曼尼希反应-甲基化反应-课件.ppt
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- 曼尼希 反应 甲基化 课件
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1、exit第一节第一节 杂环化合物的简解和命名杂环化合物的简解和命名第二节第二节 含一个杂原子的五含一个杂原子的五元元杂环体系杂环体系第三节第三节 含两个杂原子的五含两个杂原子的五元元杂环体系杂环体系第四节第四节 含一个杂原子的六元杂环体系含一个杂原子的六元杂环体系第五节第五节 含两个和三个氮原子的六元杂环体系含两个和三个氮原子的六元杂环体系第六节第六节 含一个杂原子的五元杂环苯并体系含一个杂原子的五元杂环苯并体系第七节第七节 含一个杂原子的六元杂环苯并环系含一个杂原子的六元杂环苯并环系第八节第八节 嘧啶和咪唑的并环体系嘧啶和咪唑的并环体系-嘌呤环系嘌呤环系本章提纲本章提纲第一节第一节 杂环化合
2、物的简解和命名杂环化合物的简解和命名一一 一一 杂环化合物简解杂环化合物简解二二 二二 五元杂环化合物的命名五元杂环化合物的命名三三 三三 唑的命名唑的命名四四 四四 六元杂环化合物的命名六元杂环化合物的命名一一 杂环化合物的简介杂环化合物的简介1 脂杂环脂杂环 没有芳香特征的杂环化合物称为脂杂环。没有芳香特征的杂环化合物称为脂杂环。三元杂环三元杂环四元杂环四元杂环五元杂环五元杂环七元杂环七元杂环(氮杂环氮杂环丙烷丙烷)(-丙内酯丙内酯)(-丙内酰胺丙内酰胺)(顺丁烯二酸酐顺丁烯二酸酐)(氧杂氧杂)(1H-氮杂氮杂)OHN(环氧环氧乙烷乙烷)OONHOOOOONH在环上含有杂原子(非碳原子)的
3、有机物称为杂环化合物。在环上含有杂原子(非碳原子)的有机物称为杂环化合物。2 芳杂环芳杂环 具有芳香特征的杂环化合物称为芳杂环具有芳香特征的杂环化合物称为芳杂环苯并杂环苯并杂环杂环并杂环杂环并杂环五元杂环五元杂环六元杂环六元杂环呋喃呋喃噻吩噻吩吡咯吡咯噁唑噁唑噻唑噻唑咪唑咪唑吡唑吡唑吡啶吡啶嘧啶嘧啶吡吡喃喃(无芳香性无芳香性)吲哚吲哚喹啉喹啉异异喹啉喹啉嘌呤嘌呤OSNHNONSNNHNNHNNNONHNNNNNHN二二 五元杂环化合物的命名五元杂环化合物的命名五元杂环五元杂环五元杂环苯并体系五元杂环苯并体系O1234567S1234567NH1234567呋喃呋喃(furan)噻噻吩吩(thi
4、ophene)吡吡咯咯(pyrrole)苯并呋喃苯并呋喃(benzofuran)苯并噻吩苯并噻吩(benzothiophene)苯并吡咯苯并吡咯吲哚吲哚(indole)O12345S123455NH1234三三 唑的命名唑的命名 含有两个杂原子的五元杂环,若至少有一个杂原子是含有两个杂原子的五元杂环,若至少有一个杂原子是氮,则该杂环化合物称为唑。氮,则该杂环化合物称为唑。命名时的编号原则是:命名时的编号原则是:1.1)让杂原子的位号尽可能小;让杂原子的位号尽可能小;2)当两个杂原子不相同时,编号的次序是:价数小的在前,当两个杂原子不相同时,编号的次序是:价数小的在前,大的在后;大的在后;3)价
5、数相等时,原子序数小的在前,大的在后。)价数相等时,原子序数小的在前,大的在后。OS N2价价3价价原子序数小原子序数小原子序数大原子序数大O、S、N的的次序如左:次序如左:12345NO12345NSNNH12345异噻异噻唑唑(isothiazole)吡吡唑唑(pyrazole)异噁异噁唑唑(isoxazole)1,2-唑唑NO12345NS12345NNH12345噁噁唑唑(oxazole)噻噻唑唑(thiazole)咪咪唑唑(inidazole)1,3-唑唑四四 六元杂环化合物的命名六元杂环化合物的命名N123456O123456123456OO123456OONN1234561234
