第二章 烃化反应.ppt

HydrocarbylationReaction Alkylation 第二章烃化反应 药物 合成 反应 定义 用烃基取代有机分子中的氢原子 包括在某些官能团 如羟基 氨基 巯基等 或碳架上的氢原子 均称为烃化反应 此外 有机金属化合物的金属部分被烃基取代的反应 也属于烃化反应的范畴 引入的烃基包括 饱和的 不饱和的烃基脂肪的 芳香的烃基含有各种取代基的烃基 举例 烃基的引入方式主要是通过取代反应 也可以通过双键加成实现烃化 发生烃化反应的化合物称为被烃化物 常见的有 醇 ROH 酚 ArOH 等 在羟基氧上引入烃基胺类 在氨基氮上引入烃基 活性亚甲基 CH2 芳烃 ArH 等 在碳原子上引入烃基 常用烃化剂 常用烃化剂 卤代烃 硫酸酯 芳磺酸酯 环氧烷类醇类 醚类 烯烃 甲醛 甲酸等 第一节反应机理 烃化反应的机理类型 单分子的SN1亲核取代反应 双分子的SN2亲核取代反应 带负电荷或未共用电子对的氧 氮 碳原子向烃化剂带正电荷的碳原子做亲核进攻 催化剂存在下 芳环上引入烃基的亲电性取代反应及芳环自由基进攻的取代反应机理 反应的难易及应用 不仅决定于被烃化物的结构 也决定于烃化剂的结构及其离去基团的性质 溶剂的影响等 应用 永久性烃化 即制备含有某些官能团的化合物 如醚类 胺类 或构建分子骨架 充当保护基 即保护性烃化 如 丁卡因药效为普鲁卡因的10倍 局部浸润麻醉药 一 亲核取代反应 大多数的烃化反应是通过亲核取代反应完成的根据亲核试剂结构的不同 分为 杂原子的亲核取代碳负离子的亲核取代 1 杂原子的亲核取代 1 氧原子的亲核取代反应主要是指醇类和酚类化合物羟基氧上发生的烃化反应 醇羟基和酚羟基的酸性有较大的差别 和不同烃化剂反应时 机理和条件不同 醇的O 烃化反应 根据烃化剂结构的不同 醇羟基的烃化可以发生单分子和双分子两种亲核取代反应 SN2反应机理 当烃化剂烷基为伯烷基时 在碱性条件下 一般通过双分子机理反应 构型反转产物 SN1反应历程 在中性或碱性条件下 烃化剂也可以进行单分子的亲核取代反应 酚的O 烃化反应由于酚的酸性比醇强 所以反应更容易进行 需要的碱相对醇的反应也较弱 反应通常是通过SN2机理完成 2 碳负离子的亲核取代反应 碳负离子带有负电荷 具有很强的碱性和亲核能力 可以和卤代烃等烃化试剂发生取代反应 延长碳链 其中碳负离子可以是炔基负离子 格氏试剂中的烷基负离子及活泼亚甲基在碱作用形成次甲基负离子 二 亲电取代反应 通过亲电取代进行C 烃化的主要是芳烃亲电取代反应 Friedel Crafts烃化反应 简称F C烃化反应 在Lewis酸的催化下 卤代烃与芳香化合物反应 在环上引入烃基 碳正离子来自卤代烃与Lewis酸的络合物 质子化的醇以及质子化的烯等 学习重点 氧原子上的烃化反应历程 烃化剂种类 特点及应用范围氮原子上的烃化反应历程 烃化剂种类 特点及应用范围伯胺的制备方法芳烃的C 烃化 F C反应 历程 特点及影响因素烯丙位 苄位 活性亚甲基化合物的C 烃化的反应历程及影响因素 第一节氧原子上的烃化反应 一 醇的O 烃化1卤代烷为烃化剂2磺酸酯作烃化剂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 