含硫含磷有机化合物.docx

第十五章含硫、含磷有机化合物教学目的：了解一些常见的含磷有机化合物，熟悉硫醇、硫酚、硫醚，麟酸和麟酸酯类，磷 酸酯和硫代磷酸酯类命名规则，掌握硫醇、硫酚、硫醚的物理和化学性质。教学重点：含硫和含磷有机化合物主要作为有机合成试剂使用。教学难点：如何理解含硫、含磷有机化合物的特性问题。第_节含硫有机化合物一,结构类型与命名S原子可形成与氧相似的低价含硫化合物。如：R-SH硫醇R-S-R硫醚 C6H5-SH 硫酚-SH官能团，叫做硫氢基或蔬（音求）基。硫醇、硫酚、硫醚等含硫化合 物的命名较简单，可在相应的含氧衍生物类名前加上硫”字即可。例如：甲硫醇CH3SH 2-丙硫醇（CH3）2CHSH二甲硫醚CH3SCH32,2，-二氯二乙硫醚 ClCH2CH2SCH2CH2Cl 苯甲硫醚 C6H5SCH3如果-SH作为取代基命名时，则与其他官能团的命名原则相同。例如：蔬基乙酸HS-CH2-COOH2-氨基-3-蔬基丙酸HS-CH2-CH（NH2）-COOH亚砜、砜、磺酸及其衍生物的命名，也只需在类名前加上相应的烃基名称就可以。例如:OIICH3-S-CH3二甲亚砜OCH3 S OHOCH3对甲苯磺酸OOH对甲苯磺酰氯对氨基苯磺酰胺O 甲磺酸2H1.物理性质和制法 沸点低于相应的含氧化合物，因其极性：S<O;水溶性较 小，有毒，奇臭无比。硫醇RX + NaSH 乙醇 R-SH + NaXRX + $*明2 乙醇_r，s.c"NHHX H2° R-SHnh2 S c'nh2 oh-硫脲异硫脲盐RCH=CH2 + H2S 紫外光 a- RCH2CH2SHT) CTJ -I- U Q ThOO T) 0TT -I- TLT CR-OH + H2S 400°c>R-SH + H2O硫酚CrSO2Cl +6Zn +5H2SO4 广 Qr 叫ZnCl2+5ZnSO4+4H2OCtN2ci +n，2s2 - Ct s-sq *CrSHZn+i.2.化学性质1）酸性强于相应的醇、酚C2H5SH +NaOH C2H5SNa + H2O 硫醇、硫酚的酸性增强，可解释如下：a. 可从，、O原子的价电子处于不同的能级来解释。3p-1s, 2p-1s。b. 也可从S原子体积大，电荷密度小，拉质子能力差来解释。c. 还可从键能说明：O-H，462.8 KJ/mol ； S-H，347.3 KJ/mol。2)氧化反应与醇不同，硫醇的氧化发生在S原子上，而醇则发生在a-H上。(1) 弱氧化：2RSH一R-S-S-R(2) 强氧化：RSH RSO3H5Et-SH + 6MnO4- + 18H+5EtSO3H + 6Mn+ + 9H2ORCH2OH 1° RCHO°RCOOHRCH2SH !OV RCH2-S-S-CH2RIOU-RCH2SO3H<SH 浓 HNO* CHo3H(3) 生成重金属盐2RSH + HgO f (RS)2Hgl 白 + H2OCHCHCHOH2CH2CHCH2+Hg2+ S SSh Shohg螯合物;IS SHOCHCHCH22重金属盐进入体内，与某些酶的蔬基结合使酶丧失生理活性，引起人畜中 毒。医药上常把硫醇作为重金属毒剂。离子被螯合后由体内排出，不再与酶的蔬 基作用，同时二蔬基丙醇还夺取已与酶结合汞离子，使酶恢复活性，起到解毒的作用。二巯基丙醇(巴尔BAL )是常用的解毒剂。亲核性a. RS-有较强的亲核性。可用硫原子的电子结构来解释。由于硫的价电子离 核较远，受核的束缚力小，其极化度较大；加上硫原子周围的空间大，空间阻碍 小以及溶剂化程度减小等因素，导致RS-的给电子性增强，亲核性较强。