酸催化缩合和分子重排陇东学院化学化工学院课件.ppt

1、 3.1.2 醛酮及其衍生物的反应醛酮及其衍生物的反应2 3.1.4 烯胺烯胺4.Friedel-Crafts反应反应3 13.1.3 Mannich 反应反应3 33 53.1.5 a-皮考啉反应皮考啉反应 3.1.6 Prins 反应反应6芳烃的烷基化试剂芳烃的烷基化试剂:卤代烃、烯烃、醇、醚、醛和酮卤代烃、烯烃、醇、醚、醛和酮常用的催化剂常用的催化剂:无机酸（如硫酸、盐酸等）和无机酸（如硫酸、盐酸等）和LewisLewis酸酸(AlCl3,BF3,AlCl3,BF3,FeCl3,ZnCl2,SnCl4FeCl3,ZnCl2,SnCl4)反应过程中，在形成新的碳反应过程中，在形成新的碳-碳

2、键碳键的同时，将烃基引入到芳环上并失去简单的分子。的同时，将烃基引入到芳环上并失去简单的分子。例如例如52%CH3COCH32OHOH+H2OC6H5CH2Cl+C6H6 C6H5CH2C6H5+HClAlCl352%CCl3CHO+2ClH2SO4H2SO4HOCCH3CH3CCl3CH()2+H2OAlCl3,110oC,10hCH3CH2OH+CH2CH3+H2OCl 用甲醛和氯化氢作试剂在酸催化剂下进行烷基用甲醛和氯化氢作试剂在酸催化剂下进行烷基化反应可以在芳环上引入氯甲基。例如化反应可以在芳环上引入氯甲基。例如 +HCHO+HClH3PO4CH3COOH CH2Cl +H2O77%注

3、意注意:1 1、用于、用于FriedelFriedel-Crafts-Crafts（）烷基化反应易（）烷基化反应易生成多取代物。当所用的烷基化试剂的碳原子数生成多取代物。当所用的烷基化试剂的碳原子数为三个以上时，烷基化往往发生异构化，其原因为三个以上时，烷基化往往发生异构化，其原因是碳原子正离子发生重排的结果。是碳原子正离子发生重排的结果。88%50%82%OC=CH2CH3OCH3Ph(CH2)4OHH3PO4SiO2,H3PO4CH2Cl2,25OC,2hH3C CH3OHH3CCH3CH2SO4CH2反应机理可能为反应机理可能为(CH3)3CCl+AlCl3+CH2CH2+(CH3)3C

4、(CH3)3CAlCl4(CH3)3CCH2CH2(CH3)3CCH2CH2Cl+AlCl3+AlCl4(CH3)3CCH2CH2(CH3)3CCl+CH2=CH2AlCl3-10oC(CH3)3CCH2CH2Cl 在酸催化剂下使异丁烯和叔丁烷反应是制备在酸催化剂下使异丁烯和叔丁烷反应是制备高辛烷值汽油的一个较便宜的方法。反应如下高辛烷值汽油的一个较便宜的方法。反应如下H3CCCH2H3C+CCH3CH3CH3H浓H2SO4或HF010oC(CH3)2CHCH2C(CH3)3反应机理反应机理(CH3)2=CH2(CH3)3C+(CH3)3CCH2C+(CH3)2(CH3)2C=CH2H+(CH

5、3)3CCH2C+(CH3)2+HC(CH3)3(CH3)3CCH2CH(CH3)2+(CH3)3C+2.F-C2.F-C酰基化反应酰基化反应 芳烃及其衍生物通过酰化反应可以制得芳烃及其衍生物通过酰化反应可以制得醛、酮、羧酸、胺等化合物，但主要用于酮醛、酮、羧酸、胺等化合物，但主要用于酮和醛的合成。它在形成新碳和醛的合成。它在形成新碳-碳键的同时，将碳键的同时，将酰基引到了芳环上。酰基引到了芳环上。AlCl3OCCOCl+82%COCH2CH2COOHAlCl3OOO+92%95%酰基是第二类定位基，因此，在一般情况下酰基是第二类定位基，因此，在一般情况下只能引入一个酰基。但活性高的芳环可以引

6、入两只能引入一个酰基。但活性高的芳环可以引入两个酰基。例如个酰基。例如CH3COOHP2O5OCH3OCH3COCH3CH3COOHP2O5OCH3COCH3NO2 硝基苯不起酰化反应，可以用作酰化反应的硝基苯不起酰化反应，可以用作酰化反应的溶剂，而邻硝基苯甲醚则容易酰化。例如溶剂，而邻硝基苯甲醚则容易酰化。例如OCH3COCH3NO2OCH3NO2CH3COClAlCl3 卤代芳烃的酰化反应比苯速率慢，产率不够卤代芳烃的酰化反应比苯速率慢，产率不够高。例如高。例如(CH3CO)2OBr+AlCl3CS2,回流BrCOCH369%79%在活泼的芳环上发生酰化反应的其它方法有：用在活泼的芳环上发

