杂环化合物的反应PPT课件.ppt

第八讲杂环化合物的反应 第一节 氧化还原 第二节 亲电反应 第三节 亲和反应 第四节 重排反应 第五节 其它反应 1 1 氧化 第一节 氧化还原 杂环化合物的氧化 N 氧化 C 氧化 2 1 N 氧化 杂环化合物的N 氧化一般是在酸性条件下用过氧化氢等过氧化物进行反应 除了过氧化氢外 间氯过氧苯甲酸 mCPBA 单过氧邻苯二甲酸 过硼酸钠 SPB 等都可以完成N 氧化且具有较高的收率 杂环化合物的N 氧化主要体现在吡啶等六员杂环上 由于这类杂环化合物的N原子上含有孤对电子 这对孤电子可以与O的空位P轨道产生配位 从而形成N 氧化物 如Coperet等采用低浓度过氧化氢和催化剂甲基三氧化铼 MTO 配合使用 在室温下对各种简单取代吡啶进行氧化6h 效果甚好 收率多在80 以上 3 由这种N 氧化所得到的杂环N 氧化物在某些领域十分有用 A 4 硝基吡啶的制备 N 氧化吡啶 实际操作如下 4 连有氨基和硝基的吡嗪在更低浓度过氧化氢和三氟乙酸 TFA 下氧化2 6 二氨基 3 5 二硝基吡嗪得到的ANPZ 密度高达1 93g cm3 显著地提高了产物的能量 B 含能材料的制备 5 再如用过氧化氢在三氟乙酸的存在下室温氧化5 亚硝基 2 4 6 三氨基嘧啶4h得到5 亚硝基 2 4 6 三氨基嘧啶 1 3 二氧化物 收率超过50 6 2 C 氧化 杂环化合物的C 氧化 侧链氧化 芳香C H键氧化 环氧化 7 A 侧链氧化 杂环化合物含有侧链烷基时 其氧化一般发生在侧链 8 烟碱烟酸烟酰胺 9 B 环氧化 没有侧链取代基的稠环杂环化合物其氧化一般发生在电子云密度大的环上 10 C 芳香C H键氧化 11 2 还原 杂环化合物的还原相对较易 12 稠合杂环的还原与氧化不同 可以渐次展开 且还原优先发生在杂环上 13 因此 喹啉的氧化还原如下 14 第二节 亲电反应 一般而言 五员杂环化合物的杂原子具有 C效应 能活化杂环 故此它们容易发生亲电取代反应 15 亲电取代反应活性顺序 吡咯 呋喃 噻吩 苯 位比 位活泼 亲电取代主要发生在 位 16 17 作为比较 实际操作中 18 19 唑的活性低于单杂五元环 1 2 唑反应发生在C 4位 1 3 唑主要发生在C 4位 20 六员杂环化合物不易发生亲电取代反应 且反应一般发生在 位 Pyridineislessactive thanbenzenetowardelectrophilicagents becausenitrogenismoreelectronegative thancarbonandactslikeanelectronwithdrawingsubstituent includingthemeta directingeffect 21 AttemptedElectrophilicAromaticSubstitution Unreactive Stable 22 Howcanwenitratepyridine Wenowhaveanactivatingandprotectinggroup Mechanism 23 24 DirectReactionswithElectrophiles Additions Substitutions Someexamples c f react withArLi 25 26 2020 1 7 27 28 第三节 亲核反应 杂环化合物的亲核反应 SNAr反应 芳香C H键反应 苯炔过渡态反应 29 1 SNAr反应 30 31 2 苯炔过渡态反应 32 六员杂环化合物的芳香C H键反应一般发生在 位 3 芳香C H键反应 A Chichibabin氨化 33 ANRORC Add OfNu RingOpeningandRingClosure 34 B VNS氨化 35 C 格氏试剂反应 D 重氮化 36 1 ANRORCmechanism TheANRORCmechanisminorganicchemistrydescribesaspecialtypeofsubstitutionreaction ANRORCstandsforAdditionoftheNucleophile RingOpening andRingClosureinnucleophilicattackonringsystemsandithelpstoexplainproductformationanddistributioninsomenucleophilicsubstitutionsespeciallyinheterocycliccompounds Thisreactionmechanismhasbeenextensivelystudiedinreactionsofmetalamidenucleophiles suchassodiumamide andsubstitutedpyrimidines forinstance4 phenyl 6 bromopyrimidine1 inammoniaatlowtemperatures Themainreactionproductis4 phenyl 6 aminopyrimidine2withthebrominesubstituentreplacedbyanamine ThisrulesouttheformationofanaryneintermediateAwhichwouldalsogivethe5 substitutedisomer 第四节 重排反应 37 2 Boulton Katritzkyrearrangement Rearrangmentof5 to7 substituted4 nitrobenzfuroxanes BoultonA J KatritzkyA R Rev Chim Romania 1962 7 691 38 3 Ciamician Dennstedrearrangement CyclopropanationofapyrrolewithdichlorocarbenegeneratedfromCHCl3and NaOH Subsequentrearrangementtakesplaceto 39 4 Cornforthrearrangement Cornforth重排反应是由澳洲化学家JohnCornforth 1917 1975年获化学诺奖 于1949年首先报道 其是C 5为烃基取代 R1 C 4为酰基取代 C O R2 的恶唑环系 在加热时发生重排 生成R1与R2互换的产物 C 4用硫代酰基 C S R2 取代后 重排后可得1 3 噻唑环系 反应机理 反应机理可能为底物发生开环 生成一个开链的二酰基腈叶立德中间体 然后再使用 C O R2的羰基经过电环化成恶唑环 得到产物 40 5 Morinrearrangement 41 在这些杂化化合物中 一般都具有很弱的碱性 但吡咯具有弱酸性 1 酸碱性 第五节 其它反应 该钾盐可以方便地转化成N 取代的衍生物 42 吡啶环氮也体现弱碱性 43 2 芳香偶联反应 44 3 歧化反应 45 4 脱羧反应 46 4 TheDiels AlderReaction OttoDiels KurtAlder NoblePrizein1950 47 5 羰基化反应 48 DavoliP ForniA PratiF etal Tetrahedron 2001 57 9 1801 1812 CoatesGW GetzlerYDYL MahadevanV WO3050154 2003 49 MagnesiumDerivatives Boron Silicon TinDerivatives Transmetallaton ZincDerivatives 50 ReactionsonMetallatedHeterocycles Pd Catalyzedcouplingreac