RS有强的亲核性和相对弱的碱性。b. 亲核取代(Sn2)/，-RS- + R-X R-S_R + XSN2R2S + RX R3SXCH CH SH + (CH.)cCHCHcBr H2° . (CH CHCH SCH CH3 23,22- ' 3,222 3OH95%c .亲核加成 O”RC+ R'SHRC二zClSR硫代羧酸酯CHCH+ 2C2H5SHC%、”SC2H5CH；SC2%丙酮缩二乙硫醇R、HS(CH ) H / C O ta23'R：人弋3>4字。R S HgCl2 'R1,3-二噻烷三硫醚亚砜和砜1. 硫醚 (1)物理性质和制法2RX + Na2S R-S-R + NaXCBr+ f>S- DMF » QS-QJ ''顼 120130 °C510小时R-SH */JCH3CH2Br:S-极性溶剂r R-SCH2CH3SCH2CH特点：1) 比醚的亲核性更大ch3sch3+ch3i一(CH)3S+I-碘化三甲锍2) 易被氧化CH3S H2O2 CH：S：0 H2O2*CH3 £。CH3CH3COOH CH3CH3COOH CH3 *0OH011sllo2. 亚砜和砜(1)结构a.亚砜、砜中S=O习惯表示，但要知道在硫氧键中包含着d-p兀键。ClVe 如3的孑0CH： . CH/oCH：%甲硫醚二甲亚砜二甲砜n键S3d O2P硫醚被氧化成亚砜的过程，实质上就是形成硫-氧键的过程。目前一般认为 由硫原子的一对未成键电子与氧原子相结合而形成。配键，同时由氧原子提供的 一对未成键电子进入硫原子的空的3d轨道，而形成d-pn键，见上图。如继续 氧化形成砜，其成键方式与亚砜相同。二甲亚砜为锥形分子，而丙酮是平面构型。b. d-pn键较弱，电子对大部分属于O原子，这一点可以从亚砜分子具有较 大的偶极矩得到证实。c. 硫氧键的表示：S+O- S =O0CH33CH3（2）.性质与用途a.优良的非质子极性溶剂二甲亚砜（DMSO ）的介电常数（关48）;OSMd2E+ Nu- + nMe2SO， Me2 +S-0-丘：pSE+ = Na+Nu- = OH- ； NH2- ； CN-等二甲亚砜可与水任意混溶。它不仅可溶解大多数有机化合物，而且可溶解 许多无机盐，使无机试剂和有机物在均相中反应，因此在实验室中等到了广泛应 用。二甲亚砜对亲核取代反应特别有效。由于它的介电常数大，而且氧原子上电 子出现的几率密度高，所以能使阳离子(E+)强烈地溶剂化，但是它不能使负离子 很好地溶剂化，因为它不能提供酸性氢与负离子形成氢键。b.温和的氧化剂亚砜可被氧化为砜，又易被各种还原剂还原为硫醚。浇=O + RSH ；S + R-S-S-R + H2O；S=O + HI '：S + I2 + H2O)=O LiAlH H?° a sO一O ORCH OH + CH SCH + C6H N=C=NC6H H3P" RCHO + CH3SCH3 + C H NHCNHC H,2336 116 116 116 11二环已基碳酰二亚胺第一节有机硫试剂在有机合成上的应用有机硫化合物在有机合成上的应用日益受到人们的重视，本节主要讨论一 瑞尼Ni脱硫反应和含硫的碳负离子在有机合成上的应用。一,瑞尼脱硫反应1.反应：常用的还原剂是瑞尼Ni (被H2饱和)。C-S键在瑞尼Ni作用下被氢 解而生成相应的烃。又称瑞尼Ni脱硫反应。R-S-R'* RH + R'H®=Och2瑞尼Ni :是用氢氧化钠处理铝镍合金，溶去铝后，得到灰黑色的小颗粒多 孔性的镍粉。2.合成中的应用(1).利用硫醚进行催化脱硫，可合成烃类。