7、生酰化反应的其它方法有：用腈或酰胺作酰化剂的酸催化反应。例如腈或酰胺作酰化剂的酸催化反应。例如OHOHHOOHOHHOH3C CNH HClCH3CNZnCl2,HCl(C2H5)2OH2O回流COCH3OHOHHO74%84%C6H5CONHC6H5N(CH3)2POCl3100125oCNC6H5(CH3)2NCC6H5(CH3)2NCC6H5OH2OHCl72%77%分子内的分子内的F-CF-C酰基化反应同样是芳环上的亲电酰基化反应同样是芳环上的亲电取代反应，一般用于芳环稠合。例如取代反应，一般用于芳环稠合。例如57%OOOH2SO4COOHO+ACl3Zn-Hg/HClH2SO4，OO

8、COCH2CH2HOCOO12OOOH2SO4 在非常稀的溶液中进行反应也可以得到在非常稀的溶液中进行反应也可以得到更大的环，例如更大的环，例如(CH2)5COClAlCl3,CS225oCCO(CH2)567%烯烃的酰基化反应是通过酰氯或酸酐在烯烃的酰基化反应是通过酰氯或酸酐在LewisLewis酸酸作用下发生的。亲电部分是酰基正离子。例如作用下发生的。亲电部分是酰基正离子。例如RC=ORC+=OCl+AlCl3+AlCl4-O=(CH3)2=CH+=ORC+(CH3)2C-CH2CR(CH3)2C-CH2CR(CH3)2C-CH2CR=O+AlCl4-O=Cl 酰基碳正离子对烯烃加成新的碳

9、正离子，后者与亲核试酰基碳正离子对烯烃加成新的碳正离子，后者与亲核试剂作用形成剂作用形成B-卤代酮或失去一个质子形成不饱和酮。例如卤代酮或失去一个质子形成不饱和酮。例如COCH3+CH3COCOCH3+AlCl4ClCOCH3_HMe2NH-HCl）-反应合成醛反应合成醛 用甲酰氯作酰化剂进行用甲酰氯作酰化剂进行F-CF-C反应，可得到芳醛。但在反应，可得到芳醛。但在常温下制备甲酰氯时，总是得到一氧化碳和氯化氢。实践常温下制备甲酰氯时，总是得到一氧化碳和氯化氢。实践证明，在三氯化铝和氯化亚酮存在的情况下，用一氧化碳证明，在三氯化铝和氯化亚酮存在的情况下，用一氧化碳和氯化氢的混合物，可以使芳烃酰

10、化得到芳醛。例如和氯化氢的混合物，可以使芳烃酰化得到芳醛。例如AlCl-Cu2Cl2CH3CH3CHO+CO+HCl20oC50%55%一氧化碳和氯化氢的等物质的量混合物可由一氧化碳和氯化氢的等物质的量混合物可由甲酸和氯磺酸作用制得。例如甲酸和氯磺酸作用制得。例如HCOOH+ClSO4HHCl+CO+H2SO4 上述反应有效的进攻试剂为上述反应有效的进攻试剂为COCO和和HClHCl在在LewisLewis酸酸作用下所生成的甲酰基正离子，反应机理如下作用下所生成的甲酰基正离子，反应机理如下HCl+COHCOClAlCl3HC+AlCl4-OHCl+COC6H6AlCl3-Cu2Cl220oCH

11、C+OCHO+CHO-H+82.8%甲酰氟在常温下是稳定的，可以用作酰基化甲酰氟在常温下是稳定的，可以用作酰基化剂。例如剂。例如 CH3CH3H3CFCHO+BF3,010oCCH3CH3H3CCHO70%酚、酚醚或活泼的芳环上，可以用氰氢酸与氯化氢酚、酚醚或活泼的芳环上，可以用氰氢酸与氯化氢或由甲基二氯甲基醚与四氯化钛作用制得的正离子作或由甲基二氯甲基醚与四氯化钛作用制得的正离子作酰化剂制得芳醛。例如酰化剂制得芳醛。例如OCH321HCN,HCl,AlCl3,45oCH2OOCH3CHO+CH3H3CCH3Cl2CHOCH3TiCl4CH2Cl2CH3H3CCH3ClCHOCH3CH3H3C

