酸催化缩合与分子重排

关于酸催化缩合与分子重排

一般来说，缩合系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。酸催化缩合反应包括芳烃、烯烃、醛、酮和醇等在催化剂无机酸或路易士酸催化下，生成正离子并与亲核试剂作用，从而生成碳碳或碳氮等键的反应。第2页,共64页，2024年2月25日，星期天3.1酸催化缩合反应

3.1.1Friedel－Crafts

反应复习《有机化学》关于：

“Friedel－Crafts反应”的反应机理第3页,共64页，2024年2月25日，星期天Friedel–Crafts烷基化反应

在AlCl3等催化下，苯与卤代烷反应，生成烷基苯：异丙苯反应机理:第一步碳正离子的生成：第二步

碳正离子作为亲电试剂进攻苯环，形成新的C－C键:决定反应速率的一步第4页,共64页，2024年2月25日，星期天第三步失去质子，生成烷基苯：

发生重排：(66%)第5页,共64页，2024年2月25日，星期天

Friedel–Crafts烷基化反应可以通过醇和烯烃生成碳正离子烯烃和酸醇和Lewis酸(56%)环己基苯(65%)第6页,共64页，2024年2月25日，星期天

Friedel–Crafts酰基化反应(acylation)

在AlCl3

等作用下，苯与酰卤反应，在苯环上引入酰基：苯乙酮(97%)试剂:酰氯酸酐:(83%)第7页,共64页，2024年2月25日，星期天3.1酸催化缩合反应

1.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，常用的催化剂是无机酸(如硫酸，盐酸等)和Lewis酸(如无水AlCl3、BF3、FeCl3、ZnCl2、SnCl4等)，该反应常称为芳环上的亲电取代反应。

3.1.1Friedel－Crafts

反应第8页,共64页，2024年2月25日，星期天1.Friedel-Crafts烷基化反应第9页,共64页，2024年2月25日，星期天1Friedel-Crafts烷基化反应易生成多取代物。当所用的烷基化试剂的碳原子数为3个以上时，烷基往往发生异构化，其原因是碳正离子发生重排的结果。此外，当芳环上连有吸电子基团(如－NO2、－CN、－COCH3等)时，烷基化反应很难发生甚至不发生。1.Friedel-Crafts烷基化反应2第10页,共64页，2024年2月25日，星期天分子内F－C烃基化反应可用于芳环稠合

1.Friedel-Crafts烷基化反应第11页,共64页，2024年2月25日，星期天类似于芳烃，烯烃也能发生F－C烃基化反应

反应机理可能为1.Friedel-Crafts烷基化反应第12页,共64页，2024年2月25日，星期天类似于芳烃，烯烃也能发生F－C烃基化反应

制备高辛烷值汽油的一个较便宜的方法

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1.Friedel-Crafts烷基化反应2第13页,共64页，2024年2月25日，星期天2.F－C酰基化反应1)用Friedel－Crafts反应合成酮(酰氯或酸酐作为酰化剂)

3.1.1Friedel－Crafts

反应活性高的芳环可引入两个酰基与硝基苯不同，邻硝基苯甲醚容易酰化第14页,共64页，2024年2月25日，星期天1)用Friedel－Crafts反应合成酮

2.F－C酰基化反应卤代芳烃的酰化反应比苯速率慢，产率不够高在活泼芳环上发生酰化反应还有用腈或酰胺作酰化剂的酸催化反应赫施反应第15页,共64页，2024年2月25日，星期天1)用Friedel－Crafts反应合成酮（分子内F-C酰基化）2.F－C酰基化反应第16页,共64页，2024年2月25日，星期天1)用Friedel－Crafts反应合成酮

2.F－C酰基化反应在非常稀的溶液中可以得到更大的环烯烃的F-C酰基化机理：最终生成β-卤代酮第17页,共64页，2024年2月25日，星期天1)用Friedel－Crafts反应合成酮

2.F－C酰基化反应烯烃酰基化还可以形成不饱和酮练习：合成（±）硫辛酸P.57习题3-1（2）第18页,共64页，2024年2月25日，星期天2)Friedel－Crafts反应合成醛

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

2.F－C酰基化反应3.1酸催化缩合反应

3.1.1Friedel－Crafts

反应加特曼—科赫反应第19页,共64页，2024年2月25日，星期天2)Friedel－Crafts反应合成醛

2.F－C酰基化反应第20页,共64页，2024年2月25日，星期天2)Friedel－Crafts反应合成醛

2.F－C酰基化反应第21页,共64页，2024年2月25日，星期天2)Friedel－Crafts反应合成醛

2.F－C酰基化反应毒性较小芳环上需有供电子取代基第22页,共64页，2024年2月25日，星期天3.1酸催化缩合反应

3.1.2醛或酮及其衍生物的反应

复习《有机化学》关于：

“醛、酮缩合反应”的内容第23页,共64页，2024年2月25日，星期天缩合反应(a)羟醛缩合

两分子醛稀碱或稀酸缩合生成β–羟基醛3–羟基丁醛(b)Mannich反应活泼α–氢的化合物甲醛氨或伯胺、仲氨缩合反应氨甲基化反应HCl或碱稀碱或稀酸第24页,共64页，2024年2月25日，星期天3.1.2醛或酮及其衍生物的反应

1.自身缩合

1212＋第25页,共64页，2024年2月25日，星期天3.1.2

醛或酮及其衍生物的反应1.自身缩合

第26页,共64页，2024年2月25日，星期天3.1.2

醛或酮及其衍生物的反应1.自身缩合

第27页,共64页，2024年2月25日，星期天2.