第二节氧原子上的烃化反应 一 醇的O 烃化在醇的氧原子上进行烃化反应可得醚 通常简单醚采用醇脱水的方法制备 本节主要讨论通过醇与烃化剂的反应制备混合醚的方法 1卤代烷为烃化剂2磺酸酯作烃化剂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 一 醇的O 烃化 醇或酚在碱 钠 氢氧化钠 氢氧化钾等 存在下 与卤代烃反应生成醚的反应称为Williamson合成 定义 1 卤代烃为烃化剂 1 反应通式 结论 醇在碱的条件下与卤代烷生成醚 1 卤代烃为烃化剂 2 反应机理 反应为亲核取代反应 可以是单分子 也可以是双分子 取决于卤代烃的结构 通常伯卤代烃发生双分子亲核取代反应 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 构型反转产物 反应机理 SN1 3 影响因素a 卤代烃的影响 卤代烃中随着烷基与卤素相连碳原子上取代基的增加 反应逐渐按SN1机理进行 不同的卤素影响C X键之间的极化度 极化度大 反应速度快 卤代烃的活性烃基相同时 RF RCl RBr RI 卤原子相同时 随烃基分子量的增大 活性逐渐降低 芳香卤代物 芳香卤代物也可作为烃化剂 生成芳基 烷基混合醚 一般情况下 芳卤化物上的卤素与芳环共轭不够活泼 不易反应 如芳环上在卤素的邻对位有吸电子基存在时 增强卤原子的活性 能顺利与醇羟基进行亲核取代反应得到烃化产物 非那西丁 原料药 解热镇痛类原料药 b 醇 ROH 的影响 醇的活性一般较弱 不易与卤代烃反应 需在反应中加入碱金属或氢氧化钠 氢氧化钾以生成亲核试剂RO 活性小的醇 先与金属钠或氢氧化钠作用制成醇钠 再烃化 活性大的醇 可在反应中加入氢氧化钠等碱作为去酸剂 c 催化剂d 溶剂影响 溶剂 过量醇 即是溶质又是溶剂 催化剂 4 应用特点 醇羟基氢原子的活性不同 进行烃化反应所需的条件不同 前一反应醇的活性低 要先制成醇钠 在二苯甲醇中 苯环的吸电子效应 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苯海拉明的合成选择后一种方式 例如 副反应消除反应 Williamson反应是在强碱条件下进行的 因此不能用叔卤代烃作为烷化剂 易发生消除反应 生成烯烃 1卤代烷为烃化剂2磺酸酯作烃化剂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 一 醇的O 烃化 应用范围广 常用于引入分子量较大的烃基 2 芳磺酸酯类为烃化剂 例如 鲨肝醇的合成 以甘油为原料 异亚丙基保护两个羟基后 用对甲苯磺酸十八烷酯对未保护的羟基进行O 烃化反应 再脱去异亚丙基保护基 可得鲨肝醇 类别 促进白细胞增生药 适应症 本品促进白细胞增生及抗放射 用于各种原因引起的粒细胞减少 1卤代烷为烃化剂2磺酸酯作烃化剂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 一 醇的O 烃化 3 环氧乙烷类作烃化剂 环氧乙烷属于小环化合物 三元环的张力很大 非常活泼 开环是环氧乙烷的主要反应 环氧乙烷可作为烃化剂与醇反应 在氧原子上引入羟乙基 