有機合成試劑

1、第五章有機合成試劑有機合成試劑包括元素有機試劑、金屬有機試劑、過渡金屬有機試劑以及稀土金屬有機試劑等。它們具有許多特殊的反應性能，對它們的研究，開發(fā)和利用是當代有機合成的一個重要特征.它們改變了傳統(tǒng)的有機合成面貌，促進了有機合成化學理論和實踐的發(fā)展，也正是他們開發(fā)了有機合成化學的一些新反應和新方法.他們在有機合成中占有重要地位.有機合成試劑包含的范圍廣泛，內(nèi)容豐富，絕非本章所能敘述得了的.這里只介紹鎂，鋰，銅，硼，磷,硅等幾種元素的原子和碳原子直接相連所形成的有機化合物，其中以有機鎂化合物應用較為普遍.5.1 有機鎂試劑有機鎂化合物是金屬有機化合物中最重要的一類化合物，在有機合成上是非常重要的

2、一類試劑.在格氏試劑分子中，鎂原子以共價鍵同碳原子相連.由于成鍵電子對移向電負性較大的碳原子，所以格氏試劑中的爛基是一種高活性的親核試劑，能發(fā)生加成，偶合和取代等反應.由于Grignard試劑在合成中的重要作用，試劑的發(fā)明者格林尼亞（Grignard）獲1912年的諾貝爾化學獎。5.1.1 Grignard試劑的制備和結(jié)構(gòu)1 .用鹵代燒制Grignard試劑用無水乙醴或四氫吠喃作溶劑，鹵代姓和鎂反應生成Grignard（格氏）試劑.反應式如下:RX + Mg無水Et2O -或四氫口夫喃RMgX當R為烷基，鹵代活潑芳姓時，用無水乙醴作溶劑。例如:BrBrMg當R為和鹵代不活潑芳姓時，不用無水乙醴

3、作溶劑而是用四氫吠喃作溶劑，因為用四氫吠喃作溶劑可避免歧化反應和偶聯(lián)反應的發(fā)生，因為四氫吠喃可與生成的Grignard試劑結(jié)合使得過渡狀態(tài)的生成受到抑制，表示如下HC 三 CH + CH2=CH2無水Et2O歧化反應2MgBr2 .用金屬化法制Grignard試劑當采用鏈狀單取代末端快燒或含有活潑氫的其他化合物時，用金屬化法制備Grignard試劑,反應式如下：RH+R'MgXEt2O-RMgX+R'H這里的R的電負性大于R/時，才能向生成物的方向進行，例如：RC = CH + C2H5MgXEt2ORCCMgX + C2H6Et2O + C2H5MgX HCMgX+ C2 H

4、6ROH + R'MgXEt2O* ROMgX + R'H在上述反應中一MgX都移向電負性大的原子或基團上，我們可以用Lewis酸堿理論解釋，即強的Lewis酸置換弱的Lewis酸。Grignard試劑容易與水作用,也是這個道理。關(guān)于Grignard試劑的結(jié)構(gòu)，一直有許多爭論.目前認為在乙醴溶液中，可能以幾種組分的某種平衡體系存在，反應表示如下:RX +MgEt2。OEt2OEt2OEt2OEt2Mg：OEt25.1.2Grignard試劑的反應X+OEt2OEt2OEt2RCOCl + R'MgXR'根據(jù)Grignard試劑的結(jié)構(gòu)特征，R帶部分負電荷，MgX帶

5、部分正電荷，反應時R和作用物分子帶部分正電性原子連接，MgX和作用物分子帶部分負電性原子相連接。作用物分子可以是含有的官能團化合物或是環(huán)氧烷、鹵代姓等化合物，進行親核加成反應、親核取代反應或偶聯(lián)反應1.Grignard試劑主要用于染基化合物反應制備醇。Grignard試劑同醛或酮的反應稱為Grignard反應。反應結(jié)果：甲醛得伯醇，其他醛得仲醇，酮得叔醇。例如OOMgBrOH(CH 3)2CHMgBr + CH 3cH 曰20 (CHsbCHCHCH 3 H3O > (CH 3)2CHCHCH 354%+EtQ._H3OC6H5MgBr+(C6H5)2C=O2(C6H5)3C-OMgBr

