12第十二章 有机合成试剂

Heck反应的催化循环：
还原消除 氧化加成
β-H消除
配体置换
Sonogashira反应：
合成三键的良好方法，通过端基炔氢和芳香卤
代烃的偶联合成芳香炔烃 反应的标准条件是氮气下使用Pd(PPh3)4或 Pd(PPh3)2Cl2做催化剂，同时加CuI为助催化剂， 有机胺作为溶剂并提供碱性 卤代烃反应活性：I>Br>>Cl 反应循环与Suzuki反应相似

磷酸类衍生物阻燃性能好，用于阻燃剂等

9,10-二氢-9-氧杂-10-膦菲-10-氧杂（DOPO），甲基 膦酸二甲酯（DMMP）等
有机合成中的有机磷试剂——膦叶立德：
叶立德的含义：

叶立德是Ylide的音译，指的是正负电荷在相邻原子 上的内盐，如P+－C-结构 三烷基膦与卤代烃制备的季膦盐碱性下脱氢 [Ph3P+ -CH3]BrPPh3+ CH3Br


五配位磷化合物，如PPh5等膦烷
六配位磷化合物，如六配位磷阴离子和环状磷酸酯
有机磷的特点：
毒性大，用于农药、除草剂、神经毒剂等

常见的有机磷农药： 敌百虫、敌敌畏、对硫磷、久 效磷、乐果、马拉硫磷、草甘膦、异稻瘟净等 Pd(Ph3)3Cl2，Pd(Ph3)4等
配位能力强，可用于金属催化剂的配体
偶联反应
不具有α－H的膦叶立德则在氧作用下生成酮
Ph3P=CRR’ + O2
RR’C=O + PH3PO
氧化反应
12.2 有机硼试剂
有机硼主要包括硼烷、烃基硼烷及烃基硼
酸/酯等
硼烷和烃基硼烷都是亲电试剂，硼带有负电性 烃基硼酸/酯则主要用于Suzuki反应
有机硼试剂的制备：
烃基硼烷：

3、与α, β-不饱和醛酮进行1，4－共轭加成
反应结果是烯丙基碳成为烯烃端基碳，机理是：
三甲基硅对碳正离子的稳定作用
使用烯丙基硅烷的合成优势：
酸性条件反应，可防止碱性副反应 对共轭体系的加成反应固定于1, 4-加成，区域选择 专一（总是在γ位） 立体选择性高（Z、E型烯烃底物均得到syn型产物）
+ Ar R
还原消除
L Ar Pd X' B(OH) 2
Pd 0 PdLn
ArX
氧化加成
L Ar Pd X L X' -
金属转移
L 配体置换 R-B(OH) 2 Ar Pd X' XL
Heck反应：
七十年代Heck最先研究的一种方便的合成双键
的方法，通过芳香或脂肪族端基双键与芳香卤 代烃反应 反应需要在氮气保护下使用稳定的钯盐、弱碱 和助亲核试剂催化 反应循环与Suzuki反应相似，不同的是双键配 体取代磷配体时变为σ,π共存的钯催化体系。
反应除了钯盐，还需稳定钯中心的配体（常用
膦）及弱碱（常用KF、Cs2CO3、 K2CO3等） 为共催化剂 反应中首先产生的是活性的零价钯催化剂，随 后发生氧化加成得到σ-键合钯催化剂 该化合物对氧气较敏感，反应常需使用氮气或 氩气保护
反应循环
反应分为四步循环：
生成Pd0后，经四步循环重新得到Pd0 ，同时得 到反应产物 X'B(OH)2

Suzuki反应的特点：
反应条件相对较温和，不受水的影响 反应后的含硼副产物容易除去，提纯方便 硼试剂对于多数官能团保持稳定，反应选择性高， 空间位阻影响不大


卤代物比较：碘代芳烃>溴代芳烃>氯代芳烃
12.3 有机硅化合物
硅原子的特性：
大原子半径、小电负性
具有空的3d轨道，高度极化性
硅化合物的特点：
空的3d轨道导致硅中心首先反应，Si-C易分解 Si原子能稳定与Si-C键相邻的正负离子，促使
反应的进行
有机硅化合物的分类：
烯醇硅醚（RO－SiMe3)
烯丙基硅烷（CH2=CHCH2－SiMe3) 烯/苯或炔基硅烷（Ph－SiMe3)
含硅α-碳负离子化合物（RCOCH－－SiMe3)
常用的含硅试剂：
三甲基硅烷取代的各种硅化合物 三甲基硅的稳定作用使体系在保持稳定的前提
下具有足够的反应活性
一、烯丙基型三甲基硅烷
制备：

