精細有機合成復習PPT

精細有機合成復習PPT鹵化反應定義氟化（fluoration）氯化（chloration）溴化（bromation,bromination）碘化（iodation）向有機化合物分子中碳原子上引入鹵原子的反應叫做鹵化反應。鹵化亞砜和鹵化磷對羥基的置換舉例鹵原子置換重氮基實例向有機化合物分子引入磺酸基(-SO3H)的反應叫做磺化。

磺化磺化反應定義++芳氨基化磺化芳氨基化H+，水解磺化反應實例具體實例：特點：（1）以硫酸為反應介質(zhì)，在液相中進行；（2）磺化試劑硫酸過量很多倍；（3）應用范圍很廣；（4）反應可逆；（5）有大量廢酸生成。ArH+H2SO4ArSO3H+H2O過量硫酸磺化法反應質(zhì)點：

SO3·H2SO4中：SO3

濃H2SO4中：H2S2O7（SO3·H2SO4）

80～85％的H2SO4中：H3SO4+（SO3·H3+O）+H+k1k-1K2,-H+反應歷程活性:SO3>ClSO3H>H2SO4特點：（1）易水解；

（2）價格貴，應用少；（3）產(chǎn)品純度高。氯磺酸磺化法萘系芳烴的磺化160℃60℃+H2SO4SO3?H2SO4160～170℃80℃產(chǎn)物與磺化劑的種類、濃度和反應溫度有關。多磺化產(chǎn)物的制備往往需要進行多步磺化。60℃H2SO4SO3?H2SO435～55℃SO3?H2SO450～90℃SO3?H2SO4150～250℃萘系芳烴的磺化CLT酸的制備重要實例CLT酸，為白色粉末，不溶于水。其主要用途，是一種重要的紅色有機顏料中間體，可合成塑料大紅、新寶紅36b、金光紅c等色淀有機顏料。該顏料廣泛應用于油漆、涂料、彩色油墨、橡膠和塑料著色等。堿熔中和中和鹽析H2SO4

＋Na2SO3Na2SO4

＋SO2

＋H2Oβ-萘酚的制備實例稀釋析出法稀釋鹽析法磺化++↓↓磺化產(chǎn)物的分離向有機物分子的碳原子上引入硝基，生成C-NO2鍵的反應叫做硝化。ArH＋HNO3ArNO2

