第一章卤化反应-第三节

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伯 醇
-
X R OH2
过渡态
X R + H2O
伯醇常用Lucas试剂(浓HCl+ZnCl2反应)
浓 HCl CH3(CH2)2CH2Cl CH3(CH2)2CH2OH ZnCl2
SN1:
ROH + HX ROH2
+ +

+
ROH2 + X
+
-
慢 快
R + H2O RX
R +X
-
CHO
O O Br Br O O
CHO Br
二、烯醇和烯胺衍生物的卤化反应
1 烯醇酯的卤化反应 不对称酮的直接卤化常常受到区域选择性不高 的限制。为了克服这个缺点,可先将不对称酮 转化成相应的烯醇或烯胺异构体,然后再进行 卤化反应,则可达到提高区域选择性α-卤代的 目的
OAc NBS O Br
PPh3
(PhO)3P
X2
RX
Ph3PX2
(PhO)2P
ROH
RX
R'OH
Ph3P O
R'X (PhO)2P O R
RX
该类卤化试剂具有活性大,反应条件温和、不易 发生由卤化氢引起的副反应。
Ph3P催化卤化机理
O Ph3P + X2 Ph3PX2 + ROH ROPPh3X + HX RX + PPh3
碱催化与酸催化相反,卤原子是吸电子基, 它所连的α-碳上在碱的作用下更容易离去, 若在过量卤素存在下,所有的α-H原子都被 取代。
在a位具卤素等吸电子基时,卤代反应受到 阻滞,故在同一个α位碳原子上欲引入第二 个卤原子相对比较困难。若在α`位具活性 氢,则第二个卤素原子优先取代α`位氢原 子。如2-丁酮在和2mol溴素反应时,只得 到α,α'-二溴代丁酮。
+
OH Br Br
Br
Br
Br
Br
(选 择 性 溴 化 试 剂 )
2.醛的α-卤取代
在酸或碱催化下,醛基碳原子上和α-碳原子上的 氢原子都可以被卤素取代,还会产生羟醛缩合副 反应。为了得到预期的α-卤代醛,常将醛转化成 烯醇酯后与卤素反应。
OAc C4H9 CHO + Ac2O C3H7-CH=CH-OAc Br2 C3H7CHCH OAc Br H+ C3H7-C CHO Br
+
Cl
CH3
Cl
Si
CH3
Cl
Si
Cl
3
Si Ar2 CH3
O Si Br2
O Br
烯醇硅醚卤化反应反应机理
X C C OSi X-X C X C O- Si
X C
O C + XSi
OHC
COOEt ClSi
SiO
COOEt Br2
Br OHC
COOEt
CHO
H ClSi C OSi Br2
等摩尔
CH2 COOC 2H5 COOC 2H5 Br CH COOC2H5 COOC2H5 Br2, CCl4
H3C H3C CH COOH
Br2/P P
O C C-Br Br
OH
O C C OC Br
HCl
CF3 COOH
COOH Br
对于α-氟取代,则相对较困难,但若将酯用先强碱(如 NaH等)处理得到烯醇β-碳负离子,然后与N-氟代对甲苯 磺酰仲胺类化合物(104)进行卤代反应,则可高收率地得 到α-氟代酯:
O CH3 SO2Cl2/CCl4 r.t.,2h
O CH3 Cl
在酸催化的α-卤取代反应中,也需要适当的碱(B:) 参与,以帮助α-氢质子的脱去,这是决定烯醇化 速率的过程,未质子化的羰基化合物可作为有机 碱发挥这样的作用。例如苯乙酮的溴化在催化量 AlCl3作用下,生成α-溴代苯乙酮,但在过量AlCl3 存在下,由于羰基化合物完全形成三氯化铝的络 合物而难以烯醇化,结果不发生α-卤代,而发生 苯核卤化反应,得到间溴苯乙酮。
第四节 醇、酚和醚的卤置换反应
醇的卤置换
酚的卤置换
醚的卤置换
一、醇的卤置换: 亲核取代
ROH + HX
RX + H2O
卤化剂:HX, PX3, PX5, SOCl2等 醇羟基活性:烯丙基醇>苄醇>叔醇>仲醇>伯醇 HX活性:HI>HBr>HCl>HF
亲核取代机理
SN2:
X + ROH2+
CH3CH COCH2Br Br
55~58%
碱催化
O Br2/NaOH (CH3)3CCCH3 或 aOBr N O (CH3)3CCCBr3 H2O
(CH3)3CCOOH + HCBr3
碱催化机理
C C H O OH C C O OH 慢 (-H 2O) C C O X X X2 C C
快 X O ( -X )
(PhO)3PICH3催化碘化机理:
(Ph3O)3PICH3
(Ph3O)3PCH3X + I
ROH
(PhO)2P-OR + PhOH
O OPh RI + H3C P OPh
P由三价变为五价,此催化剂往往得构型反转产物
这些试剂的应用很广泛,常以DMF或 HMPTA作为溶剂进行卤置换反应,也可在 较温和的条件下将光学活性的仲醇转化成 构型反转的卤代烃。可对核苷化合物中伯 羟基进行选择性卤置换,新近发展的 ClP(Ph)2/I2或Br2/咪唑(imidazole)体系 也很有效。
卤化试剂(19)用于对α,β-不饱和酮的α′-卤取代反应中,能 够减少双键加成副反应。 卤化试剂(20)和(21)的特点是亲电活性大,不需要任何催 化剂,反应条件温和,只得到单溴代物,且在反应中不生成 卤素分子和卤化氢,特别适用于对酸、碱敏感的酮。 卤化试剂(22)可在温和条件下对羰基α位及苄位、烯丙位进 行氯代反应
X的引入使羰基氧上电子云密度降低,进一步质 子化生成烯醇式困难,所以停留在单卤代产物。
CH3COCH2CH2CH3
Br2/KClO3/ h 。 H2O/ 40~45 6h
53%
CH3CO CH CH2CH3 Br + CO CH2CH2CH3
CH2 Br
32%
CH3CH2COCH3
2mol Br2 /HBr 。 <10
O O H3C C CH2CCH3 O O H3C C CHCCH3 Cl
CF3SO2Cl Et3N
α-羰基自由基取代
O R' C H C R''' Br2 R'' O
+
Br2
+ 光
O

