有機(jī)合成課件.ppt

,第三章,碳碳重鍵和碳環(huán)的形成,3.1 碳碳雙鍵的形成,3.1.1通過-消除反應(yīng)形成碳碳雙鍵,-消除是指從相鄰的兩個(gè)碳原子上脫去兩個(gè)原子或基團(tuán)形成重鍵的反應(yīng)。其通式為：,1) 鹵代烴脫鹵化氫,常用的堿性試劑有乙醇鈉的乙醇溶液、叔丁醇鉀的叔丁醇溶液、三乙胺、吡啶和喹啉等。,（2）不同鹵代烴的活性順序?yàn)?叔鹵代烷仲鹵代烷伯鹵代烷。,（3）一般遵循查依采夫規(guī)則，即優(yōu)先生成熱力學(xué)穩(wěn)定的多取代烯烴。,用吡啶或喹啉不能使氯代酯脫鹵化氫，而用DBN在90共熱即可順利生成烯炔酯。,（4）一般為反式消除,若-碳上連有空間位阻較大的基團(tuán)，則優(yōu)先生成少取代烯烴,2) 醇的脫水,醇的脫水也是合成烯烴的重要方法。,常用的脫水劑有酸(硫酸、磷酸、草酸)和堿(氫氧化鉀)，鹽(硫酸氫鉀)、無機(jī)酰鹵(亞硫酰氯、三氯氧磷). 醇的脫水速度次序?yàn)?叔醇仲醇伯醇。仲醇與叔醇的脫水仍然符合查依采夫規(guī)則 .,用Al203催化氣相脫水主要生成多取代烯烴，而采用ThO2作催化劑則主要生成少取代烯烴，這合成末端烯烴的好方法.,（4）某些醇的酸催化脫水可發(fā)生瓦格納梅爾外因重排,烷基、芳基或氫從一個(gè)碳原子向另一個(gè)碳原子遷移的反應(yīng)稱為Wagner-Meerwein重排。,在進(jìn)行重排時(shí)，通常是由不穩(wěn)定的碳正離子重排為穩(wěn)定的碳正離子，其基團(tuán)遷移的活性次序?yàn)椋?（5）近年來出現(xiàn)了一些高效、高選擇性的非質(zhì)子性試劑，如二甲亞砜(DMSO)和六甲基磷酰胺(HMPA)等。它們能夠提高烯烴的產(chǎn)率，適用于有空間位阻的烯烴的合成。,3) -鹵代醇消除次鹵酸,-鹵代醇與2價(jià)錫化合物、2價(jià)鈦化合物或與鋅-乙酸作用，可消除次鹵酸生成烯烴，其中-碘代醇的產(chǎn)率最好。,此反應(yīng)是反式消除,4) 鄰二鹵化物脫鹵,鄰二鹵化物在脫鹵劑作用下可以脫去鹵素生成烯烴。, 鋅粉在甲醇、乙醇或乙酸中； 鈉在液氨溶液中； 2價(jià)鉻、2價(jià)鈦、2價(jià)釩及烴基鋰、二烷基銅鋰等。,脫鹵劑,5) 季銨堿熱解,季銨堿受熱可以裂解成烯烴、叔胺、和水：,常用的堿：濕的Ag2O、NaOH、C2H5ONa、t-BuOK等,一般遵循霍夫曼規(guī)則，即優(yōu)先生成取代少的烯烴。,6) 曼尼希堿的-消除,曼尼希堿或其季銨鹽受熱或在堿的作用下，可以發(fā)生-消除，失去含氮基團(tuán)和-H，生成不飽和化合物。,主,曼尼希堿的-消除一般遵循霍夫曼規(guī)則。,7) 熱消除反應(yīng),羧酸酯、黃原酸酯、氧化叔胺熱解消除是烯烴的重要合成方法之一。,（1）羧酸酯的熱消除,羧酸酯的熱消除是-消除，而且一般遵循霍夫曼規(guī)則。但若按查依采夫規(guī)則消除后可形成共軛結(jié)構(gòu)時(shí)，則優(yōu)先按查依采夫規(guī)則消除。,（2）黃原酸酯的熱消除,課間休息！,（3）氧化叔胺熱解：,氧化叔胺受熱也分解成烯，同時(shí)消除一分子二取代羥胺,這個(gè)反應(yīng)叫做考普(Cope)反應(yīng)。一般遵循查依采夫規(guī)則。,3.1.2 通過維蒂希(Wittig)反應(yīng)形成碳碳雙鍵,1) 與羰基化合物反應(yīng)：,磷鹽與適當(dāng)?shù)膲A作用可制得磷葉立德。磷葉立德與羰基化合物的反應(yīng)是合成烯烴的重要方法，常稱為Wittig反應(yīng)。