环状化合物的合成设计PPT演示课件

第六章环状化合物的合成设计,北京化工大学理学院,1,第六章环状化合物的合成设计,成环反应优先于分子间反应.因为反应的两个部位是在同一分子上,无需双分子碰撞.这一因素在形成三元环时尤为突出.,2,动力学有利,热力学不利(张力),最易成环也最易开环.,回首页,信息,结束,3,回首页,信息,结束,可以认为是所有环中最难合成的为四元环,Nu和E在最佳构象中总是离的很远.,4,最佳构象中E和Nu可以离的很近.,回首页,信息,结束,5,一般说来,五六元环易于形成,四元环不易形成.,其过程为RX接到CH2上后有如下变化：,回首页,信息,结束,如以下反应,不生成四元环而代之以烯醇醚六元环.,6,6.1三元环的合成,6.1.1环氧化合物6.1.2环丙基酮类化合物6.1.3环丙烷类化合物,7,6.1.1环氧化合物,上法常用,也很普通,但下法也很好.,此法优点为可切下一个碳使原料简化.(也有人认为是碳烯法,试对比记忆:,8,此类化合物的合成:,例:,分析:,9,合成:,对于无羰基取代的化合物来说,也可通过上述方法合成,但需要碳烯进行插入反应.碳烯可由硫内鎓盐制得,合成如下:,回首页,信息,结束,10,例:抗气喘药萨皮脱摩的合成:,分析:,回首页,信息,结束,11,合成:,回首页,信息,结束,12,6.1.2环丙基酮类化合物,合成:,回首页,信息,结束,13,例:的合成.分析如下:,回首页,信息,结束,14,合成:,对环丙基酯类化合物的合成,可用上法,回首页,信息,结束,15,但的制备与上不同,它由甘氨酸制备,例如:的合成.,分析：,回首页,信息,结束,16,合成:,回首页,信息,结束,17,6.1.3环丙烷类化合物,卤代碳烯的制备较为容易:,回首页,信息,结束,18,例如:的合成,分析:,回首页,信息,结束,19,合成:,回首页,信息,结束,20,6.2四元环的合成,6.2.1四元杂环化合物的合成6.2.2四元碳环类化合物的合成,回首页,信息,结束,21,6.2.1四元杂环化合物的合成,合成:,含氧四元环看做醚即可,回首页,信息,结束,22,为顺式,否则不能成环.,例如:的合成,分析:,回首页,信息,结束,23,（为防止发生Cannizarro反应,将-OH改为-OTs）,合成：,回首页,信息,结束,24,6.2.2四元碳环类化合物的合成,A2+2反应合成四元环,此类环难合成,故多用特殊法合成,如2+2,在加热或光照条件下.,例如:的合成.,回首页,信息,结束,25,分析:,合成:,回首页,信息,结束,26,例如:,分析:,合成:略,回首页,信息,结束,27,四元环的切断有两种方式,取决于最终原料的易得性和化合物的迅速简化.,(B)是工业上大量生产的廉价化合物,故选b的切断,回首页,信息,结束,28,合成:,分子内的2+2反应简化分子比较慢，不可能迅速简化得到最基本的原料。而分子间的2+2如：,可通过简化分子,较快的找出最基本的原料,两种手法的选择要全面均衡的考虑得失,如下例宁可选用分子内的2+2反应。,回首页,信息,结束,29,因为分子内2+2路线能推至基本原料,故选之,回首页,信息,结束,30,回首页,信息,结束,31,B光化学2+2反应的区域选择性问题,则光照条件可使极性颠倒,故正确形式如下,回首页,信息,结束,32,但分子内的2+2并不都遵循上述规律,原因可能是不可能将自身扭曲成所需要的取向,如下例,回首页,信息,结束,33,C离子型反应制四元环,借助羰基缩合反应可制得四元环,扩环,缩环也可制得四元环,但缩环中,由无张力变为有张力故不可进行,而三元环本身有张力,故此法可行.,回首页,信息,结束,34,合成:,(此法因环氧化合物不对称,不是在所有场合都可行),回首页,信息,结束,35,例如:,分析:,回首页,信息,结束,36,合成:,回首页,信息,结束,37,D通过烯酮制四元环,烯酮一般由酰氯在Et3N作用下制得,乙烯酮二聚成内酯,即,二取代烯酮二聚成环丁酮,即,回首页,信息,结束,38,而一取代烯酮二聚成上述两种化合物中的任一种(均可)烯酮可与烯烃环化在加热条件下形成四元环.