第 3 章 酸催化缩合与分子重排
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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. 3.1.1 Friedel - Crafts 反应. 1. Friedel-Crafts 烷基化反应. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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第 3 章 酸催化缩合与分子重排
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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。
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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。
Me2C CH2 CMe3FeCl3或 HF/BF3+
89%
NH2
H2C CH2
NH2
Et Et2+
Et2AlCl
300 C, 6.5~7MPa, 115mino
97.9%
CCl3CHO Cl+H2SO4
CCl3CH( )2Cl + H2O2
CH3CCH3
O
OH
CH3
CH3
H2O2+ OHHO +CH2SO4
HCHO HCl+ +H3PO4
CH3COOH
CH2Cl
H2O+
77%
3.1.1 Friedel - Crafts 反应
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Friedel-Carfts 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。
3.1 酸催化缩合反应 3.1.1 Friedel - Crafts 反应
1. Friedel-Crafts 烷基化反应
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分子内 F- C烃基化反应可用于芳环稠合
H2SO4+ H2O
88%
CH3
CH2
O O
CH3
Ph(CH2)4OHH3PO4
H2C
50%
H3C
OH
CH3
CH3H3C
SiO2, H3PO4
CH2Cl2, 25 oC, 2h
82%
3.1 酸催化缩合反应 3.1.1 Friedel - Crafts 反应
1. Friedel-Crafts 烷基化反应
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类似于芳烃,烯烃也能发生 F- C烃基化反应
(CH3)3CCl (CH3)3CCH2CH2ClAlCl3
-10 oC+ CH2=CH2
反应机理可能为
(CH3)3CCl AlCl3 (CH3)3C AlCl4+ +
(CH3)3C + (CH3)3CCH2CH2CH2=CH2
(CH3)3CCH2CH2Cl+ AlCl4(CH3)3CCH2CH2 + AlCl3
3.1 酸催化缩合反应 3.1.1 Friedel - Crafts 反应
1. Friedel-Crafts 烷基化反应
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类似于芳烃,烯烃也能发生 F- C烃基化反应
H3CC=CH2
H3C+ CH
CH3
CH3
CH3ŨH2SO4»òHF
0~10 oC(CH3)3CHCH2C(CH3)3
制备高辛烷值汽油的一个较便宜的方法
(CH3)3C (CH3)3CCH2C (CH3)2
H(CH3)2C=CH2
(CH3)2C=CH2
+(CH3)3CCH2C (CH3)2 HC(CH3)3 (CH3)3CCH2CH(CH3)2 + (CH3)3C
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
3.1 酸催化缩合反应 3.1.1 Friedel - Crafts 反应
1. Friedel-Crafts 烷基化反应
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2. F - C 酰基化反应1) 用 Friedel - Crafts 反应合成酮
COCl +AlCl3 C
O
82%
+AlCl3
O
O
O
COCH2CH2COOH
92%~95%
CH3COOH CH3COOH
P2O5 P2O5
OCH3OCH3
COCH3
OCH3
COCH3
COCH3
CH3COCl
AlCl3
OCH3
NO2
OCH3
NO2
COCH3
CH3COCl
AlCl3
OCH3
NO2
OCH3
NO2
COCH3
3.1 酸催化缩合反应 3.1.1 Friedel - Crafts 反应
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1) 用 Friedel - Crafts 反应合成酮
AlCl3(CH3CO)2O+CS2£¬ »ØÁ÷
69 % ~ 79%
Br Br COCH3
+ CH3C NZnCl2, HCl
(C2H5)2O
HCl
H2O
»ØÁ÷
.