6、(C6H5)3COH91%Grignard試劑與%代不飽和醛作用一般主要生成1,2-加成產(chǎn)物。樹如C2H5MgBr + CH3cH=CHCHO干酬 H3O-%,不飽和酮的結(jié)構(gòu)不同可能生成1,2-加成的混合物，也可能主要生成1,OO4-力口成廣物。例見6H5cH=chCc(CH3)3+C2H5MgBrC6H5CHCHzCc(CH3)3VdJH3OC2H51,4-加成100%上面全部生成1,4-加成產(chǎn)物的例子，主要原因是空間阻礙，因為親核進攻C4比進攻C2容易得多。O(C6H5)2CHCH 2C OC2H5Grignard試劑與%&不飽和酸酯作用主要生成1,4-加成產(chǎn)物。例如干醍C6H5M

7、gBr+C6H5CH=CHCOC2H5-I日H2OO在催化量銅鹽的存在下,Grignard試劑與%&不飽和酮或酯反應，以良好的收率生成1,4-加成產(chǎn)物。例如(CH3)2SGrignard試劑與竣酸衍生物作用生成醇。例如OOMgBrCH3(CH 2)3MgBr + H-C-OC2H5EtO- hCoC 2H 5- Mg(Br)OC 2H5(Ch 2)3CH3OH-C-(CH2)3CH3 CH3(CH2)3MgBrOHCH3(CH2)3CH(CH 2)3CH385%OII乙醛2c6 H5 MgBr + CH3COC2H5OMgBrOHCH3-C-C6H5也-CH3-C-C6H5C6H5C6

8、H575%OC2H53c2H5MgBr + C=O -OC2H5C2H5H3O ”-C2H5CC2H5 (C2H5)3C-OHOMgBr88%與酰鹵作用可使反應停留在生成酮的一步，反應如下OMgXH2OR CCl OR C-R'Grignard試劑與二氧化碳作用生成竣酸，反應如下(CH3)3CMgCl + 0 = C=0干冰0I(CH 3)3C COMgClH2O(CH 3)3CC 0H69%70%Grignard試劑與月青作用也生成酮，反應如下R'R'R'MgX1H20RCN RC =NMgX RC二 NH Mg(OH)X酰亞胺H20hx"0IIRC

9、R' + NH4X亞胺水解生成染基化合物具有普遍意義，反應式如下.COCH3CH3MgX +H20HX52%59%2.Grignard試劑與環(huán)氧化合物的反應Grignard試劑與環(huán)氧乙烷作用生成伯醇，碳鏈增加兩個碳原子。例如，在香料工業(yè)中利用這個反應來合成苯乙醇，反應式如下H3O C6H5CH2CH20H干醴C6H5MgBr+H2CCH2C6H5CH2CH2OMgBr0與環(huán)氧丙烷作用生成仲醇，碳鏈上增加三個碳原子，反應式如下RMgX+CH3HC-/CH20*CH3CHCH2+CH3CHCH2該反應碳氧鍵斷裂產(chǎn)生1和2兩種中間體，由于空間效應，一般經(jīng)由1得到仲醇，反應式如下RMgX +

10、CH3-HC.-CH2 0* CH3CHCH2RCH3CHCH 2ROMgXOHGrignard試劑與氧雜環(huán)丁烷作用生成伯醇，碳鏈增加三個碳原子，反應式如下RMgX +H30-RCH2cH2cH20H3.Grignard試劑與鹵代姓的偶聯(lián)反應Grignard試劑與鹵代姓作用是合成姓的重要方法。Grignard試劑與飽和鹵代姓作用制得始產(chǎn)率較低，但與烯丙基鹵化物偶聯(lián)在室溫下即可得到較高產(chǎn)率的末CH 2CH=CH270.5%端烯姓:。例如Et2OMgBr+CH2=CHCH2BJ2室溫CH2=CHCH2MgBr+CH2=CHCH2BiH2=CHCH2CH2CH=CH273%有機鎂化合物與乙烯基鹵化物