它与2+2之环化之不同点在于区域选择性不同,回首页,信息,结束,39,例如:,分析:,合成:,回首页,信息,结束,40,例如:,此为烯酮的二聚体,合成中只要合成烯酮即可.因为烯酮可形成二聚体.,分析:,回首页,信息,结束,41,合成:,回首页,信息,结束,42,6.3五元环的合成,6.3.1五元碳环的合成6.3.2五元杂环的合成,回首页,信息,结束,43,6.3.1五元碳环的合成,A由1,4-二羰基化合物制备,此法需要注意反应中C的形成方向问题,有时需要加以控制。如下例:,回首页,信息,结束,44,例:,分析:,合成:,回首页,信息,结束,45,控制C-的形成方向,最好是切成对称的合成子(选对称原料),例:,分析:,回首页,信息,结束,46,合成:,回首页,信息,结束,47,B由1,5-二羰基化合物合成,回首页,信息,结束,48,AcyloincondensationAcyloincondensationisareductivecouplingoftwocarboxylicestersusingmetallicsodiumtoyieldan-hydroxyketone,alsoknownasanacyloin.ThereactionismostsuccessfulwhenRisaliphaticandinert.Toachievethecondensation,chemistsmayemploysolventswithahighboilingpoint,suchasbenzeneandtoluene.,对照以下机理:(参阅AcylionCondensation),49,此反应对n较大者适用,但在反应体系中加入Me3SiCl后可适用于较小的环(如五六元环),原因是Me3SiCl可捕获从而避免副反应,同时烷基化以后很容易水解。,50,C二烯酮的热环化,顺旋方式闭环,机理:,回首页,信息,结束,51,D乙烯基环丙烷的重排(sigma-迁移反应),此反应为热禁阻的,但由于反应熵值有利而得以进行.,例:合成,无好的后续手段,故放弃.,回首页,信息,结束,52,合成:,回首页,信息,结束,53,6.3.2五元杂环的合成,闭环方式:,A吡咯类,(1)1,4-二羰基化合物卤氨反应,回首页,信息,结束,54,(2)1,3-二羰基化合物与2-氨基酮反应,(3)烯胺与a-卤代酮反应,回首页,信息,结束,55,(4)杂环转化,回首页,信息,结束,56,B呋喃类,(1)1,4-二羰基化合物脱水,(脱水剂:),(2)1,3-二羰基物与a-卤代酯反应,回首页,信息,结束,57,(3)杂环转化,回首页,信息,结束,58,C噻吩类,(1)1,4-二羰基化合物与P4S10反应,(2)1,3-硫羰基化合物与a-卤代酮反应,回首页,信息,结束,59,(3)杂环转换,D咪唑类,(1)2-卤氏羰基化合物与咪胺反应,回首页,信息,结束,60,(2)1,2-二胺与羧酸等反应,回首页,信息,结束,61,E吡唑类,(1)1,3-二羰基化合物与苯肼反应,(2)炔化物与重氮甲烷反应,回首页,信息,结束,62,F噁唑类,(1)a-酰胺基酮脱水,(2)2-卤氏酮与酰胺反应,回首页,信息,结束,63,G三唑类,回首页,信息,结束,64,6.4六元环的合成,6.4.1六元碳环的合成6.4.2六元杂环的合成,回首页,信息,结束,65,6.4.1六元碳环的合成,A由1,5-或1,7-二羰基化合物合成(Robinson反应),此闭环过程可自发进行,整个过程称作Robinson环化反应.,回首页,信息,结束,66,回首页,信息,结束,67,回首页,信息,结束,68,B环的扩大或缩小.,C电环化的反应,此为可逆反应.,回首页,信息,结束,69,DDiels-Alder反应,E芳烃还原,回首页,信息,结束,70,回首页,信息,结束,71,6.4.2六元杂环的合成,A吡啶类,(1)1,5-二羰基化合物与胺反应.,回首页