有机第8章(湖南大学版).ppt

2,羰基化合物的酸性,1,2,3,-取代反应(重点),1，3-二羰基化合物在有机合成中的应用(重点),4,5,碳氧双键化合物的制备,与-碳负离子的反应缩合反应(难点),3,a.CO键断裂：亲核加成反应和还原,c.CH键断裂：-活泼H的反应（酸性-取代缩合反应）,b.CH键断裂：氧化反应,4,1.羧酸酸性,2.-H的酸性,5,一、羧酸酸性,1)p-共轭效应，OH键极性增强，易解离质子2)共轭结构的羧酸根负离子稳定,6,1.反应,2.应用分离和提纯羧酸,7,3.酸性的影响,1)诱导效应,8,2)共轭效应,9,3)立体效应邻位效应,取代基具有为吸电子或给电子：邻间对取代基为硝基：邻对间,pka2.98pka4.08pka4.57,邻位效应,pka3.27pka3.86pka4.14,pka2.21pka3.49pka3.42,10,二、-H的酸性,常用碱有：OH-，EtONa，t-BuOK，(i-Pro)2NHLi（LDA），PhLi等,+,11,12,酮式烯醇式互变异构,1,2,-卤代反应(重点),(难点),13,一、酮式烯醇式互变异构,-碳负离子,烯醇负离子,0.09,1,NaHSO3和HCN,Br2和FeCl3,1.-碳负离子和烯醇负离子,1)羰基的诱导效应，使-碳负离子稳定性增强。2)p-共轭结构的烯醇负离子稳定,14,酮式,烯醇式,0.09,1,15,碱性条件,OH-，EtONa，t-BuOK，(i-Pro)2NHLi（LDA），PhLi等,2.烯醇式产生条件,16,酸性条件,17,酸性或弱碱条件如NaOH，RONa作用下，反应只能达到一定的平衡(热力学控制)强碱如LDA作用下，可以定量地转化为烯醇负离子(动力学控制)烯醇负离子越稳定，其-碳负离子也稳定,3.酮式烯醇式互变异构的热力学和动力学控制,18,动力学控制的条件一般有利于取代较少的烯醇结构产物,19,烯醇和烯醇负离子发生a卤代反应碳负离子作为亲核试剂则发生亲核取代和亲核加成反应,20,二、-卤代反应,-卤代反应机理(酸性条件),21,-卤代反应机理(碱性条件),22,1.醛酮的卤代反应,碱催化下得多卤代物RCOCH3发生卤仿反应反应性：RCOCH3RCOCH2RRCOCHR2,酸催化下得一卤代物(氧电子密度下降)反应性RCOCHR2RCOCH2RRCOCH3,23,应用：,24,卤仿反应机理,2.卤仿反应(重点),25,碘仿反应,应用：1）碘仿反应鉴别下列结构,26,2）通过卤仿反应，可以从甲基酮合成少一个碳原子的羧酸,27,3.Hofmann重排反应制备少一个碳原子的胺,A.W.vonHofmann(1818-1892)德国有机化学家,A.W.Hofmann,Ber.Dtsch.Chem.Ges.1881,14,2725.E.S.Wallis,et.al.,Org.React.1946,3,267.L.-H.Zhang,et.al.,J.Org.Chem.,1997,62,6918.Y.H.Jung,et.al.,Arch.Pharm.Res.,2001,24,371.,【注意】R=烷基和芳基,一般为伯酰胺减少副反应,适应范围：8个碳以下酰胺,28,Hofmann重排反应机理,Step1,Step2,氮烯,异氰酸酯,29,Hofmann重排反应机理,Step3,30,【注意】1)烃基的立体构型保持不变,2)重排基团活性,GOCH3-CH3-H-Cl-NO2,给电子基团加速反应，吸电子基团减慢反应,31,4.羧酸HellVolhardZelinski(HVZ),CarlMagnusvonHell(18491926)德国化学家,JacobVolhard(18341910)德国化学家,N.D.Zelinski(18611953)俄国化学家,C.Hell,Ber.Dtsch.Chem.Ges.1881,14,891.H.J.Harwood,Chem.Rev.1962,62,99.Y.Ogata,et.al.,J.Org.Chem.1979,44,2768.D.E.Stack,et.al.,Org.Lett.,2002,4,4487.,32,HellVolhardZelinski反应机理,应用：制备特殊羧酸如-羟基羧酸和不饱和羧酸、瑞弗马斯基试剂,33,34,羟醛缩合反应(Aldol缩合)(重点),1,2,Claisen酯缩合反应(重点),交叉羟醛缩合反应(Aldol缩合)(难点),3,4,其它缩合反应(难点),35,36,一、羟醛缩合反应(Aldol缩合),缩合反应通过形成CC键，使两个或多个分子结合成较大分子的反应,(重点),M.A.Wurtz,Bull.Soc.Chim.Fr.1872,17,436.A.T.Nielsen,et.al.,Org.React.1968,16,1.C.H.Heathcock,Science1981,214,395.T.D.Machajewski,et.al.,Angew.Chem.Int.Ed.Engl.2000,39,1376.,37,Aldol缩合反应机理,1.Aldol缩合反应机理,38,39,SOXHLETFranzVon1848-1926（德国化学家）,索氏提取器,丙酮,Ba(OH)2,二丙酮醇：5(不加索氏提取器)70(加索氏提取器),40,2.分子内羟醛缩合反应,应用：合成五至七元环,41,2-乙基己醇(异辛醇),3.应用合成,-不饱和化合物,42,二、交叉Aldol缩合反应,43,二、交叉Aldol缩合反应,两种同时带有-H的醛酮发生Aldol缩合无选择性,44,1.Claisen-Schmidt(克莱森-斯密特)反应制备,不饱和醛酮,无-H的芳香醛,有-H的脂肪醛或酮,LudwigClaisen(18511930)德国化学家,J.G.Schmidt,Ber.Dtsch.Chem.Ges.,1881,14,1459.L.Claisen,et.al.,Ber.Dtsch.Chem.Ges.,1881,14,2460.S.A.Fine,et.al.,J.Org.Chem.,1973,38,1747.B.M.Choudary,et.al.,J.Am.Chem.Soc.,2004,126,3396.,45,2.Perkin反应制备,不饱和羧酸,应用：制备肉桂酸及其同系物、呋喃丙烯酸、香豆素.,反应范围：1)芳醛和酸酐的缩合2)酸酐必须带有两个-H3)芳醛芳环上带吸电子的基团如X、NO2等能得到满意结果,PERKINSirWilliamHenry(1838-1907)英国有机化学家,46,Perkin反应机理,香豆素,W.H.Perkin,J.Chem.Soc.1877,31,388427.J.R.Johnson,Org.React.1942,1,210266.P.H.Leake,Chem.Rev.,1956,56,27.D.V.Sevenard,TetrahedronLett.,2003,44,7119.,47,3.Knoevenagel反应制备,不饱和化合物,H.E.A.Knoevenagel(1865-1921)德国化学家,反应范围：1)醛或酮和活泼亚甲基的缩合反应2)活泼亚甲基必须带有两个-H,48,Knoevenagel反应机理,E.Knoevenagel,Ber.Dtsch.Chem.Ges.1894,27,2345.G.Jones,Org.React.1967,15,204.M.Hayashi,et.al.,Tetrahedron,2004,60,6777.,49,应用：制备各种类型的,-不饱和化合物,50,三、Claisen酯缩合反应合成1，3二羰基化合物,1，3二羰基化合物,【注意】酯必须是有-H的酯,L.Claisen,et.al.,Ber.Dtsch.Chem.Ges.1887,20,651.C.R.Hauser,et.al.,Org.React.1942,1,266.D.H.Hua,et.al.,J.Org.Chem.,1997,62,6888.K.Yoshizawa,et.al.,TetrahedronLett.,2001,42,7983.,51,Claisen酯缩合反应机理,醇一致,【注意】1.醇钠中的醇必须与酯中的醇一致,1.Claisen酯缩合反应机理,pKa=26,pKa=16,pKa=26,pKa=11,52,Claisen酯缩合反应机理,【注意】2.