第四章元素有机化合物的应用

1、第四章第四章 元素有机化合物在有机合成中的应用元素有机化合物在有机合成中的应用有机物中元素有机物中元素常见元素：常见元素：C、H、O、N、Cl、Br、I等等不常见元素：不常见元素：P、S、B、Si、K、Li、Na、Mg、 Zn、Al、Cd及过渡金属元素等。及过渡金属元素等。 元素有机化合物有特殊的性质，研究较多，元素有机化合物有特殊的性质，研究较多，比较热门。元素有机化合物的开发和利用，成为比较热门。元素有机化合物的开发和利用，成为当代有机合成的一个重要特征。当代有机合成的一个重要特征。4 4.1.1 .1.1 膦膦 Ylid Ylid 形成形成+-RCH2Br+PPh3RCH2PPh3BrB

2、uLior PhLi+-RCH=PPh3RCHPPh3RCH=PPh3R2C=PPh3R 上带有吸电基更稳定！上带有吸电基更稳定！4 4.1 .1 有机膦试剂有机膦试剂4.1.2 膦膦 Ylid的应用的应用Wittig 反应、酰化反应、烃化反应、偶联反应等。反应、酰化反应、烃化反应、偶联反应等。膦膦 Ylid Ylid 与醛、酮与醛、酮反应形成碳碳双键反应形成碳碳双键与与RCOCl反应反应与与RCH2Br反应反应双双Ylid 氧化偶联成环氧化偶联成环Wittig 反应三大优点：反应三大优点：1、高度的位置专一性、高度的位置专一性OCH2Ph3P=CH2例例1：C9H17OPh3P=CH-CH=

3、CH2C9H17O3C9H17OHCOHOC9H17OOHPh3P=CH2C9H17OHOHC9H17hv例例2 2：维生素：维生素 D D2 2 的合成的合成例例3：OHCH22、与、与，- 不饱和羰基化合物反应时，不发生不饱和羰基化合物反应时，不发生1，4加成，仅加成，仅 发生发生1，2加成。加成。 双键位置固定，适合双键位置固定，适合萜类萜类、多烯的合成，不受、多烯的合成，不受 OH、-COOR的影响！的影响！CH2OH例：例：维生素维生素A1某酯某酯维生素维生素A1CHOPh3PCHCH2OCOR+CH2OCOR3 3、具有立体、具有立体选择性选择性在非极性试剂中在非极性试剂中:共轭稳

4、定共轭稳定的膦的膦Ylid与与RCHO反应生成反应生成反式反式烯烃；烯烃；不稳定不稳定的膦的膦Ylid与与RCHO反应生成反应生成顺式顺式烯烃。烯烃。稳定稳定的膦的膦Ylid：不稳定不稳定的膦的膦Ylid：Ph3P=CHCOOCH3Ph3P=CHCH=CHCOOC2H5Ph3P=CHC2H5Ph3P=CH2Ph3P=CHCH3例例1 1：甲基胭脂素的合成：甲基胭脂素的合成OHCCHOPh3P=CHCOOCH3+H3COOCCOOCH3.例例2 2：合成茉莉酮的有效中间体的合成：合成茉莉酮的有效中间体的合成Ph3P=CHC2H5+OCHOOOHOH+-茉莉酮茉莉酮中间体中间体Wittig Wit

5、tig 反应的缺点：反应的缺点：（1 1）原料叔膦价格昂贵；）原料叔膦价格昂贵；（2 2）产物烯烃与氧化膦分离困难；）产物烯烃与氧化膦分离困难；（3 3）某些膦）某些膦YildYild稳定性较差；稳定性较差；（4 4）WittigWittig反应产率较高，但原子利用率较低。反应产率较高，但原子利用率较低。Wittig Wittig 反应的改进：反应的改进： Wittig Wittig HornerHorner反应反应膦酸酯碳负离子膦酸酯碳负离子作为作为WittigWittig试剂与醛、酮的反应。试剂与醛、酮的反应。POCHOEtOEtRzEtONaPOCOEtOEtRzNa+Z = COR,

6、CO2R, CN, PhR1COR2RzCR1R2POOEtOEtNaO+膦酸酯制备容易，膦酸酯制备容易，反应条件缓和，产反应条件缓和，产物易分离。物易分离。4 4.2 .2 有机硫试剂有机硫试剂（硫（硫Ylid及其应用）及其应用）硫醚型硫硫醚型硫Ylid：+-R2S - CR2+-Ph2S - CH2Ph2S(CH3)2 S - CH2+-+-稳定稳定不稳定不稳定亚砜型硫亚砜型硫Ylid：+-R2S - CR2O+-(CH3)2S - CH2O稳定稳定(CH3)2S = CH2O4.2.1 制备制备R2S+CH3BrR2SCH3Br+-+-R2S=CH2R2S - CH2碱碱Ph2S+-Br