CHCH丁"-5分TH广中+ 6 CH3CH3(2).缩硫醛和缩硫酮的瑞尼Ni脱硫提供了将羰基转变成亚甲基的另一种选择的方法。sch3 COOEECOOEE CH3SH 375%COOE、/S, X、SbCH2中性介质NH_NH_, EtOH/KOH, 180 °C 、,=OAKisiner-Wolff-黄呜龙反应尸CH2碱性介质I Zn-Hg,浓HCl_ XCH2酸性介质Clemmensen 还原法二含硫碳负高子在有机合成上的应用在硫醚、亚砜、砜以及锍盐等含S化合物中，由于硫原子具有空的3d轨道，使相邻的碳负离子上的电荷反馈到d轨道（这种反馈键与亚砜分子中的成键方 式相似，因而起到使相邻碳负离子稳定化的作用。所以这类含硫化合物分子中的a-H呈现出某种酸性（二甲亚砜pKa=33、二甲砜pKa=29），它们在强碱的作用 下均能形成相应的碳负离子。SCH_ sch2OCH3- S CH3OCH3-S CH3OCH3ch3-s-ch3碱4HF 或 DMSOOch3-s ch；叫¥ ch；IC%、ch3-s-c h2这类含S碳负离子既是强碱又是强的亲核试剂。1.烷基化反应和亲核加成反应硫醚碳负离子可与伯RX进行烷基化反应，与醛酮进行亲核加成反应。CHSCH n-CH9Li 八 CMSCHLi+ 叫叫山 c HS(CHnCHo6 53 THF 6 52THF，25°C6 52妇0 3193% c5h6cho/htf h3o+C6H5S-CH2-CH-C6H5OHOIICH3_ s ch； +RXO11ch3-s ch2-r +xOOOHch3-sch； + R-CRDMS ch3§ch2-C-rR'OIIO0O OO-RCOR'_C- RCCH2-S-CH3 "HO技 RCCH32.反极性策略的应用利用醛的直接烷基化反应合成相应的酮，在一般条件下是很难实现的，因 为羰基碳呈正性，难以与R+生反应。假如能设法将羰基碳的亲电性转变为亲核 性，就有可能实现上述转化。醛与硫醇反应生成缩硫醛，提供了实现这种转化的 基础。缩硫醛（酮）分子中两个硫原子间的亚甲基在相邻的两个硫原子的影响下， 酸性比硫醚强。例如，1,3-二噻烷的pKa=31.5。因此在丁基锂的作用下，它易 转变为相应的负离子。<ZH ：滑药顼 S*HLi+ 一S H THF，-33P S<SX n-C4H9Li.SCH Li+Sch3 thf、一s3反极性：醛酮的羰基碳原来带部分正电荷，但是当醛酮转变为1,3-二噻烷负 离子后，原来的羰基碳上由呈电正性转变为呈电负性，由亲电的碳（>C=O ）转 变为亲核的碳（1,3-二噻烷负离子），这种极性变换的方法称为“反极性” （umpolung ）。1,3-二噻烷负离子就可在原来的羰基碳上进行烷基化反应，配合缩醛水解， 即可以用来合成结构复杂的醛、酮、羟基酮以及结构特殊的烃类等。O 厂SHT宇守QS彳亲电的碳极性反转试剂亲核的碳4 <ZS><R C R-C-R'、一 S R' H2OO净的结果：RCHORCOR'而今，“反极性”策略已成为有机合成的手段。例如:例一：乙二醇HgCL,"预 o h2o厂S yH n-CHLi /S、w(CH办Cl< K -4 9 A < K2,3 n-C H Li 广%S H ClCH2)3BrJ H4 9例二：91%<SXCH3 n-C4%Li * 顼S/% C6H5CHO<SxCH3 f HSOS hhQhO JH皿./c'chC> H2O，CH3CN H3C hO Ja -羟基酮90%3 .硫叶立德反应(叶立德：正负电荷在相邻原子的内盐。)锍盐分子中硫原子上带正电荷，有利于其共扼碱的稳定化，所以锍盐的酸 性比硫醚强得多，甚至比缩硫醛还要强，其pKa约为25左右，在丁基锂的作用 下，锍盐易转变为相应的负离子。(CH ) S+I- + n-CH9Li TH4 (CH ) -S-Ch + n-C H + LiI3/34 90。°3 224 10-(CH3)2-S-CH2又称为硫叶立德，即为内锍盐.它在0°C以上不稳定，但在低 温下可与醛、酮加成，生成环氧化物，这是硫叶立德的特征反应(与魏悌希试剂磷叶立德比较）。°+（叫）2-*加丁 CH-S (CH3) CH2 + CH3SCH3这一反应首先是由硫叶立德碳负离子进攻羰基碳，形成两性离子中间体， 进而RO-作为亲核试剂，进行分子内Sn2反应，形成环氧乙烷环，与此同时， C-S键断裂，并以（CH3）2S的形式离去。第四节磺酸及其衍生物一,磺酸可看成硫酸分子中一个-OH被烃基取代后的衍生物。通式: RSOH 3OII R-S-OHIIOOII HO-S-OH11 OOII RO-S-OHII O磺酸硫酸硫酸氢酯1. 物理性质： 容于水，易潮解，强酸与无机酸相当。常在合成洗涤剂、染料和药物中引入磺酸基。将磺酸基引入高分子化合物中，2 .制备用来合成强酸型离子交换树脂。刊CH3ClCHCHC-SH + 3h O HOA C1CH2CH2C-SO3H + 3H2O222 22232CH3CH3 92%HO+一 _ _ _ (CHkCHCHCHBr + NaHSQ 3- (CH3)_CHCH_CH_SO3H 96%3 22233 2223浓H2SO4h*03HSO2Clpci3170 °CC1SO3Hl | 氯磺酸3.化学反应:SO3H+ NaCl3Na+ HCl严3H+H2O弋当IL o+ H2SO4在有机合成上可以利用此反应来除去化合物中的磺酸基，或者先让占据环 上的某些位置，待其他反应完成后，再经水解将磺酸基除去。二磺酸的衍生物1.磺酰氯（so3h 曾 Qrso2ci广 il CISO3HSO2Cl氯磺酸CH3CONCH3CONH- SO2Cl苯磺酰氯为油状液体，凝固点14.41 ,沸点251.5I ,具有刺激性气味，不溶于水。它与醇、胺、水等亲核试剂反应时不象羧酸酰氯那样活泼。如:(QrSO2Cl+ H2OCOCl一QSO2Cl + HClCOOH磺酰氯对亲核试剂不大活泼的原因，可能是因为分子中硫原子易于从相邻的 两个氧原子或碳原子那里获得电子（填充d轨道），因而它接受外界电子（由亲 核试剂提供）的倾向相对变弱。从空间效应上来说，磺酰氯中S原子为SP3杂化， 具有四面体构型，而酰氯中羧基C原子为SP2杂化，为平面构型，前者的空间位 阻较大，所以磺酰氯对亲核试剂的反应活性要比酰氯小得多。苯磺酸很稳定，不易被还原。但磺酰氯相当容易被还原。2 .磺酸酯CH3亚磺酸OS-OHCH3Znh2so43SHch3SO2ClEtOfiQrSO2OEt磺酸酯SO2Cl + ROH + C5H5N毗啶SO2OR +C5H5N HCl CH3磺酸酯大多为固体，实验室精制比较方便。而且磺酸根（RSO2O-）又是一 个很好的离去基团，易被各种类型的亲核试剂取代。例对甲苯磺酸根（常用TsO- 表示）是一个很弱的碱（对甲苯磺酸是强酸），它的离去能力比-OH强得多，它 甚至可被卤离子，醇这样的弱亲核试剂所取代。因此实验室里常常先将醇转变为 对甲苯磺酸酯，随后再与亲核试剂反应，合成各种取代产物。R-X毗啶OCH> SOCl ROH 3CH3O-o-rR'-OH_A R-O-R' 或 R'-OR'-SH 一 iS R-S-R'O(TsO )卜 + CH3- OCH3COOh R-O-C-CH3R-CN由于对甲苯磺酸酯对亲核试剂取代反应活性大（比RBr大），在合成中有一 些特殊的用法。