12、CH3CH3H3CCH3CH3H3CCH3CHOCH3ClCH3H3CCH3CH3H3CCH3CH3H3CCH3CHOH2O025oC81%89%氢氰酸有剧毒，使用不便，可以用氰化锌来代氢氰酸有剧毒，使用不便，可以用氰化锌来代替。例如替。例如Zn(CN)2,HCl,AlCl3H3O+12H3COHCH(CH3)2CHOH3COHCH(CH3)2该反应机理是先生成反应中间体该反应机理是先生成反应中间体 ，即，即HN=C+HCl-HCl+HCNAlCl3HC=C+HCl-RAlCl3RHN=CHH2O+NH3ROHC1 1、以乙醛和丙酮自身缩合为例、以乙醛和丙酮自身缩合为例 2CH3CHOCH3C

13、H(OH)CH2CHOCH3CH=CHCHOH+-H2O 反应通过烯醇化结构对羰基碳的加成作用，作用反应通过烯醇化结构对羰基碳的加成作用，作用过程表示如下过程表示如下CH3CHOCH3C+HOHCH3CH=OHH+CH3CHOCH2=CHOH-H+H+CH2-CH OHH H+CH3CHOHCH=CH2OHCH3CHCH2CHOOHCH3 CHCH2CHOHHO CH3CHCH2CHOOHHO CH3CHCH2CHO2-H3OCH3CHCHCHOH+H+(CH3)2CCHCOCH3CH3COCH3CH3COCH32 (CH3)2CHCOCHC(CH3)2CCH3COCH3H+CH3CCH3OH

14、CH3C+CH3OHCH3C=CH2OHCH3COCH3H+-H+CH3C-CH3OHH(CH3)2C=CHCOCH3+_H3OCH3CCH2OHCH3C+CH3OHCH3CCH2C(CH3)2OHOHOHOH(CH3)2C=CHCOCH3-H+HCH3CCH=C(CH3)2CH2=CCH=C(CH3)2+CH3CCH3OHCH2=CCH=C(CH3)2OH(CH3)2C=CHCCH2C(CH3)2OHOHH3O(CH3)2C=CHCOCH=C(CH3)2CH3CH3CH3CHCHHCOOOH3C3CH3CHOH2SO44CH3CHOH2SO4CH3CH3CH3OCHOOCHOCHCHCHOO

15、H无水HClCH3COCHCHO+C两个羰基化合物之中一个羰基化合物在酸存在下两个羰基化合物之中一个羰基化合物在酸存在下稀醇化，另一个羰基则更加极化，经过加成，失水得到稀醇化，另一个羰基则更加极化，经过加成，失水得到产物。例如产物。例如OCH3-CCH2=C-OHHCHOHCH2HOHCHCHOOHCHCHOHOHCHCHOH+OHCCH2COHCH CHOH2OHCHCHOHOH+OHCCH2COHCH CHOH2OHCHCHOHOHCH=CHOHCH=CHCOHOHCH=CHCOHOCH=CHOHCH=CHCOHOCH=CHCO H2OH-H-H-H2O-H2OCH=CHCOCH=CHCO

16、CO H2 含有含有-H的硝基化合物、氰基化合物在反应条件下，的硝基化合物、氰基化合物在反应条件下，也能发生缩合，生成也能发生缩合，生成a，B-不饱和硝基化合物和不饱和硝基化合物和a，B-不饱和氰基化合物。例如不饱和氰基化合物。例如OHX-ArCHO+CH2NO2X-ArCH=CH-NO2HOAc+NH4OAc100oC,3h或70oC,24hCNXNH2OAc36min88%97%ArCHO+H2CArCH=C-CNX3.酮与酰卤或酸酐的缩合酮与酰卤或酸酐的缩合 用三氟化硼催化剂以避免水对酸酐或酰卤的水解。用三氟化硼催化剂以避免水对酸酐或酰卤的水解。例如例如CH2COOBF3CH3COCH3

17、BF3CH3CCH2-HOCH3C=CH2OB F3CH3CCH3COOOCH3CCH3COOOB F3CH3C=O+CH3C=CH2CH3COCH2COCH3+BF3OB F3+CH3C=O对于不对称酮的酰化，用三氟化硼作催化剂对于不对称酮的酰化，用三氟化硼作催化剂往往在次甲基上反应。例如往往在次甲基上反应。例如RCH3COCH2R+(CH3CO)2OCH3COCHCOCH3BF33.1.3 Mannich 反应反应RCOCH3+CH2O+Et2N H2Cl乙醇 室温水或RCOCH2CH2NEt2HCl+H2O3.1.3 Mannich 反应反应 反应一般在水、乙醇等溶剂中室温条件下进行。反