7、CH2COC6H5Ph2SCH2COC6H5Br+-Ph2S - CHCOC6H5碱碱BrCH2COOCH34 4.2.2 .2.2 硫硫YlidYlid与羰基化合物的反应与羰基化合物的反应+-(CH3)2S - CH2OPh2S(CH3)2 S - CH2+-+-4.2.2.1(CH3)2S - CH2+-和和+-(CH3)2S - CH2O的应用的应用(CH3)2S - CH2+-ORRRROCH2S(CH3)2+-RROCH2- (CH3)2S(CH3)2S - CH2O+-RROCH2S(CH3)2O+- (CH3)2S=O由醛、酮合成环氧化合物！由醛、酮合成环氧化合物！OOO(CH3

8、)2S - CH2(CH3)2S - CH2O+-+-立体选择性不同！立体选择性不同！4.2.2.2Ph2S+-的应用的应用环丙基硫环丙基硫 Ylid Ylid ，是一种螺构烃化试剂是一种螺构烃化试剂. .合成环丁酮衍生物合成环丁酮衍生物Ph2S+-+ORRORRSPh2+-RROHBF4Et2O/ H2ORRO氧代螺构戊烷（氧代螺构戊烷（5994%）环丁酮衍生物环丁酮衍生物+RROH+RROH+RROH+RROHH+_RRO历程：历程：练习：练习：1、Ph2S+-CH3OPh2、CH3OCH2Ph(CH3)2S - CH2+-4 4.2.3 .2.3 硫硫YlidYlid与亲电烯烃的反应与亲

9、电烯烃的反应+-(CH3)2S - CH2O+-R1R2Ph2S+-Ph2S 与带有吸电基的双键反应生成环丙烷衍生物，与带有吸电基的双键反应生成环丙烷衍生物，与与，-不饱和化合物发生不饱和化合物发生1，4-加成。加成。+-Ph2SCH3CH3+OOMeOOMe72%+-Ph2S+CH2=CHCOOCH3COOCH385%而而(CH3)2S - CH2+-与与，-不饱和化合物发生不饱和化合物发生1，2-加加成，形成环氧化合物！成，形成环氧化合物！+-(CH3)2S - CH2(CH3)2S - CH2O+-OOOOOOOOO例：例：4 4.3 .3 有机硼试剂有机硼试剂1956年年Brown发现

10、硼氢化反应，发现硼氢化反应，1979年获诺贝尔化学奖！年获诺贝尔化学奖！B：1S22S22P1如：如：BH3外层仅外层仅6个电子，是一类亲电试剂。个电子，是一类亲电试剂。烷基硼烷：烷基硼烷：BH3、BH2R、BHR2、BR3烷基氯代硼烷：烷基氯代硼烷：Cl2BR 、ClBR2烷基邻苯二氧硼烷：烷基邻苯二氧硼烷：OOBR常用常用缺电性更强，选择性高缺电性更强，选择性高应用：应用：（1）易与烯烃发生亲电加成反应，形成有机硼烷中间体。）易与烯烃发生亲电加成反应，形成有机硼烷中间体。（2）易与亲核试剂作用，形成）易与亲核试剂作用，形成C-C、C-O、C-H 等。等。优点：优点：（1）反应条件缓和，操作

11、简便，产率高（出现新型有机反应）。）反应条件缓和，操作简便，产率高（出现新型有机反应）。（2）可用于）可用于C-C、C-O、 C-H、 C-X、C-N的形成。的形成。（3）反应具有立体选择性，适合天然产物的合成。）反应具有立体选择性，适合天然产物的合成。4.3.1 有机硼试剂的制备有机硼试剂的制备1、烷基硼烷、烷基硼烷2NaBH4+CH3COOHB2H6+2H2+2CH3COONa2B2H6+RCH=CH2RCH2CH2BH2(1)+RCH=CH2RCH2CH2BH2(2)(RCH2CH2)2BH+RCH=CH2(3)(RCH2CH2)2BH(RCH2CH2)3B反应在室温下进行，快速。反应在

