有机合成试剂

1、第五章有机合成试剂有机合成试剂包括元素有机试剂、金属有机试剂、过渡金属有机试剂以及稀土金属有机试剂等。它们具有许多特殊的反应性能，对它们的研究，开发和利用是当代有机合成的一个重要特征.它们改变了传统的有机合成面貌，促进了有机合成化学理论和实践的发展，也正是他们开发了有机合成化学的一些新反应和新方法.他们在有机合成中占有重要地位.有机合成试剂包含的范围广泛，内容丰富，绝非本章所能叙述得了的.这里只介绍镁，锂，铜，硼，磷,硅等几种元素的原子和碳原子直接相连所形成的有机化合物，其中以有机镁化合物应用较为普遍.5.1 有机镁试剂有机镁化合物是金属有机化合物中最重要的一类化合物，在有机合成上是非常重要的

2、一类试剂.在格氏试剂分子中，镁原子以共价键同碳原子相连.由于成键电子对移向电负性较大的碳原子，所以格氏试剂中的烂基是一种高活性的亲核试剂，能发生加成，偶合和取代等反应.由于Grignard试剂在合成中的重要作用，试剂的发明者格林尼亚（Grignard）获1912年的诺贝尔化学奖。5.1.1 Grignard试剂的制备和结构1 .用卤代烧制Grignard试剂用无水乙醴或四氢吠喃作溶剂，卤代姓和镁反应生成Grignard（格氏）试剂.反应式如下:RX + Mg无水Et2O -或四氢口夫喃RMgX当R为烷基，卤代活泼芳姓时，用无水乙醴作溶剂。例如:BrBrMg当R为和卤代不活泼芳姓时，不用无水乙醴

3、作溶剂而是用四氢吠喃作溶剂，因为用四氢吠喃作溶剂可避免歧化反应和偶联反应的发生，因为四氢吠喃可与生成的Grignard试剂结合使得过渡状态的生成受到抑制，表示如下HC 三 CH + CH2=CH2无水Et2O歧化反应2MgBr2 .用金属化法制Grignard试剂当采用链状单取代末端快烧或含有活泼氢的其他化合物时，用金属化法制备Grignard试剂,反应式如下：RH+R'MgXEt2O-RMgX+R'H这里的R的电负性大于R/时，才能向生成物的方向进行，例如：RC = CH + C2H5MgXEt2ORCCMgX + C2H6Et2O + C2H5MgX HCMgX+ C2 H

4、6ROH + R'MgXEt2O* ROMgX + R'H在上述反应中一MgX都移向电负性大的原子或基团上，我们可以用Lewis酸碱理论解释，即强的Lewis酸置换弱的Lewis酸。Grignard试剂容易与水作用,也是这个道理。关于Grignard试剂的结构，一直有许多争论.目前认为在乙醴溶液中，可能以几种组分的某种平衡体系存在，反应表示如下:RX +MgEt2。OEt2OEt2OEt2OEt2Mg：OEt25.1.2Grignard试剂的反应X+OEt2OEt2OEt2RCOCl + R'MgXR'根据Grignard试剂的结构特征，R带部分负电荷，MgX带

5、部分正电荷，反应时R和作用物分子带部分正电性原子连接，MgX和作用物分子带部分负电性原子相连接。作用物分子可以是含有的官能团化合物或是环氧烷、卤代姓等化合物，进行亲核加成反应、亲核取代反应或偶联反应1.Grignard试剂主要用于染基化合物反应制备醇。Grignard试剂同醛或酮的反应称为Grignard反应。反应结果：甲醛得伯醇，其他醛得仲醇，酮得叔醇。例如OOMgBrOH(CH 3)2CHMgBr + CH 3cH 曰20 (CHsbCHCHCH 3 H3O > (CH 3)2CHCHCH 354%+EtQ._H3OC6H5MgBr+(C6H5)2C=O2(C6H5)3C-OMgBr

6、(C6H5)3COH91%Grignard试剂与%代不饱和醛作用一般主要生成1,2-加成产物。树如C2H5MgBr + CH3cH=CHCHO干酬 H3O-%,不饱和酮的结构不同可能生成1,2-加成的混合物，也可能主要生成1,OO4-力口成广物。例见6H5cH=chCc(CH3)3+C2H5MgBrC6H5CHCHzCc(CH3)3VdJH3OC2H51,4-加成100%上面全部生成1,4-加成产物的例子，主要原因是空间阻碍，因为亲核进攻C4比进攻C2容易得多。O(C6H5)2CHCH 2C OC2H5Grignard试剂与%&不饱和酸酯作用主要生成1,4-加成产物。例如干醍C6H5M