6、56NN123456NN六元杂环六元杂环吡吡啶啶(pyridine)吡吡喃喃(pyran)-吡喃酮吡喃酮(-pyrone)-吡喃酮吡喃酮(-pyrone)哒哒嗪嗪(pyridazine)嘧啶嘧啶(pyrimidine)吡吡嗪嗪(pyrazine)N12345678N1234567812345678OOONNNHN123456789杂环并杂环杂环并杂环喹啉喹啉(quinoline)异异喹啉喹啉(isoquinoline)苯并吡苯并吡喃喃(benzopyran)苯苯并并-吡喃酮吡喃酮(benzo-pyrone)嘌呤嘌呤(purine)六元杂环苯并环系六元杂环苯并环系一一 呋喃、噻吩、吡咯的结构呋喃
7、、噻吩、吡咯的结构二二 呋喃、噻吩、吡咯的制备呋喃、噻吩、吡咯的制备三三 呋喃、噻吩、吡咯的反应呋喃、噻吩、吡咯的反应第二节第二节 含有一个杂原子的五元杂环体系含有一个杂原子的五元杂环体系吡咯的结构吡咯的结构孤电子对在孤电子对在p轨道上。轨道上。吡吡 咯咯结构:吡咯结构:吡咯N是是sp2杂化,孤电子对参与共轭。杂化,孤电子对参与共轭。反应:碱性较弱,环易发生亲电取代反应,环上相当反应:碱性较弱,环易发生亲电取代反应,环上相当 有一个邻对位定位基。有一个邻对位定位基。NNH共轭效应是给电子的。共轭效应是给电子的。诱导效应是吸电子的。诱导效应是吸电子的。一一 呋喃、噻吩、吡咯的结构呋喃、噻吩、吡咯
8、的结构呋喃、噻吩的结构请同学自己分析。呋喃、噻吩的结构请同学自己分析。二二 呋喃、噻吩、吡咯的制备呋喃、噻吩、吡咯的制备1.工业制备(略)工业制备(略)2.实验室制备实验室制备(1)帕尔帕尔-诺尔诺尔(Paal,C.-Knorr,L.)合成法合成法O OBu-tt-BuOH OBu-tt-BuH2SO4-H2O,HAcTsOH,甲苯,SBu-tt-BuP2S5,170(1)NH2R (2)NH3(NH4)2CO3,100(40%)Bu-tt-BuOHOHOBu-tt-Bu-H2OBu-tt-BuNHOHHOOBu-tt-BuHONH2NHBu-tt-Bu-2H2O三种三种化合物的相互转化化合物
9、的相互转化(有氧化铝存在的情况下有氧化铝存在的情况下)(2)诺尔合成法)诺尔合成法ROEtOOCROEtOOCNOHROEtOOCNH2ROCOOEtROEtOOCNH2NHCOOEtRREtOOCHNO2Zn-HOAc+氨基酮酸酯ONHSH2ONH3H2SNH3H2OH2S1.呋喃、噻吩、吡咯的呋喃、噻吩、吡咯的质子化反应质子化反应2.呋喃、噻吩、吡咯的呋喃、噻吩、吡咯的亲电取代反应亲电取代反应 3.呋喃、噻吩、吡咯的呋喃、噻吩、吡咯的加成反应加成反应 三三 呋喃、噻吩、吡咯的反应呋喃、噻吩、吡咯的反应1.呋喃、噻吩、吡咯的质子化反应呋喃、噻吩、吡咯的质子化反应分子接受一个质子的反应称为质子
10、化反应分子接受一个质子的反应称为质子化反应.(1)呋喃、噻吩、吡咯在酸的作用下可质子化;)呋喃、噻吩、吡咯在酸的作用下可质子化;(2)质子化反应主要发生在质子化反应主要发生在C-2上;上;NHHHNHNHHHNHHH+H+H+-C质子化质子化-C质子化质子化N-质子化质子化(3)由于由于-C的质子化反应,吡咯在强酸作用的质子化反应,吡咯在强酸作用 下会因聚合而被破坏下会因聚合而被破坏;(4)在稀的酸性水溶液中,呋喃的质子化在氧在稀的酸性水溶液中,呋喃的质子化在氧 上发生并导致水解开环。上发生并导致水解开环。OOHHOOHOH2OHOHOOH2SO4-H2OHOAc,90%H2O-H+2.呋喃、
