有机化学考试复习

1、习题课（一）考试题型 1.名词解释 2.化合物合成（完成反应试20分，分子设计10分） 3.波谱解析（20分） 4.反应机理格氏试剂是有机金属化合物中重要的一类化合物, 也是有机合成上的非常重要的试剂之一, 应用广泛；格氏试剂与不同的物质反应, 可以合成烃类、醇类、酮类、醛类、酸类及金属有机化合物等。一 格氏试剂1、格氏试剂的制备2、格氏试剂的组成及结构3、格氏试剂在有机合成中的应用 合成金属有机化合物 合成亚磺酸 合成硫醇 合成酸类 合成酮类 合成醛类 合成醇类 合成烃类格氏试剂是把镁屑放在无水醚中, 滴加卤代烷而制得, 即:Mg + RX RMgX(C2H5)2O这一反应为1912 年诺贝

2、尔化学奖获得者法国化学家格里尼亚所发现, 故烃基卤化镁称为Grignard试剂,此类反应也称为Grignard反应。格氏试剂的制备格氏试剂的组成及结构“RMgX”是习惯用的一种简化表示格氏试剂的通式,真实的格氏试剂并非单分子烃基卤化镁(RMgX)在醚中的简单溶液, 而是 R2Mg , MgX2 ,(RMgX) n等多种物质经过一个希兰克转化形成的一种动态平衡混合体系, 即2 RMgX R2Mg + MgX2在格氏试剂中, 乙醚, 也可以是苯、四氢吠喃或其他醚类，是起溶剂的作用，它能与格氏试剂络合生成安定的溶剂化物即:(C2H5)2O : M : (C2H5)2RR格氏试剂相对稳定, 在无水的条

3、件下, 可以保持一段时间, 但它对有些化合物显出很大的活性, 如:R- Mg+X + HOH R H + Mg(OH)X格氏试剂遇水分解, 故在制备保存、与其它试剂反应时都必须在无水的条件下进行格氏试剂在有机合成中的应用 -合成烃类HOHHXROHNH2HRC CHRCOOHRH +Mg(OH)XRH +MgX21.烷烃的合成：与活泼氢的反应RMgX +RH + Mg(OR)XRH + MgXNH2RH + MgXC CRRH + MgXOOCR格氏试剂在有机合成中的应用 -合成烃类RMgX + RCl R R + MgXCl1.烷烃的合成：与卤化物的反应X2RMgX + 2AgBr R R

4、+ 2Ag + 2MgBr格氏试剂在有机合成中的应用 -合成烃类RCH CHCl + RMgXHC CCl + RMgXRC CH +XClMg2.烯烃的合成3.炔烃的合成RCH CHR + MgClX格氏试剂在有机合成中的应用 -合成烃类4.芳烃的合成B + RMgXXBrR + Mgr格氏试剂在有机合成中的应用 -合成醇类1.伯醇的合成与甲醛反应与环氧乙烷反应RMgX+ H2C ORCH2 OMgXRCH2CH2OH + Mg(OH)XH2OOH2CCH2RMgXRCH2CH2CH2OMgXRCH2OH + Mg(OH)X+H2O格氏试剂在有机合成中的应用 -合成醇类2.仲醇的合成：与醛反

5、应RCHOH + Mg(OH)XRCHO + RMgXR CHOMgXRH2OR格氏试剂在有机合成中的应用 -合成醇类3.叔醇的合成与酮反应格氏试剂在有机合成中的应用 -合成醇类3.叔醇的合成与酰氯反应XX格氏试剂在有机合成中的应用 -合成醛类1.与氢氰反应MgXllHO格氏试剂在有机合成中的应用 -合成醛类2.与甲酸反应格氏试剂在有机合成中的应用 -合成酮类1.与羧酸反应格氏试剂在有机合成中的应用 -合成酮类2.与烯酮反应格氏试剂在有机合成中的应用 -合成酸类1.与二氧化碳反应格氏试剂在有机合成中的应用 -合成酸类2.与酸酐反应格氏试剂在有机合成中的应用 -合成硫醇O格氏试剂在有机合成中的应