例制氟代烃，常规方法不能得到。FICH CH -CH-CH CHOHoTs-CH CH -CH-CH CH TsCl a CH CH -CH-CH CH-3 22 3 碱CH3CH2 CH CH2CH3 Sn2这类反应不发生分子重排。CH3 OhCH3-CHCH-CHCH3CH3-C-CH2CH3Cl(1,2 -氢迁移)TsCi/ 碱CH3 QTsCl-CH3-CHCH-CH3CH3 C1CH3-CHCH-CH33 .磺酰胺(1)制备SO2C1 -NH |-so2nh2熔点156°C(2)水解速度比羧酸酰胺慢得多。OnCH3-C-NHSONH, + H,O HCl"4 CH3COOH + H2N2 22 3040min32so2nh2对氨基苯磺酰胺(磺胺)(3)酸性HISO2NR + OH H2O +SO2NR糖精是磺酰亚胺化合物，其学名叫邻磺酰苯甲酰亚胺，约比蔗糖甜500倍， 难溶于水，商品为其钠盐。C0SO2NNa 2HCl磺胺药物是一类对氨基苯磺酰胺的衍生物。它们具有抗菌性能，尤其是对链 球菌和葡萄球菌类特别有效。自1932年发现了含有磺酰胺的偶氮染料“百浪多 息、”(Prontosil)对链球菌和葡萄球菌有很好抑制作用后，并且在1936年确证 它的有效成分是在体内的代谢产物对氨基苯磺酰胺，从而推动了对磺胺药物 的研究和合成，迎来了化学疗法的新时代。在青霉素问世之前，磺胺类药物是最广泛使用的抗菌素。所有这些磺胺药都具有对氨基苯磺酰胺的基本骨架，它们的 抗菌作用是由于对氨基苯磺酰胺干扰了细菌生长所必需的叶酸的合成所致。h2nQn=体 h2-so2nh2NH2百浪多息虽后因抗生素的相继问世，磺胺药物的使用减少了，但对某些疾病仍有一定 治疗价值。目前常用的磺胺药物有以下几种：磺胺对甲氧嘧啶（SMD）、磺胺二 甲嘧啶（SM2 X磺胺噻唑甲氧基哒嗪（SMP）、磺胺胍（SG）。第一节含磷有机化合物NH3H被-R取代.胺A铵盐PH3 麟鳞盐1. 伯麟 RPH2 ;仲麟 R2PH ;叔麟 R3P；季鳞盐R4P+X-2. 亚磷酸（三价磷）ZOH（亚磷酸ho-p、oh烷基亚膦酸 RPOH二烷基亚膦酸 R：pOH亚膦酸酯RP：.'°HOR3 .麟酸及其衍生物（五价磷）：磷酸中羟基被烃基取代的衍生物。广H0、定0H0、0H磷酸R0、R0;P=0R0磷酸酯R-P*0P i_| H0 0H麟酸/ORR-P、【0、0R麟酸酯R、p：=-0R、0H次麟酸旨P次麟酸酯4.麟烷（五价磷）Et。EtO、OHEtO 0*日0C6H5C6HP-0ERP = CH2I 2R亚甲基三烃基麟1.麟 亚麟酸和麟酸的命名，在相应的类名前加上烃基的名称。_ 、Q（5三苯麟苯麟酸2 .凡属含氧的酯基，都用前缀O-烷基表示:苯基亚麟酸乙酯o,o二乙基磷酸酯0,0二乙基苯麟酸酯曰0、Q 曰0P、SHC6H5。C6H50；P=0C6H50O,O二乙基硫代磷酸酯0,0,0-三苯基磷酸酯3. 含PX或P-N键的化合物可看作含氧酸的一0H基被X, NH2取代后所形成的酰卤和酰胺。曰。必EtO'、ClCl%H&苯麟酰氯0,0二乙基硫代磷酰氯三膦及季鳞盐1.麟的制备(1).格氏试剂常制备叔麟PCI + 3C6H_MgBx (C H XP +3MgBrCl365 3(j 恤+ PCl3'乙醪顼 ”'2+ MgBrCl|h2o/oh-CTOH)2 hnoQ*oh)2J +PCl3 ACH；产2> /HxpCl2”CL-AlCl3+ CH3CH2MgCl33千醚 -ch2ch ch332. 