第二章有机合成基础

ArNH2
Fe/HCl CF CO H 3 3 或 H2/Ni Ar N N O Ar As2O3 NaOH Zn NaOH水溶液 Zn, NaOH/CH3OH ArNO2 NH4Cl Zn
ArNHOH
Ar
N N
Ar
ArNHNHAr
Zn, NaOH水溶液
26
2. 2 官能团的转换
2.2.5 氰基的转换
RONa (Ar)
NH4OH或NH3加压/CuCl/200 oC
RNH2(催化,高温) (Ar)
NaOH/H2O
ArNH2
ArNHR(Ar)
ArOR(Ar)
ArOH
25
2. 2 官能团的转换
2.2.4 硝基的转换
ArN2
+
HNO2
ArNH2
H2SO5
ArNO Na2Cr2O7 H2SO4 0 C
o
N
NO2
19
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。
1 羟基的转换 2 氨基的转换 3 含卤化合物的转换 4 硝基的转换 5 氰基的转换 6 醛酮的转换 7 羧酸衍生物的转换
20
2. 2 官能团的转换
2.2.1 羟基的转换
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
8
2.1 官能团化
2.1.3 炔烃的官能团化
R RCX2CHX2 X2 FeX3 HX HgX2 R RC X RC X C OH R H C CH OH CH2 CH2 CHX X2(X=Cl, Br) FeX3 HX(X=Cl, Br, I) HgX2 H2O Hg2+, H+ ① B2H6 ② OH-, H2O 催化氢化 RCH2CH3 亲电加成 R C D-A反应 亲核加成 R R'OH OHR R'COOH OHHCN OR' C CH2 O C O R C CH2 CN R' C CH2
2O
PC l
RCH2OH + R'OH R' R C R"
-
2R"MgX H2O
RCOX
R'OH
RCOOR'
2
AC
OO
Na
R"OH/H+ 或 RONa R"CH2COR"' EtONa R"CH2COOR ' EtONa
2O
H
OH RCOOR" + R'OH
RC
NH
RCOCHCOR"' R" R"
NH3
得到。
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。
3
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。
4
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。
RCX2CH3
CH
RCCH3 O
RCH2CHO
9
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
D
D2SO4
RCl RCOCl AlCl3 AlCl3 Friedel-Carefts Friedel-Carefts
CH2R ROC [H] Zn-Hg/HCl
Ar
ArN2+ClOHSO3, H2SO4 X2 FeX3 (X=Cl, Br) 气相接触 催化水解 X
2.1.6 简单杂环化合物的官能团化
18
2.1 官能团化
2.1.6 简单杂环化合物的官能团化
R X- + R
高温
N H
N H
X
-
RX
SO3
重排
N R Cl
X
-
N
PCl3 RCO3H PCl5 (CH3CO)2O
N SO3
N
N O
HNO3 H2SO4
N
OCOC H3
O2 N
N O
PCl3 CHCl3,
16
2.1 官能团化
2.1.6 简单杂环化合物的官能团化
HCHO S CH2Cl HCl (CH3CO)2O NO2 + S 痕量 S S COCH3 H3PO4 S
I2/HgO C6H6, 10~25 C H2SO4 S NBS S Br SO3H
o
S
I
CH3COONO2 NO2
17
2.1 官能团化
① R'MgX ② H 3O +
Ph3P=CR'2
R
CH2 C (R)H
CR'2
R
X X RCH2 NH2 CH2 HC - NH3 Y C C C X + NH 或 RNH (R)H HC 3 2或NH 4 (R)H Y Y CH2 CH2CO2Et C ①XCH2CO2Et/Zn -H2O (R)H OH ② H O+
+ 2 R'OH/HRCH
(R)H R H 2C C
R O C C H(R)
(R)H R H 2C C OH
RCH2 R'OH/H+ H 3 O+ (R)H
OR' C OR'
稀 OH-
C OR'
(R)H
28
2. 2 官能团的转换
2.2.7 羧酸及其衍生物的转换
RCH2OH LiAlH4 RCOOH
R H2 C CH MgX R H2 C CH Li R H2C CH R' NaOH H 2O RCH2CHR' OH NaCN 2 R"ONa NH3 "RC RCH2CHR' C C CNa R"MgX Na[CH(CO2Et)2] NaSH RCH2CHR' RCH2CHR' SH R' R' Mg 乙醚 Li N2 2Na R H2C CH X R' LiAlH4 KOH-C2H5OH R HC CH R' (Saytzeff烯烃)
3
RCONH2
RCOCHCOOR '
ArH AlX3 RCOAr
X2/NaOH (NaOX) RNH2
LiAlH4
P2O5 - H2O RCN
RCH2NH2
29
（三） 保护基团
保护基应满足下列三点要求： 1. 它容易引入所要保护的分子（温和条件）;
2. 它与被保护基形成的结构能够经受住所要发生 的反应的条件;
ArNHCOR' (R) or (R'CO)2O ArNHSO2Ar (R) PhAr PhH OHKCN Cu2(CN)2 KI ArN2+HSO4ArSO2Cl R'COCl R'X ArNR2' (R) R'X ArNHR' (R) PhOH, OHHONO Ar R' Ar N N OH (R) NNO [H] Ar R' R'X ArNR'3 X (R)
RCH2CH2R'
R"SNa RCH2CHR' S R"
RCH2CHR' RCH2CHR' CN O R"