6、用 -合成亚磺酸格氏试剂在有机合成中的应用 -合成金属有机化合物1.与活泼金属反应2.与金属卤化物反应CdCl2 + 2RMgX R2Cd + 2MgXCl二 Diels-Alder 反应2010秋华东理工大学-王朝霞课件29OOOOOO20oCH+OOO100oC35oCCHOOO100oCOO+ 立体化学立体化学专一性很强的顺式加成专一性很强的顺式加成内向加成为主内向加成为主 1- 1-位取代的位取代的双烯体双烯体，与含有吸电子基的，与含有吸电子基的亲双亲双烯体烯体反应，主要产物是反应，主要产物是邻位邻位的。的。 2- 2-位取代的位取代的双烯体双烯体，与含有吸电子基的，与含有吸电子基的亲

7、双亲双烯体烯体反应，主要产物是反应，主要产物是对位对位的。的。三三 芳烃芳烃的的C-烃化烃化: Friedel-Crafts反应反应 Friedel-Crafts反应（简称F-C反应）是在三氯化铝催化下由卤代烃及酰卤与芳香族化合物反应，在芳环上引入烃基及酰基。前者被称为F-C烃化反应，后者被称为F-C酰化反应。通过F-C烃化反应是制备烃基取代的苯、萘、酚、胺、芳香杂环类化合物的主要方法。1.反应机理F-C烃化反应是碳正离子对芳环的亲电取代反应。其过程如下：RClAlCl3RCl AlCl3RAlCl4慢HR快HRAlCl4AlCl3HClAlCl4R返回本节返回本节2.主要影响因素（1）烃化试

8、剂 最常用的烃化试剂是卤代烃（RX），其活性既取决于R的结构，又取决于X的性质。相同X，不同结构R的活性次序为：CH2X, CH2CHCH2XCXR2R1R3CR1R2XHR1CH2XCH3X R为苄基或烯丙基时最易反应，只需少量活性较差的催化剂（如ZnCl2）即可和苯反应，而氯甲烷必须用相当量的AlCl3进行催化并加热，才能和芳环反应。 R相同，不同卤原子取代的烃化试剂的活性与其置换反应的活性正好相反，即RFRClRBrRI。除卤代烃外，还有醇、烯以及环氧乙烷，有时醛和酮也可用作烃化试剂。尤其用环氧乙烷为烃化剂时，生成-芳基乙醇，这在构建分子骨架及官能团的转化中有非常重要的意义。 CH3CH

9、3OAlCl3CH3CH3CH2CH2OHr.t.CH2CH3CH2CHOSnCl4/CS210CH3CH2CHCH2OHC6H5(主) （2）芳香族化合物的结构 当芳环上含有给电子基时，反应容易。 当芳环上含有吸电子基时，反应必须在强烈的条件下才能进行。如硝基可阻止反应的进行，因而硝基苯可作F-C反应的溶剂。 烷氧基和胺基虽属于给电子基，但氧原子和氮原子都能与催化剂形成络合物，既降低了催化剂的活性，也降低了它们的给电子能力，这类化合物的反应很少用。 （3）催化剂 F-C烃化反应的催化剂为Lewis酸和质子酸。 常用的Lewis酸的活性顺序如下： 无水三氯化铝活性高、价格低而最常用。但它不宜用

10、于多电子的芳杂环如呋喃、噻吩等的烃化，因为即使在温和的条件下，也能引起杂环的分解反应。 常用的质子酸的活性顺序一般如下： AlCl3SbCl5FeCl3SnCl4TiCl4ZnCl2HFH2SO4P2O5H3PO4 由于Lewis酸和质子酸的腐蚀性均较强，反应时还要加入腐蚀性更大的盐酸作助剂，并需在反应后使用大量的氢氧化钠中和废酸，因而生产过程产生大量的废酸、废渣、废水和废气，环境污染十分严重。 近年来，固体酸催化剂的研究开发进展迅速。其中分子筛催化剂无毒、无腐蚀性、并可完全再生。整个过程避免了盐酸和氢氧化钠等腐蚀性物质的使用，基本消除了“三废”的排放。获得很好的经济效益。 （4）溶剂 当芳烃

