第二章官能团化及转换

1、第二章第二章 官能团化及官能团转换官能团化及官能团转换Chapter 22.1官能团化官能团化2.2 官能团的转换官能团的转换烷烃的官能团化烯烃的官能团化杂环化合物的官能团化取代芳烃的官能团化芳烃的官能团化炔烃的官能团化羟基的转换氨基的转换含卤化合物的转换硝基的转换氰基的转换醛和酮的转换羧酸及其衍生物的转换 内内 容容 提提 要要 2.1 官能团化官能团化 在分子中引入官能团和实现官能团的转换是合成化学的主要工作之一。在实际的合成过程中，某些位置官能团化相对比较容易，而某些位置往往又不能官能团化，预期产物只能通过官能团转换得到。 本章我们对在分子中引入官能团和官能团转换的各种各样的反应进行概括

2、汇集，这些基本反应是成功的合成化学工作者必须掌握的。2.1.1 烷烃的官能团化烷烃的官能团化烷烃对亲电试剂和亲核试剂都不活泼，但在自由基反应中，特别是在卤化反应里，烷烃却很活泼，由于这些反应难以控制，其合成应用受到限制。 H3CCCH3CH3HH3CCCH3CH3BrH3CCCH3CH3ClH3C CCH2CH3H+ClBr2300 o C300 o CCl2H3C CCH3CH3CH3Cl2紫外光CH3CCH3H3CCH2Cl 注意伯、仲、叔氢的活泼性及碳自由基的稳定性注意伯、仲、叔氢的活泼性及碳自由基的稳定性.2.1.2 烯烃的官能团化烯烃的官能团化 烯烃进行官能团化集中表现在碳碳双键碳碳

3、双键及双键的邻位烯丙位烯丙位两个位置上。 CHCH2H3C亲电加成HX(强酸)催化加氢CH3CH2CH3CH3CHCH3XCH3CHCH3YCH3CHCH2V WX=Cl, Br, I, HSO4-HY/H+(弱酸)Y=OH, OCOCH3VW+卤素或次卤酸加卡宾H3CCHCH2CH2CH3CH2CH2Br自由基加成-H反应卤化CHCH2BrH2CCHCHOH2C（O）RCO3HKMnO4(稀、冷)O3H2O/ZnCH3CHCH2OH3CHCCH2HOOHCH3CHO + HCHO氧化亲电加成是“Markovnikov”产物,而自由基加成一般得“反-Markovnikov”产物。 H3CCHC

4、H2CH3CHVCH2W+ V-W+H3C CHCH2HOBrIClH3CCHOHCH2BrH3CCHClCH2IH3CCHCH2HBrHBrH3CHCCH2H3CHC CH2H BrBr HH3CH2CCH2OH过氧化物无过氧化物硼氢化氧化亲电加成的立体化学：硼氢化氧化为顺式加成，其余均为 反式加成. 烯烃与卡宾的加成是合成环丙烷衍生物的重要方法 .CH2N2CH2 + N2hvCH2CH3CHCH2CH3CHCH2CH2+用NBS进行溴化,产生烯丙基自由基中间体，得到溴代烃的混合物 .RCH2CHCH2NBS(PhCO2)2RCHCHCH2NBSRCHCHCH2RCHCHCH2BrBrRC

5、HCHCH2+. N-溴代丁二酰亚胺（NBS）在光催化条件下，可使多种甾烯的亚甲基氧化，具有良好的区域选择性. H3CCOOH3CCOOOhv/NBS/CaCO3THF/H2O81%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： CH2CH3CH2CH3OHSeO2SeO2CH3CH2C CHCH3CH3CH3CHC CHCH3CH3HOSeO2C CHCH3CH3H3CC CHCH3CH2OHH3C2.1.3 炔烃的官能团化CC: 与卤素等亲电加成；与HCN等的亲核加成.炔氢的弱酸性：金属炔化物的形成及Wurtz反应。2.1.4 芳烃的官能团化芳烃的官能团化芳环上的亲电取

6、代反应D2SO4DArHO3SArN2+Cl-OH-SO3, H2SO4X2FeX3(X=Cl, Br)XHO气相接触催化水解NaOHRClAlCl3Friedel-CareftsRRCOClAlCl3Friedel-CareftsROCHZn-Hg/HClCH2RHNO3, H2SO4O2NHCHO/HClZnCl2ClH2CCH3H3CCH3COHClAlCl3CH3H3CCH3CHO+80%OHHOCH3CNHClZnCl2OHHOCNH2CH3Cl-OHHOCOCH3H2O+70%取代芳环上的取代反应取代芳环上的取代反应芳环侧链上的反应芳环侧链上的反应CHCH3CH3Cl2CCH3CH

7、3ClHCl+hv+100%a. 卤代反应卤代反应b. 氧化反应氧化反应C(CH3)3CH2CH(CH3)2KMnO4/H+C(CH3)3COOH2.1.5 取代苯衍生物的官能团化取代苯衍生物的官能团化 CH3NO2Cl2/FeCl3CH3NO2Cl取代苯衍生物进行亲电取代反应时，要注意两点：环上已有一个以上的取代基时，最强的供电子基团控制下一步取代的位置；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。 NH2NO2NaOClH2OHClNH2NO2NaClH2OCl+2530 oC+2.1.6 简单杂环化合物的官能团化简单杂环化合物的官能团化NHRCNHCl(CH

