第二章 官能团化和官能团转化的基本反应

有机合成化学
δ Cl
H
势 能
CH3CH2CH3 + Cl
H
4.2KJ/mol
CH3CH2CH2
+
HCl
CH3CHCH3
+
HCl
反应进程
δ CH3CH2CH2 H δ Br δ CH3CH CH3 H δ Br
势 能
12.6KJ/mol
CH3CH2CH2
+ HBr
CH3CHCH3
+ HBr
CH3CH3CH3 +
自由基加成
HX(强酸) CH3CHCH3 X CH3CHCH3 Y CH3CHCH2 V W X=Cl, Br, I, HSO4 HY/H+(弱酸) Y=OH, OCOCH3 Vδ−Wδ+ 卤素或次卤酸 RCO3H KMnO4 (稀、冷) H3C HC HO CH2 OH ① O3
-
卤化
H2 C
CHCH2Br
2.1.6 简单杂环化合物的官能团化
N H Br2
① CO2
有机合成化学
Br
RX N MgX (RCOX) N H R(COR)
N H
COOH
② H3 O
+
RCN N H COR HCl
RMgX
① (CH3)2NCOCH 3, POCl3 ② H2O
N H
COCH3
(CH3)2NCHO N H CHO POCl3, H2O
ArSO 3Cl
N H
HCHO, (CH3)2NH HCl
N H
Na C5H5N SO3
CH2N(CH3)2
(CH3CO)2O BF3
CH3COONO2
N SO3Ar N H COCH3 H2C CH2 O
N Na
N H
SO3H
N H
NO2
RX (RCOX)
N CH2CH2OH
N R(COR)
17
理学院化学系
亲电加成
H3C
C H
CH2
α-H反应
氧化
（O）
H2 C
CHCHO
② H2O/Zn CH3CHO + HCHO
CH3CH O
CH2
5
理学院化学系
有机合成化学
亲电加成是“ 产物,而自由基加成一般得 亲电加成是“Markovnikov”产物 而自由基加成一般得 产物 产物。 “反-Markovnikov”产物。 产物
RCH2CHO
11
理学院化学系
2.1.4 芳烃的官能团化 1.芳环上的亲电取代反应 芳环上的亲电取代反应
R
有机合成化学
D
D2SO4
RCl RCOCl AlCl3 AlCl3 Friedel-Carefts Friedel-Carefts
CH2R [H] ROC Zn-Hg/HCl
Ar
ArN2+ClOHSO3, H2SO4 X2 FeX3 (X=Cl, Br) 气相接触 HO 催化水解 X
H2 C CH2 OH
6
理学院化学系
有机合成化学
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
CH3
hv
CH2
+ N2
CH3 CH CH2 C H2
CH CH2 + CH2
7
理学院化学系
有机合成化学
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， 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 其余均为反式加成
第 2 章 官能团化和官能 团转化的基本反应
1
理学院化学系
有机合成化学
第 2 章 官能团化和官能团转化的基本反应
在分子中引入官能团和官能团的转换是合成的重要方面。 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， 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， 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。 团转换得到。 本章我们打算概括地汇集各种各样的反应， 本章我们打算概括地汇集各种各样的反应，这些反应都是成 功的合成化学工作者所需要的。 功的合成化学工作者所需要的。
Br
反应进程
4
理学院化学系
有机合成化学
2.1.2 烯烃的官能团化 烯烃与烷烃不同， 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。 烯丙位两个位置上。 的邻位 烯丙位两个位置上
CH3CH2CH3 催化加氢 加卡宾 H3C CH CH2 C H2 CH3CH2CH2Br
有机合成化学
O CO2H HBr H2O CO2H O O O
O
O
O
CH3COONO2 H
H O OCOCH3
碱 O Ar NO2
O2N
ArN2+Cl-
O
CHO
① (CH3)2NCHO, POCl3 ② H2O (CH3CO)2O
O
C5H5N SO3
强碱
O
+ Ar
O
BF3
.
