官能团化和官能团转换的基本反应

AlCl3(0.3mol) 80~100 C
o
CH3 CH3 CH CH3 CH3
CH3
CH3
(1mol)
CHOH + CH3 70 oC (1mol) 第二章 官能团化和官能团转换的基本反
应
80%H2SO4(12mol)
CH(CH3)2
21
◆ F-C 酰基化反应
O + RCOZ Lewis酸 C R
CH3CH=CH2 500oC CH2CH=CH2 Cl CH3 Cl /hv 2 CH2Cl
Wohl-Ziegler反应 CH3CH=CHCOOCH3 NBS/CCl4 CH2CH=CHCOOCH3 Br NBS/CCl4 O CH2Br
O
CH3
用NBS为试剂要注意烯丙基自由基中间体重排造成的异构：
6
第二章 官能团化和官能团转换的基本反 应
※ 与氢卤酸加成：碳正离子中间体
第二章 官能团化和官能团转换的基本反 应
7
反应的立体选择性问题
A B A B H A B B
顺式加成
HX
X A
+
H A B
A B X
反式加成 (+ -)
(+ -)
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H+ + Me Me Me H Me BrMe
Br Me H 反式加成
F-C反应（1877年发现）：在三氯化铝催化下，卤代烃及酰卤与 芳香族化合物反应，可在苯环上引入烃基及酰基。如：
Cl CCl4, AlCl3 10~30 oC 3h Cl H 2O O
◆ F-C 烃基化反应
1）催化剂： Lewis酸：AlCl3, FeCl3, BF3, ZnCl2, TiCl4 质子酸： H2SO4, HF, P2O5 F-C 烃基化反应 2) 反应底物：芳香族化合物：芳香烃，芳香氯或溴代物 酚，酚醚， 胺，醛，羧酸 芳杂环化合物：呋喃，噻吩 3）烃化剂： 卤代烃、烯烃、醇、醚及酯。 应
Me
+
Me Br 顺式加成 H
优势构象
第二章 官能团化和官能团转换的基本反 应
8
2. 双键的自由基加成反应： 反马式产物
CH3CH
引发：
CH2 + HBr
O O C6H5COOCC6H5 O
过氧化物 或光
CH3CH2CH2Br
O 2C6H5CO
C6H5CO
+ HBr
放热 H
O
C6H5COH + Br + Br )
R H
C C
R' (>90%) H H (82%) R'
16
R C C H 第二章 官能团化和官能团转换的基本反
应
第二章 官能团化和官能团转换的基本反 应
17
2.1.4 芳烃的官能团化
芳环上的亲电取代反应
第二章 官能团化和官能团转换的基本反 应
18
※ Friedel-Carfts 反应：包括烃基化和酰基化反应
OR
通式
RO
HCl
+
R'CN
水解 RO
OR
O C
ZnCl2
R'
第二章 官能团化和官能团转换的基本反 要求苯环上电子云密度高，要有 2 个供电子基（一元酚不反应） 23 应
（b）Gattermann反应：(Hoesch反应的特例) 具有羟基或烷氧基的芳烃在AlCl3或ZnCl2催化下与HCN及HCl作 用生成相应的芳香醛。
H3C CH3
C
C
CH3 H
SeO2
H3C O C
C H
C
CH3 H
O C6H5C OOC(CH3)3/CuBr 1) Refl.