只有一个-H的酯难以缩合(缺第3步),pKa=11,pKa=16,53,可逆酯缩合反应机理,54,2.Dieckmann反应分子内酯缩合,WalterDieckmann(18691925)德国化学家,W.Dieckmann,Ber.Dtsch.Chem.Ges.1900,33,2670.J.P.Schaefer,et.al.,Org.React.1967,15,1.R.Lin,et.al.,J.Org.Chem.,1998,63,4069.S.Sano,et.al.,TetrahedronLett.,2005,46,2883.,55,Dieckmann缩合反应机理,应用：合成五员环、六员环的一个重要方法,56,3.Claisen酯缩合和Aldol缩合反应的比较,57,4.应用合成1，3二羰基化合物,生物体中长链脂肪酸或酮体合成,乙酰辅酶A,58,1，3二羰基化合物,乙酰乙酸乙酯(三乙),59,5.交叉Claisen酯缩合反应,1）两种不同-H，得混合产物,2）一种无-H，得单一产物,酮-H酸性比酯的活泼！,60,1.歧化反应（Cannizzaro反应）,StanislaoCannizzaro(1826-1910)意大利化学家,【注意】醛必须是无-H的醛,S.Cannizzaro,JustusLiebigsAnn.Chem.1853,88,129.T.A.Geissman,Org.React.1944,2,94.A.E.Russell,et.al.,J.Org.Chem.,2000,65,8381.K.Ishihara,et.al.,Org.Lett.,2004,6,1983.,四、其它缩合反应,61,Cannizzaro反应机理,62,季戊四醇,血管扩张剂,醇酸树脂漆,63,2.安息香缩合反应,安息香缩合反应机理,安息香,H.Staudinger,Ber.Dtsch.Chem.Ges.1913,46,3535.W.S.Ide,J.S.Buck,Org.React.1948,4,269.H.Stetter,et.al,Org.React.1991,40,407.,64,二苯乙二酮,VB1,5,5-二苯基乙内酰脲(抗癫痫药物),65,3.Michael加成反应,R,R：COR，COOR，NO2，CN等L：H,R,OR等Nu：EtONa，NaOH，KOH，NaNH2等,ArthurMichael(18531942)美国化学家,Michael加成,A.Michael,J.Prakt.Chem.1887,36,113.E.D.Bergman,et.al.,Org.React.1959,10,179.M.Ihara,et.al.,Angew.Chem.Int.Ed.Engl.1993,1010.,66,Michael加成反应机理,67,应用：合成1,5双羰基化合物,68,【注意】1)不对称酮进行Michael加成时，反应总是在多取代的-C上发生。,69,稳定性是造成优先选择性较多取代基烯醇的主要原因,70,2)双键保持原来的构型,71,3)可以制备1,7-官能团化物,72,5.Robinson环合反应合成六元环,反应特点：一个环上再加一个环；两环相稠合的碳原子上引角甲基(两个环上共用碳上甲基),73,74,1.五元环：,2）分子内Aldol缩合,1）分子内Claisen缩合Dieckman关环反应,75,2.六元环：,2）苯环的还原反应,1）Diels-Alder反应,76,3）芳环酰基化反应苯环上加环己烷,77,4）Robinson环合反应环己烷上加环己烷,78,6.烷基化和酰基化反应,【注意】1)醛酮酯腈适用2)卤代烃为活泼卤代烃:1oRX、苄基卤、烯丙基卤等,1)LDA,79,2.烯胺,80,81,注意：1)烯胺与活泼卤代烃易发生烷基化反应，如1oRX，苄基卤，烯丙基卤，RCOCH2X和-卤代酸酯等,82,2)烯胺空间位阻大，不发生多烷基化反应,83,4)能发生酰基化反应,84,5)能发生Michael加成反应Stork烯胺反应,GilbertStork(1921-?)美国化学家,G.Stork,et.al.,J.Am.Chem.Soc.1954,76,2029.G.Stork,et.al.,J.Am.Chem.Soc.1963,85,207.B.Kempf,et.al.,Chem.Eur.J.,2003,9,2209.,85,-亚甲基上烷基化反应,1,2,乙酰乙酸乙酯(三乙)在有机合成上的应用(重点和难点),三、丙二酸二乙酯在有机合成上的应用(重点和难点),3,86,乙酰乙酸乙酯(三乙),丙二酸二乙酯,87,一、-亚甲基上烷基化反应,1.