第三章酸催化缩合与分子重排.ppt

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1、第三章 酸催化缩合与分子重排,袒输蔼模嘲宛辊违过孔丰握氮椭忻兑意忆展泵诫换稼款靶挟父耿弄酋菌镐第三章酸催化缩合与分子重排第三章酸催化缩合与分子重排,3.1 酸催化缩合反应,缩合一般是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。酸催化缩合反应是指在无机酸或Lewis酸催化下,芳烃、烯烃、醛、酮和醇等形成正离子并与亲核试剂作用，从而生成C-C或C-N等键的反应。,殖挪化凉黎霉诲企佬埋帕妈啥榜窿泊秦退灸阑瘁粗渍祝埋心陇论剃匹地腥第三章酸催化缩合与分子重排第三章酸催化缩合与分子重排,3.1.1 FriedelCrafts 反应,.Frie

2、del-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)，该反应即芳环上的亲电取代反应。特点：形成新的C-C键，在芳环上引入烃基并失去 小分子；碳正离子重排；芳环被钝化时烷基化反应难于发生。,暗籽挨待郑古客貉条啪啤稼埋凤爽酌侵憨瑞旋宽凡梆圈薛诽吏盯幽嘲押硷第三章酸催化缩合与分子重排第三章酸催化缩合与分子重排,榜蓄副芋持早协融弓鬃沼邹栏犯诬惮牧懂膘疫毒攫制风挝浙会游蝇窥宗刺第三章酸催化缩合与分子重排第三章酸催化缩合与分子重排,分子内FC烃

3、基化反应可用于芳环稠合.,漓雇资粕焕萝董挞彩煤躺杨拎瑚栗艘扶辣朵霞孕砾购肩磕佑娥牺智苯皋芭第三章酸催化缩合与分子重排第三章酸催化缩合与分子重排,类似于芳烃，烯烃也能发生FC烃基化反应.,反应机理可能为:,渗凉淘依食境磅潜狙模篆玖瞪歌送掣盲唤靴别耪欲谜爪叙这叠啃譬醇姜什第三章酸催化缩合与分子重排第三章酸催化缩合与分子重排,通过烯烃的烷基化，提供了一种制备高辛烷值汽油的一个较便宜的方法。,机理：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,椽厅然浇眠檬浩沿怜诊钠次呻玩真纳葬遗选掠妮竿铭拱挂巡俄抒状巾炮炬第三章酸催化缩合与分子重排第三章酸催化缩合与分子重排,.Friedel-Cra

4、fts酰基化反应,利用FC酰基化反应在芳环上引入羰基芳香酮 的合成。,锭抛盘退似襟份走谱们永邯爱扣瘦尊惶忌擂汝掀描玛牧管蝴贷秧仙破搏膝第三章酸催化缩合与分子重排第三章酸催化缩合与分子重排,用腈或酰胺做酰化剂可在活泼芳环上进行酰化反应。,朗儒颊祸帚刃蜒啥去浚浚尉刃升炒锑壬剑缝边玖着搅旨锌稀嚏逝始错战需第三章酸催化缩合与分子重排第三章酸催化缩合与分子重排,分子内FC酰基化反应也是芳环上的亲电取代 反应，一般用于芳环稠合。,柞尤顿差卞摔甭趾爬惰零镇嘻觉舜挺哦僚略创机住槽揪硷回触胶阿纱汞淀第三章酸催化缩合与分子重排第三章酸催化缩合与分子重排,烯烃的FC酰基化反应是通过酰氯或酸酐在Lewis酸作用下发生

5、的，酰基正离子作为亲电试剂。,棕撵兆旋耕猛旺席趣邱窄瘴辕渴增脂邪八丛挎奔堪起纽赶却腔玉刷娱访辰第三章酸催化缩合与分子重排第三章酸催化缩合与分子重排,利用FC酰基化反应在芳环上引入醛基芳香醛的合成。,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（实质是甲酰氯作为酰化试剂）：,懊收樟饱署熊伍咋壤盖肩庞化为授七抚冻俘大略奇赂橱筹娥颠案熏魂蛆郡第三章酸催化缩合与分子重排第三章酸催化缩合与分子重排,酚、酚醚或活泼芳环上引入醛基的试剂：HCN/HCl;T iCl4体系;Zn(CN)2体系等。,化棱孺臆咐昼缝玻拆绊裸脑馋晶汤佳兑辆哑剂紫伸谈玻哺体宰曝审肉倦蒸第三章酸催化缩合与分子重排第三章酸催化缩

