有機化學(xué)合成第二章官能團化和官能團轉(zhuǎn)換

有機化學(xué)合成第二章官能團化和官能團轉(zhuǎn)換第1頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五

在分子中引入官能團和官能團的轉(zhuǎn)換是合成的重要方面。本章我們打算概括地匯集在分子中引入官能團和官能團轉(zhuǎn)換的各種各樣的反應(yīng)，這些反應(yīng)都是成功的合成化學(xué)工作者所需要的。第2頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五注意：1.反應(yīng)為自由基機理

2.有過氧化物存在或加熱、光照

3.鹵素的活性：F2>Cl2>Br2>I2

4.氫的活性順序為：3°>2°>1°例1一、烷烴的官能團化第3頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五例2、解釋下述事實。

氯自由基的活性比溴自由基的活性高，所以氯化反應(yīng)的選擇性比溴化反應(yīng)的選擇性差。第4頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五二、烯烴的官能團化第5頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五1.烯烴與卡賓的加成反應(yīng)是合成環(huán)丙烷衍生物的重要方法。第6頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五2.碳—碳雙鍵相鄰的碳—氫鍵（烯丙位氫）對氧化和鹵化是敏感的。SeO2氧化烯丙位氫通常發(fā)生在取代基較多的雙鍵碳原子的α-位，其順序為—CH>CH2>CH3.第7頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五

3.

用NBS進行溴化，反應(yīng)涉及烯丙基自由基中間體，所以得到溴代烴的混合物。第8頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五4.烯烴的羥汞化—還原（脫汞）反應(yīng)第9頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五完成下列反應(yīng)：1、2、3、4、6、7、第10頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五習(xí)題：用1-甲基環(huán)己烷為原料，合成下列化合物。1)

第11頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五三、炔烴的官能團化第12頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五1.炔烴的官能團化主要是碳—碳叁鍵的反應(yīng)和炔氫的反應(yīng)。

完成下列反應(yīng)：第13頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五完成下列轉(zhuǎn)變：1、由乙炔、丙炔合成第14頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五四、芳烴及其衍生物的官能團化（一）芳烴的親電取代反應(yīng)第15頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五1.芳烴的鹵代

苯在Lewis酸催化下的鹵代一般只限于氯代和溴代。近年來發(fā)現(xiàn)了一些反應(yīng)條件溫和、選擇性良好的鹵化試劑。

例：在三氟過氧乙酸存在下，用四氯化鈦作氯化試劑，可以使芳烴的氯代反應(yīng)在室溫下順利完成。第16頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五2.芳烴的磺化

磺化反應(yīng)不僅容易進行，而且為可逆反應(yīng)，因此磺酸基在合成中是極為有用的占位基團。第17頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五3.芳烴的Friedel-Crafts烷基化

芳烴的烷基化反應(yīng)是制備烷基苯的重要方法之一。通常在酸催化下進行。常用的酸催化劑可以是Lewis酸，也可以是質(zhì)子酸，其活性次序為：

常用的烷基化試劑可以是：鹵代烴、烯烴、醇、醚和酯。

但是要注意重排的發(fā)生。第18頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五4.芳烴的Friedel-Crafts酰基化

芳烴的酰基化反應(yīng)是制備芳基酮的重要方法。

常用的酰化試劑：酰鹵、酸酐和羧酸。

Friedel-Crafts?；膬?yōu)點：反應(yīng)可以停留在一取代階段，而且不發(fā)生重排反應(yīng)。第19頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五5.芳烴側(cè)鏈上的反應(yīng)

1）芐基位的鹵代

2）芐基位的氧化

氧化劑為酸性高錳酸鉀第20頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五（二）取代苯衍生物的官能團化

1.取代芳烴亦可以發(fā)生親電取代反應(yīng)，而且芳環(huán)上已有的取代基決定著親電試劑進入的位置，并影響取代反應(yīng)的速率。第21頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五

習(xí)題：

1、由苯或甲苯合成第22頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五五、羥基的官能團轉(zhuǎn)換反應(yīng)第23頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五1.轉(zhuǎn)變成鹵代烴

1）與HX作用

反應(yīng)活性次序為：叔醇>仲醇>伯醇，HI>HBr>HCl>>HF

但是反應(yīng)常伴有重排等副反應(yīng)，使其應(yīng)用受到限制。第24頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五第25頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五2）反應(yīng)條件溫和、選擇性好、副反應(yīng)少的鹵代試劑：

SOCl2，PX3，PX5第26頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五2.分子內(nèi)脫水生成烯烴

符合扎依采夫規(guī)則。也注意重排的發(fā)生。第27頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五3.在堿性條件下，與鹵代烴反應(yīng)成醚