称为羟乙基化反应 反应一般用酸或碱催化 条件温和 速度快 碱催化属于双分子亲核取代反应 酸催化属于单分子亲核取代反应 碱催化的机理 SN2双分子亲核取代 由于位阻原因 R O 通常进攻环氧取代较少的碳原子上 开环单一 反应机理 酸催化机理 酸性开环的方向比较复杂 质子化的环氧化合物的活性比较高 离去基团较好 而亲核试剂比较弱时 反应从C O键断裂开始 在断裂过程中 亲核试剂逐渐与中心环碳原子接近 键的断裂优于键的形成 所以环碳原子显示部分正电荷 反应带有一定的SN1性质 酸催化机理 开环的方向主要取决于电子因素因此C O键将优先从比较能容纳正电荷的那个环碳原子一边断裂 所呈现的正电荷集中在这个碳原子上 亲核试剂优先接近该碳原子 一般取代较多的碳原子 注意 R为供电子基或苯 在a处断裂 R为吸电子基得b处断裂 实例 实例 副反应及其利用 副反应生成的产物仍有羟基 如环氧乙烷过量 易与环氧乙烷继续反应生成聚醚衍生物 副反应的避免办法 使用大大过量的醇副反应的应用制备相应的聚醚类产物 如吐温 80 m n p均约为20 1卤代烷为烃化剂2磺酸酯作烃化剂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 一 醇的O 烃化 醇可与烯烃双键进行加成反应生成醚 但对烯烃双键旁边没有吸电子基团存在时 反应不易进行 只有当双键的位有羰基 氰基 酯基 羧基等存在时 才较易发生烃化反应 4 烯烃为烃化剂 第一节氧原子上的烃化反应 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 二 酚的O 烃化 酚酸性比醇强 反应容易进行 二 酚的O 烃化 1 卤代烃为烃化剂与酚在碱性条件下 容易得到高收率的酚醚 可用NaOH形成酚氧负离子 或用碳酸钠 钾 作去酸剂水 醇类 丙酮 DMF DMSO等作为溶剂 待溶液接近中性时 反应基本完成 1 卤代烃为烃化剂 1 反应通式 芳香脂肪醚的制备镇痛药邻乙氧基苯甲酰胺的合成 3 应用 镇痛药苄达明的合成 酚羟基易于苄基化 将酚置于干燥的丙酮中 与氯化苄 碘化钾 碳酸钾回流 可得相应的苄醚 如 位阻及螯合对烃化的影响 有位阻或螯合的酚用卤代烃进行烃化反应结果不理想 螯合酚的烃化硫酸二甲酯与碳酸钾在干燥丙酮中或对甲苯磺酸甲酯在剧烈条件下都可以甲基化有螯合作用的酚 多元酚的选择性烃化 选择性烃化 多元酚的烃化 2 硫酸二甲酯为烃化剂 1 反应通式水溶性酚的碱金属盐可用硫酸二甲酯甲基化 硫酸二甲酯为中性化合物 在水中溶解度较小 且易水解 生成甲醇和硫酸氢甲酯而失效 硫酸二甲酯的沸点比相应的卤代烃高 故与酚反应时可在碱性水溶液中或无水条件下直接加热至较高温度反应 两个甲基只有一个参与反应 降压药甲基多巴的中间体 2 应用特点 实验室常用的甲基化试剂 重氮甲烷优点 反应过程中除放出氮气 无其他副产物 缺点 重氮甲烷及制备它的中间体均有毒 不宜大量制备 3 重氮甲烷为烃化剂 4 O 烃化与C 烃化 溶剂对烃化的位置有很大的影响 在DMSO DMF 醚类醇类中烃化时 主要得到酚醚 O 烃化产物 在水 酚或三氟乙醇中 主要得到C 烃化产物 97 85 三 醇 酚羟基的保护 保护的定义 