12、室温下进行，快速。反应速度：（反应速度：（1）（）（2）（）（3）（空间效应、电子效应）（空间效应、电子效应） 室温下大部分烯烃能与室温下大部分烯烃能与BHBH3 3形成形成R R3 3B B，但高取代度烯但高取代度烯烃可形成烃可形成RBHRBH2 2或或R R2 2BHBH，应用更有独特之处（如不对称硼应用更有独特之处（如不对称硼氢化氢化- -氧化）。氧化）。如：如：B2H6+CH3C=CHCH3CH3(CH3-CH-CH)2BHCH3CH3二二-（3-甲基甲基-2-丁基）硼烷丁基）硼烷Disiamyl BoraneSia2BH（1）BH2（2）B2H6+CH3CH3CH3CH3BH2CHC

13、H3CH3CH3CH32，3-二甲基二甲基-2-丁基硼烷丁基硼烷BH2（3）B2H6+THFBHRCH=CH2BCH2CH2R9-硼杂双环硼杂双环3.3.1壬烷壬烷9-BBNBH2、邻苯二氧硼烷、邻苯二氧硼烷B2H6OHOHTHFOOBHRCH=CH2OOBCH2CH2R+3、手性硼试剂、手性硼试剂二二-（3-蒎基）硼烷蒎基）硼烷 Ipc2BH3-蒎基硼烷蒎基硼烷 IpcBH2BHBHH3B SMe2+2299.1% e.eIpc2BH0.（+）-蒎烯蒎烯4.3.2 硼烷与烯烃反应的定位效应硼烷与烯烃反应的定位效应硼烷或烷基硼烷与烯烃加成时，硼烷或烷基硼烷与烯烃加成时，B加在电子云密度高的碳上

14、。加在电子云密度高的碳上。实际：加成方向受电子效应、空间位阻两方面的影响！实际：加成方向受电子效应、空间位阻两方面的影响！1. B2H6与不同烯烃加成时，与不同烯烃加成时，B的进入位置的进入位置C2H5OCH2 - CH=CH219% 81%CH3 - CH=CH2ClCH2 - CH=CH26% 94%40% 60%CHMeOCH2CHCH2CHClCH27%93%19%81%27%73%(CH3)2CHCH-CH3H43% 57%双键两碳原子的电子云密度相差越大，双键两碳原子的电子云密度相差越大，B进入的选择性越高！进入的选择性越高！2. 烷基硼烷的空间影响烷基硼烷的空间影响活性：活性：B

15、H3RBH2R2BH选择性：选择性：BH3RBH2R2BH例：例：(CH3)2CHHHCH343% 57%n-C4H9CH=CH26% 94%B2H6Sia2BHBH2BH1%99%5%95%99.9%99%99%100%4.3.3 反应机理及立体化学反应机理及立体化学B2D6HHBDHHBD通过四员环状过渡态，顺式立体定向加成！通过四员环状过渡态，顺式立体定向加成！B2D6CCCH3CH3HHCCCH3CH3HHDBCCCH3CH3HHBDRSRSB2D6CCCH3HCH3HCCCH3HCH3HDBCCCH3HCH3HBDRRRR立体选择性加成：立体选择性加成：外消旋体一种物质4.3.4 烷

16、基硼烷在合成中的应用烷基硼烷在合成中的应用4.3.4.1 氧化成醇或羰基化合物（形成氧化成醇或羰基化合物（形成 C O 键）键）RCH=CH23B2H6(RCH2CH2)3BH2O2NaOHRCH2CH2OHB2H6H2O2NaOHCH3CH2CH3HCH=CH2*(1)(2)/CH3CH2CH3HCH2CH2OH*构型不变构型不变不对称硼氢化不对称硼氢化- -氧化：氧化：NaOHCH3CH2CH3HBH2CH3CH2CH3HBHOAcCH3CH3CH3HOHH2O2(1)(2)/D（-）-新薄荷醇新薄荷醇B2H6+BH)2H2O2NaOH(1)(2)/CH3HCH3HCH3HCH2CH3OH

17、（+）-蒎烯蒎烯R（-）-2-丁醇丁醇99.1%炔烃的硼氢化炔烃的硼氢化- -氧化：氧化：B2H6NaOHRCCHRCH2-CHBBRCH2CH2OHH2O2/(1)HOAC(2)H2O2RCCHSia2BHRCHCHBSia2OH-RCHCHOHRCH2CHOB2H6H2O2RCCROH-RCHCH-ROHR-CHC-BRRCH2COR醇醇酮酮醛醛环烯烃的硼氢化环烯烃的硼氢化- -氧化：氧化：B2H6CH3CH3BH)2CrO3CH3OB2H6BH2CrO4O大环酮大环酮合成麝香合成麝香4.3.4.2 形成形成 C C 键键烷基硼烷作为亲电试剂与碳负离子的作用。烷基硼烷作为亲电试剂与碳负离子