OH
HO OH
OH
HO OH
NHH3C
OH
HO OH
COCH3
74%~87%
POCl3,100~125 oC
N(CH3)2
(H3C)2NN
Ph
PhH2O
HCl(H3C)2N
O
Ph
PhCONHPh
2. F - C 酰基化反应
3.1 酸催化缩合反应 3.1.1 Friedel - Crafts 反应
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1) 用 Friedel - Crafts 反应合成酮
OO
O
H2SO4
O
COOH
57%
+ AlCl3CO
CH2
CH2
CHOO
O
Zn-Hg/HCl
H2SO4,
H2SO4
O
O
¢Ù
¢ÚO
O
O
2. F - C 酰基化反应
3.1 酸催化缩合反应 3.1.1 Friedel - Crafts 反应
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1) 用 Friedel - Crafts 反应合成酮
(CH2)5COCl
AlCl3, CS2
25oC
CO
(CH2)567%
AlCl3 AlCl4C Cl
O
R C
O
R+ +
C
O
R(CH3)2C=CH2 + (CH3)2C CH2 C
O
R
(CH3)2CCH2CCH3 AlCl4-
O
+ (CH3)2CCH2CCH3
O
Cl
2. F - C 酰基化反应
3.1 酸催化缩合反应 3.1.1 Friedel - Crafts 反应
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1) 用 Friedel - Crafts 反应合成酮
CH3C
O
+COCH3 COCH3
COCH3
Cl
H
AlCl4Me2NH
HCl
2. F - C 酰基化反应
3.1 酸催化缩合反应 3.1.1 Friedel - Crafts 反应
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2) Freidel - 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
HCOOH + ClSO3H HCl CO H2SO4+ +
HCl CO+AlCl3HCOCl HC
O+ AlCl4
HCl CO+AlCl3-Cu2Cl2
20o HCO
CHOH
CHO
C
82.8%
C6H6
CH3
+ CO + HClAlCl3-Cu2Cl2
20o
CH3
CHO
50%~55%C
2. F - C 酰基化反应
3.1 酸催化缩合反应 3.1.1 Friedel - Crafts 反应
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2) Freidel - Crafts 反应合成醛
+ FCHOBF3, 0~10¡æ
CH3
H3C CH3
CH3
H3C CH3
CHO
OCH3
HCN, HCl, AlCl3, 45oC
H2O
OCH3
CHO
¢Ù
¢Ú
+ Cl2CHOCH3TiCl4
CH2Cl2
ClCHOCH3CH3
H3C CH3
CH3
H3C CH3
CHOCH3
ClH2O
0~25¡æ
81%~89%
CH3
H3C CH3
CH3
H3C CH3
CHO
2. F - C 酰基化反应
3.1 酸催化缩合反应 3.1.1 Friedel - Crafts 反应
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2) Freidel - Crafts 反应合成醛
¢Ù
H3C
OHCH(CH3)2
H3C
OHCH(CH3)2Zn(CN)2, HCl, AlCl3
H3O+¢Ú
CHO
HCl HCN HN=C HCl+AlCl3
R
AlCl3HN=HC R
H2OOHC R + NH3
2. F - C 酰基化反应
3.1 酸催化缩合反应 3.1.1 Friedel - Crafts 反应
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3.1.2 醛或酮及其衍生物的反应 1. 自身缩合
2CH3CHO CH3CH(OH)CH2CHOH H2O
CH3CH=CHCHO
HCH3CHO CH3C HOHCH3CH=O H
HCH3CHO CH=O HCH2
H
HCH2=CHOH
CH=CH2 CH3C HOH
OH:
+ CHCH2CHOH
CH3O H
CH3CHCH2CHO
OHH
HCH3CHCH2CHO
OH
CH3CHCH2CHO
OH2H3O
CH3CH=CHCHO
3.1 酸催化缩合反应
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H CH3COCH3(CH3)2C=CHCOCH32CH3COCH3 (CH3)2C=CHCOCH=C(CH3)2
HCH3COCH3 CH3CCH3
O H
CH3C CH3
OH
HHCH3COCH3
O H
CH3C CH2
HCH3C=CH2
OH
CH3C=CH2
OH
:
+ CH3C CH3
OH
CH3CCH2C(CH3)2
O H OHH3O
(CH3)2C=CHCOCH3
HO H
CH3CCH=C(CH3)2H
CH2=CCH=C(CH3)2
OH
(CH3)2C=CHCOCH3
+ H3OCH2=CCH=C(CH3)2
OH
CH3CCH3
OH
(CH3)2C=CHCCH2 C(CH3)2
OHO H
(CH3)2C=CHCOCH=C(CH3)2
3.1.2 醛或酮及其衍生物的反应 1. 自身缩合
3.1 酸催化缩合反应
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H2SO4
H3C
CH
CHCHO
O O
