第二章 有机合成基本知识(2)

羰基的主要反应
7、羧基
羧酸及基衍生物间主要的相互转换如下，由于这 些相互转换，使其在有机合成上也很重要。 羧酸及基衍生物的反应如下：
羧酸及其衍生物的反应
课堂练习 1、完成下列反应
(1) + Br2 500℃
(2)
CH3CH CH2 + Cl2
CH3
H2O
(3) H C 3
KMnO4, H2O/OH
1、饱和烃的卤代反应
• 饱和烃的卤代反应大多性于自由基历程。反应通常在 高温或紫外光照射下或在其它自由基引发剂存在下才 能进行反应。烷烃的氢原子进行自由基取代反应的活 性是：叔氢﹥仲氢﹥伯氢。卤素的活性次序为： F2﹥Cl2﹥Br2。由于氟反应活性过于强烈，难以控制， 而碘的反应活性过低，因此有实际意义的只是饱和烃 的氯代和溴代反应。
二、含一个杂原子的六元杂环化合物 ——吡啶的合成
• Hsntzsch合成法：由两分子β-酮酸酯与一分子醛进行缩 合反应，先得二氢吡啶体系，再经气氧化脱氢生成相 应对称取代的吡啶。这是一个应用范围很广的反应是 合成各种取代吡啶的最重要的反应 R
EtOOC R
+ +
COOEt
NH3 HNO3
EtOOC
HO(CH2)5COOC2H5
O
(5)
HC
CH
CH3-C
CH CH2 O
CH2X C2H5OCHX
COOEt
+ NaOH 或吡啶
COOEt
O
R3
O
CH3
4、 Hinsberg反应
• 二羰基化合物活泼的硫醚二羧酸酯作用，生成取代噻 吩的反应称为Hinsberg反应。主要用于合成3，4-二取 代噻吩。
• 式 中 R 和 R’ 为 氢 原 子 、 烷 基 、 芳 基 、 羟 基 、 羧 基 等 。 如 当 R=R’=C6H5产率为93%。
2
H3C
O O
CH3
HOAC,△
H3C
O
CH3
1，4-二羰基化合物与氨、芳胺、脂肪伯胺、碳酸 胺等含氮化合物反应，生成吡咯衍生物。
(NH4)2CO 3 100-115℃
H 3C
H 3C
O O
CH3
N H
CH3
(81%-86%)
1，4-二羰基化合物与P2S5反应，生成相应的噻吩衍生物。 例如：
P2S5
HC
NH3(l)
2C2H5Br
(10)
CH2
C
CH3
CH CH2
CHO
△
+ HCl
(11)
+
(12)
△ +
O
CHO
CH3
(13) + H2SO4 回流 NaOH(固) 熔融 H3O+ Cl 2,Fe
(14)
+ CH
3CH2Cl
AlCl3
Zn-Hg 浓HCl
Br2/hν
H2O
(15)H3C
+ CH2O +HCl
CH
CHCH3
CH
CHCH2Br
• 除NBS外，常用的氮试剂还有N-溴代乙酰胺、N-溴代 邻苯二甲酰亚胺、二苯酮-N-溴亚胺、三氯甲烷磺酰溴 等。如： Br
NBr
+ hν 80℃
NH
+
C
C
2.3.1.2 芳环上官能团的引入
• 苯的亲电取代反应是在苯环上引入官能团的重要方法。 苯的亲电取代反应主要有：
CH2CH2CH3
COOH
COOH
课堂练习：以苯或甲苯为原料合成下列化合物
2.3.2 官能团之间的相互转换
官能团是决定有机化合物性质的关键部位，由原料 合成目标产物最重要的就是通过官能团的相互转换来 实现的。因此，了解主要官能团之间的相互转换对于 有机合成来说相当重要，官能团间的相互转换是有机 合成的基础和重要工具。 1 、 烯烃的官能团化 烯烃可以转化成为卤代烃、醇、醛（酮）、羧酸、 邻二醇、环氧乙烷衍生物等，而它们又可作为目标合 成物或作为合成中间体转变成其它有机物。
烯烃的主要反应
2、 炔烃的官能团化
• 炔烃的官能团化主要发生在碳碳三键上，其主要反应 如下：
• 炔烃的不少反应，如亲电加成、氧化等与烯烃的相似， 炔烃与烯烃明显不同的性质表现在炔烃能在一定条件 下与—OH、—NH2、—COOH等发生亲核加成，生成 含双键的产物。
HC CH
+
CH3COCH3
碱 150-180℃ 0.1-1.5MPa
LiAlH4
(CH 3CO) 2O
(43) H3C
NH 2
CuCN
(44)
+ (CH3)2CN2
O
NaOCH3
(45)