当一个化合物不止一个官能团 想在官能团A处进行交换 又不希望影响分子中其他官能团B C等时 常先使官能团B C与某些试剂反应 生成衍生物 待达到目的之后 再恢复原来的功能团 此衍生物在下一步官能团A的转换时是稳定的 引入的基团称为保护基 4 O 烃化与C 烃化 溶剂对烃化的位置有很大的影响 在DMSO DMF 醚类醇类中烃化时 主要得到酚醚 O 烃化产物 在水 酚或三氟乙醇中 主要得到C 烃化产物 97 85 思考题 1 DCC缩合法用于用于酚醚合成的机理 2 DCC常用于那些反应类型 反应机理 第三节氮原子上的烃化反应 一 氨及脂肪胺的N 烃化二 芳香胺及杂环胺的N 烃化三 氨基的保护 卤代烃与氨的反应又称为氨基化反应 由于氨 NH3 的三个氢原子都可被烃基取代 生成的产物为伯 仲 叔及季铵盐的混合物 在卤代烃中 不同卤素的反应活性不同 活性顺序 I Br Cl F 一 氨及脂肪胺的N 烃化 应用 1 仲胺与叔胺的制备 仲卤代烷与氨或伯胺反应 由于立体位阻 主要得到仲胺 及少量的叔胺 溶剂的影响 杂环卤代烃与胺类反应 在一般溶剂中 反应速率慢 产物不纯 将溶剂改为苯酚 苄醇 乙二醇等 可使反应速度加快 收率和产品质量均好 抗疟药阿的平 叔胺的制备 卤代烃与仲胺反应是制备叔胺常用的方法 降压药优降宁的中间体 2 伯胺的制备 用大大过量的NH3与卤代烃反应 可抑制进一步烃化而得到伯胺 不常用 将氨先制成邻苯二甲酰亚胺 再进行烃化反应 氨中的两个原子已被酰基取代 只能进行单烃化反应 再水解得到伯胺 Gabriel合成 Gabriel合成 反应式 特点 酸水解一般需要剧烈条件用水合肼水解效果好卤代烃范围广 例如 抗疟药伯胺喹的合成 例如 抗疟药伯胺喹的合成 在反应中加入氯化铵 硝酸铵或醋酸铵等盐类 增加了铵离子 氨的浓度增高 利于反应的进行 Delepine反应 反应式 反应分两步进行 卤代烃与环六亚甲四胺 乌洛托品 反应得季铵盐 然后水解可得伯胺 优点原料价廉易得缺点应用范围不如Gabriel合成广泛要求使用的卤代烃有较高的活性 如 抗菌药氯霉素一个中间体的合成 新制备方法 P57 利用三氟甲磺酸酰化胺 然后与卤代烃反应 再消除 水解可得伯胺 或利用封闭剂 两个苯硫基封闭氨中的氮 然后与丁基锂反应得锂盐 与卤代烃反应 再水解可得伯胺 用三氟甲磺酸酐酰化伯胺 然后烃化 还原 可得仲胺 利用亚磷酸二酯与伯胺反应 对氮封锁 只剩一个氮氢 再与卤代烃反应 水解可得仲胺 新制备方法 5 胺的制备 还原烃化反应法 定义醛或酮在还原剂存在下 与氨及伯 仲胺反应 在氮原子上引入烃基的反应称为还原烃化反应 第三节氮原子上的烃化反应 一 氨及脂肪胺的N 烃化二 芳香胺及杂环胺的N 烃化三 氨基的保护 二 芳香胺及杂环胺的N 烃化 1 N 烷基及N N 双烷基芳香胺的制备苯胺与卤代烃反应 生成仲胺 进一步反应生成叔胺 环氧乙烷类烃化剂 伯胺与环氧乙烷反应制备烃基双 羟乙基 胺的主要方法 常用来合成氮芥类抗肿瘤药及镇痛药等 实验室常用方法 伯胺与羰基化合物缩合生成Schiff s碱 然后用RaneyNi或铂催化氢化 可得仲胺 收率较好 2 芳香胺的N 芳烃化 由于卤代芳烃活性较低 又有位阻 不易与芳香伯胺反应 若加入铜或碘化铜以及碳酸钾并加热 