CH3
CH3
3CH3CHO
H2SO4
H3CCH
O CH3
O CH
CH3
CH
O
CHO
CH3
4CH3CHO
3.1.2 醛或酮及其衍生物的反应 1. 自身缩合
3.1 酸催化缩合反应
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2. 交叉缩合 CHO
OH+
CH3C
O
ÎÞË®HCl
O
CH
C
CH
H3C
O
H2C
HO
HH2C
HOH+H+ -
CHO
OH
H
OH
CHOH=
OH
CH OH
H2C OH
H
OH
OH
HC
HC
OO
HC
HC
O
HH
+ -H2O H+
O
HC
CH
OHO
HC
CH
OH2
O
HC CHH+ -H2O-H+
3.1.2 醛或酮及其衍生物的反应
3.1 酸催化缩合反应
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H
O OOH
X X
Proline,acetone
Solvent, r.t
X ArCHO + CH3NO2HOAc + NH4OAc
100¡æ, 3h, »ò70¡æ, overnightX ArCH=CH NO2
ArCHO H2CCN
X+ NH4OAc
3~6minCNArCH=C
X88%~97%
X: CF3, MeO, F, Cl
X: CN, CONH2
2. 交叉缩合
3.1.2 醛或酮及其衍生物的反应
3.1 酸催化缩合反应
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3. 酮与酰卤或酸酐的缩合
CH3COCH3 CH3CCH2
O
H CH3C=CH2
BF3 B F3BF3
=
HO
OH3C
OH3C
O
OH3C
OH3C
O
B-F3
BF3CH3C =O CH3COOBF3+
CH3C =OCH3C=CH2
B F3O
+ CH3COCH2COCH3 BF3+
CH3COCH2R BF3+ (CH3CO)2O CH3COCHCOCH3
R
3.1.2 醛或酮及其衍生物的反应
3.1 酸催化缩合反应
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CH3COCH3 CH3CCH2
O
H CH3C=CH2
BF3 B F3BF3
=
HO
OH3C
OH3C
O
OH3C
OH3C
O
B-F3
BF3CH3C =O CH3COOBF3+
CH3C =OCH3C=CH2
B F3O
+ CH3COCH2COCH3 BF3+
CH3COCH2R BF3+ (CH3CO)2O CH3COCHCOCH3
R
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
3.1 酸催化缩合反应
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1. Mannich reaction
3.1.3 Mannich reaction
3.1 酸催化缩合反应
据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 Mannich reaction 或曼氏反应。该反应广泛用于有机合成。
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1. Mannich reaction
3.1.3 Mannich reaction
3.1 酸催化缩合反应
+RCOCH3 CH2O Et2N H2Cl H2O+ .ÊÒÎÂ
Ë®»òÒÒ́¼ £«RCOCH2CH2NEt2 HCl
. NaOHRCOCH2CH2NEt2RCOCH2CH2NEt2 HCl
OH
+ CH2O Me2NH+H
OHCH2NMe2
CH2NMe2
Me2NCH2
86%
NH
+ CH2O Me2NH+H
NH
CH2NMe2
97%
(CH3)2CHCHO CH2O Me2NH+ + H(CH3)2CCH2NMe2
CHO
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1. Mannich reaction
3.1.3 Mannich reaction
3.1 酸催化缩合反应
CH3CH(CO2H)2 CH2O Me2NH+ +HH2O
(CH3)2C(COOH)2
CH2NMe2
NCH2O Me2NH+ +
CH3
H
N CH2CH2NMe2
PhC=PhC CH= CH2O Me2NH+ + HH2O
CCH2NMe2
CH2O H+ H2CCH2=O H OH
Me2NH
:
+ -H2O [Me2N =CH2 Me2NC H2]CH2=O H Me2N HCH2OH
PhCOCH3PhC
O HPhC=CH2
H
H = CH2H
OH
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1. Mannich reaction
3.1.3 Mannich reaction
3.1 酸催化缩合反应
PhC=CH2
OH:
+ Me2N =CH2H
PhCOCH2CH2NMe2 Me2NH+PhCOCH=CH2
RCOCH3 ArCHO Ar NH2++1 2 3
HCl
10%NaHCO3
0~200C
ŨRCOCH2CH(Ar)NH(Ar )
4'' ¢Ù
¢Ú¢Û
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2. Mannich Reaction 在合成上的应用
3.1.3 Mannich reaction
3.1 酸催化缩合反应
(1) 制备 α , β -不饱和羰基化合物
+ RCOCH2CH2N+H(CH3)2Cl-+ CH2ORCOCH3 H2N+(CH3)2Cl-+RCOCH=CH2(CH3)2NH HCl
.