＋H2O硝化反應定義2HNO3

NO2+

＋NO3-

＋H2O

2HNO3H2NO3+

＋NO3-

NO2+

＋NO3-

＋H2O濃硝酸（濃HNO3）硝化劑中的活潑質(zhì)點HNO3

＋H2ONO3-

＋H3O+HNO2

NO+

＋H2O硝化劑中的活潑質(zhì)點稀硝酸（稀HNO3）混酸（H2SO4-HNO3-H2O）HNO3

＋2H2SO4

NO2+

＋H3O+

＋2HSO4-HNO3濃度，％H2SO4濃度，％H2O濃度，％NO2+濃度，％10000187.412.6012.47612.611.41.9混酸組成與NO2+濃度的關系硝化活性質(zhì)點：NO2+和CH3COONO2H+在乙酐或乙酸中的硝化特點：（1）一般采用含硝酸10～30％的乙酐溶液；（2）硝化能力強，低溫即可反應；（3）容易發(fā)生爆炸危險定義：烷基化反應指的是在有機化合物分子中的碳、硅、氮、磷、氧或硫原子上引入烴基（為烷基、烯基、芳基等）的反應的總稱。其中以在有機物分子中引入烷基最為重要。用于烷基化的反應試劑稱為烷基化劑。常用的有：（1）鹵烷（2）酯類（3）醇類和醚類（4）環(huán)氧化合物（5）烯烴和炔烴（6）羰基化合物烷基化概述19烯烴鹵烷醇醛酮芳環(huán)上的C-烷基化反應機理：芳烴上的C-烷基化反應都屬于親電取代反應。20芳烴的C-烷基化實例①異丙苯異丙苯的主要用途是再經(jīng)過氧化和分解，制備苯酚和丙酮。工業(yè)上丙烯和苯的連續(xù)烷基化用液相和氣相兩法均可生產(chǎn)。所用的苯需預先脫硫，以免影響催化劑的活性。21式中R-Z代表烷基化劑，包括醇、鹵烷、酯等化合物。N-烷基化定義：氨、脂肪族或芳香族胺類氨基上的氫原子被烷基取代，或者通過直接加成而在氮原子上引入烷基的反應叫N-烷基化反應。這是制取各種脂肪族和芳香族伯、仲、叔胺的主要方法，其反應通式如下：22用醇類的N-烷基化醇的烷基化活性較弱，所以反應需在較強烈的條件下才能進行。（相當于親電取代反應歷程）但某些低級醇（甲醇、乙醇）價廉易得，所以工業(yè)上仍常選作活潑胺類的烷基化劑。如：23陽離子表面活性劑例如：用鹵烷的N-烷基化24環(huán)氧乙烷的N-烷基化環(huán)氧乙烷是活潑的烷基化劑，其分子具有三元環(huán)結構，容易開環(huán)，與氨基氮原子上的氫發(fā)生加成反應，在氮原子上引入羥乙基，故又稱羥乙基化。例如：25而某些叔胺與環(huán)氧乙烷作用還可以制得季銨鹽。例如：環(huán)氧乙烷的N-烷基化26定義：酯化反應通常是指醇或酚與含氧的酸（包括有機和無機酸）作用生成酯和水的反應。由于它是在醇或酚羥基的氧原子上引入酰基的過程，故又稱為O-酰化反應。其通式為：RˊOH+RCOZRCOORˊ+HZRˊ可以是脂肪族或芳香烴基;RCOZ為酰化劑，其中的Z可以代表OH，X，OR″，OCOR″，NHR″等。酯化反應概述27即，主要有以下幾種：①羧酸與醇或酚作用：RˊOH+RCOOHRCOORˊ+H2O②酸酐與醇或酚作用：RˊOH+(RCO)2ORCOORˊ+RCOOH③酰氯與醇或酚作用：RˊOH+RCOClRCOORˊ+HCl④酯交換：R″OH+RCOORˊRCOOR″+RˊOHR″COOH+RCOORˊR″COORˊ+RCOOHR″COOR?+RCOORˊRCOOR?+R″COORˊ概述28酰化反應概述定義：在有機化合物分子中的碳、氮、氧、硫等原子上引入脂肪族或芳香族?；姆磻Q為酰化反應。酰基：從含氧的無機酸、有機羧酸或磺酸等分子中除去羥基后所剩的基團。N-?；磻簩Ⅴ；氲由虾铣甚０奉惢衔铩-?；磻簩Ⅴ；胩荚由虾铣煞纪蚍既?。29式中為?；瘎?；Z可以是X，OCOR，OH，ORˊ，NHRˊ等；G－H為被?；?；G代表RˊO，R″NH，ArNH，Ar等。?；磻捎孟铝型ㄊ奖硎荆焊攀?0定義：胺類化合物與酰化劑反應，在氨基的氮原子上引入?；姆磻獮镹-?；磻?。用途：N-?；侵苽漉０返闹匾椒?。被酰化物：脂肪胺芳胺可以是伯胺，也可以是仲胺。N-?；?1胺類被酰化的相對反應活性是：伯胺＞仲胺，無位阻胺＞有位阻胺，脂肪胺＞芳胺1、反應歷程－親電取代反應N-酰化322、用羧酸的N-酰化N-?；人岱磻钚匀?，一般只有在引入甲?；?、乙?；Ⅳ燃柞；鶗r才使用甲酸、乙酸和草酸作?；瘎瑸榱耸辊；磻M可能完全并使用過量不太多的羧酸，必須除去反應生成的水。33反應時沒有水生成，因此是不可逆的。酸酐的?；钚暂^羧酸為強，除了能用于?；咀寤蚍枷阕宀吠猓€能用于較難?；陌奉?，如仲胺、以及芳環(huán)上含有吸電子基團的芳胺類。3、用酸酐的N-?；盟狒麑Π奉愡M行?；磻耐ㄊ绞牵篘-?；?4活性強活性弱最常用的酸酐是乙酐，如：N-酰化35酰氯是比相應的酸酐更活潑的?；瘎?容易與脂肪胺或芳香胺發(fā)生N－酰化反應，這類反應是不可逆的。常用的酰氯有長碳鏈脂肪酸的酰氯、芳羧酰氯、芳磺酰氯、光氣和三聚氰酰氯等。4、用酰氯的氮酰化用酰氯對胺類進行N-?；磻耐ㄊ饺缦拢篘-?；?6如：N-酰化37C－?；?、C-?；磻獨v程這類反應屬于Friedel-Crafts反應，它是一個親電取代反應。最?；瘎┦酋｛u或酸酐。常用的催化劑是無水三氯化鋁。如：38（2）2,6-二甲基-4-叔丁基苯乙酮是香料酮麝香的中間體（1）鄰苯甲?；郊姿峒捌溲苌锏暮铣?/p>