11、本身为液体时，如苯，可以过量使用，既可作反应物又兼作溶剂； 当芳烃为固体时，可用二硫化碳、石油醚、四氯化碳作溶剂； 对酚类化合物，则可用醋酸、石油醚、硝基苯以及苯作溶剂。 3应用应用F-C烃化反应时，还需注意以下几个烃化反应时，还需注意以下几个问题。问题。 （1）烃基的异构化 在制备长链伯烃基取代的芳烃时，通常通过酰化反应，先在芳环上引入酰基，再还原羰基而得到。烃基化产物容易产生重排，因此在不同的反应条件下可以得到不同的产物。避免生成多种烃基化产物的方法是使用过量的芳烃多卤代烷用作烃化剂生成多环芳烃 （2）烃基的定位 低温、低浓度、弱催化剂、反应时间短等，取代基进入的位置遵循亲电取代反应的规律

12、； 若反应条件激烈，即用强催化剂、较高浓度、较高温度、较长反应时间，特别是催化剂过量，则常得到较多非规律的产物。如：FeCl3CH3CH3ClorBF3AlCl3(过量)H3CCH3H3CCH3(主)(主) 4F-C烃化反应的应用烃化反应的应用 F-C烃化反应在药物合成中的应用非常广泛，烃化反应在药物合成中的应用非常广泛，如镇咳药地步酸钠（如镇咳药地步酸钠（Sodium dibunate）中）中间体（间体（39）、镇痛药四氢帕马丁）、镇痛药四氢帕马丁（Tetrahydropalmatine，延胡索乙素）中间，延胡索乙素）中间体（体（40）、冠状动脉扩张药派克昔林）、冠状动脉扩张药派克昔林（Pe

13、rhexiline）中间体（）中间体（41）等的合成。）等的合成。 (CH3)3CCl,AlCl3(CH3)3C C(CH3)3(70%)( 39 )H3COH3COCH2CHCN,AlClCH2CH2CNH3COH3CO( 40 )( 41 )(95%)OH2OCClCl,3h1030CCl4,AlCL35 5、付氏酰化、付氏酰化酸酐的话需要2倍以上，如果是用酸，那么三氯化铝催化剂需要3倍以上，所以一般是使用HF，硫酸等催化剂O+ OOAlCl3 CCH2CH2COOHO(CH2)3CO2H(H3PO4)nOHH四 Michael（迈克尔）反应反应 定义：碳负离子对于缺电子的碳碳双键的加成反

14、应称为Michael反应，又叫Michael加成。其中双键碳原子与吸电子基（如羧基）直接相连构成共轭体系。反应式：反应式：Michael 反应机理反应机理Michael 反应反应C=C-C=OC+C-C=C-OCH+C-C=C-OHCC-C-C=OCH反应机理CH2=CHCHO + CH2(COOC2H5)2NaOCH3(C2H5OOC)2CHCH2CH2CHOMichael 反应反应CH3CCH=CH2O+ CH2(COOC2H5)2NaOC2H500CCH3CCH2CH2CH(COOC2H5)2O71%CH3CCH=CH2O+ CH2(COOC2H5)2NaOH(CH3CCH2CH2)2C

15、(COOC2H5)2O85%过量反应实例Michael 反应反应含有活泼氢的化合物有：水，醇，酚，硫化氢，硫醇，氨，胺，醛，酮，脂肪族硝基化合物，卤代烃，乙酰乙酸酯等。反应通式为：H+H2CCHCNRCH2CH2CN由于该反应相当于在亲核试剂分子中引入一个氰乙基，故此反应叫氰乙基化反应（cyanoethylation)五 Claisen缩合 它是德国化学家Claisen，1887年，发现在有乙醇钠存在下，2分子乙酸乙酯释放出乙醇缩合产生乙酰乙酸乙酯的反应。 后被定义为两分子羧酸酯在强碱（如乙醇钠）催化下，失去一分子醇而缩合为一分子-羰基羧酸酯的反应。参与反应的两个酯分子不必相同，但其中一个必须

16、在酰基的-碳上连有至少一个氢原子。简单 的说，该反应是一个酯分子的酰基对另一酯分子的 酰基-碳原子进行的酰化反应。反应通式RORO+RORORO-RORROO+ROHH3O+反应机理 克莱森缩合反应的核心步骤是一个亲核取代反应，它的具体步骤如下： 1. 一分子羧酸酯在强碱的进攻下失去酰基的一个-氢原子，这是一个E2消除反应，并得到碳负离子A。RO-+ROHOHRROHROHRRO-O-+ ROH烯 醇 负 离 子碳 负 离 子 A2. A对另一分子羧酸酯的羰基进行亲核进攻，得到中间体B，B随后脱去醇负离子而得到产物-羰基羧酸酯。3. 产物的-氢与两个羰基邻近，因而有较强的酸性，会与反应物中的强