,（1）穩(wěn)定的磷葉立德對(duì)水穩(wěn)定，故可在氫氧化鈉水溶液中制備。對(duì)于-氫酸性更強(qiáng)的鹽甚至在氫氧化銨或碳酸鈉水溶液中制備。,（3）由于磷鹽易由三苯磷與鹵代烴反應(yīng)制得，在堿存在下，三苯基膦、鹵代烴及羰基化合物即可按“一鍋法”將磷鹽的形成、磷葉立德的形成以及與羰基化合物的縮合等三步反應(yīng)合并進(jìn)行，具有操作簡(jiǎn)便，產(chǎn)率較高的特點(diǎn)。,（2）穩(wěn)定的磷葉立德可被析離提純，繼而與羰基化合物反應(yīng)。亦可不經(jīng)析離即可與羰基化合物直接反應(yīng)。,（4）Wittig反應(yīng)的優(yōu)點(diǎn),產(chǎn)物中所導(dǎo)入的雙鍵處于原來羰基的位置(羰基碳原子與磷葉立德中帶負(fù)電荷的碳原子之間)。,與，-不飽和羰基化合物作用，不發(fā)生1，4-加成，因此雙鍵位置比較固定。,3.1.3 通過縮合反應(yīng)形成碳碳雙鍵,1)羥醛縮合,是指含有-H的醛、酮在堿的作用下易于失去-H形成碳負(fù)離子而向另一分子醛的羰基碳進(jìn)攻，生成-羥基醛。,2)磷葉立德的烴化反應(yīng),（1）常用的堿為稀NaOH溶液，脫水催化劑為酸。 （2）酮發(fā)生“羥醛縮合” 時(shí)，常需用比較強(qiáng)的催化劑，或在較強(qiáng)烈的反應(yīng)條件下進(jìn)行反應(yīng)。,（3）不同的兩種含-H的醛之間可以發(fā)生交叉羥醛縮合。但產(chǎn)物是比較復(fù)雜的混合物，若以含-H的醛與不含-H的醛進(jìn)行交叉羥醛縮合時(shí)有實(shí)用意義。,先用強(qiáng)堿使醛酮完全轉(zhuǎn)變成烯醇鹽，然后再與另外一種醛酮加成反應(yīng)，可以向預(yù)定的方向進(jìn)行。,是指醛，酮在堿性催化劑和少量羧酸存在下能與活潑亞甲基化合物發(fā)生脫水縮合反應(yīng)，生成含有碳碳雙鍵的產(chǎn)物。,2) 克諾凡納格反應(yīng),（1）所用的堿性催化劑是氨、胺、吡啶、哌啶等。,（2）常用的是具高度活性的活潑亞甲基化合物，如：丙二酸酯、-酮酸酯、-二酮、氰基乙酸酯、苯乙腈等。,（3）在上述反應(yīng)條件下，醛、酮自身發(fā)生羥醛縮合的可能性很小，故克諾凡純格反應(yīng)的收率-般都相當(dāng)好，在有機(jī)合成中有廣泛的應(yīng)用。,3)施托貝反應(yīng),是指醛、酮與丁二酸二乙酯或其烷基取代衍生物在堿的催化下可以發(fā)生類似羥醛縮合的反應(yīng)，生成丁二酸酯的一個(gè)亞甲基與醛、酮的羰基脫水縮合的產(chǎn)物。,Stobbe縮合反應(yīng)的機(jī)理,3.2 碳碳叁鍵的形成 3.2.1 通過二鹵代烴脫鹵化氫形成碳碳叁鍵 ：,3.2.2 通過-二酮脫氧反應(yīng)形成碳碳叁鍵：,3.2.3 通過炔烴的偶聯(lián)反應(yīng)形成碳碳叁鍵：,3.2.4 通過炔化物的烴基化形成碳碳叁鍵：,自 學(xué) 提 綱,第三章,碳碳重鍵和碳環(huán)的形成,（2）,碳碳重鍵和碳環(huán)的形成,3.3 碳環(huán)的形成,由碳原子間相互鍵合而成的環(huán)狀分子骨架稱為碳環(huán)。,可導(dǎo)致閉環(huán)的反應(yīng)很多，概括起來有以下三種類型：,在光或熱的作用下，兩個(gè)或兩個(gè)以上的體系相互作用，兩個(gè)體系末 端 連 接成環(huán)狀分子的反應(yīng) ，稱為環(huán)加成反應(yīng)。主要包括4+2環(huán)加成反應(yīng)和2+2環(huán)加成反應(yīng)。