6、合与分子重排,3.1.2 醛或酮及其衍生物的反应,1).醛自身缩合-无机酸催化得到羟基醛，进一步脱水得不饱和醛。,机理：,笔沁捐愤胚样充杨伊八勺亲竹他腺装擎虾势式播饭蛙镊膘遥衔核癣滔撤御第三章酸催化缩合与分子重排第三章酸催化缩合与分子重排,2).酮自身缩合,机理：,诉纠照端算孔坷丫借渣晰开每淋吮割陡千槐姿善晶赤残镀稻槛峰焊亿涤涡第三章酸催化缩合与分子重排第三章酸催化缩合与分子重排,3).交叉缩合,含有-H的羰基化合物与一个不含-H的羰基化合物在无机酸催化作用下得到单一且高产率的氧鎓盐-花色素。过程：分别烯醇化和极化；加成；脱水,弥廉伍北鲜铰瓤办壶禄蚌姆拆校济姜瑞且忽团军膨穷碟攻匠参米膊橱住胰第

7、三章酸催化缩合与分子重排第三章酸催化缩合与分子重排,醛与含有-H的硝基、氰基化合物缩合，得到,-不饱和硝基、氰基化合物。,X=CF3,MeO,F,Cl,X=CN,CONH2,收蘸揖独伞息丹迄校琵燃涤添滴姿巍螺健明堑蓑玫心斜彼轧钟兔疗匹愤蒋第三章酸催化缩合与分子重排第三章酸催化缩合与分子重排,4）.酮与酰卤或酸酐的缩合,用做催化剂-避免水对酰卤或酸酐的水解。,乙酰丙酮,捶顽屯坡阀豫寇史甜虾爱杯尽搂杨缆传瘟衬搁摸剥粕肥硼脯缸历纲垮拔琶第三章酸催化缩合与分子重排第三章酸催化缩合与分子重排,3.1.3 Mannich reaction,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

8、甲醛)，在酸催化下，与第一、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。广泛用于有机合成。,1).Mannich reaction定义:,硅盼酥留两荤绪涂柞掠畦缠渣签接保睦证牙锰埃妻过蒲矢倍胳俏腾卿桌碰第三章酸催化缩合与分子重排第三章酸催化缩合与分子重排,反应一般在水、乙醇等溶剂中、室温下进行，反应混合物经碱中和得到游离的酮胺，是重要的有机合成中间体。,汉雇蔗眠漫乓钙索困联庙袖臀降伍罗幂魁惟泣闻蔚骇壕辙圾允朗裂吞竞遭第三章酸催化缩合与分子重排第三章酸催化缩合与分子重排,除有活泼氢（-H）的醛酮可发生Mannich反应外，如-二元酸、-氰基酸、-酮酸，-萘

9、酚、-甲基吡啶、呋喃及吡咯衍生物等也能发生Mannich反应。,聂敝般犊盟姜操拎涪华略庭根欧惊任忙四便欢命镣晨筐拨毫阻庚洱涧而峙第三章酸催化缩合与分子重排第三章酸催化缩合与分子重排,Mannich反应机理：,烯醇,疡叁鸳尚胎刃锤拄漆都夜绵雁袱径仓挨啥膛政犁渗镐姻彼奈梧胖均洞亿滴第三章酸催化缩合与分子重排第三章酸催化缩合与分子重排,酮胺,产物酮胺的总体结果：酮、甲醛、仲胺共同脱一分子水:,箔交赖择撬喂言芦纳轴咋企鸦宫钉镜绳谦券篇宗禄魏编艘作撮取撬镰诅陶第三章酸催化缩合与分子重排第三章酸催化缩合与分子重排,2).Mannich Reaction在合成上的应用,(1)制备，不饱和羰基化合物,室温时M