Br C R''' R''
R'
C
2Br OH O + HBr Br
O
游离基反应促进剂 选择性地对烷基取代较多的α -H进行溴代
醇和氯化亚砜置换反应机理:(如图)
C OH
SOCl2
O C O S Cl
O O
SNi
O
O
O C O S Cl O O S Cl
C
Cl 构 型 保 持
Py HCl
Cl
SN2 无溶剂 -SO2
C
Cl C 构 型 反 转
SN1
C Cl
C Cl
外消旋
反应中若加入有机碱(如吡啶等)作为催化剂, 或醇本身分子内存在氨基等碱性基团,因能与反 应中生成的氯化氢结合,有利于提高反应速率。 如抗精神病药氯丙嗪中间体(32)等的制备。
对于伯或仲碳羧酸来说此反应的收率很好liclrclltacoohpbaco卤代烃分子中的氯或溴原子与无机卤化物中的碘或氟原子进行交换这是合成用一般方法难以得到的碘代烃或氟代烃的重要方法finkelstein卤素交换反应多属于sn2机理无机卤化物中卤素负离子作为亲核试剂而被交换的卤素原子作为离去基团因此卤素负离子的亲核能力愈大其交换反应也愈容易
3 、与卤代磷反应 三卤化磷和五氯化磷对醇羟基作亲核取代可得 卤代烃,反应如下:
ROH ROH
PX3 PCl5
RX RCl
P(OH)3 POCl3 HCl
三卤化磷和醇进行反应时,首先生成亚磷酸的单和 卤化氢,然后,由于倾向于形成磷酰基(P=O)而使 烷氧键发生断裂,卤素负离子对酯分子中亲电性烷 基作亲核取代反应,生成卤化物。
形成R+离子,叔醇、苄醇、烯丙醇为SN1

碘置换 醇的碘置换反应很快,但生成的碘代烃易被HI 还原,反应中需及时将生成的碘代烃蒸馏移出 反应体系,碘化剂采用碘化钾和95%的磷酸或 多聚磷酸。如:
HO(CH2)6OH
KI/PPA 100~120 ,5h
I(CH2)6I
(83~85%)