CH3CH2NO2 + H2C
CH C-CH3
2、按要求合成化合物
(1)由甲苯合成邻氯甲苯
Cl
(2)
NH 2 O2N NO 2
(3)
H2C
O
CHCHO
CH2
OH
CHCHO
OH
(4)
如:
H3C O
+
COOEt
H+
H3C
COOEt
EtOOC
NH 2
O
CH3
EtOOC
N
CH3
3、 Hantzsch合成法
• α-卤代醛（或酮）与β-酮酸酯或其它类似物在氨或胺存 在下反应得到吡咯衍生物的反应叫Hantzsch合成法。
R1 O
+
COOEt
RNH 2
R1
COOEt
R2
X
O
R3
R2
N R
R3
H2C
CHOC2H5
• 另外，末端炔烃在碱催化下能形成碳负离子，并作为 亲核试剂与羰基进行亲核加成，生成炔醇。
CH3 CH3
+
CH3
HC
CH
+
CH3COCH3
KOH
KOH
HC
CCH3
OH
CH3C
OH
CCH3
OH
HC
CH
+
HCHO
HC
CCH2OH + HOCH2C
CCH2OH
3、 羟基官能团的转化
• 醇易发生亲核取代、消除、氧化等反应而在有机合成 上有生要应用，羟基的主要转换反应：
COOEt
如:
+
H3C
H3C O
NH3
COOEt
O
CH3
Cl
N H
CH3
(50%)
Feist-Benary反应
• 若将上述反应中的氨改为吡啶，则生成呋喃衍生物， 此反应称为Feist-Benary反应。
R1 O
+
COOEt
吡啶
R1
COOEt
R2
X
O
R3
R2
O
R3
• 用二卤代醚或酯代替卤代酮与乙酰乙酸乙酯反应，能 得到呋喃衍生物。
O
AlCl3
ZnCl2 60℃
KCN
H2O/H+
(16)
+
O O
Zn-Hg 浓HCl
(17)
RCH2X + Mg
RCH2X + Li
干醚
CO2
H2O
(18)
CO 2
H2O
(19)
H2C
CHCH2Br
Li
CuX
H2C
CHCH 2Br
O
Cl
(20) +
Li
干醚
CuI
CH3C-Cl
CH(CH 3)2
(21) EtONa EtOH
(38)
CH3CH2CH2COOC2H5
+
C6H5COOC2H5
C2H5ONa C2H5OH
C2H5ONa C2H5OH
(39)
EtOOCCH2(CH2)2CH2COOEt
O N
+
(40)
CH3CH2CCl
H3O +
O
(41)
CH2CH2C-NH 2 P2O5
(42)
CH2Br + NaCN
NaNO2,HCl
(注：反式消除)
Cl
(22)
Cl
(CH3)3C-CHCH3
OH
H2SO4
(23)
C6H5-CH-CH-C 6H5
OH OH
O
H+
(24)
CH3CCH3
+
HOCH2CH2OH
TsOH
O
(25) 2 CH
3CCH3 +
O
HC
CH
1.NaNH 2 2. H2O
(26)
CH3CH CH-C-CH 3
O
CH3Li
H3C
O O
CH3
△
H3C
S
CH3
(87%)
1，4-二羰基化合物在浓硫酸等脱水剂的作用下可 生成相应的呋喃衍生物。
2、Konorr合成法
α-氨基酮与含活泼亚甲的酮反应生吡咯衍生物的反 应，是合成吡咯衍生物的一种重要反应。
R O
+ 2.-H2O
R3
1.H
+
R1 R2
R3 R4
R
NHR
O
R4
N
(R=H,烷基,芳基; R3为吸电子基团)
4、卤代烃
• 卤代烃在有机合成中较为重要。一方面其易制得，另 外其能转变成为许多类型的其它有机物。卤代烃的主 要转换反应有：亲核取代反应，消除反应，还原反应 及与活泼金属的反应。卤代烃发生消除反应时，遵循 查衣采夫规则。卤代烃的主要反应如下：
卤代烃的主要反应
4、氨基
氨基主要发生烃基化、酰基化等转换，芳环上的氨基通过转化成为 重氮盐而在有机合成中具有重要应用。氨基的主要转换反应如下：
• 苯的卤化反应一般指氯化和溴化，应注意苯的磺化反 应为可逆反应，合成时可利用引入—SO3H作为保护基 或阻断基。如：
CH3
H2SO4
CH3
Cl2/Fe
CH3 Cl
稀H2SO4 150℃
CH3 Cl