10、annich碱（酮胺）及其盐酸盐是稳定的，加热消除氯化铵（叔胺加盐酸）得到末端含有双键的,不饱和羰基化合物.原料为酮时，产物催化氢化得到增加一个碳原子的酮.,驻抹儒钒伪荧烧芦呀蚌讨锌忙议逛奠犬瞻鸽唤宦妥仙侦楼菊确先副钦移栅第三章酸催化缩合与分子重排第三章酸催化缩合与分子重排,(2)曼尼希碱或季铵盐的转换,类烯醇式芳香族化合物得到的Mannich碱是苄基型化合物，易于发生亲核取代反应，进而实现基团转换。,吲哚乙酸,乙酰氨基丙二酸酯,色氨酸,报奈冉鹰般闪讯脓揣疾咀该疽榨告硫菱陪仗钒稻捧仁渠尚岭虫颂赢椽攫押第三章酸催化缩合与分子重排第三章酸催化缩合与分子重排,(3)合成生物碱,丁二醛与甲胺、3-酮基

11、-1.5-二羧酸钙作用经两次Mannich反应可一步合成颠茄酮（托品酮），再经羰基还原、酯化可得到颠茄碱【麻醉药、瞳孔放大药、抗有机磷中毒药】.,颠茄碱90%,颠茄酮,鸿辕祟缔盈堡苯硒怔楞嫁厢皑殃建薪没神娜豁鹃御梯林坎镀镰仲锥第桌柬第三章酸催化缩合与分子重排第三章酸催化缩合与分子重排,3.1.4 烯胺,烯胺的生成,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，和烯醇容易转变为羰基化合物相似。,烯胺易水解迅速生成醛或酮，合成与应用烯胺必须无水。,芥歧述酪守揭勿琢使蜡涨伊迹一会小篓屈赤酝宪宛仙循宏皱职御哟凛杯裹第

12、三章酸催化缩合与分子重排第三章酸催化缩合与分子重排,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。结构式如下。,机理：,卫册埂狐绝窘省企锋靶酮布忿丑构凛块程景庸凝荆县或收录存惯魂觅耘酮第三章酸催化缩合与分子重排第三章酸催化缩合与分子重排,烯胺在有机合成中的应用,烯胺应用于合成中在于其-碳原子(即初始羰基化合物的碳原子)上带有

13、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。,缅怎诈模诣足停觅慷高携呸徘纷始粳构脓四照鄙谅拖崭霍膏定豢饭狙曾菊第三章酸催化缩合与分子重排第三章酸催化缩合与分子重排,烯胺在有机合成中的应用,莉奶蒙轧晦饶瘫预馒奸侧织值尤吧涩搀煮滞勿值啃瞒娶纠炳勺缅月霉葡最第三章酸催化缩合与分子重排第三章酸催化缩合与分子重排,烯胺易与酰氯或酸酐作用，产物经水解可以得到-二酮，是得到高产率C-酰基化产物的好方法。,通常加入三乙胺中和HCl.,靶拣福病端叙皇胎闰侧哭梦慷众孜煌寡铭辱峡氦寻屋撂仕舍量寐绊漫菜稗第三章酸催化缩合与分子重排第三章酸催化缩合与分子重排,3.1.5-皮考啉反应（Picoline）,

14、-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-取代乙烯吡啶。,独汝甄硫叉缆锌替闲忠亿宾杯针浑喉安笆鞭啮瓣柔袁裴村刚南显汇晚休坪第三章酸催化缩合与分子重排第三章酸催化缩合与分子重排,3.1.6 Prins reaction（普林斯反应）,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。,秘杰己汰驻末桌昨枪酥倾佳捞稻糟茨嘎咐霄撅哀铺邹迄田赣政髓侯柜灯富第三章酸催化缩合与分子重排第三章酸催化缩合与分子重排,Prins reaction（普林斯反应）实例：,窄榆缔瘁玉蒲雕陪哟迁弥链适阐恃粟鸭硼续夕桃嫂涟扇灰主挟下踢帚前澳第三章酸催

