第3章_酸催化缩合与分子重排

《第3章_酸催化缩合与分子重排》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

第3章酸催化缩合与分子重排 一般来说，缩合系指两个或两个以上分子经由失去某一简单分子(如H2O,HX,ROH,NH3,N2等)形成较大的单一分子的反应。酸催化缩合反应包括芳烃、烯烃、醛、酮和醇等在催化剂无机酸或路易士酸催化下，生成正离子并与亲核试剂作用，从而生成碳碳或碳氮等键的反应。 3.1酸催化缩合反应3.1.1Friedel－Crafts反应复习《有机化学》关于：“Friedel－Crafts反应”的反应机理 Friedel–Crafts烷基化反应在AlCl3等催化下，苯与卤代烷反应，生成烷基苯：异丙苯反应机理:第一步碳正离子的生成：第二步碳正离子作为亲电试剂进攻苯环，形成新的C－C键:决定反应速率的一步 第三步失去质子，生成烷基苯：发生重排：(66%) Friedel–Crafts烷基化反应可以通过醇和烯烃生成碳正离子烯烃和酸醇和Lewis酸(56%)环己基苯(65%) Friedel–Crafts酰基化反应(acylation)在AlCl3等作用下，苯与酰卤反应，在苯环上引入酰基：苯乙酮(97%)试剂:酰氯酸酐:(83%) 3.1酸催化缩合反应1.Friedel-Crafts烷基化反应芳烃的烷基化可以用卤代烃、烯烃、醇、醚、醛和酮等作烷基化试剂，常用的催化剂是无机酸(如硫酸，盐酸等)和Lewis酸(如无水AlCl3、BF3、FeCl3、ZnCl2、SnCl4等)，该反应常称为芳环上的亲电取代反应。3.1.1Friedel－Crafts反应 1.Friedel-Crafts烷基化反应 1Friedel-Crafts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为3个以上时，烷基往往发生异构化，其原因是碳正离子发生重排的结果。此外，当芳环上连有吸电子基团(如－NO2、－CN、－COCH3等)时，烷基化反应很难发生甚至不发生。1.Friedel-Crafts烷基化反应2 分子内F－C烃基化反应可用于芳环稠合1.Friedel-Crafts烷基化反应 类似于芳烃，烯烃也能发生F－C烃基化反应反应机理可能为1.Friedel-Crafts烷基化反应 类似于芳烃，烯烃也能发生F－C烃基化反应制备高辛烷值汽油的一个较便宜的方法反应首先经过异丁烯二聚，最后一步是碳正离子从叔丁烷夺取负氢离子1.Friedel-Crafts烷基化反应2 2.F－C酰基化反应1)用Friedel－Crafts反应合成酮(酰氯或酸酐作为酰化剂)3.1.1Friedel－Crafts反应活性高的芳环可引入两个酰基与硝基苯不同，邻硝基苯甲醚容易酰化 1)用Friedel－Crafts反应合成酮2.F－C酰基化反应卤代芳烃的酰化反应比苯速率慢，产率不够高在活泼芳环上发生酰化反应还有用腈或酰胺作酰化剂的酸催化反应赫施反应 1)用Friedel－Crafts反应合成酮（分子内F-C酰基化）2.F－C酰基化反应 1)用Friedel－Crafts反应合成酮2.F－C酰基化反应在非常稀的溶液中可以得到更大的环烯烃的F-C酰基化机理：最终生成β-卤代酮 1)用Friedel－Crafts反应合成酮2.F－C酰基化反应烯烃酰基化还可以形成不饱和酮练习：合成（±）硫辛酸P.57习题3-1（2） 2)Friedel－Crafts反应合成醛一氧化碳和氯化氢的等摩尔混合物可由甲酸和氯磺酸作用制得2.F－C酰基化反应3.1酸催化缩合反应3.1.1Friedel－Crafts反应加特曼—科赫反应 2)Friedel－Crafts反应合成醛2.F－C酰基化反应 2)Friedel－Crafts反应合成醛2.F－C酰基化反应 2)Friedel－Crafts反应合成醛2.F－C酰基化反应毒性较小芳环上需有供电子取代基 3.1酸催化缩合反应3.1.2醛或酮及其衍生物的反应复习《有机化学》关于：“醛、酮缩合反应”的内容 缩合反应(a)羟醛缩合两分子醛稀碱或稀酸缩合生成β–羟基醛3–羟基丁醛(b)Mannich反应活泼α–氢的化合物甲醛氨或伯胺、仲氨缩合反应氨甲基化反应HCl或碱稀碱或稀酸 3.1.2醛或酮及其衍生物的反应1.自身缩合1212＋ 3.1.2醛或酮及其衍生物的反应1.自身缩合 3.1.2醛或酮及其衍生物的反应1.自身缩合 2.交叉缩合3.1.2醛或酮及其衍生物的反应 X:CF3,MeO,F,Cl（吸电子基）X:CN,CONH22.交叉缩合3.1.2醛或酮及其衍生物的反应芳香醛与丙酮含α-H硝基化合物、氰基化合物 3.酮与酰卤或酸酐的缩合3.1.2醛或酮及其衍生物的反应 1.Mannichreaction3.1.3Mannichreaction3.1酸催化缩合反应具有烯醇式或潜在烯醇式结构的化合物(如某些炔类化合物)与醛(通常为甲醛)，在酸催化下，与第一、第二胺反应，生成胺甲基化衍生物的反应，叫做Mannichreaction或曼氏反应。该反应广泛用于有机合成。 