第2章官能团化和官能团转换的基本反应课件.ppt
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- 官能团 转换 基本 反应 课件
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1、第 2 章 官能团化和官能团转化的基本反应 在分子中引入官能团和官能团的转换是合成的重要方面。但我们应该指出,在一些实例中使某些位置官能团化相对比较容易,而在另一些实例中则不能官能团化,因而预期产物只能通过官能团转换得到。本章我们打算概括地汇集各种各样的反应,这些反应都是成功的合成化学工作者所需要的。2.1 官能团化 2.1.1 烷烃的官能团化 烷烃对亲电试剂和亲核试剂都不活泼,可是在自由基反应中,特别是在卤化反应里,烷烃却很活泼,因为难以控制这些反应,所以他们的合成应用受到限制。H3CCCH3CH3HH3CCCH3CH3BrH3CCCH3CH3ClH3C CCH2CH3H+ClBr2300
2、o C300 o CCl2H3C CCH3CH3CH3Cl2紫外光CH3CCH3H3CCH2Cl2.1 官能团化 2.1.2 烯烃的官能团化 烯烃与烷烃不同,进行官能团化集中表现在碳碳双键及双键的邻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/ZnCH3CHCH
3、2OH3CHCCH2HOOHCH3CHO +HCHO氧化CH3CH=CH2Br2CCl4CH3CHCH2BrBr与卤素的加成与卤素的加成CCCH3Br BrCHHCH3HCBrCH3HCH3 2-丁烯与溴的加成得到丁烯与溴的加成得到反式加成反式加成的产物,即的产物,即两个卤素的原子是分别在双键平面的两边加上去两个卤素的原子是分别在双键平面的两边加上去的。说明:加溴的第一步不是形成的。说明:加溴的第一步不是形成C。BrCH3CHCH3BrHababBrBrCH3HCH3BrHHCH3CH3HBr内消旋体外消旋体 若是形成若是形成C的话,因的话,因C为平面构型,溴负离子为平面构型,溴负离子可从平面
4、的两面进攻可从平面的两面进攻C,其产物就不可能完全是外,其产物就不可能完全是外消旋体,也可能得到内消旋体,这与实验事实不符。消旋体,也可能得到内消旋体,这与实验事实不符。分子内含有不对称性的原子,但因具有对称分子内含有不对称性的原子,但因具有对称因素而形成的不旋光性化合物因素而形成的不旋光性化合物 反式加成的历程反式加成的历程CH3CH=CH2CH3CHCH2BrOHBrOH+-烯烃与卤素烯烃与卤素(Br(Br2 2,ClCl2 2)在水溶液中的加成反在水溶液中的加成反应。生成卤代醇应。生成卤代醇,也生成相当多的二卤化物。也生成相当多的二卤化物。与与HO-Br或或HO-Cl的加成的加成 按照按
5、照马尔科夫尼科夫马尔科夫尼科夫规律规律,带正电的带正电的X+加到加到含有较多氢原子的双键碳上含有较多氢原子的双键碳上.HO加到连有较少加到连有较少氢原子的双键碳上氢原子的双键碳上.该反应也是该反应也是亲电加成反应亲电加成反应,第一步不是质子第一步不是质子的加成的加成,而是卤素正离子的加成而是卤素正离子的加成。CH3CH3CCH2HOBrCH3CH3CCH2BrHO+H3C CHCH2HOBrIClH3C CHOHCH2BrH3C CHClCH2I反应历程反应历程空轨道空轨道孤对孤对电子电子第一个第一个Br+加成符加成符合马式规律合马式规律3.自由基加成自由基加成过氧化物效应过氧化物效应 在在日
6、光日光和和过氧化物过氧化物存在下,烯烃和存在下,烯烃和 HBr 加成的加成的取向正好和马尔科夫尼科夫规律取向正好和马尔科夫尼科夫规律相反相反,叫做烯烃与,叫做烯烃与HBr加成加成的的过氧化物效应过氧化物效应。链引发:链引发:RO:OR 2RO (烷氧自由基烷氧自由基)RO+HBr ROH+Br (自由基自由基溴溴)链增长:链增长:反应机理:反应机理:CH3CH=CH2CH3CHCH2BrCH3CHBrCH2BrHBrHCH3CH2CH2BrCH3CHBrCH3Br Br Br +链终止链终止 硼氢化反应硼氢化反应-烯烃和乙硼烷烯烃和乙硼烷(B2H6)容易发生容易发生加成反应生成加成反应生成三烷