溴置换 溴置换反应可加入浓硫酸作催化剂。可将SO2 通入溴水中制成氢溴酸的硫酸溶液,再与醇反 应;也可将浓硫慢慢滴入溴化钠和醇的水溶液 中进行反应;也可加入添加剂(如LiBr)。
第三节 羰基化合物的卤取代反应
醛、酮的-卤取代反应 烯醇酯、烯胺醚的卤取代反应 羧酸衍生物的-卤取代
醛、酮的结构
电负性:O>C 电子云偏向于氧
醛、酮结构的活性位点
羰基α-氢原子的酸性及互变异构
一. 醛、酮的-卤取代反应
1、酮的-卤取代反应 常用的卤化试剂有卤素、硫酰氯、N-卤代 酰胺、次卤酸等。 常用的溶剂有四氯化碳、氯仿、乙醚、醋 酸等。 催化剂 酸催化常用的催化剂是质子酸或 Lewis酸,碱催化常用NaOH、Ca(OH)2等 无机碱,也可用有机碱 。
2、与氯化亚砜的反应
ROHΒιβλιοθήκη SOCl2RClHCl
SO2
优点: ①反应活性较高。 ②产物容易分离纯化,且异构化等副反应少,收 率较高。 ③选用不同溶剂,可得到指定构型的产物。 ④可以与其他试剂合用增强其选择性等。 缺点: ①反应中大量的HCl和SO2气体逸出会污染环境。 ②氯化亚砜易水解,需在无水条件下反应
X R O P X HX O H P X X
R-OH + PX3
R-X +
五氯化磷和DMF反应亦生成氯代亚氨盐 (111)(Vilsmeier-Haack试剂)是一个弱的亲 电试剂,较适于和富电子的芳环和杂环反 应。
4.醇和有机磷卤化物的反应
三苯膦卤化物,如Ph3PX2、Ph3P+CX3X—及亚 磷酸三苯酯卤化物(PhO)3PX2、(PhO)3P+RX—。 反应如下:
CH3CH2COCH3
2mol Br2 /HBr 。 <10
CH3CH COCH2Br Br
1,3-二羰基化合物 用CF3SO2Cl作为温和氯化剂,在有机碱存在 下于有机溶剂中和1,3-二羰基化合物反应, 可在活性亚(次)甲基上进行卤取代反应,得到 收率良好的单或多氯代物。同样条件下,用 NCS(NBS)或溴素作卤化剂收率低。
四溴环己二烯酮(不发生双键加成反应) 在少量HCl或HBr气体催化下,反应中以生成稳 定的三溴苯酚为动力,促使4位碳一溴键异裂, 生成的溴正离子向α,β-不饱和酮的α'位C-H作亲 电取代;同时,能有效地消除x-,于是可得到收 率良好的α'-溴代-α,β-不饱和酮。
O Br Br
+
O
O Br
(CH3)2NCH2CH2OH SOCl2 r.t. (CH3)2NCH2CH2Cl HCl (32)
在SOCl2和DMF或HMPA(催化剂)合用时,其氯 化剂的实际形式为(111)或(112)。由于它们具有 活性大、反应迅速、选择性好以及能有效地结合 反应中生成的HCl等优点,故特别适宜于某些特 殊要求的醇羟基氯置换反应,亦可作为良好的羧 羟基氯置换试剂。
一般羰基α-氢原子被卤素取代的反应属于 卤素亲电取代历程。和烯烃亲电加成相似:
酸催化
酸催化机理
C H C H B: X2 C OH
C O B: 慢 (-BH ) C X
H 快 C X C O C OH X
( -HX ) 快
在酸或碱催化的α-卤取代反应中,羰基α 位取代基的影响是不同的。 对于酸催化的反应来说,若α位上具推电 子取代基,则有利于烯醇的稳定化,卤取 代反应比较容易,如环状酮的反应,均主 要得到在烷基较多的α位上卤取代的酮。
CH2 C OAc H
AcO
H NBS/diox 。 85 ,45min
CH2Br C O H
2 、烯醇硅烷醚卤化反应 因烯醇硅烷醚β-碳原子的亲核性比相应的烯醇 酯为强,故其卤化反应常比烯醇酯容易。另外, 不同烯醇硅烷醚异构体的制备和分离也较简便。
O CH3 Si CH3 CH3 Et3N
CH3 O Si CH3 CH3
新型卤化试剂与选择性卤取代
α,β不饱和酮
O Br2 Br Br O
副反应
四溴环己二烯酮(19)、5,5-二溴代-2,2二甲基-4,6二羰基1,3-二恶烷(20)及其类似物5,5-二溴代丙二酰脲(21)、 三氯氰尿酸(TCC,22)等为新型的、选择性的卤化试剂。
Br Br O Br Br (19) Br O (20) O CH3 Br O (21) N H Br O O CH3 Br O H N O CI O N N N O (22) CI O CI
CHO Br
OSi
I2/AcOAg
O I
O O H 3C N H N H3C N H
O
or
or
H3C
N
3、烯胺卤化
N H3C O
室温 -60℃
N
CH3 Br
H3C
Br
O H3 C Br
三、羧酸衍生物α-H卤代反应
大多数羧酸衍生物的α-卤代反应也属于亲 电取代机理。 RCOX, RCN, (RCO)2O,丙 二酸及其酯的α-氢原子活性较大,可以直 接用各种卤化剂进行α-卤取代反应。
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