第三章-酸催化缩合与分子重排.ppt

第三章酸催化缩合与分子重排,3.1酸催化缩合反应,缩合一般是指两个或两个以上分子经由失去某一简单分子(如H2O,HX,ROH,NH3,N2等)形成较大的单一分子的反应。酸催化缩合反应是指在无机酸或Lewis酸催化下,芳烃、烯烃、醛、酮和醇等形成正离子并与亲核试剂作用，从而生成C-C或C-N等键的反应。,3.1.1FriedelCrafts反应,.Friedel-Crafts烷基化反应,芳烃的烷基化可以用卤代烃、烯烃、醇、醚、醛和酮等作烷基化试剂，常用催化剂是无机酸(如硫酸，盐酸等)和Lewis酸(如无水AlCl3、BF3、FeCl3、ZnCl2SnCl4等)，该反应即芳环上的亲电取代反应。特点：形成新的C-C键，在芳环上引入烃基并失去小分子；碳正离子重排；芳环被钝化时烷基化反应难于发生。,分子内FC烃基化反应可用于芳环稠合.,类似于芳烃，烯烃也能发生FC烃基化反应.,反应机理可能为:,通过烯烃的烷基化，提供了一种制备高辛烷值汽油的一个较便宜的方法。,机理：反应首先经过异丁烯二聚，最后一步是碳正离子从叔丁烷夺取负氢离子,.Friedel-Crafts酰基化反应,利用FC酰基化反应在芳环上引入羰基芳香酮的合成。,用腈或酰胺做酰化剂可在活泼芳环上进行酰化反应。,分子内FC酰基化反应也是芳环上的亲电取代反应，一般用于芳环稠合。,烯烃的FC酰基化反应是通过酰氯或酸酐在Lewis酸作用下发生的，酰基正离子作为亲电试剂。,利用FC酰基化反应在芳环上引入醛基芳香醛的合成。,一氧化碳和氯化氢的等摩尔混合物可由甲酸和氯磺酸作用制得（实质是甲酰氯作为酰化试剂）：,酚、酚醚或活泼芳环上引入醛基的试剂：HCN/HCl;TiCl4体系;Zn(CN)2体系等。,3.1.2醛或酮及其衍生物的反应,1).醛自身缩合-无机酸催化得到羟基醛，进一步脱水得不饱和醛。,机理：,2).酮自身缩合,机理：,3).交叉缩合,含有-H的羰基化合物与一个不含-H的羰基化合物在无机酸催化作用下得到单一且高产率的氧鎓盐-花色素。过程：分别烯醇化和极化；加成；脱水,醛与含有-H的硝基、氰基化合物缩合，得到,-不饱和硝基、氰基化合物。,X=CF3,MeO,F,Cl,X=CN,CONH2,4）.酮与酰卤或酸酐的缩合,用做催化剂-避免水对酰卤或酸酐的水解。,乙酰丙酮,3.1.3Mannichreaction,具有烯醇式或潜在烯醇式结构的化合物(如某些炔类化合物)与醛(通常为甲醛)，在酸催化下，与第一、二胺反应，生成胺甲基化衍生物的反应，叫做Mannichreaction或曼氏反应。广泛用于有机合成。,1).Mannichreaction定义:,反应一般在水、乙醇等溶剂中、室温下进行，反应混合物经碱中和得到游离的酮胺，是重要的有机合成中间体。,除有活泼氢（-H）的醛酮可发生Mannich反应外，如-二元酸、-氰基酸、-酮酸，-萘酚、-甲基吡啶、呋喃及吡咯衍生物等也能发生Mannich反应。,Mannich反应机理：,烯醇,酮胺,产物酮胺的总体结果：酮、甲醛、仲胺共同脱一分子水:,2).MannichReaction在合成上的应用,(1)制备，不饱和羰基化合物,室温时Mannich碱（酮胺）及其盐酸盐是稳定的，加热消除氯化铵（叔胺加盐酸）得到末端含有双键的,不饱和羰基化合物.原料为酮时，产物催化氢化得到增加一个碳原子的酮.,(2)曼尼希碱或季铵盐的转换,类烯醇式芳香族化合物得到的Mannich碱是苄基型化合物，易于发生亲核取代反应，进而实现基团转换。,吲哚乙酸,乙酰氨基丙二酸酯,色氨酸,(3)合成生物碱,丁二醛与甲胺、3-酮基-1.5-二羧酸钙作用经两次Mannich反应可一步合成颠茄酮（托品酮），再经羰基还原、酯化可得到颠茄碱【麻醉药、瞳孔放大药、抗有机磷中毒药】.,颠茄碱90%,颠茄酮,3.1.4烯胺,烯胺的生成,烯胺(enamines)是分子中氨基直接与双键碳原子相连的化合物。烯胺也叫，-不饱和胺，烯胺分子中氮原子上有氢原子时容易转变为亚胺，和烯醇容易转变为羰基化合物相似。,烯胺易水解迅速生成醛或酮，合成与应用烯胺必须无水。,制备烯胺常用醛或酮与仲胺在脱水剂(如无水碳酸钾)存在下反应，加苯、或甲苯、二甲苯把生成的水带出，并加入对甲基苯磺酸等作催化剂加热，用共沸蒸馏法除去生成的水即可很容易的制得。近年来，在制备烯胺时，加一个强失水剂如四氯化钛，以迫使反应进行完全。在烯胺形成中，仲胺常为环状化合物，它们的反应活性降低次序为：吡咯烷、吗啉和哌啶。结构式如下。,机理：,烯胺在有机合成中的应用,烯胺应用于合成中在于其-碳原子(即初始羰基化合物的碳原子)上带有部分负电荷，可作为亲核试剂与卤代烷、酰卤或亲电性的烯烃反应。,烯胺在有机合成中的应用,烯胺易与酰氯或酸酐作用，产物经水解可以得到-二酮，是得到高产率C-酰基化产物的好方法。