可得二苯胺及同系物 这叫做Ullmann反应 Ullmann反应 氯灭酸 氟灭酸 3 杂环胺的N 烃化 含氮六元杂环胺中 当氨基在氮原子邻或对位时 碱性较弱 可用NaNH2先制成钠盐 再进行烃化 抗组胺药 80 若含氮杂环上有几个氮原子 用硫酸二甲酯进行烃化时 可根据氮原子的碱性不同进行选择性烃化 68 90 三 氨基的保护 主要的氨基保护衍生物分为三类 将胺质子化或螯合 酰基衍生物 烃基衍生物主要讨论与烃化相关 三苯甲基保护基 易制备 易脱去 烷基烷氧醚保护基 第三节碳原子上的烃化反应 一 芳烃的烃化 Friede Crafts反应二 炔烃的烃化三 烯丙位 苄位的C 烃化四 羰基化合物 位C 烃化 一 芳烃的烃化 Friedel Crafts反应 Friedel Crafts反应是1887年发现的在三氯化铝催化下 卤代烃及酰卤与芳香族化合物反应 在芳环上引入烃基及酰基 引入的烃基有 烷基 环烷基 芳烷基 催化剂主要为 路易士酸 AlCl3 FeCl3 BF3 ZnCl2等 烃化剂有 卤代烃 烯 醇 醚及酯 Friedel Crafts反应 例如 冠状动脉扩张药派克昔林的中间体 二苯酮 80 例如 冠状动脉扩张药普尼拉明的中间体 二苯丙酸 95 例如 镇痛药四氢帕马丁的中间体 二甲氧基丙腈酮 1 反应机理2 主要影响因素3 烃基的异构化4 烃基的定位 一 芳烃的烃化 Friedel Crafts反应 1 反应机理 F C烃化反应是碳正离子对芳环的亲电进攻 碳正离子来自卤代烃与Lewis酸的络合物 质子化的醇及质子化的烯等 2 影响因素 1 烃化试剂的结构烃化剂RX的活性既决定于R的结构 也决定于X的性质 2 影响因素 R的结构如有利于RX的极化 将有利于烃化反应的进行 R为叔烃基或苄基时 最易反应 R为仲烃基时次之 伯烃基最慢 应采用更强的催化剂或反应条件 常用烃化剂为卤代烃 醇和烯 均可用AlCl3催化烃化 卤代烃的活性也决定于卤原子 AlCl3催化卤代正丁烷或叔丁烷与苯反应 活性顺序为 F Cl Br I 正好与通常的活性顺序相反卤代烃和醇只需催化量的AlCl3即可 2 影响因素 2 芳香族化合物的结构F C烃化反应为亲电取代反应 当环上有释电子取代基时 反应较易进行 2 影响因素 2 芳香族化合物的结构如烃基为释电子基团 当苯环上连有一个烃基后 将利于继续烃化而得到多烃基衍生物 烃基的结构对苯环上的引入烃基的数目有重要的影响 苯环上六个氢都可被甲基 乙基取代 但只能被4个异丙基取代 2个叔丁基取代 2 影响因素 3 催化剂的影响催化剂的作用在于与RX反应 生成R 碳正离子 后者对苯环进攻 常用的催化剂为Lewis酸和质子酸 其中Lewis酸的活性大于质子酸 2 影响因素 3 催化剂的影响Lewis酸的活性顺序 常用的质子酸的活性顺序 催化剂的用量 一般为烃化试剂用量的1 10 摩尔比 Lewis酸中以无水AlCl3最为常用 主要是由于其催化活性强 价格便宜 在药物合成中应用最多 如 镇咳药地步酸钠的中间体 70 止泻药地芬诺酯中间体的制备 80 注意 无水AlCl3不宜用在催化多 电子的芳香杂环如呋喃 噻吩等的烃化反应 2 影响因素 4 溶剂当芳烃本身为液体时 如苯 即可用过量的苯既作反应物 