烷基化反应,88,89,脱羧反应,90,2.脱羧反应碳链减少的反应,【注意】当-COOH位的R为吸电子基团，如：R=-COOH，-CN，-C=O，-NO2，-CX3，-CH2CH2，-C6H5等时，失羧反应极易进行,91,92,二元羧酸的脱羧反应：,93,羧酸盐脱羧在有机合成上的应用：,1)Kolbe电解反应(科尔伯反应)合成烷烃,反应机理如下：,自由基历程,94,2)Hunsdiecker反应(汉斯狄克反应),H.Hunsdiecker,C.Hunsdiecker,Ber.Dtsch.Chem.Ges.1942,75,291.C.V.Wilson,Org.React.1957,9,332.R.G.Johnson,et.Al.,Chem.Rev.,1956,56,219.J.P.Das,et.al.,J.Org.Chem.,2002,67,7861.,【注意】从羧酸合成少一个碳原子的卤代烃,95,反应过程如下：,应用范围：脂肪酸或芳香酸都可以通过这个途径脱羧,自由基历程,96,1,3-二羰基化合物的脱羧,-亚甲基上烷基化反应+1,3-二羰基化合物的脱羧取代丙酮(乙酸),97,三乙合成反应机理,制备取代丙酮,二、乙酰乙酸乙酯(三乙)在有机合成上的应用,98,99,【思考】,100,1.制备,三、丙二酸二乙酯在有机合成上的应用,合成取代乙酸,101,2.合成一元羧酸,102,3.合成二元羧酸,103,4.合成环烷酸,104,1.烯烃氧化,2.芳烃氧化,一、醛酮的制备,105,3.FriedelCrafts酰基化,4.苯环上直接引入醛基,1)Gattermann-Koch反应,L.Gattermann,J.A.Koch,Ber.Dtsch.Chem.Ges.1897,30,1622.N.N.Cronnse,Org.React.1949,5,290.P.H.Gore,Chem.Rev.,1955,55,235.M.Tanaka,et.al.,J.Org.Chem.,1998,63,4408.,106,【注意】产率低，高压反应，仅适合含有给电子基如OH，RO，R2N的芳烃。,107,2)Adams反应,【注意】产率较高，操作较为安全便利。且酚、芳基醚等给电子基也易发生反应。,108,3)Reimer-Tiemann反应合成酚醛的一个重要方法,【注意】邻位取代，产率一般小于50%。且对酚、吡咯、吲哚等化合物适用,K.Reimer,Ber.Dtsch.Chem.Ges.1876,9,423.H.Wynberg,et.al.,Org.React.1982,28,1.M.E.Jung,et.al.,J.Org.Chem.,1997,62,1553.B.S.Jursic,et.al.,TetrahedronLett.,2001,42,8435.,109,4)Vilsmeier反应在芳环上引入甲酰基较常用的方法,【注意】对位取代。且对富电子芳香化合物(酚、芳胺、吡咯、呋喃、吲哚等)和烯烃化合物适用,A.Vilsmeier,A.Haack,Ber.Dtsch.Chem.Ges.1927,60,119.C.Jutz,Adv.Org.Chem.1976,9,Vol.1,225.L.N.Ferguson,Chem.Rev.,1946,38,227.A.D.Thomas,et.al.,Tetrahedron,2004,60,5069.,110,Vilsmeier反应机理,111,112,5.伯醇氧化,113,6.仲醇氧化(Oppenauer氧化)对双键无影响,异丙醇铝异丙醇还原,R.V.Oppenauer,Recl.Trav.Chim.Pays-Bas1937,56,137.C.Djerassi,Org.React.1951,6,207.K.Ishihara,et.al.,J.Org.Chem.,1997,62,5664.J.-E.Bckvall,J.Organomet.Chem.,2002,652,105.,114,7.羧酸衍生物还原,115,二、羧酸的制备,常用的氧化剂有K2Cr2O7+H2SO4，CrO3+CH3COOH，KMnO4，HNO3等。,氧化不饱和醛、醇为羧酸时，要用弱氧化剂，例如：,1.氧化反应,116,2.腈水解,3.由格氏试剂制备