注意鹵代烴的消除。

例：合成

第28頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五4.羥基的保護

1）醇在酸性條件下可與2,3-二氫吡喃作用生成混合型縮醛，來保護羥基。因此對堿、Grignard試劑、烷基鋰、氫化鋁鋰、烴化劑和?；瘎┚€(wěn)定。

第29頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五

2）酚羥基保護有時會用CH3I生成甲醚，脫保護時用HI，回流。選擇保護基團時，需考慮：①該基團在溫和條件下引入；②在化合物中其他基團發(fā)生轉(zhuǎn)化所需要的條件下是穩(wěn)定的；③在溫和條件下易于除去。第30頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五5、羥基的氧化

6、多元醇的反應(yīng)

1）與新制的氫氧化銅反應(yīng)

2）與高碘酸（HIO4）反應(yīng)

3）頻哪醇重排第31頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五習(xí)題：

一、完成下列反應(yīng)：第32頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五六、鹵素的官能團轉(zhuǎn)換第33頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五1、親核取代反應(yīng)

1）機理：單分子親核取代SN1和雙分子親核取代

SN2機理。

2）鹵代烴幾乎可以同所有的親核試劑發(fā)生反應(yīng)

3）可以得到醇類、胺類、醚類、酯類、腈類等多種

有機化合物，因此在合成中有廣泛應(yīng)用。

不同鹵代烴在進行親核取代反應(yīng)時，其反應(yīng)速度與底物的結(jié)構(gòu)、離去集團、親核試劑的性質(zhì)、反應(yīng)條件等有關(guān)。第34頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五2、消除反應(yīng)

1）機理分為E1和E2消去

2）在強堿性溶液中進行，主要生成Saytzeff烯烴

3）用于制備烯烴、炔烴等第35頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五3、與金屬反應(yīng)

4、還原成烷烴

習(xí)題：一、完成下列反應(yīng)第36頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五七.氨基的官能團轉(zhuǎn)換第37頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五由苯合成:第38頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五八、硝基與氰基的轉(zhuǎn)換反應(yīng)第39頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五腈與格氏試劑合成酮第40頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五3、腈與醇反應(yīng)生成酯。

機理：第41頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五九、羰基化合物的反應(yīng)第42頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五第43頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五（一）親核加成反應(yīng)

1.與醇的加成

醛（酮）在HCl(氣)或無水強酸催化下，與等摩爾的醇反應(yīng)形成一種加成產(chǎn)物，叫半縮醛（酮）半縮醛（酮）可進一步與醇在HCl(氣)或無水強酸催化下，脫去一分子水，生成縮醛（酮）。第44頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五

由于縮醛或縮酮都對堿、氧化劑、還原劑穩(wěn)定，因此常常用生成縮醛或縮酮的方法來保護羰基，保護完畢再用稀酸水解脫掉保護基。例如：

第45頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五2.加NaHSO3飽和溶液

亞硫酸氫鈉的飽和溶液(40%)和醛、酮作用，很快生成白色沉淀(-羥基磺酸鈉)，常用于醛酮的分離與提純。

反應(yīng)應(yīng)用范圍：所有醛、脂肪甲基酮、八碳以下環(huán)酮第46頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五3.加氨衍生物

氨的衍生物(NH2Y)像羥氨(NH2OH)、肼(NH2NH2)、氨基脲(NH2NHC(O)NH2)等由于氮上有孤對電子，都能作為親核試劑和醛、酮的羰基發(fā)生親核加成反應(yīng)。第47頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五與羥胺加成的產(chǎn)物為肟，在酸性條件下會發(fā)生Backmann重排成酰胺

第48頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五4.加HCN

水解，制備-羥基酸

反應(yīng)應(yīng)用范圍：所有醛、脂肪甲基酮、八碳以下環(huán)酮

例：由苯及不超過3個原子的有機物合成

第49頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五5.與格氏試劑

生成醇。在合成上有重要用途。第50頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五6.Witting反應(yīng)—制烯烴

Wittig反應(yīng)條件溫和，產(chǎn)率高，生成的雙鍵位置確定，沒有重排。第51頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五羥醛縮合Stobbe縮合Darzen縮合Reformatsky縮合Knoevenagel-Doebner縮合Mannich反應(yīng)第52頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五1.羥醛縮合反應(yīng)（a）醛的縮合產(chǎn)物是β-羥基醛。形成的β-羥基醛在加熱時(或用稀酸處理)，很容易脫水變成α,β-不飽和醛。脫水一步是不可逆的，從而使反應(yīng)進行到底。例如：（二）縮合反應(yīng)第53頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五(b)酮的縮合反應(yīng)

酮在同樣的條件下，也可發(fā)生縮合反應(yīng)形成β-羥基酮，但反應(yīng)的平衡大大偏向于反應(yīng)物一方：如果設(shè)法使平衡不斷向右移動，也能得到較高產(chǎn)率的縮合產(chǎn)物。第54頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五(c)分子內(nèi)縮合二羰基化合物發(fā)生分子內(nèi)縮合形成環(huán)狀化合物。例如：如果有多種成環(huán)選擇，則一般都形成五、六員環(huán)。第55頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五(d)交叉的醇醛縮合如果有一個反應(yīng)物含α-氫，而另一個反應(yīng)物不含α-氫，這時可得到產(chǎn)率較高的單一產(chǎn)物。例如：不含α-氫的芳醛與含α-氫的醛或酮在堿存在下的縮合又叫Claisen-Schmidt反應(yīng)第56頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五2.Stobbe反應(yīng)