又作溶剂 当芳烃为固体时 可在CS2 PE CCl4中进行 对酚类的烃化 则可在醋酸 石油醚 PE 硝酸苯中进行 3 烃基的异构化 从F C反应机理可预测 反应中将会发生碳正离子的重排 产生烃基异构化产物 氯代正丙烷和氯代异丙烷与苯反应 都得到同一产物 异丙苯 3 烃基的异构化 溴代正丙烷和溴代异丙烷与苯反应 都得到同一产物 异丙苯 温度对异构化有很大的影响 例如 n PrCl用无水AlCl3催化 与苯反应 得丙烷及异丙烷混合物 在低温时其中正丙烷占优势 提高温度后 异丙烷占优势 3 2 2 3 4 烃基的定位 当苯环上引入烃基不止一个时 除了得到邻 对位二烃基苯外 常可得到相当比例的间位产物 这主要与反应的条件相关 4 烃基的定位 如 大量的AlCl3为催化剂 甲苯在较高温度下烃化 可得到间位的产物 第三节碳原子上的烃化反应 一 芳烃的烃化 Friede Crafts反应二 炔烃的烃化三 烯丙位 苄位的C 烃化四 羰基化合物 位C 烃化 二 炔烃的碳烃化 乙炔及其他末端炔 R C CH 由于它们分子中有两个或一个氢原子和碳碳三键相连 因而具有酸性 在液氨中与强碱如氨基钠作用可得炔化钠 炔化钠作为亲核试剂与卤代烃及羰基化合物反应生成炔烃衍生物 卤代烃与炔离子反应十分容易 但有一定限制 卤代烃的结构对反应有一定的影响 只有当伯卤代物的 位置没有侧链时 RCH2CH2X 才能得到较好的产率 二卤化物与乙炔钠在液氨中反应也成功 1 烃化剂 卤代烃与炔离子反应十分容易 但有一定限制 卤代烃的结构对反应有一定的影响 伯卤代物结构的影响仲及叔卤代烃以及伯卤代烃在 位有侧链时 主要产物为卤代烃消除得到的烯 卤代烃的活性随卤素原子量的增加而增大 1 烃化剂 卤代烃与炔离子反应十分容易 但有一定限制 卤代烃的结构对反应有一定的影响 芳卤化物不能用来烃化炔离子利用格氏试剂或金属锂也可以对炔烃进行烃化 1 烃化剂 格氏试剂的C 烃化 反应通式Grignard在1901年发现有机卤化物与金属镁在无水乙醚中反应能生成有机镁金化合物 即格氏试剂 R可以为伯 仲 叔烃基 X可为I Br Cl R为芳基时 X仅为I或Br 格氏试剂的C 烃化 反应通式 1 卤代烃的影响 制备格氏试剂时 卤代烃的反应活性取决于X 也决定于R的结构 当卤代烃中 R相同而卤素不同时 其活性顺序 RI RBr RCl RF制备时 常常加入碘 碘甲烷或溴乙烷做催化剂 使镁的表面活化 有利于和惰性的卤代烃反应 改进的方法可采用二溴乙烷作为活泼卤化物 活化镁后分解为乙烯 通过金属钠或钾还原镁盐 将镁制备成非常活泼的黑色粉末 它与有机卤化物的反应要比镁屑快的多 2 溶剂的影响 常用溶剂醚类如乙醚 四氢呋喃等常用作格氏反应的溶剂 也可用烃作溶剂 格氏试剂的溶解状态格氏试剂通常以醚类为溶剂制备 因为它在醚中的溶解度最大 3 手性碳的影响 由卤代烷与镁反应生成卤代烷基镁时 若与卤素连接的碳为手性碳 其构型将保持或转换 卤代烷反应所用溶剂为醚类 消旋化程度较高 而用烃类作溶剂则可避免消旋化 卤代烷与镁生成的格氏试剂 在室温下即易发生构型转换 仲烷基卤化镁转换较慢 可能是后者位阻较大 不易形成过渡状态的原因所致 应用 格氏试剂与甲醛 高级脂肪醛 酮加成再水解 可分别得到伯 