11、噻吩、吡咯的亲电取代反应呋喃、噻吩、吡咯的亲电取代反应*1 亲电取代反应的活性顺序为:亲电取代反应的活性顺序为:吸电子诱导吸电子诱导:O(3.5)N(3.0)S(2.6)给电子共轭给电子共轭:N O S综合:综合:N贡献电子最多,贡献电子最多,O其次,其次,S最少最少ONHSNHEHNHEHNHEHEHEHEH电子密度电子密度-络合物络合物八隅体八隅体结构最稳定结构最稳定无最无最稳定结构稳定结构(1)概述)概述*2 取代反应主要发生在取代反应主要发生在-C上;上;*3 吡咯、呋喃对酸及氧化剂比较敏感,选择试吡咯、呋喃对酸及氧化剂比较敏感,选择试 剂时需要注意;剂时需要注意;*4 噻吩、吡咯的芳
12、香性较强,噻吩、吡咯的芳香性较强,所以易取代而不易所以易取代而不易 加成;加成;呋喃的芳香性较弱,呋喃的芳香性较弱,虽然也能与大多数虽然也能与大多数 亲电试剂发生亲电取代,但在强亲核试剂存在亲电试剂发生亲电取代,但在强亲核试剂存在 下,能发生亲核加成。下,能发生亲核加成。离域离域能:能:噻吩:噻吩:121.3 kJmol-1吡咯:吡咯:87.8 kJmol-1呋喃:呋喃:66.9 kJmol-1*5 杂原子和取代基的定位效应杂原子和取代基的定位效应A 杂原子的定位效应:杂原子的定位效应:B 取代基的定位效应:取代基的定位效应:第一取代基进入到杂原子的第一取代基进入到杂原子的-位。位。3位上有取
13、代基时,呋喃、吡咯、位上有取代基时,呋喃、吡咯、噻吩的定位效应一致。噻吩的定位效应一致。ZG(o,p)ZG(m)2位上有取代基时,吡咯、噻吩的定位效应一致,情况如下:位上有取代基时,吡咯、噻吩的定位效应一致,情况如下:2-取代呋喃在强亲电试剂的作用下易发生取代呋喃在强亲电试剂的作用下易发生2,5-加成反应:加成反应:ZG(o,p)(主)(次)ZG(m)(主)(次)OG(o,p,m)(2)呋喃、噻吩、吡咯的硝化反应呋喃、噻吩、吡咯的硝化反应 呋喃呋喃,噻吩和吡咯易氧化噻吩和吡咯易氧化,一般不用硝酸直接硝化一般不用硝酸直接硝化;通常用比较温和的非质子硝化试剂,如:硝酸乙酰酯。通常用比较温和的非质子
14、硝化试剂,如:硝酸乙酰酯。反应在低温下进行。反应在低温下进行。CH3COCCH3 +HNO3O OCH3CONO2 +CH3COOHOSAcONO2O oCAc2O/AcOHSNO2SNO2+NHAcONO2O oCAc2O/AcOHNHNO2NHNO2+60%10%51%13%呋喃比较特殊呋喃比较特殊,先生成稳定的或不稳定的先生成稳定的或不稳定的2,5加成产物加成产物,然后加热或用吡啶除去乙酸然后加热或用吡啶除去乙酸,得到硝化产物。得到硝化产物。ONHNO2OOHNO2HNO2HAcOAcONO2-5-30oC+Pyridine(3)呋喃、噻吩、吡咯的磺化反应呋喃、噻吩、吡咯的磺化反应 吡咯
15、、呋喃不太稳定,所以须用温和的磺化试剂吡咯、呋喃不太稳定,所以须用温和的磺化试剂磺化。常用的温和的非质子的磺化试剂有:吡啶与三磺化。常用的温和的非质子的磺化试剂有:吡啶与三氧化硫的加合化合物。氧化硫的加合化合物。噻吩比较稳定,既可以直接磺化(产率稍低),噻吩比较稳定,既可以直接磺化(产率稍低),也可以用温和的磺化试剂磺化。也可以用温和的磺化试剂磺化。N+SO3CH2Cl2室温NSO3(固体,含量固体,含量90%)O+NSO3ClCH2CH2Clr.t.3 daysOSO3-NHOSO3-O3SNHNHS+NSO3ClCH2CH2Clr.t.SSO3-Ba(OH)22Ba2+NH+NSO3100