是由鄰苯二甲酸酐與苯或甲苯或氯苯反應得到的，進而在硫酸中130℃～140℃脫水閉環(huán)即得到蒽醌。C－?；瘜嵗?9縮合反應概述1、涵義：縮合反應一般系指兩個或兩個以上分子間通過生成新的碳－碳、碳－雜原子或雜原子－雜原子鍵，從而形成較大的單一分子的反應?？s合反應一般往往伴隨著脫去某一種小分子化合物，如H2O、HX、ROH、NH3等。2、縮合反應的特征：（1）在分子內(nèi)或分子間彼此不相連的兩個原子間形成新的化學鍵（2）反應過程中伴隨著失去簡單的無機物或有機物（3）產(chǎn)物具有更復雜的結構40②異分子醛、酮交叉縮合羥醛交叉縮合反應的典型代表是用一個芳香族醛（或甲醛）（無α-H）和一個脂肪族醛、酮（有α-H）反應，在氫氧化鈉的水或乙醇溶液中進行。得到產(chǎn)率很高的α,β－不飽和醛或酮，這種反應稱為克萊森-斯密特（Claisen-Schimidt）縮合反應。如：醛酮縮合反應實例41香豆素（2）醛酮與羧酸及其衍生物的縮合反應－Perkin反應芳香族醛（或不含α-氫的脂肪醛）與脂肪酸酐在堿性催化劑作用下，生成β－芳基丙烯酸類化合物的反應成為珀金（Perkin）反應。如，香豆素的合成：縮合方法42如：縮合方法（4）酯的縮合反應酯縮合反應是指以羧酸酯為親電試劑，在堿性催化劑作用下，與含活潑氫羰基化合物的負碳離子縮合而生成β－羰基類化合物的反應，總稱為克萊森（Claisen）縮合反應。其反應通式如下：43克萊森重排反應（Claisen重排反應）的最初形式是一個烯丙基苯基醚在高溫（>200oC）下發(fā)生的一個重排反應，產(chǎn)物是鄰位烯丙基苯酚。反應的機理是σ[3,3]重排（是史上第一個發(fā)現(xiàn)的σ[3,3]重排反應），產(chǎn)物4-烯酮因芳香性的需要互變異構為酚?？巳R森重排反應烯丙基苯基醚環(huán)狀過渡態(tài)鄰烯丙基酚即2-甲基十一醛，制備方法如下所示。香料合成應用實例紫羅蘭酮（ionone）的合成分子式:C12H24O結構式：45反應式：香料合成應用實例46還原反應概述1、還原反應定義廣義：在還原劑作用下，能使某原子得到電子或電子云密度增加的反應稱為還原反應。狹義：能使有機物分子中增加氫原子或減少氧原子，或兩者兼爾有之的反應稱為還原反應。47催化加氫還原影響因素（1）被還原物的結構和性質(zhì)各種官能團單獨存在時，其反應性如下：芳香族硝基＞叁鍵＞雙鍵＞羰基＞脂肪族硝基在碳氫化合物中，則直鏈烯烴＞環(huán)狀烯烴＞萘＞苯＞烷基苯＞芳香烷基苯催化氫化還原48在苯環(huán)上引入取代基時，若用鉑黑為催化劑，引入吸電子基時，反應加快，引入給電子基，反應變慢；若用骨架鎳作催化劑，情況正好相反。如硝基苯及硝基苯胺在骨架鎳作催化下，在中性介質(zhì)中硝基苯胺的還原順序為：硝基苯＜間硝基苯胺＜對硝基苯胺＜鄰硝基苯胺催化氫化還原49反應溫度和壓力影響反應溫度增高，氫氣壓力增大，反應速度加快，但同時副反應將增多，反應選擇性將下降。反應溫度對催化劑活性和壽命影響也較大。例如：催化氫化還原實例50醛和酮是一類重要的有機化合物，其合成在有機合成中占有非常重要的地位。醛和酮的合成方法繁多，新合成途徑也層出不窮。本部分主要以官能團的轉換為主線，依次討論了由醇、鹵化物，甲基、亞甲基、羧酸及其衍生物、烯烴、炔烴、醚及環(huán)氧化合物、胺、硝基化合物等轉換為醛酮的方法。51由醇合成醛酮是有機合成中的一類非常重要的反應。由伯醇的氧化可以得到醛。由于醛處于醇與羧酸的中間氧化狀態(tài)，就必須選擇適當?shù)难趸瘎┘右钥刂?，不致氧化過度而生成羧酸。由仲醇的氧化可以得到酮。但仲醇過度氧化可以導致分子開裂。由叔醇的氧化開裂、轉位等反應也能合成酮，但實用范圍不大。由此可見，要討論由醇的氧化就必須從所使用氧化劑氧化性的強弱、醇分子的結構以及反應條件等多個方面入手。本部分由討論最常用的鉻（VI）氧化劑開始，依次討論了活性MnO2，DMSO試劑，氧銨鹽，高價碘化物等氧化劑在醇氧化合成醛酮反應中的應用。52常用的鉻（VI）試劑主要有三氧化鉻（CrO3）、重鉻酸、鉻酸酯[CrO2(OCOR)2]、鉻酰氯（CrO2Cl2）等。為了控制醇不被過度氧化，化學家已經(jīng)開發(fā)了多種氧化方法。最常用的方法：Jones氧化法（CrO3/H2SO4/acetone）Collins氧化法（CrO3·2Py）PCC（PyrindiumChlorochromate）氧化法PDC（PyrindiumDichromate）氧化法等。

