第四章元素有機(jī)化合物的應(yīng)用

1、第四章第四章 元素有機(jī)化合物在有機(jī)合成中的應(yīng)用元素有機(jī)化合物在有機(jī)合成中的應(yīng)用有機(jī)物中元素有機(jī)物中元素常見元素：常見元素：C、H、O、N、Cl、Br、I等等不常見元素：不常見元素：P、S、B、Si、K、Li、Na、Mg、 Zn、Al、Cd及過渡金屬元素等。及過渡金屬元素等。 元素有機(jī)化合物有特殊的性質(zhì)，研究較多，元素有機(jī)化合物有特殊的性質(zhì)，研究較多，比較熱門。元素有機(jī)化合物的開發(fā)和利用，成為比較熱門。元素有機(jī)化合物的開發(fā)和利用，成為當(dāng)代有機(jī)合成的一個(gè)重要特征。當(dāng)代有機(jī)合成的一個(gè)重要特征。4 4.1.1 .1.1 膦膦 Ylid Ylid 形成形成+-RCH2Br+PPh3RCH2PPh3BrB

2、uLior PhLi+-RCH=PPh3RCHPPh3RCH=PPh3R2C=PPh3R 上帶有吸電基更穩(wěn)定！上帶有吸電基更穩(wěn)定！4 4.1 .1 有機(jī)膦試劑有機(jī)膦試劑4.1.2 膦膦 Ylid的應(yīng)用的應(yīng)用Wittig 反應(yīng)、酰化反應(yīng)、烴化反應(yīng)、偶聯(lián)反應(yīng)等。反應(yīng)、酰化反應(yīng)、烴化反應(yīng)、偶聯(lián)反應(yīng)等。膦膦 Ylid Ylid 與醛、酮與醛、酮反應(yīng)形成碳碳雙鍵反應(yīng)形成碳碳雙鍵與與RCOCl反應(yīng)反應(yīng)與與RCH2Br反應(yīng)反應(yīng)雙雙Ylid 氧化偶聯(lián)成環(huán)氧化偶聯(lián)成環(huán)Wittig 反應(yīng)三大優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)三大優(yōu)點(diǎn)：1、高度的位置專一性、高度的位置專一性O(shè)CH2Ph3P=CH2例例1：C9H17OPh3P=CH-CH=

3、CH2C9H17O3C9H17OHCOHOC9H17OOHPh3P=CH2C9H17OHOHC9H17hv例例2 2：維生素：維生素 D D2 2 的合成的合成例例3：OHCH22、與、與，- 不飽和羰基化合物反應(yīng)時(shí)，不發(fā)生不飽和羰基化合物反應(yīng)時(shí)，不發(fā)生1，4加成，僅加成，僅 發(fā)生發(fā)生1，2加成。加成。 雙鍵位置固定，適合雙鍵位置固定，適合萜類萜類、多烯的合成，不受、多烯的合成，不受 OH、-COOR的影響！的影響！CH2OH例：例：維生素維生素A1某酯某酯維生素維生素A1CHOPh3PCHCH2OCOR+CH2OCOR3 3、具有立體、具有立體選擇性選擇性在非極性試劑中在非極性試劑中:共軛穩(wěn)

4、定共軛穩(wěn)定的膦的膦Ylid與與RCHO反應(yīng)生成反應(yīng)生成反式反式烯烴；烯烴；不穩(wěn)定不穩(wěn)定的膦的膦Ylid與與RCHO反應(yīng)生成反應(yīng)生成順式順式烯烴。烯烴。穩(wěn)定穩(wěn)定的膦的膦Ylid：不穩(wěn)定不穩(wěn)定的膦的膦Ylid：Ph3P=CHCOOCH3Ph3P=CHCH=CHCOOC2H5Ph3P=CHC2H5Ph3P=CH2Ph3P=CHCH3例例1 1：甲基胭脂素的合成：甲基胭脂素的合成OHCCHOPh3P=CHCOOCH3+H3COOCCOOCH3.例例2 2：合成茉莉酮的有效中間體的合成：合成茉莉酮的有效中間體的合成Ph3P=CHC2H5+OCHOOOHOH+-茉莉酮茉莉酮中間體中間體Wittig Wit