① HgCl2/NaOAc ② X2(X=Br, I)
HNO3, H2SO4 O2N
HO3S NaOH
HCHO/HCl ZnCl2
ClH2C
12
理学院化学系
有机合成化学
CH3 + CO + HCl H 3C CH3
AlCl3
CH3
CHO CH3
H3C
80%
OH HO + CH3CN ZnCl2 HO
HCl
OH C
NH2 Cl CH3
-
OH
H2O
O CH3
Br
NH2
H+/H2O
Br
(CH3CO)2
NHCOCH3
Br2 乙酸
O NH C CH3
NHCOCH3 Br
+ Br (少量产物)
NO2 + (PhCO2)2
80 oC
NO2 Ph
Ph O2 N + Ph + NO2
62%
10%
28%
16
在自由基取代反应中， 在自由基取代反应中，定位效应不显著
理学院化学系
有机合成化学
NH2 N Ph N OH N NH O
NaNH2
Br2 300 oC
N Br N O2N N HO3S
PhLi
亲核取代
亲电取代
HNO3/H2SO4 330 oC H2SO4 350 oC
N
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱKOH
20
理学院化学系
有机合成化学
R X- + R
高温
N H
N H
X
-
RX
SO3
重排
N R Cl
O
进行溴化,因为反应涉及烯丙基自由基中间体 用NBS进行溴化 因为反应涉及烯丙基自由基中间体，所以 进行溴化 因为反应涉及烯丙基自由基中间体， 得到溴代烃的混合物
10
理学院化学系
2.1.3 炔烃的官能团化
有机合成化学
R RCX2CHX2 X2 FeX3 RCX2CH3 HX HgX2 X RCCH3 O R R C OH H C CH OH ① B2H6 ② OH-, H2O HCN R C CH2 R CN CH2 H2O Hg2+ , H+ 亲核加成 R'COOH OHC O CH 2 C O R' R R'OH OHC OR' CH 2 RC X RC CH2 CHX X2(X=Cl, Br) FeX3 HX(X=Cl, Br, I) HgX2 亲电加成 R C CH D-A反应 催化氢化 RCH2CH3
8
理学院化学系
有机合成化学
碳双键相邻的碳-氢键 碳-碳双键相邻的碳 氢键（烯丙位氢）对氧化剂和卤化是敏感。 碳双键相邻的碳 氢键（烯丙位氢）对氧化剂和卤化是敏感。 常用SeO2和过酸酯作为氧化剂，产物是相应的α，β-不饱和醇。 和过酸酯作为氧化剂，产物是相应的α 不饱和醇。 常用 不饱和醇
CH2CH3
X-
N
PCl3 RCO3H PCl5 (CH3CO)2O
N SO3
N
N O
HNO3 H2SO4
N
OCOCH3
O2N
N O
PCl3 CHCl3,
N
NO2
21
理学院化学系
有机合成化学
2. 2 官能团的转换
在有机合成中， 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 2.2.1 羟基的转换
Br2
CH3 H3C C Br CH3 CH3 CH2 H3C C CH3 H Cl
300 o C CH3 H3C C H CH3
Cl2
300 C
CH3 H3C C CH3 CH3
Cl2 紫外光
o
H3C C Cl + CH3
CH3 H3C C CH2 Cl CH3
3
理学院化学系
δ CH3CH2CH2 δ Cl δ CH3CH CH3
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， 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α 其顺序为： 原子的α-位，其顺序为：
OCOR Cl RCOCl, (RCO)2O NR'3 H OR (RO)2SO2 或RX, OHH H OH Lewis酸 或 H+ O O H+ H O H SOCl2
H+ C H C O 2
22
理学院化学系
有机合成化学
ArNH2
NH4HSO4 SnCl4 高温,高压
ArOCOR
(RCO)2O or RCOCl, R'3N
2
理学院化学系
有机合成化学
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， 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， 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。 所以他们的合成应用受到限制。
有机合成化学
ArNR'3 X (R)
ArNH2 (R) NaNO2 H2SO4
HONO
Ar R'
(R) NNO [H]
Ar R'
(R) NNH2
N N
OH
沸水煮
ArCN
ArOH
H3PO2
ArH
ArX(X=Cl, Br)
24
理学院化学系
2.2.3 含卤化合物的转换
R H2C CH MgX R H2C CH Li R H2C CH R' 2 "RC RCH2CHR' C C CNa R"MgX R' R' Mg 乙醚 Li N2 2Na R H2C CH X R' LiAlH4
O
COCH3
O
X
O
SO3H
18
理学院化学系
有机合成化学
HCHO S HCl CH2Cl (CH3CO)2O NO2 + S 痕量 S NO2 S COCH3 H3PO4 S
I2/HgO C6H6, 10~25 C H2SO4 S NBS S Br SO3H
o
S
I
CH3COONO2
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理学院化学系
HO 70%
C
CH3
H2SO4 ~100 oC
CH3
Cl2 Fe
CH3 Cl H+3O
150 oC
CH3 Cl
SO3H
SO3H
13
理学院化学系
2．侧链上的反应 ．
有机合成化学
CH3 hv CH + Cl2 CH3
CH3 C Cl + HCl CH3 100%
14
理学院化学系
2.1.5 取代苯衍生物的官能团化
H3C C CH2 + Vδ-Wδ+ H CH3CHVCH2W
H H3C C CH2 OH Br
HOBr
H3C C CH2 H
ICl
H H3C C CH2 Cl I
H H3C C CH2 H Br
HBr
过氧化物
HBr H3C C CH2 无过氧化物 H
硼氢化—氧化
H3 C
H C
CH2
Br H
H 3C
OH
发烟H2SO4 HNO3
OH O2N NO2
CH3 NO2
Cl2/FeCl3 50~60 oC
CH3 Cl NO2
NO2
NH2
H2O + NaOCl + HCl 25~30 oC
NH2 Cl + NaCl + H2O NO2
15
NO2
理学院化学系
NH2 Br
Br2, H2O
有机合成化学
NH2
Br
有机合成化学
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： 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： 注意 第一，环上已有一个以上的取代基时， 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； 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， 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。 把芳胺转变成乙酰苯胺。
ArOH
CH2N2
(RO)2SO2 或RX, OH -
ArOR
ArOCH3
23
理学院化学系
2.2.2 氨基的转换
ArNHCOR' (R) or (R'CO)2O ArNHSO2Ar (R) PhAr PhH OHKCN Cu2(CN)2 ArI ArF 热解 NaBF4 ArNO2 NaNO2 ArN2BF4 KI Na2S2 Ar S S Ar Cu2X2 HX ArN2+HSO4ArSO2Cl R'COCl R'X ArNR2' (R) R'X ArNHR' (R) PhOH, OHAr R'X
− CH− CH2 > CH3
|
9
理学院化学系
有机合成化学
N-溴代丁二酰亚胺（NBS）在光催化反应条件下，可使多 溴代丁二酰亚胺（NBS）在光催化反应条件下， 种甾烯的亚甲基发生氧化， 种甾烯的亚甲基发生氧化，具有良好的区域选择性
hv/NBS/CaCO3 THF/H2O
H3CCOO
H3CCOO 81%