精细有机合成复习PPT

精细有机合成复习PPT卤化反应定义氟化（fluoration）氯化（chloration）溴化（bromation,bromination）碘化（iodation）向有机化合物分子中碳原子上引入卤原子的反应叫做卤化反应。卤化亚砜和卤化磷对羟基的置换举例卤原子置换重氮基实例向有机化合物分子引入磺酸基(-SO3H)的反应叫做磺化。

磺化磺化反应定义++芳氨基化磺化芳氨基化H+，水解磺化反应实例具体实例：特点：（1）以硫酸为反应介质，在液相中进行；（2）磺化试剂硫酸过量很多倍；（3）应用范围很广；（4）反应可逆；（5）有大量废酸生成。ArH+H2SO4ArSO3H+H2O过量硫酸磺化法反应质点：

SO3·H2SO4中：SO3

浓H2SO4中：H2S2O7（SO3·H2SO4）

80～85％的H2SO4中：H3SO4+（SO3·H3+O）+H+k1k-1K2,-H+反应历程活性:SO3>ClSO3H>H2SO4特点：（1）易水解；

（2）价格贵，应用少；（3）产品纯度高。氯磺酸磺化法萘系芳烃的磺化160℃60℃+H2SO4SO3•H2SO4160～170℃80℃产物与磺化剂的种类、浓度和反应温度有关。多磺化产物的制备往往需要进行多步磺化。60℃H2SO4SO3•H2SO435～55℃SO3•H2SO450～90℃SO3•H2SO4150～250℃萘系芳烃的磺化CLT酸的制备重要实例CLT酸，为白色粉末，不溶于水。其主要用途，是一种重要的红色有机颜料中间体，可合成塑料大红、新宝红36b、金光红c等色淀有机颜料。该颜料广泛应用于油漆、涂料、彩色油墨、橡胶和塑料着色等。碱熔中和中和盐析H2SO4

＋Na2SO3Na2SO4

＋SO2

＋H2Oβ-萘酚的制备实例稀释析出法稀释盐析法磺化++↓↓磺化产物的分离向有机物分子的碳原子上引入硝基，生成C-NO2键的反应叫做硝化。ArH＋HNO3ArNO2