7、gBr+C6H5CH=CHCOC2H5-I日H2OO在催化量铜盐的存在下,Grignard试剂与%&不饱和酮或酯反应，以良好的收率生成1,4-加成产物。例如(CH3)2SGrignard试剂与竣酸衍生物作用生成醇。例如OOMgBrCH3(CH 2)3MgBr + H-C-OC2H5EtO- hCoC 2H 5- Mg(Br)OC 2H5(Ch 2)3CH3OH-C-(CH2)3CH3 CH3(CH2)3MgBrOHCH3(CH2)3CH(CH 2)3CH385%OII乙醛2c6 H5 MgBr + CH3COC2H5OMgBrOHCH3-C-C6H5也-CH3-C-C6H5C6H5C6

8、H575%OC2H53c2H5MgBr + C=O -OC2H5C2H5H3O ”-C2H5CC2H5 (C2H5)3C-OHOMgBr88%与酰卤作用可使反应停留在生成酮的一步，反应如下OMgXH2OR CCl OR C-R'Grignard试剂与二氧化碳作用生成竣酸，反应如下(CH3)3CMgCl + 0 = C=0干冰0I(CH 3)3C COMgClH2O(CH 3)3CC 0H69%70%Grignard试剂与月青作用也生成酮，反应如下R'R'R'MgX1H20RCN RC =NMgX RC二 NH Mg(OH)X酰亚胺H20hx"0IIRC

9、R' + NH4X亚胺水解生成染基化合物具有普遍意义，反应式如下.COCH3CH3MgX +H20HX52%59%2.Grignard试剂与环氧化合物的反应Grignard试剂与环氧乙烷作用生成伯醇，碳链增加两个碳原子。例如，在香料工业中利用这个反应来合成苯乙醇，反应式如下H3O C6H5CH2CH20H干醴C6H5MgBr+H2CCH2C6H5CH2CH2OMgBr0与环氧丙烷作用生成仲醇，碳链上增加三个碳原子，反应式如下RMgX+CH3HC-/CH20*CH3CHCH2+CH3CHCH2该反应碳氧键断裂产生1和2两种中间体，由于空间效应，一般经由1得到仲醇，反应式如下RMgX +

10、CH3-HC.-CH2 0* CH3CHCH2RCH3CHCH 2ROMgXOHGrignard试剂与氧杂环丁烷作用生成伯醇，碳链增加三个碳原子，反应式如下RMgX +H30-RCH2cH2cH20H3.Grignard试剂与卤代姓的偶联反应Grignard试剂与卤代姓作用是合成姓的重要方法。Grignard试剂与饱和卤代姓作用制得始产率较低，但与烯丙基卤化物偶联在室温下即可得到较高产率的末CH 2CH=CH270.5%端烯姓:。例如Et2OMgBr+CH2=CHCH2BJ2室温CH2=CHCH2MgBr+CH2=CHCH2BiH2=CHCH2CH2CH=CH273%有机镁化合物与乙烯基卤化物

11、虽然也可发生偶联反应，但产率不高，然而在氯化铁存在下即可顺利进行。例如n-C6Hi3MgBr + BrCH =CH2FeCl3 .TFT,0 cln-C6H13CH=CH283%合成末端烯姓的另一种方法是Grignard试剂与卤仿偶联。例如研究表明，该偶联反应可能是按卡宾历程进行的。例如RCH2MgBr+CHBr3»CHBr+RCH2Br+MgBr2RCH2MgBr+CHBr*RCH2CH+MgBr2RCH2CHaRCH=CH2有机镁化合物与四卤化碳作用，则发生偶联反应，生成含有奇数碳原子的非末端烯姓:。有机镁化合物除发生上述反应外，还能与乙基原甲酸酯反应，经水解生成醛。例如EtO+

12、RMgX+Eto,cHOEthRCH(OEt)用EOOH*RCHO菲基Grignard试剂与原甲酸酯反应制得10-菲醛。反应如下MgX+ CH(OEt) 35.2有机锂试剂有机锂化合物和Grignard试剂有许多相似之外，凡是Grignard试剂参加的反应，有机锂试剂也能参加反应，但它比Grignard试剂活性大，因此，它在合成上的特殊性是Grignard试剂所不及的，特别是在精细有机合成、高分子合成上起着重要作用。5.2.1 有机锂化合物的制备1 .卤代烷与金属反应用相应的卤代与金属锂在无水乙醴中制备无水乙醴,Li + LiBr例如Br+2LiCH 3Br +2LiN2, Et2O*CH 3

13、Li+ LiBrC4H9cl+2Li无水乙0或己烷C4H9Li+LiClN22 .卤代物和正丁基锂交换反应芳香卤、乙烯基卤化物与金属锂反应较难，因此，通常采用卤化物交换法来制备相应的锂有机化合物，产率很好。例如CH2=CHX+n-C4H9Li'2'无水Et2ch2=ch-Li+n-C4H9XPhX+n-C4H9LiN2'无水Et2OPhLi+n-C4H9X卤代物和正丁基锂的交换反应之所以能够进行，是因为乙烯基或苯基的电负性大于正丁基。3 .金属化反应由姓和n-C4H9Li作用，也可以制备有机锂化合物，烧中的氢原子被金属锂取代，这叫金属化反应。例如武4H9c三0hMcT/