7、基硼三烷基硼的反应。的反应。RCH2CH2 6RCH=CH2+B2H6 2 RCH2CH2-B RCH2CH2 (1)硼氢化硼氢化氧化反应氧化反应(2)硼氢化硼氢化-氧化(水解)反应氧化(水解)反应 制醇制醇氧化氧化:(RCH2CH2)3B (RCH2CH2O)3BH2O2OH-水解水解:(RCH2CH2O)3B+3H2O 3 RCH2CH2OH+B(OH)3对对-烯烃是烯烃是制备制备伯醇伯醇的一个好方法的一个好方法.RCHCH2BH3B2H6(RCH2CH2)3B或H2O2OHOH2RCH2CH2OH(RCH2CH2O)3B总结果相当于是在总结果相当于是在双键上双键上反马式加一反马式加一分子
8、分子H2O氧化反应氧化反应(1)空气催化氧化空气催化氧化氧化剂及反应条件不同,氧化产物不同。氧化剂及反应条件不同,氧化产物不同。CH2=CH2O2AgCH2OCH2,250OH2O2CH3CH=CH2CuOCH2=CHCHO+370CH3CH=CH2CH3COOOHCHOCH2CH3CH3COOH+烯烃成环氧化一烯烃成环氧化一般用过氧酸般用过氧酸(2)高锰酸钾氧化高锰酸钾氧化在稀、冷在稀、冷KMnO4(中性或碱性)溶液中生成邻二醇(中性或碱性)溶液中生成邻二醇结果是在双键位置结果是在双键位置顺式顺式引入两个羟基。(高引入两个羟基。(高锰酸钾也可用四氧化锇锰酸钾也可用四氧化锇(OsO4)代替代替
9、)反应产物与反应条件有关:反应产物与反应条件有关:CCKMnO4CCOHOH稀、冷稀、冷在在酸性酸性高锰酸钾溶液中,继续氧化,双键位置发生高锰酸钾溶液中,继续氧化,双键位置发生断裂断裂,得到酮和羧酸的混合物,如得到酮和羧酸的混合物,如:KMnO4CH3CH2CH=CH2H+CH3CH2COOHHCOOHCO2OH2+KMnO4OH2CH3CH2C=CHCH3CH3OHCH3CH2CCH3OCH3COOH+,以上反应可用于推测原烯烃的结构以上反应可用于推测原烯烃的结构或碱性、中性条件下加热或碱性、中性条件下加热进一步进一步氧化氧化臭氧化物臭氧化物锌粉锌粉+醋酸醋酸臭氧化反应臭氧化反应根据臭氧化物
10、水解后得到的醛、酮结构,根据臭氧化物水解后得到的醛、酮结构,可推测原可推测原烯烃的结构烯烃的结构CCRHRRO3CCRHRROOOH2OCCRHRROO+H2O2+2.1 官能团化 与卡宾反应与卡宾反应 烯烃与卡宾的加成反应是合成环丙烷衍生物的重要方法 CH2N2CH2 +N2hvCH2CH3CHCH2CH3CHCH2CH2+2.1 官能团化 2.1.2 烯烃的官能团化 烯丙位氢的氧化反应(SeO2)CH2CH3CH2CH3OHSeO2SeO2CH3CH2C CHCH3CH3CH3CHC CHCH3CH3HOSeO2C CHCH3CH3H3CC CHCH3CH2OHH3C规律:二氧化硒氧化烯丙
11、位氢烯丙位氢时,通常发生在取代基较多的双键碳原子的-位,其顺序为:32|CHCHHC2.1 官能团化 2.1.2 烯烃的官能团化 N-溴代丁二酰亚胺(NBS)在光催化反应条件下,可使多种甾烯的亚甲基发生氧化,具有良好的区域选择性。H3CCOOH3CCOOOhv/NBS/CaCO3THF/H2O81%2.1 官能团化 2.1.2 烯烃的官能团化 用NBS进行溴化,因为反应涉及烯丙基自由基中间体,所以得到溴代烃的混合物 RCH2CHCH2NBS(PhCO2)2RCHCHCH2NBSRCHCHCH2RCHCHCH2BrBrRCHCHCH2+.2.1 官能团化 2.1.3 炔烃的官能团化CCHRX2(