RCOCH=CH2 RCOCH2CH3[H]
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2. Mannich Reaction 在合成上的应用
3.1.3 Mannich reaction
3.1 酸催化缩合反应
(2) 曼尼希碱或季铵盐的转换
NH
CH2O+ + Me2NHCH3COOH
H2ONH
CH2N(CH3)2
ÂÌÖñ¼î95%
NH
CH2N(CH3)2 £¨ CH3)2SO4
NH
CH2N(CH3)3 CN
OHNH
CH2COOH¢Ù
¢Ú
NHO
CH2O HNN
HOH2C
NN
HOCH3
H+
-H2O
氢解+ +
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2. Mannich Reaction 在合成上的应用
3.1.3 Mannich reaction
3.1 酸催化缩合反应
(2) 曼尼希碱或季铵盐的转换
CH3CONHCH(CO2Et)2
EtO
HCH3CONHC (CO2Et)2
OH -?
H
H
? H
?
+ CH3CONHC-(CO2Et)2
CH2C(CO2Et)2
NHCOCH3
CH2CHCO2H
NH2N
NHN
CH2N (CH3)3
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2. Mannich Reaction 在合成上的应用
3.1.3 Mannich reaction
3.1 酸催化缩合反应
(3) 合成生物碱
H2C
H2C
CHO
CHO
CH3NH2
N
-OOC
COO-
O
CH3N
O
CH3
+ +
H2CC
H2CO
COO-
COO-
H3O+
-2CO2
NCH3
O
NCH3
H
OH
NCH3
H
O CO
CH
CHOPh
Zn-HI PhCH(CHO)CO2HKBH4
CHCl3
NCH3
H
O CO
CH
CH2OHPh
CH2
CHO
CH2
CHO
+ CH3NH2
H2C
CO2-
H2C
CO2CH3
CH2
CH
CH2
CH
CO2CH3
N CH3H
CO2+
¢Ù
¢ÚO O OCOPh
[H]
PhCOCl
¹Å¿Â¼î80£¥
CH2
CH
CH2
CH
CO2CH3
N CH3¢Ù
¢Ú
![Page 31: 第 3 章 酸催化缩合与分子重排](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061422/5681440f550346895db0abf0/html5/thumbnails/31.jpg)
2. Mannich Reaction 在合成上的应用
3.1.3 Mannich reaction
3.1 酸催化缩合反应
(3) 合成生物碱
CHOH2C
CHO+ CH3NH2
CH2
CH2
+H2C
CO2H
C=OH2C
CO2H
2H2O2CO2
CHH2C
CH
CH2
CH2
N CH3
CH
CHC=O
¼ÙʯÁñ¼î 68£¥
¢Ù
¢Ú
CHH2C
CH
CH2
CH2
N CH3
CH
CHC=O
¡¡ [H]
PhCOCl
¢Ù
¢Ú
CHH2C
CH
CH2
CH2
N CH3
CH
CHOCOPh
CH3COCH2CH3 CH2O (CH3)2NH CH3COCHCH2N(CH3)2
CH3
+ +H2O
HOCHCHCH2N(CH3)2
CH3
CH3
»¹ Ô
p-H2NC6H4CO2HCOOCHCHCH2N(CH3)2
CH3
CH3
H2N
ÍÁ͸ ¿¨ Òò
![Page 32: 第 3 章 酸催化缩合与分子重排](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061422/5681440f550346895db0abf0/html5/thumbnails/32.jpg)
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。
HN N
![Page 33: 第 3 章 酸催化缩合与分子重排](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061422/5681440f550346895db0abf0/html5/thumbnails/33.jpg)
1. 烯胺的生成
3.1.4 烯胺
3.1 酸催化缩合反应
制备烯胺常用醛或酮与仲胺在脱水剂 (如无水碳酸钾 )存在下反应,加苯、或甲苯、二甲苯把生成的水带出,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。近年来,在制备烯胺时,加一个强失水剂如四氯化钛,以迫使反应进行完全。在烯胺形成中,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
ËÄÇâßÁ¿© Âðßø ßßà¤
NH
O
NH
NH
![Page 34: 第 3 章 酸催化缩合与分子重排](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061422/5681440f550346895db0abf0/html5/thumbnails/34.jpg)
1. 烯胺的生成
3.1.4 烯胺
3.1 酸催化缩合反应
O
+NH
P-CH3-C6H4SO3H
C6H6,
N+ H2O
N-(1-»· Îì Ï©»ù£©ËÄÇâßÁ¿©
