第二章 烃化反应

1、Chapter 2 烃化反应 Hydrocarbylation Reaction o烃基：烃基： 饱和饱和 、不饱和不饱和 、 脂肪脂肪 、芳香芳香C-OH（醇或酚羟基）醇或酚羟基） 变为变为-OR醚醚 C-N(NH3) ) 变为伯、仲、叔胺变为伯、仲、叔胺C-CC-CSN1SN1 SN2SN2 亲电取代亲电取代卤代烷卤代烷 ： RX 最常用最常用硫酸酯、硫酸酯、 磺酸酯磺酸酯 醇醇 烯烃烯烃 环氧烷：发生羟乙基化环氧烷：发生羟乙基化 CH2N2：很好的重氮化试剂很好的重氮化试剂被 烃 化 物 +烃 化 剂产 物RCH2COC2H5OC-O-CH-CH2N(C2H5)2ONH2普鲁卡因C-O-

2、CH-CH2N(C2H5)2On-C4H9-HN丁卡因o氧原子上的烃化反应历程、烃化剂种类、特点及应用范围氧原子上的烃化反应历程、烃化剂种类、特点及应用范围o氮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o伯胺的制备方法伯胺的制备方法o芳烃的芳烃的C-烃化（烃化（F-C反应反应)历程、特点及影响因素历程、特点及影响因素 o烯丙位、苄位、活性亚甲基化合物的烯丙位、苄位、活性亚甲基化合物的C-烃化的反应历程及影响因素烃化的反应历程及影响因素第一节 烃化反应机理o 一、亲核取代反应一、亲核取代反应o 1.杂原子的亲核取代反应（1)原子的亲核取代反

3、应（2）N原子的亲核取代反应o 2.碳负离子的亲核取代反应o 二、亲电取代反应（二、亲电取代反应（Friedel-Crafts烃化反烃化反应）应） 一一 醇的醇的O-烃化烃化 1 卤代烷为烃化剂卤代烷为烃化剂 2 磺酸酯磺酸酯 3 环氧乙烷类作烃化剂环氧乙烷类作烃化剂 4 烯烃作为烃化剂烯烃作为烃化剂 5 醇作为烃化剂醇作为烃化剂 6 其它烃化剂其它烃化剂 二二 酚的酚的O-烃化烃化 1 烃化剂烃化剂 2 多元酚的选择性烃化多元酚的选择性烃化 o 通式o Williamson 醚合成方法ROH+B+R XR-O-R+HROROROH+R XR-O-R+HXBo反应机理：反应机理：SN1R-XR

4、X慢+决定反应速率R + ROHR-O-R快R-O-R+ HH消旋产物Ph-CH2XR-CH=CH-CH2X叔卤代烷、按SN1历程o 反应机理：反应机理：SN2ROCXRHHRO+R-CH2-XRO-CH2R+X构型翻转从X的背面进攻2 影响因素影响因素oa RX的影响的影响RIRBrRClRFRIRBrRCl当R相同C-X极化度活性：成本：i）活性（ 卤素的电负性）当 X 相 同 时ii）卤 代 丙 烯 , 卤 苄 卤 代 烷 卤 芳 烃 A rXC lN O2O E tN O2+E tO HN a O H非 那 西 丁 中 间 体当 卤 代 烃 为 叔 卤 代 烃 时 ， 不 能 在 强

5、碱 下 反 应 ，易 消 除 H X ， 可 在 中 性 或 弱 碱 性 下 反 应 。CC H3C H3C H3+C H3-CC H2C H3Bo b 醇的影响醇的影响CH3ONa+ClCH2COOMeCH3OCH2COOMeCH3OH/pH=864 R-OHEtOTlC6H6ROTlRXCH3CNR-O-R活性低的醇，可先制成其钠盐，再反应改进得Williamson醚合成法：将醇制成醇铊，再进行烃化c 催化剂催化剂 d 溶剂影响溶剂影响催化剂催化剂:醇钠、 Na、 NaH、 NaOH、 KOH有机碱 ： 六甲基磷酰胺（HMPA）、 N,N-二甲基苯胺（DMA）、溶剂溶剂: 过量醇过量醇 （