12、X=Cl,Br)FeX3HX(X=Cl,Br,I)H2OHg2+,H+OH-,H2ORCCHXXX2FeX3RCX2CHX2RCCH2XHXHgX2RCX2CH3CCH2OHRRCCH3OHCCHROHRCH2CHO亲电加成D-A反应催化氢化RCH2CH3RROHOH-RCOOHHCNOH-CCH2RORCCH2ROCORCCH2RCN亲核加成HgX2B2H6炔烃与氯炔烃与氯,溴加成溴加成:FeX3作催化剂作催化剂 HC CH+Cl2 ClCH=CHCl+Cl2 HCCl2-CHCl2 R-C C-R+X2 RXC=CXR+X2 R-CX2-CX2-R(1)亲电加成亲电加成(A)和卤素的加成和
13、卤素的加成炔烃与氯炔烃与氯,溴加成溴加成,控制条件也可停止在一分子加控制条件也可停止在一分子加成产物上成产物上.CH3CCCH3Br2CCH3BrCBrCH3Et2O -20 oCBr225 oCCH3CCCH3BrBrBrBr1 mol2 mol(B)和氢卤酸的加成和氢卤酸的加成不对称炔烃的加成反应不对称炔烃的加成反应符合马尔科夫尼科夫规律符合马尔科夫尼科夫规律.HC CH+HCl H2C=CH-Cl 氯氯乙烯乙烯亚铜盐或亚铜盐或高汞盐高汞盐作催化剂作催化剂,可加速反应的进行可加速反应的进行.R-C C-H+HX R-CX=CH2 R-CX2-CH3(X=Cl、Br、I)HXHCCHRCCH
14、OH2HgSO4CH3CHOH2HgSO4RCCH3OH2CCHHOH2CCRHOH2SO4H2SO4O分子重排分子重排分子重排分子重排烯醇式化合物烯醇式化合物 酮酮(C)和水的加成和水的加成一个分子或离子在反应过程中发生了基团的转移一个分子或离子在反应过程中发生了基团的转移和电子云密度重新分布而最后生成较稳定的分子和电子云密度重新分布而最后生成较稳定的分子的反应,称为的反应,称为分子重排反应分子重排反应(或称重排反应)。(或称重排反应)。区分烯烃水合区分烯烃水合反应的条件!反应的条件!(2)亲核加成亲核加成与醇的加成与醇的加成HC CHCH3OHKOH加热加热,加压加压H2CCHOCH3反应
15、历程反应历程:CH3OH+KOH CH3O-K+H2OHCCHCH3OCHCHH3COCH3OHCHCH2H3COCH3OCHCHCH3OHKOHCH2CHOMeCHCHCH3COOH(CH3COO)2ZnCHCH2CH3COOCHCHHCNCH2CHCNCuCl2+加 热,加 压+210250 以上反应首先是由以上反应首先是由CH3O-、CH3COO-、CN-等等亲亲核试剂核试剂进攻乙炔开始,反应的结果也可以看作是这进攻乙炔开始,反应的结果也可以看作是这些试剂的氢原子被乙烯基(些试剂的氢原子被乙烯基(CH2=CH)所取代,因)所取代,因此这些反应又叫作此这些反应又叫作乙烯基化反应乙烯基化反应
16、。R-C C-R R-CH=CH-R R-CH2-CH2-Rl在在 H2 过量的情况下过量的情况下,反应不易停止在烯烃阶段反应不易停止在烯烃阶段.l从以下从以下乙炔乙炔和乙烯的氢化热数据可看出:和乙烯的氢化热数据可看出:l HC CH+H2 H2C=CH2 氢化热氢化热=175kJ/mol H2C=CH2 +H2 H3C-CH3 氢化热氢化热=137kJ/mol炔烃比烯烃更容易加氢炔烃比烯烃更容易加氢。如果同一分子中同时含如果同一分子中同时含有叁键和双键,首先在三键上发生加氢反应。有叁键和双键,首先在三键上发生加氢反应。Pt,Pd或或NiH22.加成反应加成反应(1)(1)催化加氢催化加氢Li
17、ndlar催化剂催化剂Lindlar催化剂催化剂附在碳酸钙(或附在碳酸钙(或BaSO4)上的钯并用醋)上的钯并用醋酸铅处理。酸铅处理。C2H5CCC2H5H2CC2H5HCC2H5HLindlar 催 化剂1、以四个碳原子及以下的烃为原料合成:、以四个碳原子及以下的烃为原料合成:CH2CCH3O2、以两个碳原子及以下、以两个碳原子及以下烃烃为原料合成:为原料合成:CH2BrBrI3、4、以丙烯为原料合成:、以丙烯为原料合成:4、以苯为主要原料合成:、以苯为主要原料合成:BrClC CH3Br5、C CH3Br6、OHBrBrBrCH3CO(CH2)4COOHCH3COOHOHCH3CH2CH2
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