5、tig 反應(yīng)的缺點(diǎn)：反應(yīng)的缺點(diǎn)：（1 1）原料叔膦價(jià)格昂貴；）原料叔膦價(jià)格昂貴；（2 2）產(chǎn)物烯烴與氧化膦分離困難；）產(chǎn)物烯烴與氧化膦分離困難；（3 3）某些膦）某些膦YildYild穩(wěn)定性較差；穩(wěn)定性較差；（4 4）WittigWittig反應(yīng)產(chǎn)率較高，但原子利用率較低。反應(yīng)產(chǎn)率較高，但原子利用率較低。Wittig Wittig 反應(yīng)的改進(jìn)：反應(yīng)的改進(jìn)： Wittig Wittig HornerHorner反應(yīng)反應(yīng)膦酸酯碳負(fù)離子膦酸酯碳負(fù)離子作為作為WittigWittig試劑與醛、酮的反應(yīng)。試劑與醛、酮的反應(yīng)。POCHOEtOEtRzEtONaPOCOEtOEtRzNa+Z = COR,

6、CO2R, CN, PhR1COR2RzCR1R2POOEtOEtNaO+膦酸酯制備容易，膦酸酯制備容易，反應(yīng)條件緩和，產(chǎn)反應(yīng)條件緩和，產(chǎn)物易分離。物易分離。4 4.2 .2 有機(jī)硫試劑有機(jī)硫試劑（硫（硫Ylid及其應(yīng)用）及其應(yīng)用）硫醚型硫硫醚型硫Ylid：+-R2S - CR2+-Ph2S - CH2Ph2S(CH3)2 S - CH2+-+-穩(wěn)定穩(wěn)定不穩(wěn)定不穩(wěn)定亞砜型硫亞砜型硫Ylid：+-R2S - CR2O+-(CH3)2S - CH2O穩(wěn)定穩(wěn)定(CH3)2S = CH2O4.2.1 制備制備R2S+CH3BrR2SCH3Br+-+-R2S=CH2R2S - CH2堿堿Ph2S+-Br

7、CH2COC6H5Ph2SCH2COC6H5Br+-Ph2S - CHCOC6H5堿堿BrCH2COOCH34 4.2.2 .2.2 硫硫YlidYlid與羰基化合物的反應(yīng)與羰基化合物的反應(yīng)+-(CH3)2S - CH2OPh2S(CH3)2 S - CH2+-+-4.2.2.1(CH3)2S - CH2+-和和+-(CH3)2S - CH2O的應(yīng)用的應(yīng)用(CH3)2S - CH2+-ORRRROCH2S(CH3)2+-RROCH2- (CH3)2S(CH3)2S - CH2O+-RROCH2S(CH3)2O+- (CH3)2S=O由醛、酮合成環(huán)氧化合物！由醛、酮合成環(huán)氧化合物！OOO(CH3

8、)2S - CH2(CH3)2S - CH2O+-+-立體選擇性不同！立體選擇性不同！4.2.2.2Ph2S+-的應(yīng)用的應(yīng)用環(huán)丙基硫環(huán)丙基硫 Ylid Ylid ，是一種螺構(gòu)烴化試劑是一種螺構(gòu)烴化試劑. .合成環(huán)丁酮衍生物合成環(huán)丁酮衍生物Ph2S+-+ORRORRSPh2+-RROHBF4Et2O/ H2ORRO氧代螺構(gòu)戊烷（氧代螺構(gòu)戊烷（5994%）環(huán)丁酮衍生物環(huán)丁酮衍生物+RROH+RROH+RROH+RROHH+_RRO歷程：歷程：練習(xí)：練習(xí)：1、Ph2S+-CH3OPh2、CH3OCH2Ph(CH3)2S - CH2+-4 4.2.3 .2.3 硫硫YlidYlid與親電烯烴的反應(yīng)與親

9、電烯烴的反應(yīng)+-(CH3)2S - CH2O+-R1R2Ph2S+-Ph2S 與帶有吸電基的雙鍵反應(yīng)生成環(huán)丙烷衍生物，與帶有吸電基的雙鍵反應(yīng)生成環(huán)丙烷衍生物，與與，-不飽和化合物發(fā)生不飽和化合物發(fā)生1，4-加成。加成。+-Ph2SCH3CH3+OOMeOOMe72%+-Ph2S+CH2=CHCOOCH3COOCH385%而而(CH3)2S - CH2+-與與，-不飽和化合物發(fā)生不飽和化合物發(fā)生1，2-加加成，形成環(huán)氧化合物！成，形成環(huán)氧化合物！+-(CH3)2S - CH2(CH3)2S - CH2O+-OOOOOOOOO例：例：4 4.3 .3 有機(jī)硼試劑有機(jī)硼試劑1956年年Brown發(fā)現(xiàn)

