第三章 官能团的导入、除去、互换及保护

CH3 O H Ph C O Ph H D
CH3 O D Ph Ph C O H H Ph
△
△
D Ph
Ph
(主)
H
D Ph
赤型
O
PhCHCHOCCH3
H
(痕量)
Ph
H
2）磺原酸酯的的热消除——楚加耶夫反应
此反应与羧酸酯的热解相似，也为顺式消除，通常首先 制备黄原酸酯，然后将其直接或在惰性溶剂中加热。
反应活性与规律： 2o、3o RX脱卤化氢时，遵守扎依采夫
例如：
(Sayzeff) 规则-即主要产物是生成双键碳上连接烃基最多的烯烃。
特例：
消除反应的立体化学
E1——没有明显规律，在立体化学上没有空间定向性 E2——主要为反式（共平面）消除
L C C
顺式共平面
H C =C
顺式消除
L
C C H
反式共平面
优点：热解温度较低(100-200 oC)，无异构化和重排产物生成； 缺点：多步合成黄原酸酯，热解时掺杂含硫杂质。
3）氧化叔胺的热解 — Cope 反应 叔胺经H2O2氧化生成的氧化叔胺受热分解称为Cope反应。 反应温度较低(120-150 oC)，主产物为hofmann烯烃。
此反应操作简便，无异构化产物。脂环族氧化胺热解反 应专一，五元环、七元环形成环内双键，而六元环形成环外 双键。
常用的溴代试剂:N-溴代丁二酰亚胺（NBS）， N-溴代乙酰 胺（NBA），N-溴代邻苯二甲酰亚胺（NBP）， N-溴代二苯酮 亚胺（Ph2C=NBr），三氯甲烷磺酰溴（Cl3CSO2Br）等。
反应机理：
反应规律：
a. 直链或支链只在烯丙位发生溴代反应
环烯烃与1同，也可能发生加成或消除生成芳烃。
季铵碱在100-200 oC下分解生成烯烃，称为Hofmann消除反 应。消除取向是生成双键上取代基较少的烯烃。
消除过程中，通常β-氢子的酸性起主要作用。
d．羧酸酯、黄原酸酯、氧化叔胺的热解 1） 羧酸酯的热消除 反应条件：常用气相法，于300-500 oC高温下进行，无需其 它反应试剂和溶剂。 反应特点：1o 产物为取代基较少的hofmann烯烃，顺式消除； 2o 一般不发生异构重排等副反应。
反应机理：
b. 碱催化卤代
醛、酮的α-H易被卤素取代生成α-卤代醛、酮，特别 是在碱溶液中，反应能很顺利的进行。
反应机理：
(1) 醛的α－卤化反应 醛在酸碱催化下易自身缩合，若将醛先转化成烯醇的三甲基 硅醚，再进行卤化，则可得到ɑ-卤代醛，且产率较高。
（2) 酮的α－卤化反应 对于不对称的酮的α－卤代主要发生在容易烯醇化的α－位上。
C C
H
=
CH3 H
Br
CH3
C6H5
C6H5 Br H Br H C6H5 H CH3 H CH3 C6H5 C6H5 （苏式） H R H H X R
/
C6H5 CH3 H
/
C6H5 H C6H5 CH3
C C
H
=
C6H5 H
R R
/
R H
-R
[ 而不是
]
H H H3 C H CH(CH3)2 H Cl H3C Cl CH(CH3)2 H
第三章 官能团的导入、除去、 互换及保护
本章主要内容
• 1.官能团的导入、除去、互换及保护
• 2.官能团的转换 • 3.官能团的保护
第一节
官能团的导入、除去及互变
一、饱和碳原子上的官能团的导入
1、饱和烃的卤代反应
烷烃的化学性质 化学性质稳定 原因： （1）其共价键都为σ键，键能大 C-H 390~435KJ/mol C-C 345.6KJ/mol （2）分子中的共价键不易极化 （电负性差别小C2.5， H2.2）
若用硫酸二甲酯或二乙酯，则可导入甲基或乙基。
b. 炔锂与卤代烃的反应
末端炔的合成常用乙炔锂先与乙二胺反应生成稳定的络合物， 再与溴代烷在DMSO或DMF反应得到高产率末端炔烃。
当分子中有-OH、-SH、-NHR等基团时，该反应仍可顺利进行。
（3）偶联反应 a. 炔烃的氧化偶联反应—Glaser Reaction 乙炔亚铜在空气中发生氧化偶联生成1，3-丁二炔类化 合物，合成对称二炔的重要方法。
二甲基铜锂也可以与烯醇三氟甲磺酸酯偶联。
有机锂化合物也可以与卤代烃发生偶联，得到双键构型保 持不变的产物。