如： Diels-Alder反應(yīng),3.3.1 環(huán)加成反應(yīng),（1）Diels-Alder反應(yīng)又叫做雙烯合成，是共軛二烯與烯、炔進(jìn)行環(huán)化加成生成環(huán)己烯衍生物的反應(yīng)。例如：,（2）Diels-Alder反應(yīng)的反應(yīng)物分為兩部分:一部分為電子豐盈的雙烯體,即有供電子基（CH3O- 、 Me2N- 、 RS- 、 Me3SiO- 、 CH3CO2-）,提供共軛雙烯；另一部分為電子缺乏的親雙烯體，即含吸電子基，如羰基、羧基、硝基、砜基(-SO2R)及氰基等不飽和化合物，提供不飽和鍵 。,（3）Diels-Alder反應(yīng)有如下一些特點(diǎn) ：,構(gòu)型不同的雙烯異構(gòu)體有不同的反應(yīng)活性,反應(yīng)是立體專一的,反應(yīng)物中取代基的相對(duì)構(gòu)型，在產(chǎn)物中仍舊保留。,不對(duì)稱取代的雙烯體與不對(duì)稱取代的親雙烯體環(huán)加成 ，往往以“鄰”位或 “對(duì)”位異構(gòu)體為主，而 “間”位的較少，即反應(yīng)表現(xiàn)出具有區(qū)域選擇性。例如：,3.3.2 通過卡賓及類卡賓對(duì)烯烴的加成反應(yīng)形成碳環(huán),（1）卡賓對(duì)烯烴的加成反應(yīng),卡賓是電中性的含有2價(jià)碳的活性中間體，2價(jià)碳原子上有兩個(gè)未成對(duì)的價(jià)電子?？ㄙe對(duì)烯鍵的加成屬于2+2環(huán)加成反應(yīng)，是合成環(huán)丙烷衍生物的一個(gè)重要方法。,（2）類卡賓對(duì)烯烴的加成反應(yīng),二碘甲烷與鋅-銅偶合體制得的有機(jī)鋅試劑與烯烴作用生成環(huán)丙烷及其衍生物的反應(yīng)稱為斯莫森-斯米齊（Simmons-Smith）反應(yīng)。,雖然在反應(yīng)過程中沒有產(chǎn)生卡賓，但在反應(yīng)中具有類似卡賓的性質(zhì)，所以有機(jī)鋅試劑稱為類卡賓。例如：,6,3.3.3 通過縮合反應(yīng)形成碳環(huán),(1)狄克曼（Dieckmann）縮合反應(yīng),當(dāng)二元酸酯分子中的兩個(gè)酯基被 4 個(gè)或4個(gè)以上的碳原子隔開時(shí)，就會(huì)發(fā)生分子內(nèi)的縮合反應(yīng)，形成五元環(huán)、六元環(huán)或更大環(huán)的酯環(huán)酮類化合物。這種環(huán)化酯縮合反應(yīng)稱為狄克曼（Dieckmann）縮合反應(yīng)。常用醇鈉、氫化鈉、乙醇鉀和叔丁醇鉀等強(qiáng)堿作為催化劑。機(jī)理見P76,用二乙基鋅代替鋅-銅偶合體，可以獲得產(chǎn)率較好的環(huán)丙烷衍生物,分子間的酯縮合也可用于制備環(huán)狀化合物,（2）酮醇縮合,脂肪酸酯和金屬鈉在乙醚、甲苯或二甲苯中，在純氮?dú)饬鞔嬖谙?，發(fā)生雙分子還原反應(yīng)，生成-羥基酮，此反應(yīng)稱為酮醇縮合。二元酸酯發(fā)生分子內(nèi)酮醇縮合可生成環(huán)狀酮醇。本反應(yīng)主要用于中環(huán)和大環(huán)的制備。例如：,（3）分子內(nèi)的羥醛縮合和羅貝松(Robinson)環(huán)化反應(yīng),分子內(nèi)的羥醛縮合反應(yīng)也是合成環(huán)狀化合物的重要方法之一，常用于五元和六元環(huán)的形成。