80%~90%
O
H+
O H
R2NH
HO N HR2 HO NR2
H+NR2H2O
H2OH
N R2
HH
NR2
+
O
H3C
NH
+p-CH3C6H4SO3H
C6H6,
N
H3C +
N
H3C
Õ¼²ú Îï µÄ85£¥ Õ¼²ú Îï µÄ15£¥
![Page 35: 第 3 章 酸催化缩合与分子重排](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061422/5681440f550346895db0abf0/html5/thumbnails/35.jpg)
2. 烯胺在有机合成中的应用
3.1.4 烯胺
3.1 酸催化缩合反应
烯胺在有机合成中的应用在于它的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。因此,可作为亲核试剂与卤代烷、酰卤或亲电性的烯烃反应。
NR R
:R
CH3I, C6H6, »ØÁ÷
RCH NR RC
R
NR R
R
I-NR R
R
RCH C=CH3
Ë®½â
CH3
R
1
2
1
3
1
2 3
CH3
1
2 3
1
2 3+
RCH=C
RCH=C
RCHC=O
I-
![Page 36: 第 3 章 酸催化缩合与分子重排](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061422/5681440f550346895db0abf0/html5/thumbnails/36.jpg)
2. 烯胺在有机合成中的应用
3.1.4 烯胺
3.1 酸催化缩合反应
N CH3I, CH3OH,N
H3CI Ë®½â
O
CH3
N
H3C CH3CH2OH
NH3C CH2CHCN
H
NCH2CH2CNH3C
O
H3C CH2CH2CN
:
+»ØÁ÷
Ë®½â
65%
CH2=CHCN
N + CH2=CHCO2CH3CH3CN
H3OC2H5CHCHO
CH2CH2CO2CH3
67%
¢Ù
¢ÚC2H5CH=CH
![Page 37: 第 3 章 酸催化缩合与分子重排](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061422/5681440f550346895db0abf0/html5/thumbnails/37.jpg)
2. 烯胺在有机合成中的应用
3.1.4 烯胺
3.1 酸催化缩合反应
N
O
CH3(CH2)5CCl
O
N(C2H5)3
N
O
HCO(CH2)5CH3
N
O
CO(CH2)5CH3
Ë®½â
OCO(CH2)5CH3
75%
R
C=C
H
R
R CO Cl
RN RH
R
R CO
C C=N Cl
N(C2H5)3:
C=C N
R CO
RË®½â RCHCOR
R CO2
1
1
: 1
2
2
1
2
![Page 38: 第 3 章 酸催化缩合与分子重排](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061422/5681440f550346895db0abf0/html5/thumbnails/38.jpg)
3.1.5 α- 皮考啉反应( Picoline )
3.1 酸催化缩合反应
N
ZnCl2, PhCHO
H2ON CH=CHPhCH3
N CH3
ZnCl2
N CH2H
ZnCl2
N
ZnCl2
CH2
H O=CHPh
ZnCl2N CH3 CH OH
Ph H2O
N CH=CHPh
ZnCl2, PhCHO
H2ON
CH3
N
CH=CHPh
N
CH3
ZnCl2, PhCHO
H2ON
CH=CHPh
![Page 39: 第 3 章 酸催化缩合与分子重排](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061422/5681440f550346895db0abf0/html5/thumbnails/39.jpg)
3.1.5 α- 皮考啉反应( Picoline )
3.1 酸催化缩合反应
N
CH2
H
ZnCl2 N
CH2
ZnCl2
NEt
CH3 I- NEt
CH2 NEt
CH2
CH(OEt)2
-HI CH(OEt)3
-OEt
NEt
CH2
NEt
CH2
CH
OEtCH2
NEt
-EtOH
-H+NEt
CH
CH
CH
NEt
NEt
CH
CH
CH
NEt
![Page 40: 第 3 章 酸催化缩合与分子重排](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061422/5681440f550346895db0abf0/html5/thumbnails/40.jpg)
3.1.6 Prins reaction
3.1 酸催化缩合反应
HCH2OH CH2OH+ CH2=OH
CH2OHC C CH2OH C CH2O
H+ CH2OHC C
OH
CH2OHC C CH2OH C CH2O
H+ CH2OHC C
OH
HCHO
H2OO
CC
H2C
O CH2
CH2O+H
CH3CHCH(CH3)CH2OH
OH
CH3CH=CHCH3
+H
O O
PhNa-ROH Ph(CH2)3OHPhCH=CH2 2CH2O
¢Ú
¢Ù
HOBr PhCH(OH)CH2Br TsOH, KHSO4-H2O
HCHO
O O
PhBr
O O
PhNH2
H+
Ph CHOH
CH
NH2