18、反应一般在水、乙醇等溶剂中室温条件下进行。反应液经碱中和得到游离酮，是有机合成的中间体。例如应液经碱中和得到游离酮，是有机合成的中间体。例如OH+CH2O+MeNHCH2NMe2MeNH2CCH2NMe2OHHCH2NMe297%+CH3O+Me2NHH86%NHNH(CH3)2CHCHO+CH2O+Me2NH(CH3)2CCH2NMe2OHH3.1.3 Mannich 反应反应 除具有活泼氢（除具有活泼氢（a-H）的醛、酮可发生）的醛、酮可发生Mannich反反应外，其他化合物如应外，其他化合物如B-二元酸、二元酸、B-氰基酸、氰基酸、B-酮酸，酮酸，甚至甚至a-甲基吡啶、甲基吡啶、B-萘酚

19、、呋喃、吡咯和它们的衍生物萘酚、呋喃、吡咯和它们的衍生物也能发生也能发生Mannich反应。例如反应。例如CH3CH(COOH)2 +CH2O+Me2NHCH3C(COOH)2CH2NMe2NCH3+CH2O+MeNHHH2ONCH2CH2NMe2H3.1.3 Mannich 反应反应 苯乙炔可发生苯乙炔可发生Mannich反应反应PhCCH+CH2O +Me2NHHH2OPhCCCH2NMe23.1.3 Mannich 反应反应 以苯乙酮为例，讨论以苯乙酮为例，讨论Mannich反应历程。反应是在反应历程。反应是在H+催化下进行的，酸使羰基更加激化，并且催化了甲醛和胺催化下进行的，酸使羰基更

20、加激化，并且催化了甲醛和胺的加成。反应过程表示如下的加成。反应过程表示如下CH2=O HCH2OHCH2O+HMeNH+CH2=O HMe2N HCH2OHH2OMe2N=CH2 Me2NCH2 酸的第二个作用是使含有活泼氢的化合物烯醇化，例如酸的第二个作用是使含有活泼氢的化合物烯醇化，例如PhCOCH3PhCCH2HOHHPhCCH2OHH3.1.3 Mannich 反应反应 烯醇化和物和甲醛、胺的加成脱水物进行加成反烯醇化和物和甲醛、胺的加成脱水物进行加成反应。反应式表示如下应。反应式表示如下Me2N=CH2+PhCOCH2CH2NMe2PhCCH2OHPhCOCH=CH2+Me2NHH从

21、结果看来，从结果看来，Mannich碱（酮胺）是作用物醛、活泼氢碱（酮胺）是作用物醛、活泼氢化合物和仲胺反应的脱水物化合物和仲胺反应的脱水物3.1.3 Mannich 反应反应 用二烃基酮、芳醛和芳胺在一定条件下也能发生用二烃基酮、芳醛和芳胺在一定条件下也能发生Mannich反应，合成相应的反应，合成相应的Mannich碱，产率达到碱，产率达到61%90%6。例如。例如RCOCH3+ArCHO+ArNH2RCOCH2CH(Ar)NH(Ar)10%NaHCO3020oC321浓HCl12343.1.3 Mannich 反应反应+RCOCH2CH2N+H(CH3)2Cl-+CH2ORCOCH3RC

22、OCH=CH2(CH3)2NH HClRCOCH=CH2RCOCH2CH3H3.1.3 Mannich 反应反应NHCH2O+Me2NHCH3COOHH2ONHCH2N(CH3)2绿竹碱95%3.1.3 Mannich 反应反应NHCH2N(CH3)2（CH3)2SO4NHCH2N(CH3)3CNOHNHCH2COOHNHOCH2OHNNHOH2CNNHOCH3H+-H2O氢氢解解+3.1.3 Mannich 反应反应 吲哚的吲哚的Mannich季铵碱盐季铵碱盐,与乙酰氨基丙二酸酯作用与乙酰氨基丙二酸酯作用,失去失去N(CH3)3,经水解、酸化、和脱羧。生成色氨酸。反经水解、酸化、和脱羧。生成

23、色氨酸。反应表示如下应表示如下+CH3CONHC(COOEt)2H HN NCH2N(CH3)3CH2NH HN NCH2CH2C(COOEt)2NHCOCH3H HN NCH2N(CH3)2CH212OH-H+3,CH3CONHCH(COOEt)2EtO-H+CH3CONHC(COOEt)23.1.3 Mannich 反应反应CHOH2CH2CCHO+CH3NH2 +H2CH2CC=OCOO-COO-N-OOC-NCH3OCOO-CH3OH3O+-2CO2-3.1.3 Mannich 反应反应NCH3ONOHHCH3NOCOCHPhHCH3CHONOCOCHPhHCH3CH2OHPhCH(C