O OC C6H5
(50%~77%) o (71~80%) 2) 80~82 C 官能团化和官能团转换的基本反 第二章
应 13
2.1.2 炔烃的官能团化
炔烃中，三键是反应中心，典型反应为亲电加成反应。与烯烃 相比，还有亲核加成。 1. 亲电加成:
烃基的异构化：烃化剂碳原子数多于两个时，出现烃基异构化产物。 产物结构 反应温度高，催化剂活性大，异构化产物多。 烃基的定位：苯环上原有烃基时，一般新上烃基到其邻或对位；当 反应条件强烈（升高温度，使用高活性催化剂，延长时间） 出现间位产物。
第二章 官能团化和官能团转换的基本反 应
20
n Pr
例:
CH2Cl CH3CHCH3 64%
CH3 + CH3CCH3 Cl 36%
目前，许多学者在探索用副族金属催化剂活化烷烃
C-H键，以获得有用精细化学品合成原料，如，甲烷 直接氧化成甲醇。
第二章 官能团化和官能团转换的基本反 应 3
2.1.2 烯烃的官能团化
烯烃的官能团是双键，其邻位α -位也是可官能团化的部位。
※ 注意：芳胺、酚的 C-酰基化收率低。 第二章 官能团化和官能团转换的基本反
应 22
副反应： NH2 + RCOCl AlCl3
NHCOR OH COR
OH AlCl3 RCOCl +
OCOR AlCl3 Fries重排
r.t. RC O
OH
◆ 与芳环C-酰基化有关的“人名”反 应 （a）Hoesch 反应：以腈为酰化剂间接将酰基引入酚或酚醚的 （间接酰化 ) 芳环上的方法
H3C C
H
CH3
I
Br
b
H
CH3 C Br C
Br H CH3
II
CH3 Br H (R) H Br (R) CH3 I dl-
CH3 H Br (S) Br H (S) CH3 II
顺式烯烃经反式加成后， 得到一对苏型的对映体。
第二章 官能团化和官能团转换的基本反 应
5
反式烯烃的加溴反应
Br H3C H H C C Br2 H3C H b H CH3 a Br Br
HOOC HOOC C C COOH + Br2 Br
OH H2O/H+ Hg2+ OH C O CH3
C
C
Br COOH 75%
2. 亲核加成
HC CH + HCN Cu2Cl2-NH4Cl/HCl p, t CH2=CHCN
14 第二章 官能团化和官能团转换的基本反 应
3. 硼氢化-氧化反应
6 R C C H + B2H6
第二章 官能团化和官能团转换的基本反 19
1）烃化剂： RX 活性
烯丙型、苄型及叔烃基>仲烃基>伯烃基
烯烃及醇：常用酸（H2SO4,HF）或BF3作催化剂。 F-C 烃 基 化 反应影响因素 * 醇类若用AlCl3 催化，则需AlCl3大过量。 2） 反应底物结构：芳环上有给电子基，反应易进行；反之则难进行。 硝基苯不发生F-C反应。酚、酚醚及芳胺的F-C 无使用价值。 3）催化剂：总的来说，Lewis酸的催化活性大于质子酸，且Lewis酸的 活性受烃化种类影响较大。无水AlCl3最常用，活性大。
R'X RC CH CH3MgX/dry ether RC CMgX
CR'
RC
+
CR' RC CCOOH
(1)CO2(s)/dry ether (2)H3O
5. 炔烃的加氢反应
H2/Ni, or Pd, or Pt H2/Pd-CaCO3 or Pd-BaSO4 Na, NH3 RCH2CH2R'
RC CR'
第二章
官能团化和官能团转换 的基本反应
内 容
2.1 官能团化
2.2 官能团的转换
第二章 官能团化和官能团转换的基本反 应
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
2.1 官能团化 2.1.1 烷烃的官能团化：C-H键，难活化
烷烃对亲电和亲核试剂都不活泼，对强酸，强碱，强氧化剂， 强还原剂都不发生反应。 烷烃可进行自由基反应，但反应难于控制，一般，限于特殊 结构的底物与卤素的反应。
-
a
Br H3C H C Ⅲ
H3C C
H
Br
CH3
b
H H3C Br
Br C Ⅳ C H CH3
CH3 H Br (S) H Br (R) CH3 Ⅲ 同一物
CH3 Br H (R) Br H (S) CH3 Ⅳ
反式烯烃经反式加成得到两 个赤型的产物，如果产物中 含有两个相同的手性碳，这 两个结构就是同一物。
o
OH 65%
NEt2 CHO + 36%
CHO 56%
26
第二章 官能团化和官能团转换的基本反 应
（e）Vilsmeier- Hauuc反应： 以N-取代的甲酰胺为甲酰化试剂在POCl3作用下，在芳环上引 入甲酰基的反应称为Vilsmeier- Hauuc反应。
通式