14、C96Hi2n-C4H2cLin-C4H9Li.(CH3)3CCCH(CH3)3CCCLi+n-C4H9LiTMEDAI依据Lewis酸碱理论，其反应方向一般是强的Lewis酸置换弱的Lewis酸。反应中往往加入N,N,N',N'-四甲基乙撑乙二胺促进反应的进行，因为N,N,N',N'-四甲基乙撑乙二胺与n-C4H9Li中的Li能够发生螯合，成为螯合剂，金属化能力更强，有利于金属化的进行，5.2.2有机锂化合物的特征反应有机锂化合物中C5-Li部，碳上具有部分负电荷，作为亲核试剂与Grignard试剂类似，可以与极性双键、卤代始及活泼金属化合物进行反应。有机锂试

15、剂与Grinard试剂有许多相似之处，并比Grinard试剂活泼，且具备一些特殊的反应性能。1 .有机锂化合物与染基化合物反应有机锂试剂与染基化合物反应时，与Grignard试剂相比不易受空间阻碍的影响。例如，异丙基澳化镁和二异丙基酮的加成反应导致烯醇化产物和还原产物,而异内基锂和二异丙基酮的加成反应则得到正常的三异丙基甲醇。反应如下(Me2CH)2CHOH65%Me2CHMgBr+(Me2CH)2c=0无水Et2O；MeCHCCHMe35%(MeCH)3C-OH无水Et2OMe£HL+(Me2CH)2c=0-(MeCH)3COLi金刚烷酮与C2H5Li作用得三级醇，而与C2H5Mg

16、Br作用只得二级醇，反应如下有机锂化合物与&,不饱和酮的加成，1,2-加成占优势，而Grignard试剂与,不饱和酮的加成一般是1,4-加成占优势。例如PhCH=CHCOPhPhM1 4- Ph2CHCH 2C0PhPh2-i*PhCH=CHCPh2 OH2 .有机锂化合物和CO2、竣酸的反应有机锂试剂与CO2反应得到酮，而不是酸，例如-+/O-Li+OLiRiiRLi+O=C=OaRCR2c%O-Li+H/H2OR2gO+2LiOHCH3c-+O LiCOCH 3CH3Li uO-Li +H /H2Q+ 2CH3Li+_H /H2OOCH35.3有机铜试剂铜的有机化合物作为有机合成中

17、的重要试剂是20世纪60年代后期发展起来的。它包括有机铜及锂的有机铜两类化合物。有机铜锂试剂一般表示为R2CuLi,这些试剂比著名的有机铜（I）试剂更稳定，而且更活泼。R2CuLi是一种双金属络合物，由于它的溶解性好，活性好，因此是有机铜试剂在有机合成上最常用的有机合成试剂。5.3.1 有机铜试剂的制备有机锂化合物与CuI,氮气下在乙醴中反应中即可制得有机铜(I)试剂，反应式如下RLi+Cul-N屋且2ORCu+LiI2mol有机锂化合物与CuI在乙醴中反应制得有机铜锂化合物，反应式如下2RLi+CuIN2Et2OR2CuLi+LilR:芳基、烯基、伯烷基等运用这种方法，芳基、烯基、伯烷基铜化

18、合物都容易制得。仲烷和叔烷基铜化物最好通过对应的锂化合物和一种可溶液于醴中的碘化亚铜衍生物5.3.2 有机酮试剂的反应有机酮锂试剂最有用的反应之一是它们对3,4-不饱和酮进行共腕加成，生成对应的饱和酮的4-的衍生物.而在这些条件下，非共腕酮的跋基并不发生反应。它提供了在有机合成中向3,4-不饱和酮的4-位导入烷基、芳基、烯基、烯丙基、甲基的重要方法，并以成为标准的、专一的、收率高的合成方法。例如：Me2C=CHCOCH+(CH2=CH)2CuLiEt2OCCH2=CH(CH3)2cH2cOCH3OH3C-HC=HC-C-CH3+Me2CuLiMezCHCH2COCH3这一共腕加成对于有位阻的化

19、合物更为适用，例如:CH+Me2CuLiOCHCH 3HCH 395%Me+OHMe3CHCH 3(CH 2)4CO(CH 2)4COH = CH2CH 3OH 2CCOOCHH3(CH 2)4COCH 3 +(CH 2=CH) 2CuLi2、与酰卤的作用CH 2)4COCH 3+ Me 2cuLi物中带有的-CO-、-OH、COOR-、-CONR基团时不受影响，故在有机合成中应+ (MeCHCH 2)2CuLiNC(CH2)10COCl + (n-C4H9)2CuLC(CH2)10COC4H9-nOCOCH 3MezCuLi 乙醴,0“ OO COOCH 3LcOOCH 3-78 oCCH