17、碱反应而以共轭碱的形式存在。RORO+ROHRO-ORO-OHROROROOH R+RO-碳负离子A中间体BRROROOH R+RO-ORROOORRO-ORRR+ROH共 轭 碱几种特殊的反应 如果酯的-碳上只有一个氢原子，由于酸性太弱，用乙醇钠难于形成负离子，需要用较强的碱才能把酯变为负离子。如异丁酸乙酯在三苯甲基钠作用下，可以进行缩合，而在乙醇钠作用下则不能发生反应。 位阻很大的格利雅试剂不能与羰基加成，但可以夺取活性氢，也可以用来使羧酸酯变成烯醇盐：CHCOEtO+CH3MgBrCH3CH3+CH3CH3CH3+ Mg2+Br -CCOEtO-2(CH3 )2CHCO2C2H5(CH3

18、 )2CHCOCCO2C2H5CH3CH3(C6H5 )3CNa 两种不同的酯也能发生酯缩合，理论上可得到四种不同的产物，称为混合酯缩合，在制备上没有太大意义。如果其中一个酯分子中既无-氢原子，而且烷氧羰基又比较活泼时，则仅生成一种缩合产物。如苯甲酸酯、甲酸酯、草酸酯、碳酸酯等，与其它含-氢原子的酯反应时，都只生成一种缩合产物。C6H5CO2CH3+CH3CH2CO2C2H5NaHH+C6H5COCHCH2O2CO2C2H5CH356%HCO2C2H5+ CH3CO2C2H5C2H5ONaH+OHCCH2CO2C2H5C6H5CH2CO2CH3+ (CO2C2H5)2C2H5ONaH+C6H5

19、CHCO2C2H5COCO2C2H5175C6H5CH CO2C2H5CO2C2H58085%脂缩合也可在分子内进行，比如典型的狄克曼反应OOOOEtONaH3O+OOO注：并不是所有的二元酸脂都能发生环缩合，一般局限于生成稳定的五碳环和六碳环。应用举例1.乙酰乙酸乙酯的合成乙酰乙酸乙酯的合成 两分子乙酸乙酯可以通过该反应缩合成为3-羰基丁酸乙酯（通常称为乙酰乙酸乙酯），该化合物是有机合成的重要中间体。2CH3COEtO(1) EtONa ， EtOH(2) CH3COOH ， H2OCH3CCH2COEtOO+ EtOH75%2.乙酰丙酮的合成乙酰丙酮的合成 在乙醇钠的催化下，一分子乙酸乙酯

20、和一分子丙酮可缩合为2,4-戊二酮（通常称为乙酰丙酮）。乙酰丙酮的共轭碱在配位化学中是重要的配体。NaOEt+EtO2CCH3+CH3C(O)CH3NaCH2C(O)CH2C(O)CH3+EtOHNaCH2C(O)CH2C(O)CH3+HClCH3C(O)CH2C(O)CH3+NaCl3.脂肪酸的合成脂肪酸的合成 在酶的催化下，通过克莱森缩合反应不断地将丙二酰辅酶A中的二碳单元添加到延伸中的碳链上，最终生成脂肪酸。RCOSCoA+CH3COSCoARCH2CH2COSCoA注意事项 酯缩合反应需用强碱作催化剂。常用碱催化剂有醇钠、氨基钠、氢化钠和三苯甲基钠。 酯缩合反应在非质子溶剂中进行比较顺

21、利。常用的溶剂有乙醚、四氢呋喃、乙二醇二甲醚、二甲基亚砜（DMSO）、二甲基甲酰胺（DMF）等。有些反应也可不用溶剂。 .酯缩合反应需在无水条件下完成。六 Sandmeyer 反应71In 1884, Sandmeyer. T,Sandmeyer. T, Ber. Dtsch. Chem. Ges,1884, 17, 1633*原因：Cl-,Br-亲核能力较I-弱。1. Introduction NRNX-IRKI1-11-2NRNX-YRKYXY=Cl, Br1-11-3N NCl-Cu(l)Clgave by product 1-61-41-5* R=H, alkyl, aryl, 吸电子

