有机合成化学 王玉炉 第三版 第2章

80 oC
NO2 Ph O2N +
Ph Ph
+
62%
10%
NO2 28%
主讲人：刘环宇
2.1 官能团化
2
..
1
6
简
单
N
H
杂
环
化
N H
合
物
的
官
能
团
化
主讲人：刘环宇
① CO2
N H
COOH ② H3+O
COR
RCN HCl
CHO
(CH3)2NCHO POCl3, H2O
ArSO3Cl
(CH3CO)2O BF3
第 2 章 官能团化和官能团 转化的基本反应
主讲人：刘环宇
在分子中引入官能团和官能团的转换是合成的重 要方面。但我们应该指出，在一些实例中使某些位 置官能团化相对比较容易，而在另一些实例中则不 能官能团化，因而预期产物只能通过官能团转换得 到。
本章我们打算概括地汇集在分子中引入官能团和 官能团转换的各种各样的反应，这些反应都是成功 的合成化学工作者所需要的。
RONa (Ar)
ArNH2
ArNHR(Ar)
ArOR(Ar)
NaOH/H2O
ArOH
主讲人：刘环宇
2. 2 官能团的转换
2.2.4 硝基的转换
ArN2+
Ar N N Ar O
HNO2
H2SO5 ArNH2
Fe/HCl 或
CF3CO3H
H2/Ni
As2O3 NaOH
ArNO2
NH4Cl Zn
ArNO
RCOCl, (RCO)2O
H OR
NR'3
(RO)2SO2 或RX, OHH
H+
CCO
H
2
OH H
主讲人：刘环宇
SOCl2
Lewis酸 或 H+
O H+
Cl H
OO H
2. 2 官能团的转换
2.2.2 羟基的转换
ArOCOR
(RCO)2O or RCOCl, R'3N
ArNH2
NH4HSO4
SnCl4 高温,高压
2.1 官能团化
2.1.2 烯烃的官能团化
烯烃与卡宾的加成反应是合成环丙烷衍生物的重要方法
CH2N2 hv
CH2 + N2
CH3 CH CH2 + CH2
CH3 CH CH2 C H2
主讲人：刘环宇
2.1 官能团化
2.1.2 烯烃的官能团化
亲电加成的立体化学告诉我们：除硼氢化－氧化为顺式加成外，其余均为反式加成
(R)
R'X
ArNHR' HONO (R)
Ar (R) NNO [H]
R'
PhH PhAr
OH-
PhOH, OH-
NaNO2
Ar N N
OH
H2SO4
ArCN
ArI ArF
热解
ArNO2
NaNO2 ArN2BF4
KCN Cu2(CN)2
KI
NaBF4
ArN2+HSO4-
Na2S2 Ar S S Ar
NBS
RCH2CH CH2 (PhCO2)2 R CH CH CH2
.
R CH CH CH2
NBS
Br
Br
R CH CH CH2+ R CH CH CH2
主讲人：刘环宇
2.1 官能团化
2.1.3 炔烃的官能团化
主讲人：刘环宇
2.1 官能团化
2.1.4 芳烃的官能团化
1.芳环上的亲电取代反应
R
D2SO4 D
主讲人：刘环宇
2.1 官能团化
2.1.1 烷烃的官能团化
烷烃对亲电试剂和亲核试剂都不活泼，可是在自由基反应中，特别是在卤化反 应里，烷烃却很活泼，因为难以控制这些反应，所以他们的合成应用受到限制。
H3C
CH3 CH CH3
Br2
300 o C
H3C
CH3 C Br CH3
Cl2
300 o C
H3C
CH2CH3 SeO2
CH2CH3 OH
CH3 CH3CH2C CHCH3
SeO2
CH3 CH3CHC CHCH3
HO
H3C C CHCH3 CH3
SeO2
H3C C CHCH3 CH2OH
二氧化硒氧化烯丙位氢时，通常发生在取代基较多的双键碳原子的-位，其顺序为：
主讲人：刘环宇

CH
|

CH2

CH3
X2/NaOH LiAlH4 (NaOX)
P2O5 - H2O
RNH2 RCH2NH2
RCN
主讲人：刘环宇
NH
3
RCOOR'
Na/C2H5OH 或 LiAlH4
RCH2OH + R'OH R'
1 2R"MgX R C R"
2 H2O
R"OH/H+ 或 RONa
OH RCOOR" + R'OH
R"CH2COR'" RCOCHCOR'" EtONa
R"
R"CH2COOR ' RCOCHCOOR '
EtONa R"
N Br H
Br2 RX
N
(RCOX)
MgX
N R(COR) H
RMgX N H
Na
① (CH3)2NCOCH3, POCl3 ② H2O
N
COCH3
H
HCHO, (CH3)2NHHCl
N
CH2N(CH3)2
H
C5H5N SO3
CH3COONO2
N SO3Ar
N
N
SO3H N
NO2
Na
H
H
N
COCH3
H
H2C CH2
O
RX (RCOX)
N
N
CH2CH2OH R(COR)
2.1 官能团化
2.1.6 简单杂环化合物的官能团化
CO2H HBr O H2O
CO2H
OO O O O O
① (CH3)2NCHO, POCl3
O CHO
② H2O
O
C5H5N SO3
(CH3CO)2O BF3
.