CH2 OH²ð ·Ö
CHCl2COClPh CH
OHCH
NHCOCHCl2CH2 OH
D-(-)-ÂÈùËØ
PhCH=CH2 PhCH=CHBr
Ph= NO2
NH3
![Page 41: 第 3 章 酸催化缩合与分子重排](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061422/5681440f550346895db0abf0/html5/thumbnails/41.jpg)
3.2 酸催化分子重排
分子重排反应( molecular rearrangement reaction)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。分子重排可分为分子间重排和分子内重排。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。在这种重排中,迁移基团也可能来自不同分子。而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。在有机合成中,一些重排经常是所需反应的竞争反应,合成中应以避免,一些重排可提供巧妙的合成途径,应尽量加以利用。
![Page 42: 第 3 章 酸催化缩合与分子重排](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061422/5681440f550346895db0abf0/html5/thumbnails/42.jpg)
3.2.1 频哪醇-频哪酮重排
3.2 酸催化分子重排
(CH3)2C(CH3)2C C(CH3)2
OH
OH
HH2O
CCH3
CH3
(CH3)3C C CH3
OHOH :¢Ú¢Ù H (CH3)3CCCH3
65%~72%
O
OH OH
PhC
CH3
CH
HPhCCH2CH3
O
H
HH2O
PhC CH2OH
CH3
PhCH CHOH
CH3
PhCHCHO
CH3H
Ph2C C(CH3)2OH
OH
H2SO4
H2O
ZnCl2
Ph2C C(CH3)2OHH
Ph2C(CH3)COCH3
Ph2C C(CH3)2
OHH
PhCOC(CH3)2Ph
CPh2
OH
OH
H2SO4O
PhPh
99%OH
OHH2SO4
O
![Page 43: 第 3 章 酸催化缩合与分子重排](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061422/5681440f550346895db0abf0/html5/thumbnails/43.jpg)
3.2.2 Beckmann 重排
3.2 酸催化分子重排
RN
CR
R
NOH
C RH
R
NOH2
C R H2O R
N
C R H2O
RN
CRH2O
H
RN
CROH
N
CRO
H R
H
H
N OH H
H
N
H
OH
110oC
H
H
N
HO
H
H
H
NH
O
110oC
C6H5CH
CH3
C
N CHCH3
OH
CH3
H2SO4 H N C6H5
CH3O=C
**
NH2OH
r.t.Bpy/BF4/PCl3
353k, 2h
ת »¯ÂÊ100£¥Ñ¡ÔñÐÔ99£¥
O NHO
NH
O
Me CO2CH3
Me
CHMe2
Me CO2CH3
Me
CHMe2COCH3
Me CO2CH3
Me
CHMe2CCH3
NOH
CH3COCl
AlCl, C6H5NO2
NH2OH, HCl
ßÁà¤
m.p. 63oC m.p. 134oC
6
8
Me CO2CH3
Me
CHMe2NH2
HCl-HOAc-Ac2O, 25oC
H3O ,62%
m.p. 137oC
¢Ù
¢Ú
![Page 44: 第 3 章 酸催化缩合与分子重排](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061422/5681440f550346895db0abf0/html5/thumbnails/44.jpg)
3.2.3 烯丙基重排
3.2 酸催化分子重排
CH2
CH21 2 3
1 2 3
H H2O Cl/CH2=CHCH2OH CH2=CHCH2Cl
CH=CH2
CH2=CH
Cl
H H
H2OH2O
OH
H2O
CH3CH=CH CH2CH3CH=CHCH2Cl
CH3CH=CH CH2OH2
CH3CH=CH CH2OH
CH3 CHCH=CH2
CH3 CHCH=CH2
CH3 CHCH=CH2
(C2H5)2NH + CH2=CH CH CH3
Cl:
(C2H5)2N±½
CH2CH=CHCH3
±½:
(C2H5)2NH+ CH2Cl
CH=CHCH3
(C2H5)2N CH2CH=CHCH3
![Page 45: 第 3 章 酸催化缩合与分子重排](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061422/5681440f550346895db0abf0/html5/thumbnails/45.jpg)
3.2.4 联苯胺重排
3.2 酸催化分子重排
联苯胺( Benzidine )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。
NHNH NH2H2NH
反应速度 =k[ 氢化偶氮苯 ][H+]2
NHNHH2
N
H
H
N
H
H
N NHH
HH
N N. . NHHNH
H
H H..