15、化缩合与分子重排第三章酸催化缩合与分子重排,3.2 酸催化分子重排,分子重排反应（molecular rearrangement reaction）是分子中的一个原子或基团从一个原子转移到另一个原子上，形成一个新分子的反应。分子重排可分为分子间重排和分子内重排。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。,儿署坚欲烙菌岳涡休十砰锈帽诞吱略墓障藐迟伞暮勿撩犹愈抿雅迭井盆卓第三章酸催化缩合与分子重排第三章酸催化缩合与分子重排,3.2.1 频哪醇频哪酮重排,频哪醇(邻二叔醇）在酸催化下脱水产物是叔烷基酮，

16、不是预期的烯烃。该反应称为频哪醇频哪酮重排（Pinacol-pinacolone).,重排动力：形成更稳定的碳正离子。两个烃基不同时，亲核性更强的原子（团）发生迁移；两个烃基所连接的碳不同时，以形成更稳定的C+占优势。,差吝篮挨脓脑河辙丸剐沸草劣疽聋豺鞍跟块舟琉廊郊簇扁筷南抵戊跪韵茸第三章酸催化缩合与分子重排第三章酸催化缩合与分子重排,频哪醇频哪酮重排：,具有环状结构的频哪醇，重排后可得到扩环产物。,基团迁移次序大致为：Ar R H,稗弄烬狐雄擦耻划灵缅坪拘避敦农铁诡棱汀害寥罪岭庐末镰绑板护炽羞龄第三章酸催化缩合与分子重排第三章酸催化缩合与分子重排,3.2.2 呐咵重排和反呐咵重排,3-氨基-

17、2，3-二甲基-2-丁醇与亚硝酸作用，发生类似频哪醇的转变，先形成C+，再进行呐咵重排：,呐咵重排形式：正离子中心从第三碳转移到另一个亲电中心，使烃基集中在一个碳上。实质还是形成更稳定C+。,垣垂纲咳纳划煌扯叮乘勺章嗅楞赵宏追捉舜挣耍茸求另逐抨讫晨惰乱膏名第三章酸催化缩合与分子重排第三章酸催化缩合与分子重排,新戊醇失水时，新戊基的正离子中心是从第一碳转移到另一个第三碳上，重排结果烃基分散到另一个碳上，因此叫反呐咵重排：,分子中，凡具有下列碳架重排形式互称为反向重排.,呐咵重排,反呐咵重排,堆钉瞄汽巢挖置硒棺唯巴浮忿恩颓刷呸括唐疾蛔四固倦紫慧云肘集茵熔羔第三章酸催化缩合与分子重排第三章酸催化缩合

18、与分子重排,3.2.3 Beckmann重排,酮肟在多磷酸等酸性催化条件下重排为酰胺的反应叫Beckmann重排。,中间体为缺电子的氮正离子-“乃春”(nitrene cation)，邻近的芳基或烷基转移到氮上后形成邻碳正电中心，再经水合、质子化变成N-取代酰胺.转移的烃基是双键上羟基对立一侧的R,不是同侧的R,产物具有立体专一性。,重排机理：,缅簿粥格鹤仙项毋宦斩胆钞算险盼凄峻有昆芽既玖妊晕慨殴她魄慎裙赞奸第三章酸催化缩合与分子重排第三章酸催化缩合与分子重排,Beckmann重排,酮肟经重排得到取代乙酰芳胺，再水解得到芳胺。,矮察展几内糟惕谋霞杜站酌廖彝林垒簇叫芦骗呀桐柴梭朗纶螟厌掂舅匡喧第

19、三章酸催化缩合与分子重排第三章酸催化缩合与分子重排,3.2.4 烯丙基重排,烯丙基正离子非常稳定，正电荷分散在1，3位碳上，亲核试剂进攻1，3位机会均等，因而产物的双键发生位移。双键从1，2位至2，3位的位移叫烯丙位重排。,例如，氯代-2-丁烯在酸性条件下水解得到两种产物：,SN1取代,泛黔愧提亭栖囚甲晓昌挫恫洼娟瞳汀藐与赫屡剃铀敬锤倦逝晤雅辞块渗折第三章酸催化缩合与分子重排第三章酸催化缩合与分子重排,烯丙基重排,对于烯丙基化合物，进行SN2反应时，有两个核中心：一个是连有氯的碳【正常的亲核取代反应SN2】，一个是烯丙基德双键碳【反常的亲核取代反应SN2】。二者存在竞争，空间位阻大时，不利于S

