酸催化缩合与分子重排.ppt
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,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。,3.1.1 FriedelCrafts 反应,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 FriedelCrafts 反应,1.Friedel-Crafts 烷基化反应,分子内FC烃基化反应可用于芳环稠合,3.1 酸催化缩合反应,3.1.1 FriedelCrafts 反应,1.Friedel-Crafts 烷基化反应,类似于芳烃，烯烃也能发生FC烃基化反应,反应机理可能为,3.1 酸催化缩合反应,3.1.1 FriedelCrafts 反应,1.Friedel-Crafts 烷基化反应,类似于芳烃，烯烃也能发生FC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,3.1 酸催化缩合反应,3.1.1 FriedelCrafts 反应,1.Friedel-Crafts 烷基化反应,2.FC酰基化反应,1)用FriedelCrafts反应合成酮,3.1 酸催化缩合反应,3.1.1 FriedelCrafts 反应,1)用FriedelCrafts反应合成酮,2.FC酰基化反应,3.1 酸催化缩合反应,3.1.1 FriedelCrafts 反应,1)用FriedelCrafts反应合成酮,2.FC酰基化反应,3.1 酸催化缩合反应,3.1.1 FriedelCrafts 反应,1)用FriedelCrafts反应合成酮,2.FC酰基化反应,3.1 酸催化缩合反应,3.1.1 FriedelCrafts 反应,1)用FriedelCrafts反应合成酮,2.FC酰基化反应,3.1 酸催化缩合反应,3.1.1 FriedelCrafts 反应,2)FreidelCrafts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.FC酰基化反应,3.1 酸催化缩合反应,3.1.1 FriedelCrafts 反应,2)FreidelCrafts反应合成醛,2.FC酰基化反应,3.1 酸催化缩合反应,3.1.1 FriedelCrafts 反应,2)FreidelCrafts反应合成醛,2.FC酰基化反应,3.1 酸催化缩合反应,3.1.1 FriedelCrafts 反应,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,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,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,2.交叉缩合,醛或酮及其衍生物的反应,3.1 酸催化缩合反应,X:CF3,MeO,F,Cl,X:CN,CONH2,2.交叉缩合,醛或酮及其衍生物的反应,3.1 酸催化缩合反应,3.酮与酰卤或酸酐的缩合,醛或酮及其衍生物的反应,3.1 酸催化缩合反应,3.酮与酰卤或酸酐的缩合,醛或酮及其衍生物的反应,3.1 酸催化缩合反应,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。,1.Mannich reaction,3.1.3 Mannich reaction,3.1 酸催化缩合反应,1.Mannich reaction,3.1.3 Mannich reaction,3.1 酸催化缩合反应,1.Mannich reaction,3.1.3 Mannich reaction,3.1 酸催化缩合反应,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，不饱和羰基化合物,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,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,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,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,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，-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,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,1.烯胺的生成,3.1.4 烯胺,3.1 酸催化缩合反应,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-碳原子(即初始羰基化合物的碳原子)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。,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,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,3.1.5-皮考啉反应（Picoline）,3.1 酸催化缩合反应,3.1.5-皮考啉反应（Picoline）,3.1 酸催化缩合反应,3.1.6 Prins reaction,3.1 酸催化缩合反应,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。,3.2.1 频哪醇频哪酮重排,3.2 酸催化分子重排,Beckmann重排,3.2 酸催化分子重排,烯丙基重排,3.2 酸催化分子重排,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。,反应速度=k氢化偶氮苯H+2,3.2.4 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：,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。,3.2.4 联苯胺重排,3.2 酸催化分子重排,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。,Schmidt重排,3.2 酸催化分子重排,Schmidt重排反应历程为：,Schmidt重排,3.2 酸催化分子重排,重排反应速率为：二烷基酮烷基芳基酮二芳基酮,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,若HN3过量(2个物质的量以上)，则生成“四唑”产物,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,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OO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：,R为烷基或芳基,烷基之间移位的次序为：叔R仲RPrHEtMe,氢过氧化物重排,3.2 酸催化分子重排,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。,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：RCOPhCH2CO 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。,