11、雖然也可發(fā)生偶聯(lián)反應，但產(chǎn)率不高，然而在氯化鐵存在下即可順利進行。例如n-C6Hi3MgBr + BrCH =CH2FeCl3 .TFT,0 cln-C6H13CH=CH283%合成末端烯姓的另一種方法是Grignard試劑與鹵仿偶聯(lián)。例如研究表明，該偶聯(lián)反應可能是按卡賓歷程進行的。例如RCH2MgBr+CHBr3»CHBr+RCH2Br+MgBr2RCH2MgBr+CHBr*RCH2CH+MgBr2RCH2CHaRCH=CH2有機鎂化合物與四鹵化碳作用，則發(fā)生偶聯(lián)反應，生成含有奇數(shù)碳原子的非末端烯姓:。有機鎂化合物除發(fā)生上述反應外，還能與乙基原甲酸酯反應，經(jīng)水解生成醛。例如EtO+

12、RMgX+Eto,cHOEthRCH(OEt)用EOOH*RCHO菲基Grignard試劑與原甲酸酯反應制得10-菲醛。反應如下MgX+ CH(OEt) 35.2有機鋰試劑有機鋰化合物和Grignard試劑有許多相似之外，凡是Grignard試劑參加的反應，有機鋰試劑也能參加反應，但它比Grignard試劑活性大，因此，它在合成上的特殊性是Grignard試劑所不及的，特別是在精細有機合成、高分子合成上起著重要作用。5.2.1 有機鋰化合物的制備1 .鹵代烷與金屬反應用相應的鹵代與金屬鋰在無水乙醴中制備無水乙醴,Li + LiBr例如Br+2LiCH 3Br +2LiN2, Et2O*CH 3

13、Li+ LiBrC4H9cl+2Li無水乙0或己烷C4H9Li+LiClN22 .鹵代物和正丁基鋰交換反應芳香鹵、乙烯基鹵化物與金屬鋰反應較難，因此，通常采用鹵化物交換法來制備相應的鋰有機化合物，產(chǎn)率很好。例如CH2=CHX+n-C4H9Li'2'無水Et2ch2=ch-Li+n-C4H9XPhX+n-C4H9LiN2'無水Et2OPhLi+n-C4H9X鹵代物和正丁基鋰的交換反應之所以能夠進行，是因為乙烯基或苯基的電負性大于正丁基。3 .金屬化反應由姓和n-C4H9Li作用，也可以制備有機鋰化合物，燒中的氫原子被金屬鋰取代，這叫金屬化反應。例如武4H9c三0hMcT/

14、C96Hi2n-C4H2cLin-C4H9Li.(CH3)3CCCH(CH3)3CCCLi+n-C4H9LiTMEDAI依據(jù)Lewis酸堿理論，其反應方向一般是強的Lewis酸置換弱的Lewis酸。反應中往往加入N,N,N',N'-四甲基乙撐乙二胺促進反應的進行，因為N,N,N',N'-四甲基乙撐乙二胺與n-C4H9Li中的Li能夠發(fā)生螯合，成為螯合劑，金屬化能力更強，有利于金屬化的進行，5.2.2有機鋰化合物的特征反應有機鋰化合物中C5-Li部，碳上具有部分負電荷，作為親核試劑與Grignard試劑類似，可以與極性雙鍵、鹵代始及活潑金屬化合物進行反應。有機鋰試

15、劑與Grinard試劑有許多相似之處，并比Grinard試劑活潑，且具備一些特殊的反應性能。1 .有機鋰化合物與染基化合物反應有機鋰試劑與染基化合物反應時，與Grignard試劑相比不易受空間阻礙的影響。例如，異丙基澳化鎂和二異丙基酮的加成反應導致烯醇化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物,而異內(nèi)基鋰和二異丙基酮的加成反應則得到正常的三異丙基甲醇。反應如下(Me2CH)2CHOH65%Me2CHMgBr+(Me2CH)2c=0無水Et2O；MeCHCCHMe35%(MeCH)3C-OH無水Et2OMe£HL+(Me2CH)2c=0-(MeCH)3COLi金剛烷酮與C2H5Li作用得三級醇，而與C2H5Mg