NN
..
H
H
H
H H
HHH
H
H
H
HH2N NH2
H2 H2N NH2
![Page 46: 第 3 章 酸催化缩合与分子重排](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061422/5681440f550346895db0abf0/html5/thumbnails/46.jpg)
3.2.4 联苯胺重排
3.2 酸催化分子重排
已经知道,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:
HN
HN
HN
HN
CH3
H3C
H2N NH2
H2N NH2
H3C
CH3
H2N NH2
H3C
H+
不产生
NHNHH
CH3H3C NH
CH3
H3C
H2N
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。
NHNHH3CH
NHH3C NH2
![Page 47: 第 3 章 酸催化缩合与分子重排](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061422/5681440f550346895db0abf0/html5/thumbnails/47.jpg)
3.2.4 联苯胺重排
3.2 酸催化分子重排
N=N N=N
NH2
SO3Na SO3Na
NH2
¸Õ¹û ºì
N=N N=N
NH2
SO3Na H3C SO3Na
NH2
CH3
Ö±½Óºì
N=N N=N
SO3Na
NH2HO
NaO3SSO3NaNaO3S
Ö±½ÓÌì À¼
OHNH2
![Page 48: 第 3 章 酸催化缩合与分子重排](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061422/5681440f550346895db0abf0/html5/thumbnails/48.jpg)
3.2.5 Schmidt 重排
3.2 酸催化分子重排
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。
HN3 CO2 N2R COOH +H2SO4
C6H6R NH2 + +
HN3H2SO4
CH3(CH2)4COOH CH3(CH2)4NH2
70%~75%
COOH
NH2
CH2
COOH
COOH
CH2HN3
H2SO4
COOH NH2
HN3(H2SO4)
CHCl3 NH2COOH
COOH COOHHN3
H2SO4
NH2
HN3
H2SO4
H3C
OH
H3C COOH
H3C
OH
H3C
![Page 49: 第 3 章 酸催化缩合与分子重排](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061422/5681440f550346895db0abf0/html5/thumbnails/49.jpg)
3.2.5 Schmidt 重排
3.2 酸催化分子重排
Schmidt 重排反应历程为:
RC OH
O
OH2SO4
RC OH2
O
RC OH
OH
R C=O + H2O
R C=O + HN3H
O
R NC N N:
N2 R C N :
:
R N=C=O R NH2 + CO2H2O
![Page 50: 第 3 章 酸催化缩合与分子重排](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061422/5681440f550346895db0abf0/html5/thumbnails/50.jpg)
3.2.5 Schmidt 重排
3.2 酸催化分子重排
O
RCR RCONHRHN3 N2+ H2SO4 +O
RCR
RCONHR
HN3 N2+ H2SO4
+
R CONHR
O
RCR HN3+ R C R
OH
NN N:
N2 R C R
OH
N: :
RN=CR
OH
RCONHR
重排反应速率为:
二烷基酮 > 烷基芳基酮 > 二芳基酮
![Page 51: 第 3 章 酸催化缩合与分子重排](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061422/5681440f550346895db0abf0/html5/thumbnails/51.jpg)
3.2.5 Schmidt 重排
3.2 酸催化分子重排
芳基烷基酮重排,一般是芳基移位至氮原子上
HN3+C6H5COCH3H2SO4 C6H5NHCOCH3
77%
OHN3
H
NH
O
CH3COCH3 HN32+H2SO4 C N
N NN
H3C
H3C
1, 5-¶þ¼×»ùËÄßò
HN3, H2SO4
N2
HN3
-H2O
Cardiazole£¨ ÓÃ×÷Ç¿ÐļÁ£©