O COCH3
S
CH3COONO2
S
NO2
主讲人：刘环宇
I2/HgO C6H6,10~25 oC S
H2SO4 S
I SO3H
NBS
S
Br
2.1 官能团化
2.1.6 简单杂环化合物的官能团化
OH N
NH2 NaNH2 N
N
Br2
Br
300 oC
Ph N
PhLi 亲核取代
N
亲电取代
HNO3/H2SO4 330 oC
O2N
N
O KOH NH
H2SO4 350 oC
HO3S
N
主讲人：刘环宇
2.1 官能团化
2.1.6 简单杂环化合物的官能团化
主讲人：刘环宇
2. 2 官能团的转换
在有机合成中，通过官能团之间的转换 实现目标分子的合成是具有普遍意义的。
主讲人：刘环宇
2. 2 官能团的转换
2.2.1 羟基的转换
OCOR
CH3COONO2 H
H
碱
ArN2+Cl强碱
O2N O
OCOCH3 Ar
+ O Ar O
① HgCl2/NaOAc
② X2(X=Br, I)
O
X
O
NO2
O
SO3H
主讲人：刘环宇
2.1 官能团化
2.1.6 简单杂环化合物的官能团化
S CH2Cl
HCHO HCl
NO2
+ S 痕量
(CH3CO)2O
S
H3PO4 COCH3
OH 发烟H2SO4 O2N
HNO3
OH NO2
NO2
CH3
NO2 Cl2/FeCl3 Cl
50~60 oC
CH3 NO2
NH2
+
NaOCl + HCl
H2O 25~30 oC
NO2
NH2 Cl + NaCl+H2O
NO2
主讲人：刘环宇
2.1 官能团化
2.1.5 取代苯衍生物的官能团化
NO2 + (PhCO2)2
ArOH
(RO)2SO2 或RX, OH -
ArOR
CH2N2
ArOCH3
主讲人：刘环宇
2. 2 官能团的转换
2.2.2 氨基的转换
ArNHCOR' (R)
ArNR2' R'X ArNR'3 X
(R)
(R)
or (R'CO)2O R'COCl
ArNHSO2Ar ArSO2Cl ArNH2 R'X
(R)
2.1 官能团化
2.1.2 烯烃的官能团化
N-溴代丁二酰亚胺（NBS）在光催化反应条件下，可使多种甾烯的亚甲基发生氧化，具 有良好的区域选择性
OOCCH3
主讲人：刘环宇
hv/NBS/CaCO3 THF/H2O
OOCCH3
O
81%
2.1 官能团化
2.1.2 烯烃的官能团化
用NBS进行溴化,因为反应涉及烯丙基自由基中间体，所以得到溴代烃的混合物
ArCOR
ArH AlX3
RCHO
H2 Pd-BaSO4
RCH2OH
1 LiAlH4 2 H3+O
RCOR' R'
R'MgX 醚，低温
2 R'MgX
R C R' 醚，室温
OH
(RCO)2O
ArH AlX3
RCOAr
H 2O RCOAOCN2aO
NH 3,
-
O/OH
2
RCOX NH3
R'OH
RCONH2
催化加氢
加卡宾 自由基加成
H3C CH CH2 C H2
CH3CH2CH2Br
HX(强酸)
CH3CHCH3 X=Cl, Br, I, HSO4-
X HY/H+(弱酸)
CH3CHCH3 Y=OH, OCOCH3
Y CH3CHCH2
VW+ 卤素或次卤酸
VW
亲电加成
H3C
C H
CH2
氧化
RCO3H
KMnO4 (稀、冷)
HCHO/HCl ZnCl2
CH2Cl
2.1 官能团化
2.1.4 芳烃的官能团化
1.芳环上的亲电取代反应
CH3
+CO + HCl
H3C
CH3
AlCl3
CH3 CHO
H3C 80% CH3
HO
OH
HCl
+ CH3CN ZnCl2 HO
OH NH2ClC
H2O
HO
CH3
OH O
C CH3
70%
主讲人：刘环宇
CH3 C Cl + CH3
CH2 Cl H3C C H
CH3
CH3 H3C C CH3
CH3
Cl2 紫外光
CH3 H3C C CH2 Cl
CH3
主讲人：刘环宇
2.1 官能团化