鉻（VI）試劑53Jones氧化（CrO3/H2SO4/acetone）Jones試劑，即三氧化鉻在濃硫酸中的溶液。Jones試劑通常可以將伯醇氧化成酸，把仲醇氧化成酮。54不飽和鍵、分子構型及氨基、羰基等對氧化劑敏感的基團不發(fā)生變化。反應機理：A、首先三氧化鉻在酸性條件下與水反應Jones試劑。B、醇的孤對電子進攻Jones試劑，脫掉一分子水。C、酸性條件下，脫掉一分子H2CrO3生成了酮（鉻也由原來的六價還原為四價）。Collins氧化法是利用CrO3-pyridine配合物將伯醇和仲醇依次氧化成醛（和/或酸）和酮的方法。（G.I.Poos,G.E.Arth,R.E.Beyler,L.H.Sarett,J.Am.Chem.Soc.75,422(1953).）Collins氧化（CrO3·2Py）Collins氧化法是在Sarett氧化法（以吡啶為溶劑）基礎上的改進，以二氯甲烷為溶劑氧化伯醇為醛（J.C.Collins,TetrahedronLetters1968,3363;J.C.Collins,W.W.Hess,Org.Syn.52,5(1972);R.W.Ratcliffe,ibid.55,84(1976).）.5556Collins氧化（CrO3·2Py）Collins試劑，三氧化鉻吡啶絡合物的二氯甲烷溶液。呈暗紅色。由一份三氧化鉻緩慢分次加入十份吡啶中（注意：不能將吡啶加至三氧化鉻中，否則會引起燃燒），逐漸升溫至30℃，析出黃色絡合物沉淀，分離出的沉淀加至二氯甲烷中，即得。為選擇性氧化有機化合物的試劑。能氧化烯丙醇或非烯丙型醇成相應的醛或酮。在室溫下進行氧化反應時，對分子內(nèi)雙鍵、縮醛、環(huán)氧、硫醚等基團均無影響。還能選擇性氧化叔胺上甲基成甲?；＠?，以柯林斯試劑氧化肉桂醇與乙酰萊亨。57PCC，氯鉻酸吡啶PyridiniumChlorochromate是吡啶和CrO3在鹽酸溶液中的絡合鹽，是橙紅色晶體。它溶于DCM，使用很方便，在室溫下便可將伯醇氧化為醛，而且基本上不發(fā)生進一步的氧化作用。由于其中的吡啶是堿性的，因此對于在酸性介質(zhì)中不穩(wěn)定的醇類氧化為醛（或酮）時，是很好的方法，不但產(chǎn)率高，而且對分子中存在的C=C、C=O、C=N等不飽和鍵不發(fā)生破壞作用。PCC（PyrindiumChlorochromate）氧化PCC的制備：在攪拌下，將100g1molCrO3迅速加入到184mL6mol/L鹽酸中，5min后將均相體系冷卻至0攝氏度，在至少10min內(nèi)小心加入79.1g1mol吡啶。將反應體系重新冷卻至0攝氏度，得橙黃色固體，過濾，真空干燥1h，得PCC180.8g，產(chǎn)率84%。PCC易于合成和保存，操作簡單，是將伯醇和仲醇氧化成醛和酮的應用最廣的氧化方法。PCC中所用的堿除吡啶外，也可以是其它堿，且隨著堿性部分堿性的增強，氧化的選擇性也提高。其中，DMAP·HCrO3Cl為適用于烯丙醇類及芐醇類的選擇性氧化試劑。PCC（PyrindiumChlorochromate）氧化PCC的氧化以均相反應為主，但有的方法是將催化劑吸附于硅膠、氧化鋁等無機載體或離子交換樹脂等有機高分子載體上，對醇作非均相催化氧化。后處理簡單并可控制反應的選擇性。58

