经消除脱水生成，-二环(多环)酮，该反应称为罗贝松(Robinson)环化反应。,9,（4）分子内的亲核取代反应,活泼亚甲基化合物(如丙二酸酯、乙酰乙酸乙酯等)与二卤代烃在强碱醇钠、醇钾等作用下 ，通过活泼亚甲基化合物烃基化及分子内的亲核取代反应可得到环状化合物。例如 ：,3.3.4 通过某些特定条件下的重排反应形成碳环,（1）频哪醇重排,课间休息！,课间休息！,邻二醇在酸的作用下，可发生如下重排，生成酮。,一个羟基连在脂环上的邻二醇发生频哪醇重排后，生成的是环扩大或环缩小的酮。例如：,（2）瓦格纳-米尔魏因重排,瓦格纳-米尔魏因(Wagner，EarHcp-Meerwein)重排是醇或卤代烃在酸催化下进行亲核取代或进行消除时，或者烯烃进行亲电加成时所发生的重排。在这些反应中，都有碳正离子中间体生成。重排时，是邻位烃基或氢原子向带正电荷的碳迁移。例如：,环状化合物的重排还能导致环扩大或环缩小。例如：,（3）捷米扬诺夫重排,捷米扬诺夫 重排是脂肪族伯胺与亚硝酸水溶液作用，发生脱氮、重排而生成醇的反应。,脂环族伯胺发生这种重排时，能得到扩环或缩环产物。若脱氮后形成正电荷在环外-碳上的碳正离子中间体，重排后得到扩环产物。例如：,若脱氮后形成的碳正离子，其正电荷就在环上，则重排成环缩小产物。P83,在这些反应中，实际上得到的是原环产物和扩环或缩环产物的混合物，同时也有碳正离子消除-氢后生成的烯烃副产物。例如：,在有机合成上，由低一级的环酮制取高一级的环酮，可以利用这种重排。需经过以下一系列反应：,（4）法沃尔斯基重排,法沃尔斯基重排是-卤代酮在碱的作用下，脱去卤原子并重排成羧酸或羧酸衍生物的反应。在醇钠作用下，重排成酯的机理可表示如下：,-卤代脂环酮也能发生这种重排，生成的是环缩小产物。这在有机合成中也有应用。例如：,有些含有1，5-二烯键的大环或小环化合物，由于环张力较大，易于发生考普重排，变成张力小的环状化合物。例如：,Cope重排是1.5-二烯受热发生3，3迁移，生成另一种1，5-二烯的反应。,（5）Cope重排,复写思考题,1. 可形成碳碳双键的反应途径有哪几方面？ 2. 什么叫-消除？什么是查依采夫规则？什么是霍夫曼规则？ 3. 在所介绍的七类-消除反应中，那些遵循查依采夫规则？那些 遵循霍夫曼规则？ 4. 什么是Wittig反应？它具有哪三个优点？ 5. 什么叫羟醛缩合？含有