16、 oCNHSO3-NHHClNHSO3H(4)呋喃、噻吩、吡咯的卤化反应呋喃、噻吩、吡咯的卤化反应 反应强烈,易得多卤取代物。为了得一卤代反应强烈,易得多卤取代物。为了得一卤代(Cl,Br)产产物,要采用低温、溶剂稀释等温和条件。物,要采用低温、溶剂稀释等温和条件。OOOClClClCl2-40+OBrOOBr2,0稀释(86%)SSBrSIBr2AcOHI2,HgOC6H6,0(78%)碘不碘不活泼,要用催化剂才能发生一元取代活泼,要用催化剂才能发生一元取代Br2,0NHNHClNHBrBrBrBrEtOHSOCl2(1 mol)Et2O,0(80%)(5)呋喃、噻吩、吡咯的傅氏酰基化反应呋
17、喃、噻吩、吡咯的傅氏酰基化反应(60%)NH+Ac2O150-200 NHCCH3O(70%)NHNa或 NaOH(浓)PhCClNNa+ONCOPhSAc2O 与 AlCl3 的混合体系SCCH3OEg 1Eg 4Eg 3Eg 2OBF3+Ac2OOCCH3O(75%-92%)NHENHEsp2杂化杂化sp3杂化杂化碳上碳上酰化,正电荷处在酰化,正电荷处在离域范围内,较稳定。离域范围内,较稳定。氮上酰化,正电荷氮上酰化,正电荷不处在离域范围内。不处在离域范围内。NHOO+H2SO4 +S墨绿色 呋喃、噻吩的酰化反应在呋喃、噻吩的酰化反应在-C上发生,而吡咯的酰化上发生,而吡咯的酰化反应(不用
18、催化剂)既能在反应(不用催化剂)既能在 -C上上发生,又能在发生,又能在N上发生。上发生。在在 -C上上发生比在发生比在N上发生容易。上发生容易。(6)呋喃、噻吩、吡咯的傅氏烷基化反应呋喃、噻吩、吡咯的傅氏烷基化反应 0SCH2ClS+CH2O +HClZnCl2总体看,在合成上无实用价值。总体看,在合成上无实用价值。*1*2OH3C(CH2)3BrOH3CBr(CH2)3BrBuLiCH2O+HClZnCl2,25oCSCH2ClClH2C(7)吡咯的特殊反应吡咯的特殊反应 吡咯的性质与苯酚类似,都具有酸性,但吡咯的酸性吡咯的性质与苯酚类似,都具有酸性,但吡咯的酸性比苯酚小。吡咯与苯胺也有类
19、似性质。比苯酚小。吡咯与苯胺也有类似性质。吡咯成盐后,使环上电荷密度增高,亲电取代反应更易进行。吡咯成盐后,使环上电荷密度增高,亲电取代反应更易进行。pKa=10OH-OOHNHNK+Na 或 K或浓NaOHpKa 17.5NHNK+Na 或 K或浓NaOHpKa 17.5(1)(2)NHCHONHCOO-NH4+NHN=N-C6H5NHCOOHNCOOHNMgXNRNCORHCON(CH3)2 POCl3CHCl3 25%NaOH(NH4)2CO3 130oCC6H5N2+X-C2H5OH-H2O AcONaRMgX1 CO22 H2OCO2 加热加热 加压加压RCOClRX3.呋喃、吡咯、
20、噻吩的加成反应呋喃、吡咯、噻吩的加成反应(1)加氢反应加氢反应(2)Diels-Alder反应反应呋喃最易发生呋喃最易发生Diels-Alder反应反应90%OOOO+OOOO76%O+O+NCH3H3CCOCH3COOCH3COOCH3NCOCH3CH3H3CCOOCH3COOCH3AlCl3A lC l3N H C C H3H3CC O O C HC O O C HOCH33360-120SCH3H3C+NC-CC-CN-SSCH3H3CCNCNCH3CNCNCH3 噻吩基本上不发生双烯加成,即使在个别情况下生成也噻吩基本上不发生双烯加成,即使在个别情况下生成也是一个不稳定的中间体,直接失