22、基, 拉电子基; X=Cl, HSO4, Br; Y=Cl, Br, CNNH2RNRNX-Cu(l)YYRNaNO2/HX1-81-11-3or t-BuONO722. Mechanism :HON OH2O + N2O3ArNH2NOArNHN OArNN OHHX- H2OArNNArNNX- H+ArNH22NO2+X-NH2RNRNX-NaNO2/HX1-81-1*(1). 脂肪胺碱性较强，在酸性条件下不能成游离胺，不能进行重氮化，不能进行Sandmeyer反应。*(2). HX: H2SO4，HCl，HBr，活性依次增加，用量一般为2.2-2.5eq, 过量的酸可以稳定重氮盐。*(

23、3). 反应温度：5-10oC，因为多数重氮盐不稳定。73* 1. CuCl起催化作用；NRNX-Cu(l)YYR1-11-3Y=Cl, Br, CN* 2. 由于形成2-12-1络合物，CuCl的用量须是等摩尔量。* 3. 当用CuCN时，反应需在中性条件下进行，以免HCN逸出。* 4. 如果酸量或NaNO2不足，生成的重氮盐与未反应的芳胺生成黄色的重氮胺基化合物。Cl-N N CuCl2-12-2Cu(l)ClN NCl1-1CuCl2ClN22-3by product 2-3N NHNless acid or NaNO2自由基芳香取代自由基芳香取代反应反应a：a: Waters. W.

24、A, J. Chem. Soc., Abstracts 1942, 266; Kochi. J. K., J. Am. Chem. Soc., 1957, 79, 2942743. Synthetic Applications75NNH2BrNClBr(1) HCl, NaNO2(2) CuClOrganic & Biomolecular Chemistry, 2010, 8, 48153-93-10yield: 50%NSBrNH2(1) HBr, NaNO2(2) CuBrNSBrBryield: 70%Journal of Organic Chemistry, 2010, 75, 305

25、33-113-12NH2NH2(1) HCl, NaNO2(2) CuClNH2Cl3-133-14NH2NH2OOONNH2OOHCl, heatingNHNNgave by product 3-14a(1) HCl, NaNO2(2) CuClNClOONH2NH2EtOH, heatingNH2Cl3-153-163-173-183-19RRRRRRR764. ImprovementsNRNX-Cu, HXXR4-14-2X=Cl, Br, CN1. Gattermann ReactionNRNBF4-FR4-44-52. Schiemann ReactionNH2RHBF4, NaNO

26、2H2Oheating4-3NRNX-OHR4-14-7IRKIH2O4-63. Iodination and Hydroxylation七 Hell-Volhard-Zelinsky（赫尔-乌尔哈-泽林斯基）反应 八 Hofmann重排 未取代的酰胺被碱性次溴酸盐降解为少一个碳原子的伯胺的反应称为Hofmann重排重排反应。RCONH2NaOBrRNH2 + CO2 Hofmann 重排反应是按下面的历程进行的：首先是碱催化的酰胺卤代，生成N溴代酰胺，然后是碱夺取N溴代酰胺中的质子，再脱去溴离子，生成在结构上与碳烯类似的酰基氮烯。酰基氮烯中的氮原子上有六个电子，是缺电子的，因此很不稳定，容易

27、发生重排，即烷基带着成键电子对作为亲核试剂进攻缺电子的氮原子，同时把作为离去基团的溴离子推出（协同反应，类似 SN2 反应，提供了邻基帮助），生成异氰酸酯，后者在碱溶液中极易水解（水与羰基加成）、脱羧，生成伯胺和二氧化碳。RCONH2 + OBrRCONHBr + OHRCONHBr + OHRCONBr:RCONBr: :H2O+RCONBr:RCON:+ BrRCON:R：RNCORNCO + BrRCONBr:R：RNCORNCOHOHRNH2 + HCO3H2OOH 或协同发生酰基氮烯异氰酸酯胺基甲酸（不稳定）（Hofmann重排） 异氰酸酯是 Wolff 重排反应中烯酮的类似物。如果在醇溶液中进行酰胺的 Hofmann降解，则生成氨基甲酸酯。工业上重要的染料中