6、即是溶质又是溶剂）（即是溶质又是溶剂）非质子溶剂： 苯、 甲苯（Tol）、 二甲苯（xylene）、 DMF 、 DMSO 无水条件下质子性溶剂： ROX有助于R-CH2X 解离，但是RO-易发生溶剂化， 因此通常不用质子性溶剂副反应副反应o a a 消除反应消除反应CH3CH3CCH2(H3C)3CXB-(H3C)3C+H3CCOCH3C2H5H3CABB: (CH3)3COH + C2H5X欲制备：A: (CH3)3CX+C2H5OHCHOCH2CH2NCH3CH3PhPhABCH-BrPhPhHOCH2CH2NCH3CH3+AXy1产 物CHPhPh+OHBXy1产 物欲制备：ClCH2

7、CH2N(CH3)2CH OC2H5H3CBAC6H5CCH3+ C2H5OHA:H消旋体欲制备CH OHCH3+ C2H5BrB:活性强(CH3)2SO4 , (C2H5)2SO4SO3RSO3RH3CROSOTsO 很 好 的 离 去 基 团SOOOROR1 2CH3OH+H2SO4(CH3)2SO4+2H2O制 备 方 法 :2CH3OHNaClH2ONaOHSO3ClCH3SO3CH3CH3+,：O注意事项： 磺酸酯只用于甲基化和乙基化，且只有R基参与反应，磺酸酯应用广，但磺酸为强酸，三废污染Me2SO4 bp 188 (C2H5)2SO4 96/15mmHg pH=89 遇酸或碱会分

8、解 收率较高，成本适中，沸点高，反应温度较高ROH +(CH3)2SO4NaOH 滴加ROH + NaOH(CH3)2SO4滴加硫酸酯活性高于磺酸酯防止水解例CH2OHCHOCH2OCH3CH3CH2OC18H27CHOCH2OCH3CH3甘油+丙酮TsOC18H27/KOHTolEtOH/HClCH2OC18H27CHOHCH2OHCHHCRHOROHROCH2CH2OH+CHHCRHOCHHCRHHObNuCRHCH2-OH+H+CHHCRHHONaaabRCH-CH2OH+反应机理：反应机理：a 酸催化酸催化R为供电子基或苯，在为供电子基或苯，在a处断裂处断裂R为吸电子基得为吸电子基得b

9、处断处断裂产物裂产物b 碱催化碱催化R-CH-CH2OR-CH-CHORORCHCH2ORORORCHCH2OROH+ROROHSN2 双分子亲核取代，开环单一，立体位双分子亲核取代，开环单一，立体位阻原因为主，反应发生在取代较少的碳原子阻原因为主，反应发生在取代较少的碳原子上上实例实例Ph-CH-CH2OPHCHCH2OCH3OHPH-CHCH2OHOCH3+ CH3OH+PhCHCH2OHOCH310%90%PHCHCH2OCH3OH+75%H2SO4CH3ONaref 5href 5h25%OOHOCH3CH3OH/H+80%Ph-CH-CH2O+ EtOHNaOHCH3CHCH2OEt

10、OH80%H2CCH2OnRONaRO(CH2CH2O)nH聚乙二醇烷基苯醚环氧乙烷在催化剂如四氯化锡及少量水存在下,聚合成聚乙二醇,聚乙二醇是水溶性产品H2CCH2OnSnCl4H2O少量HO(CH2CH2O)nHOCH2OCOC17H33OHHOHOOHm(OH2CH2C)OO(CH2CH2O)nHO(CH2CH2O)pHCH2OCOC17H33OKOHH2OR-OH + CH2=CH-R烯烃反位的R为吸电子基CO-CN-COOR-COOHCH3CH=CHCHCH3CH=CHCHC3H7OH +ONaOH醇对烯烃双键进攻，加成而生成醚。烯烃结构中若无极性基团存在，醇对烯烃双键进攻，加成而生

11、成醚。烯烃结构中若无极性基团存在，反应不易进行；只有当双键两端连有吸电子基，才能反应。反应不易进行；只有当双键两端连有吸电子基，才能反应。吸电子基：吸电子基：OH3CC3H7OCHCH2-CH45%CH3+CH2=CHCNNaOCH390 1hCH3OCH2CH2CNOHHOCH2=CHCNZnCl2OCH2CH2CNHOOHOO-CN-COOH环 合H+水 解醇：醇：通常加酸作为催化剂，如通常加酸作为催化剂，如 H2SO4 H3PO4 TsOH HCl气体气体CF3SO2OR-SO3RR3OBF4用 来 烃 化 位 阻 醇ClCHCNC2H5n-C4H9OH/H2SO4甲苯 回 流COHOC