麟的氧化反应OlHcJcP(lHcJcPO6 5 3 HO 6 532 2三苯麟的氧化过程，实质上可以看成由磷原子上的未成键电子对与氧原子 形成。配键，并利用它的空3d轨道，接受氧原子的未成键电子对而形成d-pn 键。第三胺也能被氧化为氧化第三胺(R3N-O )，但是N , O之间的键是依靠 氮原子上的未共用电子对与氧原子形成的。配键，要比P=O键弱得多(见表 15-3 )。所以，氧化第三胺不如氧化叔麟稳定，它甚至可以被叔麟脱氧还原为胺。 由此可见，P,O之间形成的d-pn键附加在。配键上大增强了 P ,0原子间的键 合程度。Ph3N一。+ PPh3 Ph3N ： + O-PPh33. 生成季鳞盐(CH3)3N + CH3Br (CH3)4N+ Br-3CH<MgBr + PCl (C H ) P_CH3B (C<H<)P+ -CH Br-536 5 36 5 33麟具有较强的亲核性，易与卤代烃进行亲核取代反应，形成鳞盐。一 +-R3P + R'XR3P-R'X烷基麟分子中，随着P上的烃基增加，烃化反应活性增大。R3P > R2PH > RPH2胺的烃化反应顺序恰好相反:R3N V R2NH VRNH2原因是氮原子的体积较小，取代基的空间效应要比体积较大的磷原子突出。结构测定表明，三甲麟分子中C-P-C键角为99°C ,而三甲胺分子中的CNC键角为108 °C。磷原子上未成键电子对比较暴露，易于接近缺电子中心，而显示较强的给电子性。例如，三苯麟易与漠甲烷反应生成季鳞盐、漠化甲基三苯麟，而三苯胺则不发生类似的反应。(CH'P + CH3-Br(C6H5)3P-CH3-B- ' 6 5 3333H3CH3C油3H3CH3C 99：'CH3叔麟较强的给电子性，还突出地表现在与过渡金属的配位能力上，它要比胺强得多。叔麟与过渡金属所形成的络合物，例如，三苯麟铑氯络合物(又叫Wilkinson催化剂)在有机催化反应中具有特别重要的意义。-PPh2Ph2PCl4 . Witting反应(维狄希反应)(1)磷叶立德一Witting试剂PPh3 + CH3BrPh3P+ -CH3Br- ±hLPh3P=CH2 二Ph3P+ -CH2-(2 ) Witting反应 Witting试剂与醛、酮的反应称为维狄希反应反应过程：(C6H5)3P=CHC6H5OCH2-P+ Ph3+ C6H5CH=°- C6H5CH=CHC6H5一 C卜CH2-P+ PhL丁C° CH2-PPh3O=PPh3 +产ph3 p 叩*f o-1R-oR_厂厂R'0一PPh3R_R'RQQR'OPPh3特点：I.具有高度选择性而不发生重排。II. C=O 转变 为C=C。III. 烯烃中双键的位置可由醛、酮分子中羰基位置确定。IV. 主要用途是合成烯烃类化合物。V. 用于制备Witting试剂的卤代烃不能用叔卤代烃。VI. 烯烃的立体化学即顺、反异构体不能准确预测。）c=o + Rc-pph, ）c=cR + opph'R 3R'3（其中 R,R'=H;R;Ar;COOR等）？Witting反应在有机合成上已获得了广泛的应用。例如:CH.Br Ph3P* Ph PCH B； NaH > Ph p-CH.°CH333 DMSO 32J 264%CHCL '一3 PhP-CHCl Ph2C=OPh C=CHCl BuLi-60°C22 C3267%（自学）THANKS !致力为企业和个人提供合同协议，策划案计划书，学习课件等等打造全网一站式需求欢迎您的下载，资料仅供参考