PDC的氧化能力較PCC強，其氧化作用一般在中性條件下進行，而PCC則需在酸性中進行。因此，對酸不穩(wěn)定的化合物用PCC氧化時,必須在醋酸鈉存在下進行。PDC的氧化一般在二氯甲烷中進行，如在DMF中進行時，氧化性增強，能將伯醇最終氧化成酸。PDC的氧化操作基本和PCC相同，這里不再舉例說明。PDC（PyrindiumDichromate）氧化59將鹵甲基化合物與硝基烷烴的鈉鹽反應，可得相應的醛。用硝基化合物氧化（Hass反應）將鹵甲基化合物與烏洛托品（六甲基四胺，HMT）反應，然后用酸水解可得相應的醛。這是將芳香族甲基變成醛的一個有效方法。用烏洛托品氧化（Sommelet反應）由伯鹵甲基和仲鹵甲基的氧化合成醛酮60如氯甲基萘與HMT反應可高收率的得到相應的醛。由伯鹵甲基和仲鹵甲基的氧化合成醛酮61用LAH等金屬氫化物還原N，N-二取代酰胺，中間經(jīng)歷的半縮醛比較穩(wěn)定，反應能停于此階段而最終的醛。DIBAL和SBMEA因其操作簡單，活性適中，經(jīng)常用來還原酰胺為醛。用LAH等金屬氫化物還原N，N-二取代酰胺，中間經(jīng)歷的半縮醛比較穩(wěn)定并不是因為N，N-二取代酰胺，而是分子內(nèi)一定有配位鍵的存在，使得中間體縮醛穩(wěn)定，例如：-烷氧基的雙取代酰胺，WeinrebType酰胺原理都是一樣的。由酰胺合成醛酮62由酯或酰氯經(jīng)Weinreb酰胺合成醛酮酯和酰氯與有機鋰試劑、格氏試劑反應，產(chǎn)生的酮活性較高繼續(xù)反應最終得醇。63如果將酯和酰氯變?yōu)橄鄳腤einreb酰胺再與有機鋰試劑、格氏試劑反應則能將反應停止到醛或酮的階段。Weinreb酰胺和有機金屬試劑的加成物形成了穩(wěn)定的配合物使反應不再繼續(xù)。配合物水解則得到酮。