2.1.2 烯烃的官能团化
烯烃与烷烃不同，进行官能团化集中表现在碳碳双键及双键的邻位——烯丙位两个位置上。
CH3CH2CH3
Ar SO3H
ArN2+ClOH-
SO3, H2SO4
NaOH OH
气相接触 X
催化水解
主讲人：刘环宇
RCl
RCOCl
AlCl3 Friedel-Carefts
AlCl3 Friedel-Carefts
COR
HNO3, H2SO4 NO2
[H] Zn-Hg/HCl
CH2R
X2 FeX3 (X=Cl, Br)
RCN
H2O H+或OH -
RCONH2
R'OH/H+ RCOOR'
主讲人：刘环宇
2. 2 官能团的转换
2.2.6 醛和酮的转换
主讲人：刘环宇
2. 2 官能团的转换
2.2.7 羧酸及其衍生物的转换
RCH2OH LiAlH4
RCOOH
PCl3 或PCl5 或SOCl2
+
R'OH/HH
H2O/H+ 或 OH -
KOH-C2H5OH R HC CH R' (Saytzeff烯烃)
LiAlH4
RCH2CH2R'
NaOH H2O
NaCN
R"ONa
NH3
"RC CNa R"MgX Na[CH(CO2Et)2] NaSH
RCH2CHR' RCH2CHR' RCH2CHR' RCH2CHR' RCH2CHR' RCH2CHR' RCH2CHR' RCH2CHR'
2.1 官能团化
2.1.4 芳烃的官能团化
2．侧链上的反应
CH3 CH + Cl2 hv CH3
CH3 C Cl + HCl
CH3 100%
主讲人：刘环宇
2.1 官能团化
2.1.5 取代苯衍生物的官能团化
取代苯衍生物的反应通常是亲电取代反应，该反应有两点要注意：第一，环上已有 一个以上的取代基时，最强的供电子基团控制进一步取代的位置；第二，为了尽量 减少在氮原子上取代的可能性，在进行取代之前，把芳胺转变成乙酰苯胺。
H3C
C H
CH2 +
V-W+
百度文库
CH3CHVCH2W
H
H3C C CH2 OH Br
HOBr
ICl
H3C
C H
CH2
H
H3C C CH2 Cl I
H H3C C CH2
H Br
HBr
过氧化物
H3C
C H
CH2
HBr
无过氧化物
硼氢化—氧化
H H3C C CH2
Br H
H2 H3C C CH2
OH
主讲人：刘环宇
OH
CN
O R"
NH2
C C R" R"
CH(CO2Et)2 SH
R"SNa RCH2CHR'
S R"
主讲人：刘环宇
2. 2 官能团的转换
2.2.3 含卤化合物的转换
ArCN
NaCN
ArSO3Na
Na2SO3
ArSH
Na2S
ArX (Cl, Br)
NH4OH或NH3加压/CuCl/200o C
RNH2(催化,高温) (Ar)
ArNH2
Na2Cr2O7 H2SO4 0 oC
ArNHOH
Zn NaOH水溶液
Zn, NaOH/CH3OH
Ar N N Ar
ArNHNHAr
Zn, NaOH水溶液
主讲人：刘环宇
2. 2 官能团的转换
2.2.5 氰基的转换
RCH2NH2
H2/Ni 或LiAlH4
① R'MgX/ 醚 RCOR' ② H3+O
沸水煮 H3PO2
ArOH ArH
Cu2X2 HX
ArX(X=Cl, Br)
Ar (R) NNH2
R'
主讲人：刘环宇
2. 2 官能团的转换
2.2.3 含卤化合物的转换
R H2C CH R' MgX
Mg 乙醚
R H2C CH R' Li
Li
N2
R H2C CH
2Na
R' 2
R H2C CH R' X
主讲人：刘环宇
CH3CH CH2 O
H3C HC CH2 HO OH
-H反应
卤化 （O）
①O3 ② H2O/Zn CH3CHO + HCHO
H2C CHCH2Br H2C CHCHO
2.1 官能团化
2.1.2 烯烃的官能团化
亲电加成是“Markovnikov”产物,而自由基加成一般得“反-Markovnikov”产 物。