8、3)2NCHOPOCl3, H2ONHCORNHNHCHORMgXNMgXNHR(COR)RX(RCOX)CO2NHCOOHH3+O(CH3)2NCOCH3, POCl3H2ONHCOCH3NHCH2N(CH3)2ArSO3ClCOCH3NSO3ArNaNNaH2CCH2ONNCH2CH2OHR(COR)NHSO3HCH3COONO2NHNO2HCHO, (CH3)2NHHCl(CH3CO)2OBF3RX(RCOX)Br2NHBrC5H5N SO3吡 咯简单杂环化合物的官能团化-呋喃OOOOOOOOHBrH2OCO2HCO2H(CH3)2NCHO, POCl3H2OOCHO(CH3CO)2OB

9、F3OCOCH3CH3COONO2OHO2NHOCOCH3ONO2碱ArN2+Cl-强碱OArOAr+HgCl2/NaOAcX2(X=Br, I)OX.OSO3HC5H5N SO3简单杂环化合物的官能团化-噻吩SSSSSSSSCH2ClCOCH3NO2NO2+HCHOHCl(CH3CO)2OH3PO4CH3COONO2痕量BrSO3HII2/HgOH2SO4NBSC6H6,1025 Co五元杂环化合物属于56富电子体系，比苯环易于进行亲电取代反应，且发生在位。简单杂环化合物的官能团化-吡啶N亲核取代亲电取代NNNNHNNNNH2PhOOHBrO2NHO3SNaNH2PhLiKOHBr2300

10、oCHNO3/H2SO4330 oCH2SO4350 oC 吡啶是弱碱，吡啶是弱碱，往往在往往在位进位进行亲电取代行亲电取代（比苯难）；（比苯难）；而易于在而易于在、位进行亲核位进行亲核取代取代。吡啶盐2. 2 官能团的转换官能团的转换 在有机合成中，通过官能团之间的转换实现目标分子合成具有普遍意义。 2.2.1 （酚）羟基的转换（酚）羟基的转换ArOH(RO)2SO2或RX, OH -ArOR(RCO)2Oor RCOCl, R3NArOCORArOCH3CH2N2NH4HSO4SnCl4高温,高压ArNH2 酯化（酯化（酰卤或酸酐酰卤或酸酐）、烷基化和酰基化）、烷基化和酰基化2.2.1 醇

11、羟基的转换醇羟基的转换HOHHOCORRCOCl, (RCO)2ONR3HORHClHOCCOH2(RO)2SO2或RX, OH-H+SOCl2OLewis酸或OH+H+卤代：HX; PCl3; PCl5; SOCl2等。酯化：与酸反应（过量一种反应物；脱水；催化剂）。 与酰卤或酸酐反应醚化：RX;与醛或酮成缩醛和酮。2.2.2 氨基的转换氨基的转换ArNHCOR(R)(R)ArNH2ArN2+HSO4-RCOClor (RCO)2ORXArSO2ClArNHSO2Ar(R)ArNHR(R)RXArNR2(R)ArNR3 X(R)RXHONONNOArRHNNH2ArRPhHOH-PhArKC

12、NArCNKIArINaBF4ArN2BF4NaNO2ArNO2热解ArFHXArX(X=Cl, Br)ArHH3PO2沸水煮ArOHPhOH, OH-ArN NOHNaNO2H2SO4Cu2(CN)2Cu2X2Ar S SArNa2S2(R)(R) 氨基作为亲核试剂与RX作用得到胺和铵盐；与酰卤和酸酐反应得酰胺；伯芳胺的重氮化反应产物在基团转换中有重要价值。2.2.3 含卤化合物的转换含卤化合物的转换H2CCHRRMgXMg乙醚LiN2H2CCHRRXH2CCHRRLiH2CCHRR2KOH-C2H5OHLiAlH4RCH2CH2RHCCHRRRCH2CHROHRCH2CHRCNRCH2CH

13、RORCH2CHRCRCH2CHRNH2RCH2CHRRCH2CHRCH(CO2Et)2RCH2CHRSHRCH2CHRSRCRRNaOHH2ONaCNRONaNH3RCCNaRMgXNaCH(CO2Et)2NaSHRSNa(Saytzeff烯烃)R2Na RX分子中存在极性C-X键，且X为很好的离去基，易于与亲核试剂发生亲核取代，并伴随消去竞争反应;与金属（锂、镁等）形成有机金属化合物，具有强碱性，具有特殊合成意义。ArCNNaCNArSO3NaNa2SO3ArSHNa2SArX (Cl, Br)ArNH2ArNHR(Ar)ArOHNH4OH或NH3加压/CuCl/200 CoRNH2(催化

14、,高温)(Ar)NaOH/H2ORONa(Ar)ArOR(Ar)含卤化合物的转换含卤化合物的转换2.2.4 硝基的转换硝基的转换ArNO2ArNH2NaOHZnNaOH水溶液NH4ClN NArArOArNHNHArHNO2ArN2+ArNHOHArNOH2SO5N NArArArNH2Zn, NaOH水溶液Zn, NaOH/CH3OHCF3CO3HFe/HCl或H2/NiZnH2SO4oAs2O3Na2Cr2O70 C脂肪族硝基化合物合成意义不大；芳香族硝基化合物易于形成且易于转换成其他含氮官能团，在合成中有重要价值。2.2.5 氰基的转换氰基的转换CNRH2/Ni或LiAlH4RMgX/ 醚H3+OH2OH+或OH -ROH/H+RCH2NH2RCORRCONH2RCOOR2.2.6 醛和酮的转换醛和酮的转换-亲核加成、氧化还原与缩合反应亲核加成、氧化还原与缩合反应2.2.7 羧酸及其衍生物的转换羧酸及其衍生物的转换RCOOHRCOX(RCO)2ORCONH2RCOONaNH3NH3H2OAC2ONH3,LiAlH4RCH2OHRCOORROHPCl3或 PCl5或 SOCl2H2O/H+ 或 OH -ROH/H+H2O/OH -ArHAlX3A