16、Br作用只得二級醇，反應如下有機鋰化合物與&,不飽和酮的加成，1,2-加成占優(yōu)勢，而Grignard試劑與,不飽和酮的加成一般是1,4-加成占優(yōu)勢。例如PhCH=CHCOPhPhM1 4- Ph2CHCH 2C0PhPh2-i*PhCH=CHCPh2 OH2 .有機鋰化合物和CO2、竣酸的反應有機鋰試劑與CO2反應得到酮，而不是酸，例如-+/O-Li+OLiRiiRLi+O=C=OaRCR2c%O-Li+H/H2OR2gO+2LiOHCH3c-+O LiCOCH 3CH3Li uO-Li +H /H2Q+ 2CH3Li+_H /H2OOCH35.3有機銅試劑銅的有機化合物作為有機合成中

17、的重要試劑是20世紀60年代后期發(fā)展起來的。它包括有機銅及鋰的有機銅兩類化合物。有機銅鋰試劑一般表示為R2CuLi,這些試劑比著名的有機銅（I）試劑更穩(wěn)定，而且更活潑。R2CuLi是一種雙金屬絡合物，由于它的溶解性好，活性好，因此是有機銅試劑在有機合成上最常用的有機合成試劑。5.3.1 有機銅試劑的制備有機鋰化合物與CuI,氮氣下在乙醴中反應中即可制得有機銅(I)試劑，反應式如下RLi+Cul-N屋且2ORCu+LiI2mol有機鋰化合物與CuI在乙醴中反應制得有機銅鋰化合物，反應式如下2RLi+CuIN2Et2OR2CuLi+LilR:芳基、烯基、伯烷基等運用這種方法，芳基、烯基、伯烷基銅化

18、合物都容易制得。仲烷和叔烷基銅化物最好通過對應的鋰化合物和一種可溶液于醴中的碘化亞銅衍生物5.3.2 有機酮試劑的反應有機酮鋰試劑最有用的反應之一是它們對3,4-不飽和酮進行共腕加成，生成對應的飽和酮的4-的衍生物.而在這些條件下，非共腕酮的跋基并不發(fā)生反應。它提供了在有機合成中向3,4-不飽和酮的4-位導入烷基、芳基、烯基、烯丙基、甲基的重要方法，并以成為標準的、專一的、收率高的合成方法。例如：Me2C=CHCOCH+(CH2=CH)2CuLiEt2OCCH2=CH(CH3)2cH2cOCH3OH3C-HC=HC-C-CH3+Me2CuLiMezCHCH2COCH3這一共腕加成對于有位阻的化

19、合物更為適用，例如:CH+Me2CuLiOCHCH 3HCH 395%Me+OHMe3CHCH 3(CH 2)4CO(CH 2)4COH = CH2CH 3OH 2CCOOCHH3(CH 2)4COCH 3 +(CH 2=CH) 2CuLi2、與酰鹵的作用CH 2)4COCH 3+ Me 2cuLi物中帶有的-CO-、-OH、COOR-、-CONR基團時不受影響，故在有機合成中應+ (MeCHCH 2)2CuLiNC(CH2)10COCl + (n-C4H9)2CuLC(CH2)10COC4H9-nOCOCH 3MezCuLi 乙醴,0“ OO COOCH 3LcOOCH 3-78 oCCH

20、3(CH 2)4CO(CH 2)4COCl + Me2CuLi -i5mjn3,、OCOCH 3385%15%CH2=CHMgBr酸，CuI,-20oCBnO銅試劑多數(shù)情況下進攻環(huán)氧化合物空間位阻小的位置，得到相應的醇4、與鹵代姓的反應與有機鎂化合物類似，有機銅化合物亦可與鹵代姓反應，且具有以下優(yōu)點：其一，有機銅化合物與烯丙基鹵化物、乙烯基鹵化物均能順利反應；其二，無論是順反異構(gòu)的乙烯基鹵化物與有機銅試劑反應，還是順反異構(gòu)的有機銅試劑與鹵代姓反應，均可優(yōu)先得到雙鍵構(gòu)型保持不變的產(chǎn)物0°CC6H5cH=CHBr+(C6H5)2CuLi順式反式C6H5.JC6H5、.C6H5H-C6H5