,通常加入三乙胺中和HCl.,3.1.5-皮考啉反应（Picoline）,-甲基吡啶在Lewis酸作用下形成类似烯醇的化合物，再与醛反应、失水得到-取代乙烯吡啶。,3.1.6Prinsreaction（普林斯反应）,甲醛（或其它醛）经酸催化与烯烃加成得到1，3-二醇、缩醛化得到噁烷类1，3-二氧六环化合物。,Prinsreaction（普林斯反应）实例：,3.2酸催化分子重排,分子重排反应（molecularrearrangementreaction）是分子中的一个原子或基团从一个原子转移到另一个原子上，形成一个新分子的反应。分子重排可分为分子间重排和分子内重排。在重排中，迁移原子或基团完全游离并脱离原来的分子，然后再与其它部分相连接，这种重排称为分子间重排。在这种重排中，迁移基团也可能来自不同分子；而分子内重排则与其它分子无关，迁移基团自始至终没能脱离原来的分子，仅从分子的一部分迁移至分子的另一部分。重排是一种复杂的有机化学现象。在有机合成中，一些重排经常是所需反应的竞争反应，合成中应以避免，一些重排可提供巧妙的合成途径，应尽量加以利用。,3.2.1频哪醇频哪酮重排,频哪醇(邻二叔醇）在酸催化下脱水产物是叔烷基酮，不是预期的烯烃。该反应称为频哪醇频哪酮重排（Pinacol-pinacolone).,重排动力：形成更稳定的碳正离子。两个烃基不同时，亲核性更强的原子（团）发生迁移；两个烃基所连接的碳不同时，以形成更稳定的C+占优势。,频哪醇频哪酮重排：,具有环状结构的频哪醇，重排后可得到扩环产物。,基团迁移次序大致为：ArRH,3.2.2呐咵重排和反呐咵重排,3-氨基-2，3-二甲基-2-丁醇与亚硝酸作用，发生类似频哪醇的转变，先形成C+，再进行呐咵重排：,呐咵重排形式：正离子中心从第三碳转移到另一个亲电中心，使烃基集中在一个碳上。实质还是形成更稳定C+。,新戊醇失水时，新戊基的正离子中心是从第一碳转移到另一个第三碳上，重排结果烃基分散到另一个碳上，因此叫反呐咵重排：,分子中，凡具有下列碳架重排形式互称为反向重排.,呐咵重排,反呐咵重排,3.2.3Beckmann重排,酮肟在多磷酸等酸性催化条件下重排为酰胺的反应叫Beckmann重排。,中间体为缺电子的氮正离子-“乃春”(nitrenecation)，邻近的芳基或烷基转移到氮上后形成邻碳正电中心，再经水合、质子化变成N-取代酰胺.转移的烃基是双键上羟基对立一侧的R,不是同侧的R,产物具有立体专一性。,重排机理：,Beckmann重排,酮肟经重排得到取代乙酰芳胺，再水解得到芳胺。,3.2.4烯丙基重排,烯丙基正离子非常稳定，正电荷分散在1，3位碳上，亲核试剂进攻1，3位机会均等，因而产物的双键发生位移。双键从1，2位至2，3位的位移叫烯丙位重排。,例如，氯代-2-丁烯在酸性条件下水解得到两种产物：,SN1取代,烯丙基重排,对于烯丙基化合物，进行SN2反应时，有两个核中心：一个是连有氯的碳【正常的亲核取代反应SN2】，一个是烯丙基德双键碳【反常的亲核取代反应SN2】。二者存在竞争，空间位阻大时，不利于SN2反应。,3.2.5联苯胺重排,联苯胺（Benzidine）重排是指氢化偶氮苯化合物重排成4，4-二氨基联苯的反应。,反应速度=k氢化偶氮苯H+2,联苯胺重排,两种不同的氢化偶氮苯在同一体系中发生重排时，反应不发生交叉重排，说明联苯胺重排是分子内重排过程：,当对位有取代基封闭时，重排可以发生在氨基的邻位。如果其中苯环只有一个对位被封闭，重排产物叫对半联苯胺，当两个对位都被封闭，产物叫邻半联苯胺。,联苯胺重排-染料制备,3.2.6Schmidt重排,在强酸作用下，羧酸、酮、醛等于叠氮酸作用，分别生成伯胺、酰胺或腈的反应称为Schmidt重排反应。,Schmidt重排-羧酸-伯胺,羧酸的Schmidt重排反应历程为：,HN3（5%的CHCl3或苯溶液）可从NaN3与浓H2SO4在CHCl3中作用得到；具有旋光性的羧酸可得到构型保持不变的胺。,Schmidt重排-酮-酰胺,重排反应速率为：二烷基酮烷基芳基酮二芳基酮,酮反应重排历程：,芳基烷基酮重排，一般是芳基移位至氮原子上：,Schmidt重排醛-腈,若HN3过量(2个物质的量以上)，则生成“四唑”产物：,醛发生Schmidt重排反应生成腈，过程如下：,3.2.7氢过氧化物重排,烃类化合物用空气或H2O2氧化得到氢过氧化物。氢过氧化物在酸或Lewis酸作用下，发生OO键断裂的同时，烃基从碳原子转移到氧原子上的重排反应，称为氢过氧化物的重排反应。,R为烷基或芳基,其反应历程为：,烷基之间移位的次序为：叔R仲RPrHEtMe,氢过氧化物重排,例如，异丙苯过氧化重排：,3.2.8Fries重排,酚酯类(包括脂肪和芳香酸的酯类)，在Lewis酸的