R R N O C H + POCl3 + ArH H2O R ArCHO + R NH
(或 HBr
光照
链增长： CH3CH
CH2 + Br
CH3CHCH2Br CH3CH2CH2Br + Br
CH3CHCH2Br + HBr
链终止： （略）
第二章 官能团化和官能团转换的基本反 应 9
3. 双键的硼氢化及硼氢化-氧化，硼氢化-卤解反应 ＊硼氢化反应的机理
B2H 6 亲电加成 CH3CH CH2 + H BH2 - + B：电负性2.0 H：电负性2.2
第二章 官能团化和官能团转换的基本反 应
25
（d）Reimer- Tiemann反应 将酚及其某些杂环化合物与NaOH溶液和过量的CHCl3一起加 热形成芳醛的反应称为Reimer- Tiemann反应。
OH NaOH/CHCl3/B-CD 60 C , 20min CHO
NEt2 + CHCl3 hv NEt2
1. 双键的亲电加成反应：一般，马式加成产物
※ 与溴加成：溴嗡离子中间体，反式加成
第二章 官能团化和官能团转换的基本反 应
4
立体选择性反应（stereoselective reaction）
顺式烯烃
Br H C C CH3 H Br2 H CH3 b Br
-
H CH3 a Br-
a
Br H C CH3
2
R H
H C C
B
3
H2O2 OH
-
6RCH2CHO
顺式、反马氏加成
R
CH3COOH RCH=CH2
6 R C C R' + B2H6
2
R' C C
B
3
CH3COOH
R C C H cis-
R' H
15
H
第二章 官能团化和官能团转换的基本反 应
4. 炔氢的反应
RC CH (1)NaNH2/NH3(l) (2)R'X RC
+ CH3CH2
-
CH2 BH2 +
H
-
CH3CH2 H
CH2 CH3CH2CH2BH2 BH2
四中心过渡态
顺式加成
第二章 官能团化和官能团转换的基本反 应 10
＊ 硼氢化-氧化
1. B2H6 Et2O 2. H2O2, OH+
H3C
CH3
H3C
H
CH3 OH
H H3C
OH CH3
得到顺式加成、反马氏规则的产物 ＊ 硼氢化-卤解反应
通式 ArH+HCN
HCl ZnCl2 C H NH H2O CHO
OH Zn(CN) /HCl 2
CHO OH
24
第二章 官能团化和官能团转换的基本反 应
CH3
Zn(CN)2/HCl
CH3
H3C
CH3
H2O
H3C
CH3 CHO
(c) Gattermann-Koch反应
CH3 Cu2Cl2/AlCl3 + CO + HCl CH3 CHO
Cl2/CH2Cl2/hv/ 42 oC, 5h
第二章 官能团化和官能团转换的基本反 应
Cl 60%~83% exo-纯度：70%~95%
2
CH3 CH3CHCH3
Br2 hv or
CH3
CH3 Br
CH3CHCH2Br + CH3CCH3 痕量 99%
CH3 CH3CHCH3 hv,
Cl2 25 o C
BH3 CH3-CH=CH2 (CH3-CH2-CH2)3B Br2/CH3ONa 反马氏产物 CH3CH2CH2Br
BH3, THF 25 o C exo H )3 B
I2/MeONa MeOH/0o C 78% I
endo:exo=80:20
11
第二章 官能团化和官能团转换的基本反 应
4. 烯丙位及苄位的官能团化-------卤化及氧化 ※ 烯丙位及苄位的卤化
Z= Hal, R'COO-; R'O- ; et.al.
酰氯为酰化剂， Lewis 酸用量需与酰氯等摩尔数，酸酐作酰化 剂，需用2摩尔以上Lewis 酸。
CH3 O CH3CH CHC Cl/AlCl3 3~4h OCH3 CH3 CH CH3 CH C OCH3 O AlCl3 AlCl3 O CH3 + O CH3 OH O 产物为混合物 CH3 CH3
AlCl3(0.08mol) + CH3CH2CH2Cl o 6 C , 5h (1mol) （2mol) 35 C , 5h + CH3CH2CH2Cl （1mol) (3mol) AlCl3(1mol) 10 C
o o
i Pr +
3 2 i Pr
: :
2 3 Pr i
i Pr
CH3
CH3 CHI + CH3
RCH2CH=CH2 NBS (PhCO2)2 RCHCH CH2 NBS RCHCH=CH2 + RCH=CHCH2Br
12
RCH
CHCH2
第二章 官能团化和官能团转换的基本反 Br 应
※ 烯丙位及苄位的氧化 烯丙位的甲基、亚甲基或次甲基在一些氧化剂作用下可被氧化 成相应的醇（酯）、醛或酮，而双键不被氧化或破坏。