SO3H
SO3H
苯的氯甲基化反应的应用
• 苯的氯甲基化反应生成的氯化苄上的氯十分活泼，可 发生很多反应转化成其它基团，在合成上具有重要应 用。如：
CH3CH2CH3 + X2
hν or△
CH3CH2CH2X + CH3CHCH3
X
百度文库(X=Cl, Br)
• 卤代试剂除氯和溴外，还有硫酰氯、磺酰氯、次卤酸 叔丁酯、N-卤代仲胺、N-溴代丁二亚胺（NBS）等， Cl 如：
+
SO2Cl2
环丁砜
hν
HO(CH2)6CH3 + [(CH3)2CH]2NCl
• 烷基苯易氧化，在高锰酸钾或生铬酸钾等氧化剂作用 下烷基铡链被氧化成为羧基，氧化时，不论侧链有多 长，只要与苯环直接相连的碳上有至少一个氢原子， 均被氧化成为只含一个碳原子的羧基。若苯环上有两 个不等长碳链，通常是长的侧链先被氧化。
CH3
KMnO4
CH3
COOH
KMnO4
CH3
KMnO4
COOH
COOEt
CHO O
O
CH3
H3C
N
CH3
• 1，5-二羰基化合物与氨反应，也能生成吡啶衍生物：
2.3 官能团的引入及转换
• 官能团的引入、转换在有机合成中相当重要，只有通 过引入（或原有）官能团，经过适当的转换，才能得 到目标产物。保护则是将活性大的基团（不希望其发 生反应）保护起来，待其它需要的反应完成后再复原。 2.3.1官能团的引入 2.3.1.1 饱和碳原子上官能团的引入 饱和碳原子较稳定，由饱和烃“出发”合成其它质， 必须在其上经入合适的官能团，再进行转换，才能得 到目标产物。
6、羰基
• 含羰基的化合物（醛、酮），其α-H活性高，在碱性条 件下可形成 ，作为亲核试剂发生烃基化、酰基化、 缩合等反应而在有机合成上具有重要意义。醛、酮与 格氏试剂的反应是制备醇的重要方法；醛、酮在酸性 条件下与醇作用形成缩醛（酮）可用来保护羰基。羰 基还能通过还原反应成醇或烃。羰基的主要转化如下：
第二章 有机合成的基础知识（2）
2.2.5 杂环的形成
主要了解常见的呋喃、吡咯和噻吩及其衍生物的 合成方法。 一、含一个杂原子的五元杂环化合物的合成 1、Paal-Konorr合成法 1,4-二羰基化合物与适当的试剂作用生成呋喃、吡咯和噻 吩及其衍生物的反应称为Paal-Konorr合成法。是制备 单杂原子五元杂环化合物的重要方法。如： 1，4-二羰基化合物在酸催化下脱水环化生成呋喃及其衍 生物。 ZnCl
H2SO4/H2O
HO(CH2)6CH2Cl + [(CH3)2CH]2NH
2、烯丙基化合物和烷基芳烃的α-卤代
• 烯丙位和苄位氢的活性较高，在高温、光照或自由基 引发剂的存在下容易发生卤代反应。常用的氮化试剂 O 是NBS。如： O
RCH2CH CH2
+
N O
NBS
Br
RCHCH Br
CH2
+
NH O
OH-
OH-
O
(33) + TsOH 1.C6H5CH2Cl 2.H2O O + TsOH 1. CH3CH2-C-Cl 2.H2O
N H O
(34)
N H
O
(35) +
(Ph)3P-CH3Br
+
-
n-C4H9Li (C2H5)2O
(36)
OH
Cl
+ NaOH
Zn/C2H5OH
O
(37)
CHO + BrCH2COOC2H5
H2O
(27)
CH3CH CH-C-CH 3
O O
+
(CH3CH2)2CuLi
NaOH/H2O
H2O
(28)
CH3CCH2CH2CH2CCH3
O
COCH3
(29)
+ (CH3)3CCHO
OH-
(30)
+
ClCH2COOC2H5
C2H5O-
O
(31) +
(CH3)2CuLi
O
H3O+
O
(32) +
CH2 CH-CCH3
△
Zn/H 2O
(4)
H3CCH2C CHCH2CH3
CH3
+ O3
LiAlH 4 或H 2,Pd /C
(5)
H3CCH CCH3 + Cl2
Cl 2
(6)
HC
HC
CH
CH
+ NaNH2
NH3(l)
R-X +
1.CO2 2.H2O
(7)
+
CH3MgX
KOH
(8) HC
(9)
CH + 2HCHO
CH + NaNH 2