1.Mannichreaction酮胺3.1.3Mannichreaction 曼尼希反应机理？β-二元酸α-甲基吡啶苯乙炔1.Mannichreaction 芳醛芳胺1.Mannichreaction3.1.3Mannichreaction 2.MannichReaction在合成上的应用3.1.3Mannichreaction(1)制备α，β－不饱和羰基化合物 2.MannichReaction在合成上的应用3.1.3Mannichreaction(2)曼尼希碱或季铵盐的转换取代水解 (2)曼尼希碱或季铵盐的转换2.MannichReaction在合成上的应用3.1.3Mannichreaction色氨酸①②③ 2.MannichReaction在合成上的应用3.1.3Mannichreaction(3)合成生物碱阿托品 2.MannichReaction在合成上的应用3.1.3Mannichreaction(3)合成生物碱 1.烯胺的生成3.1.4烯胺3.1酸催化缩合反应烯胺(enamines)是分子中氨基直接与双键碳原子相连的化合物。烯胺也叫α，β-不饱和胺，烯胺分子中氮原子上有氢原子时容易转变为亚胺，与烯醇容易转变为羰基化合物相似。 1.烯胺的生成3.1.4烯胺制备烯胺:①醛或酮②仲胺③脱水剂(如无水碳酸钾)存在下，④加苯、或甲苯、二甲苯把生成的水带出，⑤并加入对甲基苯磺酸等作催化剂加热，用共沸蒸馏法除去生成的水即可很容易的制得。强失水剂如四氯化钛，可迫使反应进行完全。仲胺常为环状化合物，它们的反应活性降低次序为：吡咯烷、吗啉和哌啶。它们的结构式如下 1.烯胺的生成3.1.4烯胺 2.烯胺在有机合成中的应用3.1.4烯胺β-碳原子(即初始羰基化合物的α－碳原子)上带有部分负电荷。可作为亲核试剂与卤代烷、酰卤或亲电性的烯烃反应。 2.烯胺在有机合成中的应用3.1.4烯胺 2.烯胺在有机合成中的应用3.1.4烯胺◆烯胺易与酰氯或酸酐作用，产物经水解可以得到β-二酮，是得到高产率C-酰基化产物的好方法。 3.1.5α-皮考啉反应（Picoline）3.1酸催化缩合反应◆α-甲基吡啶在Lewis酸作用下形成类似烯醇的化合物，再与醛反应、失水得到α-取代乙烯吡啶。 3.1.6Prinsreaction◆甲醛（或其它醛）经酸催化与烯烃加成得到1，3-二醇、缩醛化得到噁烷类1，3-二氧六环化合物。 3.1.6Prinsreaction应用较原烯烃多一个碳原子的醇生产氯霉素 3.2酸催化分子重排分子重排反应是分子中的一个基团或原子从一个原子转移到另一个原子上，形成一个新的分子的反应。在重排中，迁移原子或基团完全游离并脱离原来的分子，然后再与其它部分相连接，这种重排称为分子间重排。分子内重排则与其它分子无关，迁移基团自始至终没能脱离原来的分子，仅从分子的一部分迁移至分子的另一部分。重排是一种复杂的有机化学现象。 3.2.1频哪醇－频哪酮重排重排的动力是新形成的碳正离子更为稳定叔烷基酮环状频哪醇，重排后可扩环 3.2.2Beckmann重排酮肟变酰胺氮宾正离子水合应用生产尼龙-6的原料 3.2.3烯丙基重排烯丙基正离子双键移位称为：烯丙基重排SN1机理SN2′机理SN2机理 自由基式离子3.2.4联苯胺重排联苯胺重排是指氢化偶氮苯化合物重排成4，4′-二氨基联苯的反应。反应速度=k[氢化偶氮苯][H+]2 3.2.4联苯胺重排两种不同的氢化偶氮苯在同一体系中发生重排时，反应不发生交叉重排，这说明联苯胺重排是分子内重排过程：当对位有取代基封闭时，重排可以发生在氨基的邻位。如果其中苯环只有一个对位被封闭，重排产物叫做对半联苯胺，如果两个对位都被封闭，产物叫做邻半联苯胺。 3.2.5Schmidt重排在强酸存在下，羧酸、酮、醛等与叠氮酸作用，生成伯胺、酰胺或腈反应称为施密特（Schmidt）重排反应。 3.2.5Schmidt重排3.2酸催化分子重排Schmidt重排反应历程（了解）：重排 3.2.5Schmidt重排重排反应速率为：二烷基酮>烷基芳基酮>二芳基酮重排了解 3.2.5Schmidt重排芳基烷基酮重排，一般是芳基移位至氮原子上若HN3过量(2个物质的量以上)，则生成“四唑”产物 3.2.5Schmidt重排醛发生Schmidt重排反应生成腈若HN3过量(2个物质的量以上)，则生成“四唑”产物 3.2.6氢过氧化物重排烃类化合物用空气或H2O2氧化得到氢过氧化物。氢过氧化物在酸或Lewis酸作用下，发生O－O键断裂的同时，烃基从碳原子转移到氧原子上的重排反应，称为氢过氧化物的重排反应。R为烷基或芳基烷基之间移位的次序为：叔R>仲R>Pr≈H>Et>>Me反应历程重排 3.2.6氢过氧化物重排应用：工业生产苯酚的方法—异丙苯法 3.2.7Fries重排酚酯类(包括脂肪和芳香酸的酯类)，在Lewis酸的催化下受热，酰基从酚氧上重排到芳环碳上，生成邻或对羟基芳酮的反应，称为弗瑞斯(Fries)重排反应。 3.2.7Fries重排若芳环上仅有一个烷基时，烷基位置直接影响产物结构：邻烷基主要得对羟基酮，对、间烷基则主要得邻羟基酮。 3.2.7Fries重排应用：