21、+H24<1%73%90%<2%h3chXHBrLi/Et2。,N2(CH3O)3P/2CuIn-C8H17I(E)-H3C、/(才二C、)2CuLi+Me(CH2)6CH2lH(E)-H3CHcC=C/、HCH2(CH2)6CH3(E)-90%5.4瞬葉立德5.4.1瞬葉立德的結(jié)構(gòu)和制備PPh3+CH3Br_Ph3P+-CH3Br-.PhLiPh3P=CH2-Ph3P+-CH2-R1、R1、4_堿rI.CHBr+R3P".-CHPR3Br"1C=PR3R2R2R2結(jié)構(gòu)與反應性：(1)穩(wěn)定的磷葉立德：當R'、R'為強的吸電子，如：-COR,-CO

22、2,-CN等時，由于這些吸電子基團能分散負電荷，磷葉立德的親核能力減低，分子的穩(wěn)定性增加。(2)不穩(wěn)定的磷葉立德：當R'、R'為姓基、環(huán)烷基等時，由于R'、R'的供電子效應使負電荷在碳負離子上集中，親核能力增強，反應活性高，但穩(wěn)定性較低。(3)半穩(wěn)定的磷葉立德：當R'、R'為烯基、芳基時，活性介于上述兩者之間。(4)磷原子上的取代基對磷葉立德的活性亦有影響。如：Ph3P=CRR與(n-C4H9)3P=CRR'.5.4.1瞬葉立德的反應瞬葉立德的結(jié)構(gòu)特征表明它是一類強親核試劑，但它與一般的碳負離子不同，極大多數(shù)都穩(wěn)定存在。瞬葉立德具有特殊的

23、化學活性，能發(fā)生多種有機反應，是有機合成的重要中間體，廣泛用于碳-碳鍵的形成。1、與城基化合物的反應瞬葉立德與醛、酮反應生成烯燒，該反應稱為Witting反應或染基烯化反應，是合成烯姓的極有價值的重要方法R3P：C、R2R3_+ R4 c=0a R1R2C = CR3R4 +R3PO特點位置的轉(zhuǎn)一性2+ Ph3P亞甲基環(huán)己烷86%DMSO+ H2c = PPh3一Ph3P CH2H17OC9H17HOOHC9H17Ph3P CHOH+ Ph3P=CHCH 二CH2O3OHCC9H17OHC9H17hvHOH4-加成，因此雙鍵CHO + Ph維生素A第二個特點是與a,伊不飽和跋基化合物作用，不發(fā)

24、生位置比較固定。這就十分適合于多烯類化合物和菇類化合物的合成第三個特點是反應具有很好的立體選擇性。一般來說，在非極性溶劑中,共腕穩(wěn)定的瞬葉立德與醛（酮）反應優(yōu)先生成反式烯燒，而不穩(wěn)定葉立德則優(yōu)先生成順式烯燒。這一特點特別適合于許多產(chǎn)物中雙鍵的立體選擇性合成。CHO2Ph3P=CHCOOCH3+CHOWitting試劑反應的立體選擇性參考表反應條件穩(wěn)定的瞬葉立德不穩(wěn)定的瞬葉立德極性溶劑a年質(zhì)子性b)質(zhì)子性低選擇性，但以反式為主生成順式烯姓的選擇性增加選擇性差，以順式為主生成反式烯姓的選擇性增加在極性溶劑a)無鹽存在b)后鹽存在高選擇性地生成反式烯姓，成順式烯姓的選擇性增加高選擇性地生成順式烯姓生成反式烯姓的選擇性增加R12Ph3PC R2OC R34RR1Ph3PCR23OCR34R與娠基化合物的反應機理1R2RC=CR3R4+Ph3P=OWitting試劑價格比較昂貴，一種改進的方法是用價格便宜的亞磷酸酯(RO)3P代替PPh3亞磷酸酯與鹵代姓反應，經(jīng)阿爾布佐夫(Arbuzov)重排生成烷基瞬酸酯，烷基瞬酸酯在強堿存在下