RCH2CHR' NH2
RCH2CHR' R" R"
CH(CO2Et)2
24
2. 2 官能团的转换
2.2.3 含卤化合物的转换
ArCN
NaCN
Baidu Nhomakorabea
ArSO3Na
Na2SO3
ArSH
Na2S
ArX (Cl, Br)
H3C
80%
NH2 Cl- H2O CH3
HO 70%
C
练习：
合成
11
2.1 官能团化
2.1.4 芳烃的官能团化
2．侧链上的反应
12
2.1 官能团化
2.1.5 取代苯衍生物的官能团化
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。
制备时，以三苯基氯甲烷在吡啶中与醇类作用，而以 4-二 甲胺基吡啶（4-dimethyl aminopyridine, DMAP）为催化剂。
HNO3, H2SO4
O2N
HO3S NaOH
HCHO/HCl ZnCl2
ClH2C
HO
10
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
OH HO
HCl + CH3CN ZnCl2
CH3
AlCl3
CHO CH3
OH O CH3
CH3
OH HO C
二、 官能团化和官能团 转化的基本反应
1 2 3 4 5 6 烷基的官能团化 烯烃的官能团化 炔烃的官能团化 芳烃的官能团化 取代苯的官能团化 简单杂环的官能团化
1
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
l2
/H H O H O /O R' H2
5 或S
OC
+ OH H 2O/H 或
+
3 或P
ArCOR RCHO
ArH AlX3
NH 3,
Na/C2H5OH 或 LiAlH4
1
Cl
R
H2 Pd-BaSO4 1 LiAlH4 RCH2OH 2 H3+O R'MgX RCOR' 醚，低温 R' 2 R'MgX C R' 醚，室温 OH (RCO)2O
3. 它可以在不损及分子其余部分的条件下除去（ 温和条件）;
30
3.1
羟基的保护基团
保护醇类 ROH 的方法一般是制成醚类 (ROR′) 或酯 类(ROCOR′)，前者对氧化剂或还原剂都有相当的稳定性。
1. 形成甲醚类 ROCH3
31
2. 形成叔丁基醚类 ROC（CH3）3
醇与异丁烯在Lewis 酸催化下制备。叔丁基为一巨大的取代基（ bulky group），脱去时需用酸处理：
3
R
CH2 OH C (R)H R' OH H3O+ RCH2 (R)H OH C CO2H
RH2C C CHCO2Et (R)H
R
HCN
RCH2 C (R)H
CN
X R CH2 R'CHCO2Et C C RONa CO2Et (R)H O COOEt C CH2COOEt R O CHC H(R)
RCH2NH2
H2/Ni 或LiAlH4 R C N
H2O H 或OH
+ -
RCONH2
RCOR'
① R'MgX/ 醚 ② H 3 +O
R'OH/H+
RCOOR'
27
2. 2 官能团的转换
2.2.6 醛和酮的转换
CH2 N(CH3)2 R HC C (R)H O HCHO, (CH3)2NH HCl R CH2 OH CH (R)H H2/Ni 或 LiAlH4 R H 2C C (R)H O
(R) NNH2
ArNH2 (R) NaNO2 H2SO4
ArCN
沸水煮
ArOH
ArI ArF 热解 ArNO2 NaNO2 ArN2BF4
H3PO2
ArH
Na2S2 NaBF4 Ar S S Ar Cu2X2 HX ArX(X=Cl, Br)
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2. 2 官能团的转换
2.2.3 含卤化合物的转换
ROH +
BF3 Et2O Cat 2 N HCl,MeOH,
RO
3. 形成苄醚 ROCH2Ph：
制备时，使醇在强碱下与苄溴 (benzyl bromide)反应，通常以加氢 反应或锂金属还原，使苄基脱除，并回复到醇类。
ROH
NaH,PhCH2Br Li,NH3
ROCH2Ph
32
4. 形成三苯基甲醚 (ROCPh3)
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
hv/NBS/CaCO3 THF/H2O
H3CCOO
H3CCOO 81%
O
7
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
OH
发烟H2SO4 HNO3
OH O2N NO2
CH3 NO2
Cl2/FeCl3 50~60 oC
CH3 Cl NO2
NO2
13
2.1 官能团化
2.1.5 取代苯衍生物的官能团化
14
2.1 官能团化
2 1 6 简 单 杂 环 化 合 物 的 官 能 团 化
. .
15
2.1 官能团化
2.1.6 简单杂环化合物的官能团化
H+ C H C O 2
21
2. 2 官能团的转换
2.2.2 羟基的转换
ArNH2
NH4HSO4 SnCl4 高温,高压
ArOCOR
(RCO)2O or RCOCl, R'3N
ArOH
CH2N2
(RO)2SO2 或RX, OH
-
ArOR
ArOCH3
22
2. 2 官能团的转换
2.2.2 氨基的转换
H3C C CH2 + V-W+ H CH3CHVCH2W
5
2.1 官能团化
2.1.2 烯烃的官能团化
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
SeO2
CH2CH3
CH2CH3 OH
CH3 CH3CH2C CHCH3
SeO2
CH3 CH3CHC CHCH3 HO
6
2.1 官能团化
R
R'
Zn-Hg/HCl R CH2 CH2 (R)H
NH2-Y
RCH2 C N Y (R)H Y: OH, NH2, NHPh, NHCONH2等
CH2CO2Et CH2CO2Et RONa
CH2 C O (R)H
R
CH2 C (R)H
-H2O
NaHSO3
RCH2 C (R)H
OH SO3Na OH