12、H2CH2CHCH2OHTsOHOHOOH88%ClCCC2H5OC4H9CNo卤代烃卤代烃OHCONH2EtBr/NaOHHOOH+CH2=CH-CN(CH3)2SO4 、 (C2H5)2SO4两个烃基只有一个烃基反应OHH3COCHOMe2SO4NaOHOEtCONH2HOOCH2CH2CNH3COMeOCHO（1 1）CHCH2 2N N2 2 活性甲基化试剂活性甲基化试剂 用于酚和羧酸的烃化，产生用于酚和羧酸的烃化，产生N N2 2气，无其它副反应，气，无其它副反应，后处理简单室温或低于室温反应，加热易爆炸后处理简单室温或低于室温反应，加热易爆炸N C NOH+Et2OH2CNNOCH

13、3OHCOOHOHOMeCOOMeOHOMeCOOMeOMe2mol CH2N2过量CH2N2（2）ROH /DCC DCC用于醇酚偶联,形成酚醚PhOH+PhCH2OHDCCPhOCH2Ph+H2O100OOHOHOOHOOHOH3COOCH32CH2N2RTCOOMeOHOCH3OHCOOMeOHOHOHCH3ICOOMeOHOCH2PhOH氯苄保护羟基PhCH2Cl/K2CO3分 子 内 氢 键 在 较 温 和 条 件 下 不 易 被 破 坏与卤代烃反应机理：与卤代烃反应机理： RX+NH3H3NCXRNH3XRNH2+NH4XNH3RX+RNH2R2NH2XR2NH+NH4XNH3RX

14、+R2NHR3NHXR3N+NH4XNH3RX+R3NR4NXb) 溶剂水 醇 苯 甲 苯 环 己 烷 DMFNH4Cl NH4NO3 NH4AcR相 同 时 RIRBrRClRF一般RBr、 RCl加 入 RI发 生 分 子 的 卤 素 置 换c)RX影响因素影响因素Cl+2NH3NH2NH4Cl+理论上 1:2 (实际1:56)a) 物料配比NH3(过量)+RXRNH2CCOHOHOOCCNHNHOONH3+OOONHOOKOHN-KOON-ROORXNH2NH2 H2OHCl H2O+RNH2+RNH2封 管加 热NONHRNH CCOONCH2CH2NCCOOCCOONR+BrCH2C

15、H2BrHCl H2OH2NCH2CH2NH2(CF3SO2)2O+PhCH2NH2CH2Cl2NaOHn-C7H15PhCH2NSO2CF3C7H15-nNaH/DMF100 3hPhCH=N-C7H15-n10%HCl/THF 3hTEA三乙胺n-C7H15NH2PhCH2NHSO2CF3 NNNNNNNN+ RX环 六 亚 甲 基 四 胺 （ 乌 洛 托 品 ）RXR-CH RONH3CONH3HRRCOHNH2HRRC=NHRHRR-CH-NH2HRHR-CH-NH2HRH2-H2ORCH=NH+RCHNH2R-C-NHCH3RNH2(RCH3)2NH+NH2H2(RCH3)3N+NH

16、3H2(RCH3)2NH+RCH=NH(RCH3)2NCH-RNH2Na/EtOH Na-Hg/EtOH Zn-Hg/HCl金 属 复 氢 化 合 物 LiAlH4 NaBH4HCOOH常 用H2/NiNH3+PhCHOH2/Raney NiPhCH2NH2+(PhCH2)2NHC2H5OHCOCH3+NH3HCOOHC-CH3NH2H3CH3CCHINH3+H3CH3CCH2NHNH3+ 2CHOMeCH2CH2MeNH+CH2NH2MeH2/R NiMe85%4%(n-Pr)2NH+H2C=CHCN(n-Pr)2NHCH2CH2CNNH2+n-BuBrLiN-Br-n2+LiBrNHCON

17、H2HCHO/CH3OHNi/H2NCH3COH2No RX: 烷基卤代烃烷基卤代烃,环烷基卤代烃环烷基卤代烃o 芳环芳环: : 苯环苯环, ,芳杂环芳杂环o 催化剂: AlX3, ZnCl2, FeCl3, SnCl4, HF, H2SO4, H3PO4RX+ArHAlCl3Ar-RC+ C+ 离子对芳环的亲电进攻离子对芳环的亲电进攻CCH3CH3H3CCl+AlCl3CCH3CH3H3CAlCl4CCH3CH3H3C+ AlCl4HCH(CH3)2AlCl4C(CH3)3+HX+AlCl3oa 当当R相同时相同时: RFRClRBrRI 一般来说一般来说, 卤代芳烃不反应卤代芳烃不反应ob