＋H2O硝化反应定义2HNO3

NO2+

＋NO3-

＋H2O

2HNO3H2NO3+

＋NO3-

NO2+

＋NO3-

＋H2O浓硝酸（浓HNO3）硝化剂中的活泼质点HNO3

＋H2ONO3-

＋H3O+HNO2

NO+

＋H2O硝化剂中的活泼质点稀硝酸（稀HNO3）混酸（H2SO4-HNO3-H2O）HNO3

＋2H2SO4

NO2+

＋H3O+

＋2HSO4-HNO3浓度，％H2SO4浓度，％H2O浓度，％NO2+浓度，％10000187.412.6012.47612.611.41.9混酸组成与NO2+浓度的关系硝化活性质点：NO2+和CH3COONO2H+在乙酐或乙酸中的硝化特点：（1）一般采用含硝酸10～30％的乙酐溶液；（2）硝化能力强，低温即可反应；（3）容易发生爆炸危险定义：烷基化反应指的是在有机化合物分子中的碳、硅、氮、磷、氧或硫原子上引入烃基（为烷基、烯基、芳基等）的反应的总称。其中以在有机物分子中引入烷基最为重要。用于烷基化的反应试剂称为烷基化剂。常用的有：（1）卤烷（2）酯类（3）醇类和醚类（4）环氧化合物（5）烯烃和炔烃（6）羰基化合物烷基化概述19烯烃卤烷醇醛酮芳环上的C-烷基化反应机理：芳烃上的C-烷基化反应都属于亲电取代反应。20芳烃的C-烷基化实例①异丙苯异丙苯的主要用途是再经过氧化和分解，制备苯酚和丙酮。工业上丙烯和苯的连续烷基化用液相和气相两法均可生产。所用的苯需预先脱硫，以免影响催化剂的活性。21式中R-Z代表烷基化剂，包括醇、卤烷、酯等化合物。N-烷基化定义：氨、脂肪族或芳香族胺类氨基上的氢原子被烷基取代，或者通过直接加成而在氮原子上引入烷基的反应叫N-烷基化反应。这是制取各种脂肪族和芳香族伯、仲、叔胺的主要方法，其反应通式如下：22用醇类的N-烷基化醇的烷基化活性较弱，所以反应需在较强烈的条件下才能进行。（相当于亲电取代反应历程）但某些低级醇（甲醇、乙醇）价廉易得，所以工业上仍常选作活泼胺类的烷基化剂。如：23阳离子表面活性剂例如：用卤烷的N-烷基化24环氧乙烷的N-烷基化环氧乙烷是活泼的烷基化剂，其分子具有三元环结构，容易开环，与氨基氮原子上的氢发生加成反应，在氮原子上引入羟乙基，故又称羟乙基化。例如：25而某些叔胺与环氧乙烷作用还可以制得季铵盐。例如：环氧乙烷的N-烷基化26定义：酯化反应通常是指醇或酚与含氧的酸（包括有机和无机酸）作用生成酯和水的反应。由于它是在醇或酚羟基的氧原子上引入酰基的过程，故又称为O-酰化反应。其通式为：RˊOH+RCOZRCOORˊ+HZRˊ可以是脂肪族或芳香烃基;RCOZ为酰化剂，其中的Z可以代表OH，X，OR″，OCOR″，NHR″等。酯化反应概述27即，主要有以下几种：①羧酸与醇或酚作用：RˊOH+RCOOHRCOORˊ+H2O②酸酐与醇或酚作用：RˊOH+(RCO)2ORCOORˊ+RCOOH③酰氯与醇或酚作用：RˊOH+RCOClRCOORˊ+HCl④酯交换：R″OH+RCOORˊRCOOR″+RˊOHR″COOH+RCOORˊR″COORˊ+RCOOHR″COOR‴+RCOORˊRCOOR‴+R″COORˊ概述28酰化反应概述定义：在有机化合物分子中的碳、氮、氧、硫等原子上引入脂肪族或芳香族酰基的反应称为酰化反应。酰基：从含氧的无机酸、有机羧酸或磺酸等分子中除去羟基后所剩的基团。N-酰化反应：将酰基引入氮原子上合成酰胺类化合物。C-酰化反应：将酰基引入碳原子上合成芳酮或芳醛。29式中为酰化剂；Z可以是X，OCOR，OH，ORˊ，NHRˊ等；G－H为被酰化物；G代表RˊO，R″NH，ArNH，Ar等。酰化反应可用下列通式表示：概述30定义：胺类化合物与酰化剂反应，在氨基的氮原子上引入酰基的反应为N-酰化反应。用途：N-酰化是制备酰胺的重要方法。被酰化物：脂肪胺芳胺可以是伯胺，也可以是仲胺。N-酰化31胺类被酰化的相对反应活性是：伯胺＞仲胺，无位阻胺＞有位阻胺，脂肪胺＞芳胺1、反应历程－亲电取代反应N-酰化322、用羧酸的N-酰化N-酰化羧酸反应活性弱，一般只有在引入甲酰基、乙酰基、羧甲酰基时才使用甲酸、乙酸和草酸作酰化剂，为了使酰化反应尽可能完全并使用过量不太多的羧酸，必须除去反应生成的水。33反应时没有水生成，因此是不可逆的。酸酐的酰化活性较羧酸为强，除了能用于酰化脂肪族或芳香族伯胺外，还能用于较难酰化的胺类，如仲胺、以及芳环上含有吸电子基团的芳胺类。3、用酸酐的N-酰化用酸酐对胺类进行酰化反应的通式是：N-酰化34活性强活性弱最常用的酸酐是乙酐，如：N-酰化35酰氯是比相应的酸酐更活泼的酰化剂,容易与脂肪胺或芳香胺发生N－酰化反应，这类反应是不可逆的。常用的酰氯有长碳链脂肪酸的酰氯、芳羧酰氯、芳磺酰氯、光气和三聚氰酰氯等。4、用酰氯的氮酰化用酰氯对胺类进行N-酰化反应的通式如下：N-酰化36如：N-酰化37C－酰化1、C-酰化反应历程这类反应属于Friedel-Crafts反应，它是一个亲电取代反应。最酰化剂是酰卤或酸酐。常用的催化剂是无水三氯化铝。如：38（2）2,6-二甲基-4-叔丁基苯乙酮是香料酮麝香的中间体（1）邻苯甲酰基苯甲酸及其衍生物的合成