例如：,酮與，-不飽和酮在堿催化下發(fā)生Michael加成，生成1，5-二酮，然后發(fā)生分子內(nèi)的醇醛縮合，形成一個(gè)新的六元環(huán)，再經(jīng)消除脫水生成，-二環(huán)(多環(huán))酮，該反應(yīng)稱為羅貝松(Robinson)環(huán)化反應(yīng)。,9,（4）分子內(nèi)的親核取代反應(yīng),活潑亞甲基化合物(如丙二酸酯、乙酰乙酸乙酯等)與二鹵代烴在強(qiáng)堿醇鈉、醇鉀等作用下 ，通過活潑亞甲基化合物烴基化及分子內(nèi)的親核取代反應(yīng)可得到環(huán)狀化合物。例如 ：,3.3.4 通過某些特定條件下的重排反應(yīng)形成碳環(huán),（1）頻哪醇重排,課間休息！,課間休息！,鄰二醇在酸的作用下，可發(fā)生如下重排，生成酮。,一個(gè)羥基連在脂環(huán)上的鄰二醇發(fā)生頻哪醇重排后，生成的是環(huán)擴(kuò)大或環(huán)縮小的酮。例如：,（2）瓦格納-米爾魏因重排,瓦格納-米爾魏因(Wagner，EarHcp-Meerwein)重排是醇或鹵代烴在酸催化下進(jìn)行親核取代或進(jìn)行消除時(shí)，或者烯烴進(jìn)行親電加成時(shí)所發(fā)生的重排。在這些反應(yīng)中，都有碳正離子中間體生成。重排時(shí)，是鄰位烴基或氫原子向帶正電荷的碳遷移。例如：,環(huán)狀化合物的重排還能導(dǎo)致環(huán)擴(kuò)大或環(huán)縮小。例如：,（3）捷米揚(yáng)諾夫重排,捷米揚(yáng)諾夫 重排是脂肪族伯胺與亞硝酸水溶液作用，發(fā)生脫氮、重排而生成醇的反應(yīng)。,脂環(huán)族伯胺發(fā)生這種重排時(shí)，能得到擴(kuò)環(huán)或縮環(huán)產(chǎn)物。若脫氮后形成正電荷在環(huán)外-碳上的碳正離子中間體，重排后得到擴(kuò)環(huán)產(chǎn)物。例如：,若脫氮后形成的碳正離子，其正電荷就在環(huán)上，則重排成環(huán)縮小產(chǎn)物。P83,在這些反應(yīng)中，實(shí)際上得到的是原環(huán)產(chǎn)物和擴(kuò)環(huán)或縮環(huán)產(chǎn)物的混合物，同時(shí)也有碳正離子消除-氫后生成的烯烴副產(chǎn)物。例如：,在有機(jī)合成上，由低一級(jí)的環(huán)酮制取高一級(jí)的環(huán)酮，可以利用這種重排。需經(jīng)過以下一系列反應(yīng)：,（4）法沃爾斯基重排,法沃爾斯基重排是-鹵代酮在堿的作用下，脫去鹵原子并重排成羧酸或羧酸衍生物的反應(yīng)。在醇鈉作用下，重排成酯的機(jī)理可表示如下：,-鹵代脂環(huán)酮也能發(fā)生這種重排，生成的是環(huán)縮小產(chǎn)物。這在有機(jī)合成中也有應(yīng)用。例如：,有些含有1，5-二烯鍵的大環(huán)或小環(huán)化合物，由于環(huán)張力較大，易于發(fā)生考普重排，變成張力小的環(huán)狀化合物。例如：,Cope重排是1.5-二烯受熱發(fā)生3，3遷移，生成另一種1，5-二烯的反應(yīng)。,（5）Cope重排,復(fù)寫思考題,1. 可形成碳碳雙鍵的反應(yīng)途徑有哪幾方面？ 2. 什么叫-消除？什么是查依采夫規(guī)則？什么是霍夫曼規(guī)則？ 3. 在所介紹的七類-消除反應(yīng)中，那些遵循查依采夫規(guī)則？那些 遵循霍夫曼規(guī)則？ 4. 什么是Wittig反應(yīng)？它具有哪三個(gè)優(yōu)點(diǎn)？ 5. 什么叫羥醛縮合？含有