18、 当当X相同时相同时 RCH=CH2X PhCH2X(CH3)3X R2CHXRCH2XCH3X可被 烃 化OCH3NO2oa 有供电基取代的芳烃无供电基取代的芳烃有供电基取代的芳烃无供电基取代的芳烃 引入一个烃基后更易发生烃化反应，但要考虑立体位阻引入一个烃基后更易发生烃化反应，但要考虑立体位阻ob 多卤代苯、硝基苯以及单独带有酯基、羧基、腈基的吸电子多卤代苯、硝基苯以及单独带有酯基、羧基、腈基的吸电子基团，不发生付基团，不发生付-克反应，可作为反应溶剂，但连有供电克反应，可作为反应溶剂，但连有供电 基后可基后可发生发生F-C反应反应因 为NH2+AlCl3NH2 AlCl3a 活 性 顺

19、序 AlCl3FeCl3SnCl4BF3ZnCl2 HFH2SO4H3PO4根 据 RX种 类 ,ArH结 构 ,选 择 Cat用 量如 PhCH2Cl,ZnCl2少 量 ;CH3X、 AlCl3用 量 大 5-10%b 最 常 用 ,但 并 不 是 万 能 的 ,不 能 用 于 Ph-OH烃 化ArOH+AlCl3+HClArOAlCl2c 烯烃和醇的烃化剂,一般用酸(质子酸)作催化剂RCH2OHH+-H2OCH2=CH-CH3CH3CHCH3H+RCH2OH2R-CH2a 当芳烃为 液体时,可过量作为 溶剂,如苯b 非极性 溶剂：CS2,CCl4,四氯乙烷等c 中等级性溶剂二氯乙烷，四氯乙

20、烷等d 硝基苯、硝基甲烷都可作为反应溶剂CH3CH2CH2ClAlCl3+CH2CH2CH3CH2(CH3)2+-6 5h35 5h3:22:3H3CCH3CH3CH3CH3H3CCH3Cl/AlCl30CH3Cl/AlCl3100重 排CH3Cl/AlCl36O+CHCH COOHAlCl380 2h+NaOHAlCl33EtOHCCl4CH2CH2OHCH=CH2KOH 140CHCH2COOHC-ClC-OH1 活泼亚甲基化合物的C-烃化 H2CXYX, Y为吸电子基吸电子能力：-NO2 -CR RSO2- CN-COOR PhOCH2COOEtCOOEtCHCCOOOEtOEtHCCC

21、OOOEtOOEtR-HCCCOOOEtOEtB+ BHR-X 反应机理：（1 1）碱和溶剂的选择）碱和溶剂的选择a 根据活泼亚甲基的化合物的酸性，常用醇钠、醇钾根据活泼亚甲基的化合物的酸性，常用醇钠、醇钾b 如醇钠为催化剂，则选醇为溶剂，对于在醇中难于烃化的活性亚甲基如醇钠为催化剂，则选醇为溶剂，对于在醇中难于烃化的活性亚甲基化合物，可在苯、甲苯、二甲苯等油溶剂中加入化合物，可在苯、甲苯、二甲苯等油溶剂中加入NaH或金属钠，生成烯或金属钠，生成烯醇盐再烃化醇盐再烃化t-BuOK i-PrONa EtONa CH3ONa碱性：影响因素：影响因素：RX：B：H2CCOOEtCOOEt=1： 1：

22、 1 蒸 出 生 成 醇 ， 再 加 入HCCOOEtCOOEtHCCOOEtCOOEt+BrPh2CCOOEtCOOEtOEtEtOCOEtOPh2CCOOEt+RONa+RXROR +NaXo(1)反应式o(2)机理o(3)影响因素 -COCHR-COCXY活性小 于活 泼亚甲基化合物-COCH-COC-COCRB：R-XB：-COCH-COC-COC-COCRR-X+ HX碱: 三苯甲 基钠(锂)Ph3CNa, 丁 基锂NaH、NaNH2二异丙 基氨基锂 (i-Pr)2NLi环己基异 丙基氨基锂NLi(i-Pr)2a RXb 羰基化合物羰基化合物 i 醛的醛的-C烃化少见，易发生烃化少见，易发生Aldol缩合反应，但可采缩合反应，但可采用烯胺法用烯胺法 ii 酯的酯的-C烃化采用强碱，较弱的碱会发生烃化采用强碱，较弱的碱会发生Claisen缩合缩合副反应副反应 iii 不对称酮的不对称酮的-烃化烃化B B为动力学控制产物为动力学控制产物 动力学取决于碱夺取动力学取决于碱夺取H H速度，碱中速度，