是由邻苯二甲酸酐与苯或甲苯或氯苯反应得到的，进而在硫酸中130℃～140℃脱水闭环即得到蒽醌。C－酰化实例39缩合反应概述1、涵义：缩合反应一般系指两个或两个以上分子间通过生成新的碳－碳、碳－杂原子或杂原子－杂原子键，从而形成较大的单一分子的反应。缩合反应一般往往伴随着脱去某一种小分子化合物，如H2O、HX、ROH、NH3等。2、缩合反应的特征：（1）在分子内或分子间彼此不相连的两个原子间形成新的化学键（2）反应过程中伴随着失去简单的无机物或有机物（3）产物具有更复杂的结构40②异分子醛、酮交叉缩合羟醛交叉缩合反应的典型代表是用一个芳香族醛（或甲醛）（无α-H）和一个脂肪族醛、酮（有α-H）反应，在氢氧化钠的水或乙醇溶液中进行。得到产率很高的α,β－不饱和醛或酮，这种反应称为克莱森-斯密特（Claisen-Schimidt）缩合反应。如：醛酮缩合反应实例41香豆素（2）醛酮与羧酸及其衍生物的缩合反应－Perkin反应芳香族醛（或不含α-氢的脂肪醛）与脂肪酸酐在碱性催化剂作用下，生成β－芳基丙烯酸类化合物的反应成为珀金（Perkin）反应。如，香豆素的合成：缩合方法42如：缩合方法（4）酯的缩合反应酯缩合反应是指以羧酸酯为亲电试剂，在碱性催化剂作用下，与含活泼氢羰基化合物的负碳离子缩合而生成β－羰基类化合物的反应，总称为克莱森（Claisen）缩合反应。其反应通式如下：43克莱森重排反应（Claisen重排反应）的最初形式是一个烯丙基苯基醚在高温（>200oC）下发生的一个重排反应，产物是邻位烯丙基苯酚。反应的机理是σ[3,3]重排（是史上第一个发现的σ[3,3]重排反应），产物4-烯酮因芳香性的需要互变异构为酚。克莱森重排反应烯丙基苯基醚环状过渡态邻烯丙基酚即2-甲基十一醛，制备方法如下所示。香料合成应用实例紫罗兰酮（ionone）的合成分子式:C12H24O结构式：45反应式：香料合成应用实例46还原反应概述1、还原反应定义广义：在还原剂作用下，能使某原子得到电子或电子云密度增加的反应称为还原反应。狭义：能使有机物分子中增加氢原子或减少氧原子，或两者兼尔有之的反应称为还原反应。47催化加氢还原影响因素（1）被还原物的结构和性质各种官能团单独存在时，其反应性如下：芳香族硝基＞叁键＞双键＞羰基＞脂肪族硝基在碳氢化合物中，则直链烯烃＞环状烯烃＞萘＞苯＞烷基苯＞芳香烷基苯催化氢化还原48在苯环上引入取代基时，若用铂黑为催化剂，引入吸电子基时，反应加快，引入给电子基，反应变慢；若用骨架镍作催化剂，情况正好相反。如硝基苯及硝基苯胺在骨架镍作催化下，在中性介质中硝基苯胺的还原顺序为：硝基苯＜间硝基苯胺＜对硝基苯胺＜邻硝基苯胺催化氢化还原49反应温度和压力影响反应温度增高，氢气压力增大，反应速度加快，但同时副反应将增多，反应选择性将下降。反应温度对催化剂活性和寿命影响也较大。例如：催化氢化还原实例50醛和酮是一类重要的有机化合物，其合成在有机合成中占有非常重要的地位。醛和酮的合成方法繁多，新合成途径也层出不穷。本部分主要以官能团的转换为主线，依次讨论了由醇、卤化物，甲基、亚甲基、羧酸及其衍生物、烯烃、炔烃、醚及环氧化合物、胺、硝基化合物等转换为醛酮的方法。51由醇合成醛酮是有机合成中的一类非常重要的反应。由伯醇的氧化可以得到醛。由于醛处于醇与羧酸的中间氧化状态，就必须选择适当的氧化剂加以控制，不致氧化过度而生成羧酸。由仲醇的氧化可以得到酮。但仲醇过度氧化可以导致分子开裂。由叔醇的氧化开裂、转位等反应也能合成酮，但实用范围不大。由此可见，要讨论由醇的氧化就必须从所使用氧化剂氧化性的强弱、醇分子的结构以及反应条件等多个方面入手。本部分由讨论最常用的铬（VI）氧化剂开始，依次讨论了活性MnO2，DMSO试剂，氧铵盐，高价碘化物等氧化剂在醇氧化合成醛酮反应中的应用。52常用的铬（VI）试剂主要有三氧化铬（CrO3）、重铬酸、铬酸酯[CrO2(OCOR)2]、铬酰氯（CrO2Cl2）等。为了控制醇不被过度氧化，化学家已经开发了多种氧化方法。最常用的方法：Jones氧化法（CrO3/H2SO4/acetone）Collins氧化法（CrO3·2Py）PCC（PyrindiumChlorochromate）氧化法PDC（PyrindiumDichromate）氧化法等。