通过格氏试剂与三甲基氯硅烷合成：
烯丙基硅烷的反应：

1、与醛、酮、亚胺及缩醛/酮等加成或消除-加成
H2 O TiCl4

2、与酰卤进行酰基亲核取代
Sonogashira反应的催化循环：
类似于Suzuki反应：
总结：
新的有机合成试剂可以极大改善反应的选
择性和产率，是目前研究的热点 有机磷试剂应用广泛，但需警惕毒性 有机硼试剂多用于Suzuki反应 带三甲基硅的有机物可以稳定碳正负离子， 应用前景广阔 Pd催化剂的催化循环
σ-键合钯配合物催化的碳碳键合成
配合物催化剂主要用于四类反应：
成单键的Suzuki反应
成双键的Heck反应 成三键的Sonogashira反应
用有机锡或烃基三氟甲磺酸酯合成单键的Stille
反应
它们均为合成连接π体系碳碳键的方法，其
中Suzuki、Heck和Sonogashira反应是应用最 多的反应
最重要的是用于Suzuki
Suzuki

偶联反应
Coupling反应：
芳基或烯基硼化合物与芳或烯基卤化合物在碱性条 件Pd催化下交叉偶联得到芳-芳单键产物的反应

是钯催化的四个重要人名反应中的一个

反应底物：二烷基亚硼酸或酯、烷基硼烷等，卤代 物为溴或碘化合物
催化剂：Pd的膦配合物，如Pd(OAc)2-PPh3 、 Pd(PPh3)4 、 Pd(PPh3)2Cl2 等 反应机理与Heck反应相似
三甲基硅乙炔 2-甲基-3-丁炔-2-醇
常用的引入三键的化合物
三、三甲基硅的α-碳负离子化合物
产生方式：
有机硅化合物的α-碳去质子化 α-硅基卤代烃制备格氏试剂 有机锂对三甲基乙烯基硅烷加成

反应：

该类化合物可以对羰基加成，之后再通过消除或其 他反应得到最后产物

在氟离子存在下三甲基硅基团可作为羟基的合成等 效体
O CH2-PPh3
O=PPh3 +
CH2
内膦盐经四元环中间体分解为产物

证明：加入HBr和低温状态都能获得关键中间体
Wittig反应的缺点：
需要使用强碱，成本高 产物三苯氧磷难分离 顺反产物有时难控制

Wittig反应改进：

亚磷酸酯代替三烷基膦，在醇钠等稍弱的碱中反应， 称为Wittig－Horner反应
R1R2C=CRR’

反应优点：


位置专一，任意羰基都能反应 立体专一，稳定叶立德优先生成反式结构 双键不迁移，与α,β－不饱和羰基不发生1，4－加成

Wittig反应的立体选择见p105表5－1
O
反应机理：亲核加成－分解过程 O
+ + CH2-P Ph3
CH2-P+ Ph3
首先加成得内膦盐

烃基硼酸则常使用格氏试剂与硼酸酯或硼烷加成－ 水解制备
有机硼试剂的反应：
一、硼烷的反应
1、氧化反应：

硼原子被羟基取代成醇，如硼氢化－氧化反应：
反应通常使用碱性H2O2作为氧化剂 制备醇时通常使用乙硼烷为原料，遵守反马氏规则

2、质子分解反应：硼被氢取代还原为烃

反应条件：质子酸中回流，是特殊的还原方式
第十二章 有机合成试剂
有机磷、硅、硼和钯试剂
12.1 有机磷试剂
定义：
含碳－磷键的化合物（称为膦）或含有机基团
的磷酸衍生物，主要包括以下几类：

三配位磷化合物，如三烷基膦和亚磷酸三烷基酯

类似于氮的有机物，但PR3的亲核性和碱性比NR3强，因 为磷较氮体积大，电负性小

四配位磷化合物，如季鏻离子R4P+等
3、羰基化反应：烃基硼烷与CO加成得硼酸酯
衍生物，不同处理可得不同产物：
NaBH4 乙二醇－水，加 热后加H2O2
硼酸酯衍生物
乙二醇，加热 后加H2O2
4、共轭加成：