10、硼氫化反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)硼氫化反應(yīng)，1979年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)！年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)！B：1S22S22P1如：如：BH3外層僅外層僅6個(gè)電子，是一類親電試劑。個(gè)電子，是一類親電試劑。烷基硼烷：烷基硼烷：BH3、BH2R、BHR2、BR3烷基氯代硼烷：烷基氯代硼烷：Cl2BR 、ClBR2烷基鄰苯二氧硼烷：烷基鄰苯二氧硼烷：OOBR常用常用缺電性更強(qiáng)，選擇性高缺電性更強(qiáng)，選擇性高應(yīng)用：應(yīng)用：（1）易與烯烴發(fā)生親電加成反應(yīng)，形成有機(jī)硼烷中間體。）易與烯烴發(fā)生親電加成反應(yīng)，形成有機(jī)硼烷中間體。（2）易與親核試劑作用，形成）易與親核試劑作用，形成C-C、C-O、C-H 等。等。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：（1）反應(yīng)條件緩和，操作

11、簡(jiǎn)便，產(chǎn)率高（出現(xiàn)新型有機(jī)反應(yīng)）。）反應(yīng)條件緩和，操作簡(jiǎn)便，產(chǎn)率高（出現(xiàn)新型有機(jī)反應(yīng)）。（2）可用于）可用于C-C、C-O、 C-H、 C-X、C-N的形成。的形成。（3）反應(yīng)具有立體選擇性，適合天然產(chǎn)物的合成。）反應(yīng)具有立體選擇性，適合天然產(chǎn)物的合成。4.3.1 有機(jī)硼試劑的制備有機(jī)硼試劑的制備1、烷基硼烷、烷基硼烷2NaBH4+CH3COOHB2H6+2H2+2CH3COONa2B2H6+RCH=CH2RCH2CH2BH2(1)+RCH=CH2RCH2CH2BH2(2)(RCH2CH2)2BH+RCH=CH2(3)(RCH2CH2)2BH(RCH2CH2)3B反應(yīng)在室溫下進(jìn)行，快速。反應(yīng)在

12、室溫下進(jìn)行，快速。反應(yīng)速度：（反應(yīng)速度：（1）（）（2）（）（3）（空間效應(yīng)、電子效應(yīng)）（空間效應(yīng)、電子效應(yīng)） 室溫下大部分烯烴能與室溫下大部分烯烴能與BHBH3 3形成形成R R3 3B B，但高取代度烯但高取代度烯烴可形成烴可形成RBHRBH2 2或或R R2 2BHBH，應(yīng)用更有獨(dú)特之處（如不對(duì)稱硼應(yīng)用更有獨(dú)特之處（如不對(duì)稱硼氫化氫化- -氧化）。氧化）。如：如：B2H6+CH3C=CHCH3CH3(CH3-CH-CH)2BHCH3CH3二二-（3-甲基甲基-2-丁基）硼烷丁基）硼烷Disiamyl BoraneSia2BH（1）BH2（2）B2H6+CH3CH3CH3CH3BH2CHC

13、H3CH3CH3CH32，3-二甲基二甲基-2-丁基硼烷丁基硼烷BH2（3）B2H6+THFBHRCH=CH2BCH2CH2R9-硼雜雙環(huán)硼雜雙環(huán)3.3.1壬烷壬烷9-BBNBH2、鄰苯二氧硼烷、鄰苯二氧硼烷B2H6OHOHTHFOOBHRCH=CH2OOBCH2CH2R+3、手性硼試劑、手性硼試劑二二-（3-蒎基）硼烷蒎基）硼烷 Ipc2BH3-蒎基硼烷蒎基硼烷 IpcBH2BHBHH3B SMe2+2299.1% e.eIpc2BH0.（+）-蒎烯蒎烯4.3.2 硼烷與烯烴反應(yīng)的定位效應(yīng)硼烷與烯烴反應(yīng)的定位效應(yīng)硼烷或烷基硼烷與烯烴加成時(shí)，硼烷或烷基硼烷與烯烴加成時(shí)，B加在電子云密度高的碳上