铬（VI）试剂53Jones氧化（CrO3/H2SO4/acetone）Jones试剂，即三氧化铬在浓硫酸中的溶液。Jones试剂通常可以将伯醇氧化成酸，把仲醇氧化成酮。54不饱和键、分子构型及氨基、羰基等对氧化剂敏感的基团不发生变化。反应机理：A、首先三氧化铬在酸性条件下与水反应Jones试剂。B、醇的孤对电子进攻Jones试剂，脱掉一分子水。C、酸性条件下，脱掉一分子H2CrO3生成了酮（铬也由原来的六价还原为四价）。Collins氧化法是利用CrO3-pyridine配合物将伯醇和仲醇依次氧化成醛（和/或酸）和酮的方法。（G.I.Poos,G.E.Arth,R.E.Beyler,L.H.Sarett,J.Am.Chem.Soc.75,422(1953).）Collins氧化（CrO3·2Py）Collins氧化法是在Sarett氧化法（以吡啶为溶剂）基础上的改进，以二氯甲烷为溶剂氧化伯醇为醛（J.C.Collins,TetrahedronLetters1968,3363;J.C.Collins,W.W.Hess,Org.Syn.52,5(1972);R.W.Ratcliffe,ibid.55,84(1976).）.5556Collins氧化（CrO3·2Py）Collins试剂，三氧化铬吡啶络合物的二氯甲烷溶液。呈暗红色。由一份三氧化铬缓慢分次加入十份吡啶中（注意：不能将吡啶加至三氧化铬中，否则会引起燃烧），逐渐升温至30℃，析出黄色络合物沉淀，分离出的沉淀加至二氯甲烷中，即得。为选择性氧化有机化合物的试剂。能氧化烯丙醇或非烯丙型醇成相应的醛或酮。在室温下进行氧化反应时，对分子内双键、缩醛、环氧、硫醚等基团均无影响。还能选择性氧化叔胺上甲基成甲酰基。例如，以柯林斯试剂氧化肉桂醇与乙酰莱亨。57PCC，氯铬酸吡啶PyridiniumChlorochromate是吡啶和CrO3在盐酸溶液中的络合盐，是橙红色晶体。它溶于DCM，使用很方便，在室温下便可将伯醇氧化为醛，而且基本上不发生进一步的氧化作用。由于其中的吡啶是碱性的，因此对于在酸性介质中不稳定的醇类氧化为醛（或酮）时，是很好的方法，不但产率高，而且对分子中存在的C=C、C=O、C=N等不饱和键不发生破坏作用。PCC（PyrindiumChlorochromate）氧化PCC的制备：在搅拌下，将100g1molCrO3迅速加入到184mL6mol/L盐酸中，5min后将均相体系冷却至0摄氏度，在至少10min内小心加入79.1g1mol吡啶。将反应体系重新冷却至0摄氏度，得橙黄色固体，过滤，真空干燥1h，得PCC180.8g，产率84%。PCC易于合成和保存，操作简单，是将伯醇和仲醇氧化成醛和酮的应用最广的氧化方法。PCC中所用的碱除吡啶外，也可以是其它碱，且随着碱性部分碱性的增强，氧化的选择性也提高。其中，DMAP·HCrO3Cl为适用于烯丙醇类及苄醇类的选择性氧化试剂。PCC（PyrindiumChlorochromate）氧化PCC的氧化以均相反应为主，但有的方法是将催化剂吸附于硅胶、氧化铝等无机载体或离子交换树脂等有机高分子载体上，对醇作非均相催化氧化。后处理简单并可控制反应的选择性。58

PDC的氧化能力较PCC强，其氧化作用一般在中性条件下进行，而PCC则需在酸性中进行。因此，对酸不稳定的化合物用PCC氧化时,必须在醋酸钠存在下进行。PDC的氧化一般在二氯甲烷中进行，如在DMF中进行时，氧化性增强，能将伯醇最终氧化成酸。PDC的氧化操作基本和PCC相同，这里不再举例说明。PDC（PyrindiumDichromate）氧化59将卤甲基化合物与硝基烷烃的钠盐反应，可得相应的醛。用硝基化合物氧化（Hass反应）将卤甲基化合物与乌洛托品（六甲基四胺，HMT）反应，然后用酸水解可得相应的醛。这是将芳香族甲基变成醛的一个有效方法。用乌洛托品氧化（Sommelet反应）由伯卤甲基和仲卤甲基的氧化合成醛酮60如氯甲基萘与HMT反应可高收率的得到相应的醛。由伯卤甲基和仲卤甲基的氧化合成醛酮61用LAH等金属氢化物还原N，N-二取代酰胺，中间经历的半缩醛比较稳定，反应能停于此阶段而最终的醛。DIBAL和SBMEA因其操作简单，活性适中，经常用来还原酰胺为醛。用LAH等金属氢化物还原N，N-二取代酰胺，中间经历的半缩醛比较稳定并不是因为N，N-二取代酰胺，而是分子内一定有配位键的存在，使得中间体缩醛稳定，例如：-烷氧基的双取代酰胺，WeinrebType酰胺原理都是一样的。由酰胺合成醛酮62由酯或酰氯经Weinreb酰胺合成醛酮酯和酰氯与有机锂试剂、格氏试剂反应，产生的酮活性较高继续反应最终得醇。63如果将酯和酰氯变为相应的Weinreb酰胺再与有机锂试剂、格氏试剂反应则能将反应停止到醛或酮的阶段。Weinreb酰胺和有机金属试剂的加成物形成了稳定的配合物使反应不再继续。配合物水解则得到酮。