21、硫转化为别的产物。是一个不稳定的中间体,直接失硫转化为别的产物。一一 一一 唑的结唑的结构构二二 二二 唑的合唑的合成成三三 三三 唑的反唑的反应应四四第三节第三节 含有两个杂原子的五元杂环体系含有两个杂原子的五元杂环体系(1)互变异构)互变异构NNHNNNNHNHNH3CH3CN-N(单键单键)N=N(双键双键)5-甲基咪唑甲基咪唑4-甲基咪唑甲基咪唑4(5)-甲基咪唑甲基咪唑(因为因为4-甲基咪唑和甲基咪唑和5-甲基咪唑不可分离甲基咪唑不可分离)一一 唑的结构唑的结构(2)结构)结构NHNNNHNSNO吡咯吡咯N(孤电子对参与孤电子对参与共轭,所以碱性较弱共轭,所以碱性较弱)吡啶吡啶N(孤
22、电子对不参与孤电子对不参与共轭,所以碱性较强共轭,所以碱性较强)吡咯吡咯N的孤电子的孤电子对处于对处于p轨道轨道R1NR2R3一般胺中的一般胺中的N是是sp3杂化。杂化。N 的孤电子对处于的孤电子对处于sp3杂化轨道杂化轨道sp3轨道轨道碱性:碱性:N 的孤电子对处于的孤电子对处于sp2杂化轨道杂化轨道吡啶吡啶N与吡咯与吡咯N均为均为sp2杂化杂化。(3)碱性)碱性1.1,2-唑与唑与1,3-唑都有吡啶唑都有吡啶N,所以都有碱性。所以都有碱性。2.1,3-唑的碱性比唑的碱性比1,2-唑强。唑强。因为两个杂原子互相影响大因为两个杂原子互相影响大。3.咪唑的碱性噻唑的碱性噁唑的碱性咪唑的碱性噻唑的
23、碱性噁唑的碱性 由综合电子效应决定由综合电子效应决定。1 1,2-唑的合成唑的合成(只介绍吡唑与异噁唑的合成只介绍吡唑与异噁唑的合成)(1)用用1,3-二羰基化合物合成吡唑和异噁唑二羰基化合物合成吡唑和异噁唑(2)用用1,3-偶极环加成反应制吡唑和异噁唑偶极环加成反应制吡唑和异噁唑实例:用腈类氧化物制异噁唑实例:用腈类氧化物制异噁唑C6H5CCHOOCCNC6H5O+ONC6H5C6H5HOOCC6H5CHNOHC6H5CClNOHNaOHC6H5CNOCl2氧化苯甲腈氧化苯甲腈苯甲醛肟苯甲醛肟氧化苯甲腈氧化苯甲腈二二 唑的合成唑的合成2 1,3-唑的合成唑的合成RCNHCH2CROONSRR
24、NORRNNHRRH2SO4(用无水P2O5,TsOH更好)P2S5,120,(NH4)2OAc,HOAc or RNH2(噁唑类噁唑类)(咪唑类咪唑类)(噻唑类噻唑类)RCCH2ClORCCH2NH2ORCCH2NHCROON-K+OOH2O(RCO)2O三三 唑的反应唑的反应 主要讨论亲电取代反应主要讨论亲电取代反应1 反应性反应性唑唑的的反应性比呋喃、噻吩、吡咯差,这是因为分子中反应性比呋喃、噻吩、吡咯差,这是因为分子中多了一个吡啶多了一个吡啶N,使共轭体系的电子云密度降低,所以亲使共轭体系的电子云密度降低,所以亲电试剂不易进攻。电试剂不易进攻。2 1,2-、1,3-唑的硝化、磺化、卤化
25、唑的硝化、磺化、卤化(1)进入环的位置及活性顺序进入环的位置及活性顺序(2)反应试剂:一般的硝化、磺化、卤化试剂即可。反应试剂:一般的硝化、磺化、卤化试剂即可。实实 例例eg 1NOH3CCH3NOH3CCH3O2N浓 HNO3浓 H2SO4(56%)NNHNNHBrBr2AcOH-H2Oeg 2NNHNNHO2NNHNO2N123HNO3H2SO41:4005-硝基咪唑硝基咪唑4-硝基咪唑硝基咪唑(90%)NSNSHO3SSO3+浓 H2SO4eg 3(65%)NSNSHO3S发烟 H2SO4,HgSO4250eg 4磺化须磺化须强烈条件强烈条件(63%)NSCH3H3CNSCH3H3CBr
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