仲 叔醇抗抑郁药多虑平中间体 抗胆碱药胃肠宁中间体的合成 第三节碳原子上的烃化反应 一 芳烃的烃化 Friede Crafts反应二 炔烃的烃化三 烯丙位 苄位的C 烃化四 羰基化合物 位C 烃化 具烯丙位或苄位的C H的化合物 由于能在碱性作用下生成相应的烯丙位或苄位碳负离子 可用不同的亲电性烃化剂进行C 烃化反应 1 4 97 四 羰基化合物 位C 烃化 羰基化合物的 位可引入烃基 是重要的合成方法 1 活泼亚甲基化合物的C 烃化2 醛 酮 羧酸衍生物的 位C 烃化3 烯胺的C 烃化 1 活泼亚甲基化合物的C 烃化 亚甲基上连有吸电子基团 使亚甲基上氢原子的活性增大 成为活性亚甲基 具有活泼亚甲基的化合物很容易于醇溶液中 在醇盐存在下与卤代烃作用 发生C 烃化反应 反应通式 其中R和R 为吸电子基团 常见的吸电子基团的强弱 NO2 COR SO2R CN COOR SOR PH 具有活泼亚甲基的化合物很容易于醇溶液中 在醇盐存在下与卤代烃作用 发生C 烃化反应 反应机理 亚甲基与两个吸电子基团相连 有利于被碱夺去氢而生成单一的烯醇盐 然后以SN2机理进行烃化反应 常见的吸电子基团的强弱 NO2 COR SO2R CN COOR SOR PH 常见的吸电子基团的强弱 NO2 COR SO2R CN COOR SOR PH 亚甲基旁吸电子基团活性越强 亚甲基上氢的酸性越大 常见的具有活性亚甲基的化合物有 二酮 羰基酸酯 丙二酸酯 丙二腈 乙酰乙酸乙酯 苄腈 脂肪硝基化合物等 反应是以SN2机理进行的 伯卤代烷及伯醇磺酸酯是好的烃化剂 仲卤代烷 易发生消除与烃化反应竞争 收率低 叔卤代烷在碱性条件下 通常发生消除反应 2 主要影响因素 a 碱和溶剂根据活性亚甲基化合物上氢原子的活性可选用不同的碱 一般常用醇与碱金属所生成的盐 其中以醇钠最常用 t BuOK i ProNa EtONa MeONa 一般情况下 多选乙醇钠 若亚甲基旁的吸电子基团不够强时 可改用叔丁醇钠 如较强 可选用碱性较弱的碳酸钾 2 主要影响因素 a 碱和溶剂不同的溶剂也会影响碱性的强弱 影响反应活性 如用醇钠 醇作为试剂 注意 反应所用溶剂的酸性 必须选择适宜溶剂 酸性强度不足以将烯醇盐或碱质子化 b 烃化试剂及被烃化物的结构活性亚甲基上有两个活泼氢原子 与卤代烃反应 是单烃化或是双烃化 要视活性亚甲基化合物与卤代烃活性大小和反应条件而定 若用二卤化物为烃化剂 可得环状化合物 如 镇痛药哌替啶 度冷丁 中间体的合成 2 主要影响因素 c 引入烃基的次序巴比妥类安眠药的重要中间体的合成 可由丙二酸二乙酯或腈乙酸乙酯与不同的卤代烃进行反应制得 但两个烃基的引入次序可直接影响产品的纯度和收率 2 主要影响因素 c 引入烃基的次序若引入两个不同的伯烃基 应先引入较大的 后引入较小的 若引入一伯烃基 一仲烃基 则应引入伯烃基 后引入仲烃基 若两个都是仲烃基 使用丙二酸二乙酯进行烃化 收率很低 宜采用腈乙酸乙酯在乙醇钠或叔丁醇钠存在下反应 如 异戊巴比妥中间体的合成 88 87 76 6 89 75 66 8 当引入两个异丙基时 腈乙酸乙酯的第二次烃化 收率可达95 而丙二酸二乙酯的第二次收率仅为4 95 4 苯巴比妥的合成 中间体为 