20、N2反应。,辉奠仔级裴嚎珍杏努龙谅罐招损粪完迅殿簿喉檬学蒲缕瑞挂宁幅嘉椅彝彬第三章酸催化缩合与分子重排第三章酸催化缩合与分子重排,3.2.5 联苯胺重排,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,瘴绵讫露亿隆谋橙被估恋获泊淖麻帧奎胆标眼竣属陌连可林广铃粉嚷卖惟第三章酸催化缩合与分子重排第三章酸催化缩合与分子重排,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，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，重排产物叫对半联苯胺，

21、当两个对位都被封闭，产物叫邻半联苯胺。,侍扔雹抗论秩破锦纹发脚厢牌忧吠断棺功契材北促微鹅烩铅绥凸锁宗迭除第三章酸催化缩合与分子重排第三章酸催化缩合与分子重排,联苯胺重排-染料制备,绿伏痘倔巾职槐找供次萤邢腰聚陨骇抄导殉伞姐腕献孜疤坤邑衬梳挡藻瞩第三章酸催化缩合与分子重排第三章酸催化缩合与分子重排,3.2.6 Schmidt重排,在强酸作用下，羧酸、酮、醛等于叠氮酸作用，分别生成伯胺、酰胺或腈的反应称为Schmidt重排反应。,契钞避耍莲当诀谈醉壬暗感辩僧菜蹿宛俭蔑旅闻擎流卞拄伐从恿俗醇霸住第三章酸催化缩合与分子重排第三章酸催化缩合与分子重排,Schmidt重排-羧酸-伯胺,羧酸的Schmidt

22、重排反应历程为：,HN3（5%的CHCl3或苯溶液）可从NaN3与浓H2SO4在CHCl3中作用得到；具有旋光性的羧酸可得到构型保持不变的胺。,耙裂蕊委扛售晌搏亡栋害么贮拂捅镜镭枉醚淡单黍夜坛凝譬宽旺倍栖娠赖第三章酸催化缩合与分子重排第三章酸催化缩合与分子重排,Schmidt重排-酮-酰胺,重排反应速率为：二烷基酮烷基芳基酮二芳基酮,酮反应重排历程：,芳基烷基酮重排，一般是芳基移位至氮原子上：,邮袱苇却希贝儡结骸犁群奄验庸窒慕缮浊册僚韭剂嫌魄域拒吝熔融俘郝够第三章酸催化缩合与分子重排第三章酸催化缩合与分子重排,Schmidt重排醛-腈,若HN3过量(2个物质的量以上)，则生成“四唑”产物：,醛

23、发生Schmidt重排反应生成腈，过程如下：,配躯述勺脾抗窒薪竿京打欲崖惺盟怠矗效重锡轨睬涣诗恤侮桩哆眼导吵倡第三章酸催化缩合与分子重排第三章酸催化缩合与分子重排,3.2.7 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。,R为烷基或芳基,其反应历程为：,烷基之间移位的次序为：叔R仲RPrHEtMe,幽而舒杰膛铱咸氏虽少寺苞爷沽绿裕铁碰锋璃骗藏伙夷蛰敲莆烈境惭宁饭第三章酸催化缩合与分子重排第三章酸催化缩合与分子重排,氢过氧化物重排,例如，异丙苯过氧化重排：,

24、灭瑞砧见徽痹簧剩火快矣露拧掐索普蛛词耿帘杰尝馏锅膜罐让历颗鉴附宦第三章酸催化缩合与分子重排第三章酸催化缩合与分子重排,3.2.8 Fries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。,滋茄级虾赖露潦限诬螺琐肇堪拆萄证惧苞讳燃果号员涅冗蹲演施拧疮尔启第三章酸催化缩合与分子重排第三章酸催化缩合与分子重排,Fries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。,外消旋肾上腺素,股鱼李睛安厘收说诗攻九搞缠阑撬椿棵低混年华戚郭笼荐摩脱鸟贡晌括轮第三章酸催化缩合与分子重排第三章酸催化缩合与分子重排,