24、HO)COOHZn-HIKBH4CHCl3-3.1.3 Mannich 反应反应+CH2NH2+CHOH2CH2CCHOH2CH2CC=OCO2CH2CO2-12CO2HCO2CH3HPhCOCl古柯碱80%NO12CO2CH3NOCOPhCH3CH CH2 CH2CHCH3CHCH CH2 CH23.1.3 Mannich 反应反应CH2CH2CH2CHOCHO+CH3NH2+H2CH2CC=OCO2CO2假石榴碱68%CH2CH2CH2CHCHCHCHN NH3C=O-2H2O122CO2CH2CH2CH2CHCHCHCHN NH3OCOPhCH2CH2CH2CHCHCHCHN NH3C=

25、OHPhCOCl213.1.3 Mannich 反应反应具有具有 骨架结构的链状化合物有局部麻醉性。骨架结构的链状化合物有局部麻醉性。例如例如N(C)nCOCOArCH3COCH2CH3+CH2O+(CH3)2NHH2OCH3COCHCH2N(CH3)2CH3H2NCOOCHCHCH2N(CH3)2CH3CH3HOCHCHCH2N(CH3)2CH3CH3p H2NC6H4CO2H还原土透卡因3.1.4 烯胺烯胺HNN3.1.4 烯胺烯胺NH四氢吡啶NOH吗啉NH哌啶3.1.4 烯胺烯胺例如例如C6H6,p-CH3C6H4SO3HONH+N+H2ON-(1-环戊烯基)四氢吡咯 80%90%3.1

26、.4 烯胺烯胺OH+O HR2NHHON HR2HONR2H+NR2H2OH2OHN R2HHNR2+反应的过程如下反应的过程如下3.1.4 烯胺烯胺OH3CNH+NH3C占产物的 85%p-CH3C6H4SO3HC6H6,+NH3C占产物的 15%3.1.4 烯胺烯胺3.1.4 烯胺烯胺RCH3I,C6H6,回流+RRI-CH3RCH=CNR2R3RCHC=NR2R3RCH3I-RCHC=OCH3R水解RCH=C NR2R3RCHC NR2R33.1.4 烯胺烯胺CH3I,CH3OH,NH3CI-OCH3N水解3.1.4 烯胺烯胺NH3C+CH2=CHCNCH3CH2OH回流NH3CCH2C

27、HCNHCH2CH2CNOCH3NH3CCH3CH2CN水解C2H5CH=CHN+CH2=CHCO2CH3H3O21CH3CNC2H5CHCHOCH2CH2CO2CH367%3.1.4 烯胺烯胺3.1.4 烯胺烯胺CO(CH2)5CH3O75%CO(CH2)5CH3O75%NOHCO(CH2)5CH3NOCO(CH2)5CH3 水解 水解NON(C2H5)3CH3(CH2)5CClO3.1.4 烯胺烯胺RCCNH RR2COClCl-RCNH RCR2CON(C2H5)3CRCNRR2CORCHCORR2CO水解NCH3NCH=CHPhZnCl2,PhCHO-H2O反应过程如下反应过程如下NC

28、H3ZnCl2ZnCl2HNCH2ZnCl2O=CHPhNCH2ZnCl2HCH OHPhNCH2NCH=CHPh-H2ONCH3NCH3NCH=CHPhZnCl2,PhCHO-H2OZnCl2,PhCHO-H2ONCH=CHPhZnCl2NCH2NCH2ZnCl2HNEtCH3I-NEtCH2NEtCH2CH(OEt)2-HICH(OEt)3-OEtNEtCH2NEtCH2CHOEtCH2NEt-EtOH-H+NEtCHCHCHNEt+CH2O +H+CH2=OH+CH2OHC=C+CH2OHC CCH2OHH2OH+COHCCH2OHHCHOH2OH2CCCOOCH2CH3CH=CHCH3 +CH2OH+CH3CHCH(CH3)CH2OHOH PhCH=CH2 +2CH2O OOPhNa-ROHPh(CH2)3OHH+拆分CHCl2COClPhCH=CH2 HOBrPhCH(OH)CH2BrPhCH=CHBrTsOH,KHSO4H2OOOPhNH2HCHOBrOOPhNH3H+Ph CH CCH2OHOHHNH212D-()-氯霉素Ph CH CCH2OHOH HNHCOCHCl2