但烯丙基锂化合物不能用烯丙基卤化物与金属锂直接作用。
在四甲基乙二胺（TMEDA）中，用相应的烯烃与丁Biblioteka Baidu锂作 用可得相应的烯丙基锂络合物，再和卤代烷、苄基卤、烯丙型 卤代物偶联，合成末端烯烃。
2、取代芳烃的官能团化 邻对位定位基 活化苯环 钝化苯环
（−H） −CH2Cl −F −Cl −Br −I
-
间定位基 （钝化苯环）
强 －NH3 钝 ﹢ 化 －N(CH3)3
－NO2 －CN －SO3H －CHO －COCH3 －COOH －COOR －CONH2 －CH2NO2 －CX3
常 见 取 代 基 的 定 位 作 用
2 2
H2 O
CH=CH
2
■ β-C上连有支链时消除倾向增大
取代
C H Br
2 5
消除
1%
99%
2
CH CH CH Br
3 2
91% 40%
9%
60%
CH CHCH Br 2 3 CH
3
b．醇脱水
常用的脱水剂有酸（硫酸，磷酸，草酸等）、酸性氧化物
（P2O5等）、碱（如KOH）、盐（如KHSO4， NaHSO4 ）。
反应是通过游离基进行的：
在亚铜盐催化下，炔基三甲基硅烷能发生脱硅基偶联。
b. 炔烃与卤代烃的偶联
在碱及亚铜盐的存在下，末端炔烃可与1-卤-1-炔烃发 生交叉偶联，以较好产率生成不对称二炔烃。
机理：经过炔铜，偶联后放出亚铜
2、炔烃的官能团化
四、芳烃及其衍生物官能团化
1、芳烃的官能团化
（1）芳烃的卤代 在三氟过氧乙酸存在下，四氯化钛可作为温和的氯化试剂。
e 其它的消除反应 邻二卤化物在金属Mg或Zn在醋酸或乙醇中作用，烃脱去 X2，生成烯烃。
用二价钛或二价铬亦可脱卤素。
硝基甲烷的共轭碱同样是脱卤素的有效试剂。
β-卤代醇消除次卤酸
β-卤代醇与二价锡、二价钛化合物、Zn-醋酸作用，脱去 次卤酸生成烯烃，其中以β-碘代醇效果最好。
选择适当的β-碘代醇可以合成具有一定构型的立体选 择性烯烃。
α-二醇消除反应
β-羟基酸脱羧脱水
（2） 通过还原反应、偶联反应、缩合反应导入碳碳双键
a. 还原反应 炔烃、烯胺、腙、稀醚、烯醇酯等多种化合物均可借助 还原反应生成烯烃。
Lindlar催化剂： Pd-BaSO4 / 喹啉，Pd-CaCO3 / 醋酸铅， 可使炔烃部分氢化生成顺式烯烃。
硼化镍B-Ni（P-2型）与乙二胺一起用，可使炔烃部分氢化 生成顺式烯烃。
醇的脱水反应活性： 3o R-OH > 2o R-OH > 1o R-OH
醇脱水反应的特点： 1）主要生成札依采夫烯，例如：
2）用硫酸催化脱水时，有重排产物生成。
CH CH
3
3
CH CH CH
A l2 O 3
3
3
C CH
3
气 相
CH
3
C CH
3
CH
= CH 2
+
H 2O
OH
(主 要 产 物 )
c．季铵盐及其碱的热解
NBS，溴化氢-过氧化物也是较活泼的溴化剂。
溴酸钠、溴化钾在钨酸钠催化下可使乙酰苯胺得溴代选 择性的发生在对位。
碘代采用催化剂产生亲电性较强的碘正离子，常用的碘化 剂有碘-发烟硫酸，碘-过碘酸等。
氟代通常采用氟氧化三氟甲烷。
（2）芳烃的磺化 磺化反应不仅容易进行，且位可逆反应，磺酸基在有机合成 中是极为有用的占据基团。
c 缩合反应—wittig（维狄希）反应
烯烃的官能团化
三、炔键的导入与官能团化
1、炔键的导入 （1）通过消除反应导入碳碳叁键
a. 二卤代烷脱卤化氢 二卤代烷包括：邻二卤代烷(RCHXCHXR`)，同碳二卤代烷 (RCX2CH2R)，乙烯基卤代物。 常用的碱：NaOH(KOH)/EtOH, RONa(ROK)/EtOH, NaNH2/NH3等。
强 活 化
－O －NR2 －NH2 －OH −OR −NHCOR −CH3 −CH(CH3)2 −C(CH3)3 −Ar −CH=CH2 (−H)
C=C
反式消除
如：C H CH CH C H C H OH C H CH=C C H 6 5 2 5 6 5 6 5 6 5 Br CH CH
3
*
*
NaOH
反应物有二个手性碳原子，因此有二对对映异构体：
3
C6H5 Br H CH3 H C6H5
C6H5 H Br H CH3 C6H5