由酯或酰氯经Weinreb酰胺合成醛酮64烯烃经由有机硼化合物中间体的烯烃甲酰化合成醛烯烃与甲硼烷反应所得的有机硼化合物能用各种方法转变为醛。用铬酸氧化时，所得醛的碳原子数不变。如与一氧化碳反应再进行氧化便得多一个碳原子的醛。要是与重氮乙醛反应，即可得增长二个碳原子的醛。通过与丙烯醛的加成，碳原子数可增加三个。65由烯烃的加氢甲酰化合成醛（羰基合成法）将烯烃与水煤气（CO和水的混合物）在钴、铑等催化剂存在下进行反应反应可得延长一个碳的醛。工业上需要高温高压下进行。将催化剂改良可使反应在常温常压下进行，已经有了实验室很有用的醛的合成法。由烯烃的加氢甲酰化合成醛（羰基合成法）反应示例：66由烯烃的甲酰化合成醛Vilsmeyer反应

此方法广泛应用于活性芳环，杂环，不饱和脂肪上（富电子）引入甲醛，-OH,-OR,-NR1R2,CH(OR)不影响反应，可用二氯甲烷，二氯乙烷或二氯苯作溶剂，也可不用反应溶剂。其他的Lewis酸（草酰氯，氯化亚砜）亦可做成Vilsmeyer盐来反应。67Duff’s甲酰化活泼的芳香族化合物（如酚）与六亚甲四胺反应生成亚胺中间体，继而水解成醛。反应具有简便而迅速的特点，但这一经典方法往往产率不高，限制了它的应用。芳香族化合物在三氟乙酸存在下与六亚甲基四胺反应，可以得到高产率的芳醛。改良方法不仅适用于活泼的芳香族化合物，亦可应用于简单的芳烃甲酰化。68Reimer-Tiemann甲酰化活性高的芳香环碱性条件下上醛的方法（主要是苯酚），但产率一般不高，有时副反应较多，会产生焦油状物，后处理复杂，所以运用不广。Gattermann甲酰化活性高的芳香环酸性条件下上醛的方法（主要是苯酚，苯醚），产率较高，但氰化锌毒性较大，操作要求高。69多聚甲醛/甲醇镁苯酚甲酰化这是形成邻位苯酚甲酰化较好的方法，一般产率较高，特别适用于对甲氧基苯酚的甲醛化。有些专利上报道，加入吡啶有利于提高产率。氯化锡/多聚甲醛苯酚甲酰化

在氯化锡或者氯化亚锡条件下，用多聚甲醛可在苯酚邻位上醛,反应收率较高。70重氮化后甲酰化在硫酸铜、亚硫酸钠的催化下，在乙酸钠的缓冲溶液中重氮盐甚与甲醛肟生成芳醛肟，酸性水解或用硫酸铁铵处理既得芳醛，提供了由芳胺转换成芳醛的方法，产率一般不超过50％。苯环上有卤素、硝基均无影响。但重氮基的邻位有氰基、烷氧基、羰基时，不能顺利地进行反应。本合成反应历程是重氮盐水首先形成芳基正离子，再对甲醛肟进行亲核进攻。有机金属（锂，镁）甲酰化有机金属化合物（有机镁、有机锂化合物）可与过量的原甲酸脂反应，首先生成缩醛，继而用硫酸水解成醛，广泛用于脂醛及芳醛的合成。原甲酸脂外，甲酰胺、乙氧亚甲基苯（ethoxymethyleneaniline,C6H5N=CHOC2H5）等均为常用的甲酰化试剂。其中以甲酰胺的应用最为常见，常称为Bouveault反应。芳卤或乙烯