,信息,结束,72,(2)1,3-二羰基化合物与氰基乙酰胺反应.,回首页,信息,结束,73,B吡喃类,(1)醛基乙酸脱水二聚,(2)1,5-二羰基化合物脱水,回首页,信息,结束,74,C吡嗪类,1,4-二羰基化合物与肼反应,D嘧啶类,(1)1,3-二羰基化合物与尿素反应,回首页,信息,结束,75,(2)1,3-二羰基化合物与胍()反应:,回首页,信息,结束,76,合成:,回首页,信息,结束,77,E对嗪（哒嗪）,(1)2-二胺与的反应,回首页,信息,结束,78,(2)a-二酮与a-二胺反应,合成:,回首页,信息,结束,79,6.5多元环及稠环,此类化合物合成基于上述合成方法的基础上,为前述方法的组合.,A:,回首页,信息,结束,80,合成:,回首页,信息,结束,81,回首页,信息,结束,甾体类化合物,82,回首页,信息,结束,83,合成:,回首页,信息,结束,84,B:,回首页,信息,结束,85,合成:,回首页,信息,结束,86,C,87,回首页,信息,结束,88,合成:,回首页,信息,结束,89,D,回首页,信息,结束,90,合成：,回首页,信息,结束,91,本章涉及的人名反应,Cannizzaro反应Diels-Alder反应Micheal加成Wittig反应,回首页,信息,结束,92,Cannizarro反应,回首页,信息,结束,93,回首页,信息,结束,94,反应机理,回首页,信息,结束,95,反应实例,返回,回首页,信息,结束,96,魏惕息反应,Wittig试剂与醛、酮的羰基发生亲核加成反应，形成烯烃：,回首页,信息,结束,97,反应机理,回首页,信息,结束,98,反应实例,返回,回首页,信息,结束,99,Robinson缩环反应,含活泼亚甲基的环酮与a,b-不饱和羰基化合物在碱存在下反应，形成一个二并六员环的环系：,回首页,信息,结束,100,反应机理,本反应分为两步，第一步是Micheal加成反应，第二步是羟醛缩合反应。,回首页,信息,结束,101,反应实例,返回,回首页,信息,结束,102,Diels-Alder反应,含有一个活泼的双键或叁键的化合物(亲双烯体)与共轭二烯类化合物(双烯体)发生1,4-加成，生成六员环状化合物：,回首页,信息,结束,103,这个反应极易进行并且反应速度快，应用范围极广泛，是合成环状化合物的一个非常重要的方法。带有吸电子取代基的亲双烯体和带有给电子取代基的双烯体对反应有利，常用的亲双烯体有：,回首页,信息,结束,104,下列基团也能作为亲双烯体发生反应：常用的双烯体有：,回首页,信息,结束,105,反应机理,这是一个协同反应，反应时，双烯体和亲双烯体彼此靠近，互相作用，形成一个环状过渡态，然后逐渐转化为产物分子：,回首页,信息,结束,106,反应是按顺式加成方式进行的，反应物原来的构型关系仍保留在环加成产物中。例如：,回首页,信息,结束,107,正常的Diels-Alder反应主要是由双烯体的HOMO(最高已占轨道)与亲双烯体的LUMO(最低未占轨道)发生作用。反应过程中，电子从双烯体的HOMO“流入”亲双烯体的LUMO。也有由双烯体的LUMO与亲双烯体的HOMO作用发生反应的：,回首页,信息,结束,108,反应实例,回首页,信息,结束,109,本反应具有很强的区域选择性，当双烯体与亲双烯体上均有取代基时，主要生成两个取代基处于邻位或对位的产物：,回首页,信息,结束,110,当双烯体上有给电子取代基、亲双烯体上有不饱和基团如：,与烯键(或炔键)共轭时，优先生成内型(endo)加成产物：,返回,回首页,信息,结束,111,Wittig试剂,周期表的第三周期元素,特别是硫和磷，当它们与碳结合时，碳带负电荷，硫或磷带正电荷彼此相邻，并同时保持着完整的电子隅(碳是8隅，硫、磷可超过8)，这种结构的化合物称为Ylide(叶立德)。由磷形成的Ylide称为磷Ylide，又称为Wittig试剂，其结构可表示如下：,回首页,信息,结束,112,Wittig试剂的制备一般是用卤代烃与三苯基膦反