C6H5 Br H H CH3 C6H5
（3）芳烃的Friedel-Crafts烷基化 催化剂可以是Lewis酸，也可以是质子酸。活性顺序为:
AlCl3 > FeCl3 > SbCl5 > SnCl4 > BF3 > TiCl4 > ZnCl2
HF > H2SO4 > P2O5 > H3PO4
（4）芳烃的Friedel-Crafts酰基化 催化剂可以是Lewis酸，活性顺序为: AlCl3 > BF3 > SnCl4 > ZnCl2。 也可以是质子酸，如：硫酸，氢氟酸，磷酸，多聚磷 酸（PPA）。
卤化剂除卤素外，还有N-卤代酰胺、次卤酸酯、硫酰卤化物等。
与醛相似的应用
4、羧酸及其衍生物的 α-H卤代反应
反应机理：亲电取代机理 α-H反应活性：酰卤、酸酐、腈、丙二酸及其酯>羧酸及其酯 如何提高羧酸及其酯α-H反应活性？
二、烯键的导入与官能团化
1、烯键的导入
（1）消除反应引入 a．卤代烃脱卤化氢
炔烃在用碱处理时，会发生碳碳三键的位置异构。
邻二卤代烷脱卤化氢时，不受 分子中-OR、-NO2、NR2等 官能团的影响。
乙烯式卤代烃脱卤化氢需要在强碱存在下方可生成炔烃。
（2）通过烃化反应引入碳碳三键 利用炔化物（炔钠、炔锂、缺铜、炔铝）与卤代烃反应，
是合成增长碳链炔烃的重要方法。
a. 炔钠与卤代烃的反应
CH(CH3)2
转环
H
H H3C
H -HCl H
Cl
E2
H3C
CH(CH3)2
H
H H3 C H H
H
H H3C H H Cl
CH(CH3)2 Cl
CH(CH3)2 H
-HCl E2
H3C CH(CH3)2 + H
75%
H3C H
25%
H CH(CH3)2
■ 强碱作用下才以消除反应为主 例 外 ■ 某些含活泼β-H化合物以消除反应为主 如： CH CH Br NaOH
C6H5 H Br CH3 H C6H5
赤式异构体 -HBr
苏式异构体
-HBr
CH3 C=C
H C6H5
CH3 C=C
C6H5
C6H5
C6H5
H
顺式（Z构型）
反式（E构型）
C6H5 Br H Br H CH3 H CH3 C6H5 H C6H5
（赤式）
Br C6H5 C6H5 H
C6H5 C6H5
在钯催化剂存在下，硅烷也可将炔烃还原为顺式烯烃。
可溶金属液氨法可将炔烃还原为反式烯烃。
用氢化锂铝可将炔烃还原为反式烯烃。
烯胺在氢化锂铝-三氯化铝或氢化铝存在下还原脱胺生成烯烃。
烯醇醚或烯醇酯也可以还原为烯烃。
b 偶联反应 卤代烷与有机金属化合物作用是合成烯烃的重要方法， 为增长碳链的反应。 常用的有机金属化合物有：有机镁、有机锂、有机铜等。 i) 四卤化碳 机理：二卤卡宾 产物：生成双键位于中心的具有奇数碳原子的非末端烯烃 卤代物：二氟二溴甲烷或三氟溴甲烷
在一定条件下（如高温、高压、光照、催化剂），烷烃也能 起一些化学反应。
卤素的相对反应活性： 氟 > 氯 > 溴 > 碘。
氢的相对活性为：3oH >2oH >1oH 溴代反应的选择性好，在有机合成中比氯带更有用。
有良好选择性的氯代试剂：硫酰氯，亚硫酰氯，N-氯化物等， 例如：
2、烯烃、烷基芳烃的α-卤代反应 （1）α-H（烯丙氢）的反应 α-H由于受C=C的影响，αC-H键离解能减弱，故α- H比其它 类型的氢易起反应，反应条件为高温或光照。 其活性顺序为： α- H（烯丙氢）> 3oH > 2oH > 1oH > 乙烯H
ii) 有机镁化合物与不饱和卤代烃的偶联
有机镁与烯丙型卤代烃顺利反应，生成末端烯烃。
有机镁化合物与乙烯基卤化物也可发生偶联反应，但产率 不高，然而在三氯化铁存在下可顺利反应。
乙烯基卤化镁与卤代烃作用，也可用来合成烯烃。
iii) 有机铜化合物与卤代烃的偶联 特点：乙烯基型卤代烃可以顺利反应 立体选择性：构型保持
b.未端烯烃或隔离双键二烯烃可发生重排，得到混合物
c. 当分子中含有两种不同的α-H，仲氢比伯氢易取代
d. NBS同样可用于烷基芳烃的ɑ-溴代
3、羰基化合物的α-卤代反应
醛、酮分子中由于羰基的影响，α-H变得活泼，具有酸 性，所以带有α-H的醛、酮能被卤化。
反应条件：
a. 酸催化卤代 （一卤代产物）