乙基 苯基丙二酸二乙脂不能采用丙二酸二乙脂为原料进行乙基化和苯基化 卤代苯基的活性很低 苯基化一步很难进行 采用苯乙酸乙酯为原料进行反应 d 副反应某些仲卤代烃或叔卤代烃进行烃化反应时 易发生脱卤化氢的副反应 并伴有烯烃生成 四 羰基化合物 位C 烃化 羰基化合物的 位可引入烃基 是重要的合成方法 1 活泼亚甲基化合物的C 烃化2 醛 酮 羧酸衍生物的 位C 烃化3 烯胺的C 烃化 当亚甲基旁只有一个吸电子基团存在时 如醛 酮 羧酸衍生物等 如果进行 C 烃化反应 情况比较复杂 想得到高收率的 C 烃化衍生物 必须仔细控制反应条件 在碱性条件下 酮可以生成A B的混合物 动力学因素决定时 产物组成决定于两个竞争性夺氢反应的相对速度 产物比例由动力学控制决定 在碱性条件下 酮可以生成A B的混合物 热力学因素决定时 烯A和烯B可以互换 将达到平衡 产物组成由烯醇的相对热力学稳定性决定 控制条件 可令由酮所得烯醇混合物受动力学或热力学控制 当用强碱在非质子溶剂中 酮不过量时 将为动力学控制 在质子溶剂及酮过量时 将为热力学控制 酮C 烃化 产物结构 动力学控制 生成较少取代的烯醇 主要原因 夺取位阻较小的氢比夺取位阻较大的氢更快 热力学控制 生成较多取代的烯醇 主要原因 多取代的烯醇占优势 碳 碳双键的稳定性随取代增加而增大 动力学控制 28 72 热力学控制 酮略过量 94 6 动力学控制 10 68 22 热力学控制 酮略过量 66 21 13 例如 酯的C 烃化 酯在碱催化下 需要很强的碱作催化剂 较弱的催化剂 醇钠 会促进酯缩合反应 用高度立体障碍的碱 特别是二异丙基胺锂 LDA 在低温能成功夺取酯及内酯的 氢 生成的烯醇再用溴代烷或碘代烷烃化 酯的C 烃化 用高度立体障碍的碱 特别是二异丙基胺锂 LDA 在低温能成功夺取酯及内酯的 氢 生成的烯醇再用溴代烷或碘代烷烃化 83 苯乙腈的C 烃化 苯环及氰基增强了C H键的酸性 并令碳负离子稳定 如 镇痛药美沙酮中间体的制备 37 如 镇静催眠药格鲁米特中间体的合成 90 5 抗心律失常药维拉帕米的中间体 80 四 羰基化合物 位C 烃化 羰基化合物的 位可引入烃基 是重要的合成方法 1 活泼亚甲基化合物的C 烃化2 醛 酮 羧酸衍生物的 位C 烃化3 烯胺的C 烃化 3 烯胺的C 烃化 醛 酮的氮类似物称为亚胺 由醛 酮与胺缩合得到 当仲胺与醛酮在酸性催化剂存在下加热时 发生相应的缩合反应 除水使反应完全 通常采用恒沸缩合法 产物为烯胺 也可用强脱水剂由酮和仲胺合成烯胺 如 加入无水TiCl4 此法可用于一般胺及有位阻胺 或将仲胺先转成三甲硅基衍生物 有利于在缓和的条件下生成烯胺 如 甲基环己酮于四氢吡咯生成的烯胺混合物中 少取代的烯胺占优势 烃化主要进攻羰基旁位阻小的 碳 90 10 烯醇及烯胺衍生物的 卤取代反应 烯胺的卤化反应酮的烯胺衍生物的亲核能力比他们母核结构强 且在卤代反应中区域选择性常常不同于母体羰基化合物或其烯醇衍生物 故常用于不对称酮的选择性 卤代反应 烯醇及烯胺衍生物的 卤取代反应 烯胺的卤化反应烯胺的卤化反应中 利用简单的操作可分离得到较纯的 取代较少的 卤代酮衍生物 五 相转移催化技术在药物合成中的应用 有机合成中常碰到的问