氧存在下烃基硼烷与α,β－不饱和羰基化合物发生共 轭加成，加成产物水处理得到烃基化羰基产物：

反应依照自由基加成方式进行，烃基加成在远离羰 基的β－C上，且烃基碳的立体构型保持不变

83％ 82％
29％
31％
二、烯/苯或炔基的三甲基硅烷化合物：
制备：

相应烃基金属盐与三甲基氯硅烷制备
反应：

1、三甲基硅的亲电取代反应：
三甲基硅被E+取代，历程是加成－消除反应 与酰卤反应可得到α, β-烯（或炔）酮，反应中烯基的 几何构型保持，如：

三甲基硅稳定碳正离子，使反应容易进行
5、其他反应：
偶联反应，硼烷偶联得到烃类 异构化反应：重排生成位阻最小的结构 置换反应：烃基硼烷生成另一种烃基的硼烷的反应

6、与有机金属试剂的反应
硼烷与有机金属试剂（常为锂试剂和格氏试剂）反 应后水解可得烃基硼酸，用于芳香硼酸的合成 为避免硼烷分解，常使用一锅法制备

二、烃基硼酸/酯类化合物的反应：
12.4 钯催化的碳碳键合成
钯催化剂：
包括零价金属催化和二价配合物催化两大类
氧化还原常用金属催化，一般需高温高压 碳碳键的催化合成一般使用配合物催化剂
催化机理：
金属催化：金属吸附π键，削弱键能，促进新
键的合成 配合物催化：通过钯中心与底物的结合－消去 四步循环过程促进新键合成
一、钯配合物的催化机理：
钯配合物的催化一般经过四个基元反应实现：
配体的可逆解离和配位，形成活性有机钯中间体 氧化加成及还原消除 插入和消除 亲核取代和亲电取代

活性有机钯中间体的类型主要有：
Ar－PdII－X π-键配合物 π-烯丙基配合物 σ-键合中间体 应用最广泛
Suzuki反应：
R1R2BR 3 + [R3CuH]-Li+
(a) (b) (c)
R1R2BCl + H2C CHCH2MgBr
R1B(OR2)2 + R3Li
R1R2BCH2CH=CH2
R1R3B(OR2)
+ R2OLi
硼酸和硼酯：

硼酯常使用硼酸与醇的脱水制备

硼酸三丁酯的制备：
B(OH)3 + n-C4H9OH 加热脱水 B(OC4H9)3 + H2O
PhLi
制备：

Ph3P=CH2
Ph3P+ -CH2-

其他制备方式：卡宾与膦作用或Ph3PCl2与活性亚甲 基反应

膦叶立德的反应：

叶立德结构中的碳是能稳定存在的强亲核试剂
反应生成烯烃，称为Wittig反应 从形式上，羰基氧换为Ph3P=CRR’中的碳结构 R1R2C=O
一、与羰基化合物的反应：
二、酰化反应
带有α－H的膦叶立德可以与酰氯得到酰基膦叶
立德，随后可处理得炔或者酮
Ph3P+CH2RCl-
酰基膦叶立德
使用酯或硫代酯代替酰氯可以提高膦叶立德的
利用率
三、偶联反应：
具有α－H的膦叶立德在氧作用下偶联生成对称
烯烃
Ph3P=CHR + O2 RCH=CHR + PH3PO

2、双键的加成与氧化反应

三甲基硅影响双键的反应和选择性，反应产物被三甲基硅 稳定后具有区域选择性，与普通的双键反应相似
反式消除
δ+

3、三甲基硅乙炔端基氢的反应

三甲基硅稳定三键，使得三键氢可以发生Sonogashira反 应，同时三甲基硅容易脱去，KOH－醇体系搅拌即可除 去三甲基硅得到三键氢：

Baidu Nhomakorabea
对不饱和烃进行硼氢化反应可制备烷基硼试剂
94%
3
B2H 6
B 6% R'
R
R'
+
O

R
B
其他方法：（金属有机法）
无法通过普通法制备的硼烷可通过二烷基硼烷与铜 锂试剂反应 （法a） 格氏试剂与卤代甲硼烷反应制备 （法b） 有机锂试剂与烷氧基有机硼试剂反应制备 （法c）

R1R2BH + R32CuLi