O
HN
O
N
OH
N
NN
N
若 HN3 过量 (2 个物质的量以上 ),则生成“四唑”产物
![Page 52: 第 3 章 酸催化缩合与分子重排](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061422/5681440f550346895db0abf0/html5/thumbnails/52.jpg)
3.2.5 Schmidt 重排
3.2 酸催化分子重排
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
RCH
O
+ HN3H
R C H
OH
N N N:
R C N + N2 + H2O
CH3CHO CH3CNHN3
64%C6H5CHO C6H5CN + C6H5NHCHO
HN3
H2SO470% 30%
C6H5CHO +N
HNN
N
C6H5
2HN3
![Page 53: 第 3 章 酸催化缩合与分子重排](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061422/5681440f550346895db0abf0/html5/thumbnails/53.jpg)
3.2.6 氢过氧化物重排
3.2 酸催化分子重排
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。
其反应历程为:
C O OHR
R
R
H R2CO + R OH R 为烷基或芳基
C O OHR
R
R
HC O OH2R
R
R
C OR
R
R
H2OR2C OR
H2OOH2
H R2CO +R2COR ROH
烷基之间移位的次序为: 叔 R> 仲 R>Pr≈H>Et>>Me
![Page 54: 第 3 章 酸催化缩合与分子重排](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061422/5681440f550346895db0abf0/html5/thumbnails/54.jpg)
3.2.6 氢过氧化物重排
3.2 酸催化分子重排
C O OHR
R
R
HRCHO H2O+
R=Me, Et
C O OHR
R
R
HH2CO ROH+
R=ÖÙ£¬ÊåÍé »ù
£«ÎÞ Ë®AlCl3
95 ~100oC
CH(CH3)2
CH3CH=CH2
H3C CH
CH3
+ O2
¿ÕÆø
Na2CO3ÈÜÒº£¬pH8.5~ 10.5 H3C C
CH3
O OH
100oC, 3-5atm ¢Ù
H3C C
CH3
O OH OHCH3COCH3
10%H2SO4
45~47oC +
![Page 55: 第 3 章 酸催化缩合与分子重排](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061422/5681440f550346895db0abf0/html5/thumbnails/55.jpg)
3.2.7 Fries 重排
3.2 酸催化分子重排
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。
OCOROH
+ROC
COROH
AlCl3
AlCl3AlCl3
80%~85% 95%
25 oC
OH
H3C
COCH3
OCOCH3
H3C
OH
H3C
COCH3165 oC
OCOCH3
+ AlCl3OCOCH3
AlCl3 OAlCl3
+ CH3C
O
OAlCl3
COCH3
H COCH3
OH
AlCl3
OAlCl3
COCH3H
AlCl3
COCH3
OH
![Page 56: 第 3 章 酸催化缩合与分子重排](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061422/5681440f550346895db0abf0/html5/thumbnails/56.jpg)
3.2.7 Fries 重排
3.2 酸催化分子重排
酚酯结构对重排影响很大。不同酯发生重排的活性为: RCO>PhCH2CO> PhCH2CH2CO> PhCO, 即脂肪羧酸的酯较芳香酯容易重排,芳环上的间位定位基阻碍重排发生,邻对位定位基则有利于重排,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。
OCORR
OHR
COR
HF
55oC
OCOR
CH3
OH
CH3
CORHF
80%
76%
55oC
OSO2Ph
ClCl
OH
ClCl
SO2PhAlCl3150 CO
OSO2PhOH
AlCl3
SO2Ph
O
OCl
HO
HO
HO
OClAlCl3/CS2
POCl3/C6H6,或
90%
HO
HO
OHHN
CH3¢Ù
¢Ú
CH3NH2
H2/催化剂