14、。加在電子云密度高的碳上。實(shí)際：加成方向受電子效應(yīng)、空間位阻兩方面的影響！實(shí)際：加成方向受電子效應(yīng)、空間位阻兩方面的影響！1. B2H6與不同烯烴加成時(shí)，與不同烯烴加成時(shí)，B的進(jìn)入位置的進(jìn)入位置C2H5OCH2 - CH=CH219% 81%CH3 - CH=CH2ClCH2 - CH=CH26% 94%40% 60%CHMeOCH2CHCH2CHClCH27%93%19%81%27%73%(CH3)2CHCH-CH3H43% 57%雙鍵兩碳原子的電子云密度相差越大，雙鍵兩碳原子的電子云密度相差越大，B進(jìn)入的選擇性越高！進(jìn)入的選擇性越高！2. 烷基硼烷的空間影響烷基硼烷的空間影響活性：活性：B

15、H3RBH2R2BH選擇性：選擇性：BH3RBH2R2BH例：例：(CH3)2CHHHCH343% 57%n-C4H9CH=CH26% 94%B2H6Sia2BHBH2BH1%99%5%95%99.9%99%99%100%4.3.3 反應(yīng)機(jī)理及立體化學(xué)反應(yīng)機(jī)理及立體化學(xué)B2D6HHBDHHBD通過四員環(huán)狀過渡態(tài)，順式立體定向加成！通過四員環(huán)狀過渡態(tài)，順式立體定向加成！B2D6CCCH3CH3HHCCCH3CH3HHDBCCCH3CH3HHBDRSRSB2D6CCCH3HCH3HCCCH3HCH3HDBCCCH3HCH3HBDRRRR立體選擇性加成：立體選擇性加成：外消旋體一種物質(zhì)4.3.4 烷

16、基硼烷在合成中的應(yīng)用烷基硼烷在合成中的應(yīng)用4.3.4.1 氧化成醇或羰基化合物（形成氧化成醇或羰基化合物（形成 C O 鍵）鍵）RCH=CH23B2H6(RCH2CH2)3BH2O2NaOHRCH2CH2OHB2H6H2O2NaOHCH3CH2CH3HCH=CH2*(1)(2)/CH3CH2CH3HCH2CH2OH*構(gòu)型不變構(gòu)型不變不對(duì)稱硼氫化不對(duì)稱硼氫化- -氧化：氧化：NaOHCH3CH2CH3HBH2CH3CH2CH3HBHOAcCH3CH3CH3HOHH2O2(1)(2)/D（-）-新薄荷醇新薄荷醇B2H6+BH)2H2O2NaOH(1)(2)/CH3HCH3HCH3HCH2CH3OH

17、（+）-蒎烯蒎烯R（-）-2-丁醇丁醇99.1%炔烴的硼氫化炔烴的硼氫化- -氧化：氧化：B2H6NaOHRCCHRCH2-CHBBRCH2CH2OHH2O2/(1)HOAC(2)H2O2RCCHSia2BHRCHCHBSia2OH-RCHCHOHRCH2CHOB2H6H2O2RCCROH-RCHCH-ROHR-CHC-BRRCH2COR醇醇酮酮醛醛環(huán)烯烴的硼氫化環(huán)烯烴的硼氫化- -氧化：氧化：B2H6CH3CH3BH)2CrO3CH3OB2H6BH2CrO4O大環(huán)酮大環(huán)酮合成麝香合成麝香4.3.4.2 形成形成 C C 鍵鍵烷基硼烷作為親電試劑與碳負(fù)離子的作用。烷基硼烷作為親電試劑與碳負(fù)離子

18、的作用。通式：通式：BRRR+CX-BRRRCX-BRRCR+X-R1CHCOR2R1CHCOOR2XX（1 1）與）與-鹵代酮的反應(yīng)鹵代酮的反應(yīng)-R1CHCOR2X(CH3)3COKR1C-COR2XR3BBRRRC COR2X-R1BRRC COR2RR1(CH3)3COHCHCOR2RR1+R1CHCOR2Br(CH3)3COHR3BCHC-R2ORR1(CH3)3COK總反應(yīng)：總反應(yīng)：CHC - CH3ORR1合成：合成：R1= - CH2CH3R= - CH2CH2CH3 用硼試劑法反應(yīng)條件溫和，操作簡(jiǎn)便，產(chǎn)用硼試劑法反應(yīng)條件溫和，操作簡(jiǎn)便，產(chǎn)率高，優(yōu)于乙率高，優(yōu)于乙 酰乙酸乙酯法。