20、3(CH 2)4CO(CH 2)4COCl + Me2CuLi -i5mjn3,、OCOCH 3385%15%CH2=CHMgBr酸，CuI,-20oCBnO铜试剂多数情况下进攻环氧化合物空间位阻小的位置，得到相应的醇4、与卤代姓的反应与有机镁化合物类似，有机铜化合物亦可与卤代姓反应，且具有以下优点：其一，有机铜化合物与烯丙基卤化物、乙烯基卤化物均能顺利反应；其二，无论是顺反异构的乙烯基卤化物与有机铜试剂反应，还是顺反异构的有机铜试剂与卤代姓反应，均可优先得到双键构型保持不变的产物0°CC6H5cH=CHBr+(C6H5)2CuLi顺式反式C6H5.JC6H5、.C6H5H-C6H5

21、+H24<1%73%90%<2%h3chXHBrLi/Et2。,N2(CH3O)3P/2CuIn-C8H17I(E)-H3C、/(才二C、)2CuLi+Me(CH2)6CH2lH(E)-H3CHcC=C/、HCH2(CH2)6CH3(E)-90%5.4瞬叶立德5.4.1瞬叶立德的结构和制备PPh3+CH3Br_Ph3P+-CH3Br-.PhLiPh3P=CH2-Ph3P+-CH2-R1、R1、4_碱rI.CHBr+R3P".-CHPR3Br"1C=PR3R2R2R2结构与反应性：(1)稳定的磷叶立德：当R'、R'为强的吸电子，如：-COR,-CO

22、2,-CN等时，由于这些吸电子基团能分散负电荷，磷叶立德的亲核能力减低，分子的稳定性增加。(2)不稳定的磷叶立德：当R'、R'为姓基、环烷基等时，由于R'、R'的供电子效应使负电荷在碳负离子上集中，亲核能力增强，反应活性高，但稳定性较低。(3)半稳定的磷叶立德：当R'、R'为烯基、芳基时，活性介于上述两者之间。(4)磷原子上的取代基对磷叶立德的活性亦有影响。如：Ph3P=CRR与(n-C4H9)3P=CRR'.5.4.1瞬叶立德的反应瞬叶立德的结构特征表明它是一类强亲核试剂，但它与一般的碳负离子不同，极大多数都稳定存在。瞬叶立德具有特殊的

23、化学活性，能发生多种有机反应，是有机合成的重要中间体，广泛用于碳-碳键的形成。1、与城基化合物的反应瞬叶立德与醛、酮反应生成烯烧，该反应称为Witting反应或染基烯化反应，是合成烯姓的极有价值的重要方法R3P：C、R2R3_+ R4 c=0a R1R2C = CR3R4 +R3PO特点位置的转一性2+ Ph3P亚甲基环己烷86%DMSO+ H2c = PPh3一Ph3P CH2H17OC9H17HOOHC9H17Ph3P CHOH+ Ph3P=CHCH 二CH2O3OHCC9H17OHC9H17hvHOH4-加成，因此双键CHO + Ph维生素A第二个特点是与a,伊不饱和跋基化合物作用，不发

24、生位置比较固定。这就十分适合于多烯类化合物和菇类化合物的合成第三个特点是反应具有很好的立体选择性。一般来说，在非极性溶剂中,共腕稳定的瞬叶立德与醛（酮）反应优先生成反式烯烧，而不稳定叶立德则优先生成顺式烯烧。这一特点特别适合于许多产物中双键的立体选择性合成。CHO2Ph3P=CHCOOCH3+CHOWitting试剂反应的立体选择性参考表反应条件稳定的瞬叶立德不稳定的瞬叶立德极性溶剂a年质子性b)质子性低选择性，但以反式为主生成顺式烯姓的选择性增加选择性差，以顺式为主生成反式烯姓的选择性增加在极性溶剂a)无盐存在b)后盐存在高选择性地生成反式烯姓，成顺式烯姓的选择性增加高选择性地生成顺式烯姓生成反式烯姓的选择性增加R12Ph3PC R2OC R34RR1Ph3PCR23OCR34R与娠基化合物的反应机理1R2RC=CR3R4+Ph3P=OWitting试剂价格比较昂贵，一种改进的方法是用价格便宜的亚磷酸酯(RO)3P代替PPh3亚磷酸酯与卤代姓反应，经阿尔布佐夫(Arbuzov)重排生成烷基瞬酸酯，烷基瞬酸酯在强碱存在下