18、的作用。通式：通式：BRRR+CX-BRRRCX-BRRCR+X-R1CHCOR2R1CHCOOR2XX（1 1）与）与-卤代酮的反应卤代酮的反应-R1CHCOR2X(CH3)3COKR1C-COR2XR3BBRRRC COR2X-R1BRRC COR2RR1(CH3)3COHCHCOR2RR1+R1CHCOR2Br(CH3)3COHR3BCHC-R2ORR1(CH3)3COK总反应：总反应：CHC - CH3ORR1合成：合成：R1= - CH2CH3R= - CH2CH2CH3 用硼试剂法反应条件温和，操作简便，产用硼试剂法反应条件温和，操作简便，产率高，优于乙率高，优于乙 酰乙酸乙酯法。

19、酰乙酸乙酯法。（2 2）与）与-卤代酯的反应卤代酯的反应+(CH3)3COHR3B(CH3)3COKBrCH2COOC2H5RCH2COOC2H5BH+RCH=CH2BCH2CH2R(CH3)3COH(CH3)3COKBrCH2COOC2H5+BCH2CH2RRCH2CH2CH2COOC2H54.3.4.3 形成形成 C H 键（还原反应）键（还原反应）（1）B2H6的还原性的还原性OCOOHCNCOORB2H6OHCH2OHCH2NH2CH2OH室温室温（2 2）烷基硼烷的还原性）烷基硼烷的还原性 RBH2、R2BH活性比活性比B2H6低，仅能还原醛、酮，与低，仅能还原醛、酮，与NaBH4能

20、力相当。能力相当。醛醛 酮酮 羧酸及羧酸衍生物羧酸及羧酸衍生物Sia2BHBH)2BH2BH + + - + + - + + - + + -（3）硼氢化反应）硼氢化反应烯烃烯烃烷烃烷烃炔烃炔烃烯烃烯烃n-C4H9CH=CH2B2H6n-C4H9CH2CH2BHOAcn-C4H9CH2CH3C2H5CCC2H5C2H5C2H5HBSia2HOAcC2H5C2H5HHSia2BH63%4 4.4 .4 有机硅试剂有机硅试剂电负性：电负性：Si 1.74; C 2.5; H 2.1 HSiC+Si4 4.4.1 .4.1 烯醇硅醚在有机合成中的应用烯醇硅醚在有机合成中的应用4 4.4.1.1.4.1

21、.1烯醇硅醚的制备烯醇硅醚的制备TMSCl/EtTMSCl/Et3 3N/DMFN/DMF体系体系: :OMe3SiClOSiMe3OSiMe3Et3N, DMF+77%23%热力学控制产物为主热力学控制产物为主! !强碱强碱/ /TMSClTMSCl体系体系: :OMe3SiClOSiMe3OSiMe3+98%2%(2)(1) LDA动力学控制动力学控制产物为主产物为主! !LDA: LDA: 二异丙基胺锂二异丙基胺锂(i-Pr)i-Pr)2 2NLiNLi六甲基二硅氨钠(Me3 3Si)2 2NNa强碱强碱: :金属还原法金属还原法: :COOC2H5NaPhCH3OOTMSClOSiMe

22、3OSiMe32COOEtCOOEtOSiMe3OSiMe3(1) Na, PhCH3(2) Me3SiClOOHH3O+偶姻产物偶姻产物4 4.4.1.2 .4.1.2 烯醇硅醚的重要合成应用烯醇硅醚的重要合成应用与醛酮的反应: 可获得-羟基酮,且避免交叉缩合反应的发生.PhOTMSClEt3N, DMFPhOSiMe3OTiCl4, CH2Cl2PhOOHOTMSClEt3N, DMFOSiMe3OPhTiCl4, CH2Cl2OOHPhOTMSClEt3N, DMFOSiMe3(n-Bu)2BSO3CF3OB(n-Bu)2PhCHOOOB(n-Bu)2PhOOHPh选择 性 95%羰基化合物的活性次序: 醛酮酯.OSiMe3PhOCHOPhOOHOPhPh二正丁基硼三氟甲磺酸盐二正丁基硼三氟甲磺酸盐与与,-,-不饱和酮的加成不饱和酮的加成: :PhOTMSClEt3N, DMFPhOSiMe3OTiCl4, CH2Cl2OOPh-78OTMSClTiCl4LDA/THFOSiMe3OOOOOH-与卤代烃的反应:OSiMe3Me3CClTiCl4OOSiMe3Me3CClTiCl4OOSiMe3MeLiOROLiRCH2X叔叔卤卤代代烷烷伯卤代烷伯卤代烷Diels- Alder Diels- Alder 反应反应: :烯醇硅醚分子中三甲基