19、酰乙酸乙酯法。（2 2）與）與-鹵代酯的反應(yīng)鹵代酯的反應(yīng)+(CH3)3COHR3B(CH3)3COKBrCH2COOC2H5RCH2COOC2H5BH+RCH=CH2BCH2CH2R(CH3)3COH(CH3)3COKBrCH2COOC2H5+BCH2CH2RRCH2CH2CH2COOC2H54.3.4.3 形成形成 C H 鍵（還原反應(yīng)）鍵（還原反應(yīng)）（1）B2H6的還原性的還原性O(shè)COOHCNCOORB2H6OHCH2OHCH2NH2CH2OH室溫室溫（2 2）烷基硼烷的還原性）烷基硼烷的還原性 RBH2、R2BH活性比活性比B2H6低，僅能還原醛、酮，與低，僅能還原醛、酮，與NaBH4能

20、力相當(dāng)。能力相當(dāng)。醛醛 酮酮 羧酸及羧酸衍生物羧酸及羧酸衍生物Sia2BHBH)2BH2BH + + - + + - + + - + + -（3）硼氫化反應(yīng)）硼氫化反應(yīng)烯烴烯烴烷烴烷烴炔烴炔烴烯烴烯烴n-C4H9CH=CH2B2H6n-C4H9CH2CH2BHOAcn-C4H9CH2CH3C2H5CCC2H5C2H5C2H5HBSia2HOAcC2H5C2H5HHSia2BH63%4 4.4 .4 有機(jī)硅試劑有機(jī)硅試劑電負(fù)性：電負(fù)性：Si 1.74; C 2.5; H 2.1 HSiC+Si4 4.4.1 .4.1 烯醇硅醚在有機(jī)合成中的應(yīng)用烯醇硅醚在有機(jī)合成中的應(yīng)用4 4.4.1.1.4.1

21、.1烯醇硅醚的制備烯醇硅醚的制備TMSCl/EtTMSCl/Et3 3N/DMFN/DMF體系體系: :OMe3SiClOSiMe3OSiMe3Et3N, DMF+77%23%熱力學(xué)控制產(chǎn)物為主熱力學(xué)控制產(chǎn)物為主! !強(qiáng)堿強(qiáng)堿/ /TMSClTMSCl體系體系: :OMe3SiClOSiMe3OSiMe3+98%2%(2)(1) LDA動(dòng)力學(xué)控制動(dòng)力學(xué)控制產(chǎn)物為主產(chǎn)物為主! !LDA: LDA: 二異丙基胺鋰二異丙基胺鋰(i-Pr)i-Pr)2 2NLiNLi六甲基二硅氨鈉(Me3 3Si)2 2NNa強(qiáng)堿強(qiáng)堿: :金屬還原法金屬還原法: :COOC2H5NaPhCH3OOTMSClOSiMe

22、3OSiMe32COOEtCOOEtOSiMe3OSiMe3(1) Na, PhCH3(2) Me3SiClOOHH3O+偶姻產(chǎn)物偶姻產(chǎn)物4 4.4.1.2 .4.1.2 烯醇硅醚的重要合成應(yīng)用烯醇硅醚的重要合成應(yīng)用與醛酮的反應(yīng): 可獲得-羥基酮,且避免交叉縮合反應(yīng)的發(fā)生.PhOTMSClEt3N, DMFPhOSiMe3OTiCl4, CH2Cl2PhOOHOTMSClEt3N, DMFOSiMe3OPhTiCl4, CH2Cl2OOHPhOTMSClEt3N, DMFOSiMe3(n-Bu)2BSO3CF3OB(n-Bu)2PhCHOOOB(n-Bu)2PhOOHPh選擇 性 95%羰基化合物的活性次序: 醛酮酯.OSiMe3PhOCHOPhOOHOPhPh二正丁基硼三氟甲磺酸鹽二正丁基硼三氟甲磺酸鹽與與,-,-不飽和酮的加成不飽和酮的加成: :PhOTMSClEt3N, DMFPhOSiMe3OTiCl4, CH2Cl2OOPh-78OTMSClTiCl4LDA/THFOSiMe3OOOOOH-與鹵代烴的反應(yīng):OSiMe3Me3CClTiCl4OOSiMe3Me3CClTiCl4OOSiMe3MeLiOROLiRCH2X叔叔鹵鹵代代烷烷伯鹵代烷伯鹵代烷Diels- Alder Diels- Alder 反應(yīng)反應(yīng): :烯醇硅醚分子中三甲基