由酯或酰氯經(jīng)Weinreb酰胺合成醛酮64烯烴經(jīng)由有機硼化合物中間體的烯烴甲?；铣扇┫N與甲硼烷反應所得的有機硼化合物能用各種方法轉變?yōu)槿?。用鉻酸氧化時，所得醛的碳原子數(shù)不變。如與一氧化碳反應再進行氧化便得多一個碳原子的醛。要是與重氮乙醛反應，即可得增長二個碳原子的醛。通過與丙烯醛的加成，碳原子數(shù)可增加三個。65由烯烴的加氫甲?；铣扇驶铣煞ǎ⑾N與水煤氣（CO和水的混合物）在鈷、銠等催化劑存在下進行反應反應可得延長一個碳的醛。工業(yè)上需要高溫高壓下進行。將催化劑改良可使反應在常溫常壓下進行，已經(jīng)有了實驗室很有用的醛的合成法。由烯烴的加氫甲?；铣扇驶铣煞ǎ┓磻纠?6由烯烴的甲?；铣扇￢ilsmeyer反應

此方法廣泛應用于活性芳環(huán)，雜環(huán)，不飽和脂肪上（富電子）引入甲醛，-OH,-OR,-NR1R2,CH(OR)不影響反應，可用二氯甲烷，二氯乙烷或二氯苯作溶劑，也可不用反應溶劑。其他的Lewis酸（草酰氯，氯化亞砜）亦可做成Vilsmeyer鹽來反應。67Duff’s甲?；顫姷姆枷阕寤衔铮ㄈ绶樱┡c六亞甲四胺反應生成亞胺中間體，繼而水解成醛。反應具有簡便而迅速的特點，但這一經(jīng)典方法往往產(chǎn)率不高，限制了它的應用。芳香族化合物在三氟乙酸存在下與六亞甲基四胺反應，可以得到高產(chǎn)率的芳醛。改良方法不僅適用于活潑的芳香族化合物，亦可應用于簡單的芳烴甲?；?。68Reimer-Tiemann甲?；钚愿叩姆枷悱h(huán)堿性條件下上醛的方法（主要是苯酚），但產(chǎn)率一般不高，有時副反應較多，會產(chǎn)生焦油狀物，后處理復雜，所以運用不廣。Gattermann甲酰化活性高的芳香環(huán)酸性條件下上醛的方法（主要是苯酚，苯醚），產(chǎn)率較高，但氰化鋅毒性較大，操作要求高。69多聚甲醛/甲醇鎂苯酚甲?；@是形成鄰位苯酚甲?；^好的方法，一般產(chǎn)率較高，特別適用于對甲氧基苯酚的甲醛化。有些專利上報道，加入吡啶有利于提高產(chǎn)率。氯化錫/多聚甲醛苯酚甲?；?/p>

在氯化錫或者氯化亞錫條件下，用多聚甲醛可在苯酚鄰位上醛,反應收率較高。70重氮化后甲酰化在硫酸銅、亞硫酸鈉的催化下，在乙酸鈉的緩沖溶液中重氮鹽甚與甲醛肟生成芳醛肟，酸性水解或用硫酸鐵銨處理既得芳醛，提供了由芳胺轉換成芳醛的方法，產(chǎn)率一般不超過50％。苯環(huán)上有鹵素、硝基均無影響。但重氮基的鄰位有氰基、烷氧基、羰基時，不能順利地進行反應。本合成反應歷程是重氮鹽水首先形成芳基正離子，再對甲醛肟進行親核進攻。有機金屬（鋰，鎂）甲?；袡C金屬化合物（有機鎂、有機鋰化合物）可與過量的原甲酸脂反應，首先生成縮醛，繼而用硫酸水解成醛，廣泛用于脂醛及芳醛的合成。原甲酸脂外，甲酰胺、乙氧亞甲基苯（ethoxymethyleneaniline,C6H5N=CHOC2H5）等均為常用的甲酰化試劑。其中以甲酰胺的應用最為常見，常稱為Bouveault反應。芳鹵或乙烯