在堿存在下，酮與丁二酸酯的反應(yīng)。

常用的催化劑為叔丁醇鉀、醇鈉、NaH等。第57頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五反應(yīng)機理：第58頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五

Stobbe縮合反應(yīng)在有機合成上的應(yīng)用，它的產(chǎn)物在強酸中加熱水解可發(fā)生脫羧反應(yīng)，得到較原來酮、酸增加三個碳原子的不飽和羧酸。

第59頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五3、Darzen反應(yīng)1)定義：α,β-環(huán)氧酸酯*CH2

生成醛

CHR生成酮

醛、酮與α-鹵代酸酯在強堿(RONa,NaNH2,(CH3)3COK)催化作用下互相作用，生成α,β-環(huán)氧酸酯的反應(yīng)稱為Darzen反應(yīng).第60頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五3）應(yīng)用

合成環(huán)氧酸酯，合成比原料醛、酮多一個碳的醛、酮。第61頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五第62頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五α-鹵代酸酯在鋅粉作用下，先生成有機鋅化合物（注意：格試劑活性比它高），再與醛或酮的羰基發(fā)生親核加成，水解生成-羥基酸酯，再水解得-羥基酸。如：4、Reformatsky反應(yīng)第63頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五補充：-溴代酸酯的制備說明：

①

反應(yīng)需在惰性溶劑(如苯)中進行；②不能用BrMgCH2CO2Et代替BrZnCH2CO2Et；

③

-溴代酸酯的-碳上的取代基空阻太大時，反應(yīng)不能進行。④該反應(yīng)定向性好。第64頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五①

β-羥基酸酯,②

β-羥基酸,③

α,β-不飽和酸酯④

α,β-不飽和酸以及由它們衍生的化合物。主要用來制備以下化合物：第65頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五第66頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五

在弱堿的催化作用下，醛、酮與含有活潑亞甲基的化合物發(fā)生的失水縮合反應(yīng)為Knoevenagel反應(yīng)。5、Knoevenagel反應(yīng)第67頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五Knoevenagel反應(yīng)的實例制備各種類型的α,β-不飽和化合物.第68頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五6、Mannich反應(yīng)——氨甲基化反應(yīng)

具有活潑氫的化合物、甲醛、胺同時縮合，活潑氫被氨甲基或取代氨甲基取代的反應(yīng)，稱為Mannich反應(yīng)，生成的產(chǎn)物稱為Mannich堿。取代的氨甲基第69頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五Mannich反應(yīng)實例1.β-氨基酮的制備不對稱酮反應(yīng)時，取代多的-位優(yōu)先反應(yīng)。第70頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五第71頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五2.制α,β-不飽和酮第72頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五其它反應(yīng)1)Perkin反應(yīng)芳醛和酸酐在相應(yīng)的羧酸鹽存在下的反應(yīng)，產(chǎn)物是α,β-不飽和芳香酸：第73頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五2)安息香縮合

芳香醛或少數(shù)不含α-H的脂肪醛在CN的催化作用下，發(fā)生雙分子縮合，生成α-羥基酮。第74頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五3)醛酮的氧化和還原

(1)氧化KMnO4,K2Cr2O7,H2CrO4,RCOOOH,Ag2O,H2O2,Br2(水)(i)醛極易氧化，許多氧化劑都能將醛氧化成酸。(ii)許多醛能發(fā)生自動氧化。(iii)用Tollen試劑[Ag(NH3)2+]氧化發(fā)生銀鏡反應(yīng)(只氧化醛，不氧化酮)。第75頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五

酮不被通常的氧化劑氧化。+CH3COOOHCH3COOC2H540oC+CH3COOHBaeyer-Villiger反應(yīng)R’重排的優(yōu)先次序R3C->R2CH-,>RCH2->CH3->>第76頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五第77頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五Mg-Hg,

苯H2O(2)還原第78頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五還原到亞甲基

(i)Clemmensen還原第79頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五(ii)Wolff-Kishner還原(黃鳴龍改進)*兩種方法分別在酸和堿介質(zhì)中反應(yīng)，可以互相補充；*不適于,-不飽和羰基化合物的還原，或者連C=C一起還原，或者生成物復(fù)雜。第80頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五+CH2ONaOH+HCOONa甲醛與其它無-H的醛作用，甲醛總是還原劑

沒有-活潑氫的醛在強堿作用下，發(fā)生分子間的氧化還原而生成相應(yīng)醇和相應(yīng)酸的反應(yīng)。4)Cannizzaro反應(yīng)(歧化反應(yīng))第81頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五羧酸及其衍生物的反應(yīng)第82頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五一、羧酸的反應(yīng)

1、還原反應(yīng)