交叉缩合

3.1.2

醛或酮及其衍生物的反应第28页,共64页，2024年2月25日，星期天X:CF3,MeO,F,Cl（吸电子基）

X:CN,CONH22.

交叉缩合

3.1.2

醛或酮及其衍生物的反应芳香醛与丙酮含α-H硝基化合物、氰基化合物第29页,共64页，2024年2月25日，星期天3.酮与酰卤或酸酐的缩合

3.1.2

醛或酮及其衍生物的反应第30页,共64页，2024年2月25日，星期天1.Mannichreaction3.1.3Mannichreaction3.1酸催化缩合反应

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、第二胺反应，生成胺甲基化衍生物的反应，叫做Mannichreaction或曼氏反应。该反应广泛用于有机合成。第31页,共64页，2024年2月25日，星期天1.Mannichreaction酮胺3.1.3Mannichreaction第32页,共64页，2024年2月25日，星期天曼尼希反应机理？β-二元酸α-甲基吡啶苯乙炔1.Mannichreaction第33页,共64页，2024年2月25日，星期天芳醛芳胺1.Mannichreaction3.1.3Mannichreaction第34页,共64页，2024年2月25日，星期天2.MannichReaction在合成上的应用3.1.3Mannichreaction(1)制备α，β－不饱和羰基化合物第35页,共64页，2024年2月25日，星期天2.MannichReaction在合成上的应用3.1.3Mannichreaction(2)曼尼希碱或季铵盐的转换取代水解第36页,共64页，2024年2月25日，星期天(2)曼尼希碱或季铵盐的转换2.MannichReaction在合成上的应用3.1.3Mannichreaction色氨酸①②③第37页,共64页，2024年2月25日，星期天2.MannichReaction在合成上的应用3.1.3Mannichreaction(3)合成生物碱阿托品第38页,共64页，2024年2月25日，星期天2.MannichReaction在合成上的应用3.1.3Mannichreaction(3)合成生物碱第39页,共64页，2024年2月25日，星期天1.烯胺的生成3.1.4烯胺

3.1酸催化缩合反应

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α，β-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，与烯醇容易转变为羰基化合物相似。第40页,共64页，2024年2月25日，星期天1.烯胺的生成3.1.4烯胺

制备烯胺:①醛或酮

②仲胺

③脱水剂(如无水碳酸钾)存在下，④加苯、或甲苯、二甲苯把生成的水带出，⑤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。强失水剂如四氯化钛，可迫使反应进行完全。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。它们的结构式如下第41页,共64页，2024年2月25日，星期天1.烯胺的生成3.1.4烯胺

第42页,共64页，2024年2月25日，星期天2.烯胺在有机合成中的应用3.1.4烯胺

β-碳原子(即初始羰基化合物的α－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。第43页,共64页，2024年2月25日，星期天2.烯胺在有机合成中的应用3.1.4烯胺

第44页,共64页，2024年2月25日，星期天2.烯胺在有机合成中的应用3.1.4烯胺

◆烯胺易与酰氯或酸酐作用，产物经水解可以得到β-二酮，是得到高产率C-酰基化产物的好方法。第45页,共64页，2024年2月25日，星期天3.1.5α-皮考啉反应（Picoline）3.1酸催化缩合反应

◆α-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α-取代乙烯吡啶。第46页,共64页，2024年2月25日，星期天3.1.6Prinsreaction

◆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。第47页,共64页，2024年2月25日，星期天3.1.6Prinsreaction

应用较原烯烃多一个碳原子的醇生产氯霉素第48页,共64页，2024年2月25日，星期天3.2酸催化分子重排

分子重排反应是分子中的一个基团或原子从一个原子转移到另一个原子上，形成一个新的分子的反应。

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。

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。第49页,共64页，2024年2月25日，星期天3.2.1

频哪醇－频哪酮重排重排的动力是新形成的碳正离子更为稳定叔烷基酮环状频哪醇，重排后可扩环第50页,共64页，2024年2月25日，星期天3.2.2

Beckmann重排酮肟变酰胺氮宾正离子水合应用生产尼龙-6的原料第51页,共64页，2024年2月25日，星期天3.2.3

烯丙基重排烯丙基正离子双键移位称为：烯丙基重排SN1机理SN2′机理SN2机理第52页,共64页，2024年2月25日，星期天自由基式离子3.2.4

联苯胺重排联苯胺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第53页,共64页，2024年2月25日，星期天3.2.4

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，这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，重排产物叫做对半联苯胺，如果两个对位都被封闭，产物叫做邻半联苯胺。第54页,共64页，2024年2月25日，星期天3.2.5

Schmidt重排

在强酸存在下，羧酸、酮、醛等与叠氮酸作用，生成伯胺、酰胺或腈反应称为施密特（Schmidt）重排反应。第55页,共64页，2024年2月25日，星期天3.2.5

Schmidt重排3.2酸催化分子重排

Schmidt重排反应历程（了解）：重排第56页,共64页，2024年2月25日，星期天3.2.5

Schmidt重排重排反应速率为：二烷基酮>烷基芳基酮>二芳基酮重排了解第57页,共64页，2024年2月25日，星期天3.2.5

Schmidt重排芳基烷基酮重排，一般是芳基移位至氮原子上若HN3过量(2个物质的量以上)，则生成“四唑”