有机合成化学王玉炉第三版省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第第 3 章章 酸催化缩合与分子重排酸催化缩合与分子重排主讲人：刘环宇主讲人：刘环宇第1页 普通来说，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)形成较大单一分子反应。酸催化缩合反应包含芳烃、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反应。主讲人：刘环宇主讲人：刘环宇第2页3.1 3.1 酸催化缩合反应酸催化缩合反应 1.Friedel-Crafts 烷基化反应烷基化反应芳烃烷基化能够用卤代烃、烯烃、醇、醚、醛和酮等作烷基化试剂，惯用催化芳烃烷基化能够用卤代烃、烯烃、醇、醚、醛和酮等作烷基化试剂，惯用催化剂是无机酸剂是无机酸(如硫酸，盐酸等如硫酸，盐酸等)和和Lewis酸酸(如无水如无水AlCl3、BF3、FeCl3、ZnCl2、SnCl4等等)，该反应常称为芳环上亲电取代反应。，该反应常称为芳环上亲电取代反应。3.1.1 FriedelCrafts 反应反应 主讲人：刘环宇主讲人：刘环宇第3页 Friedel-Carfts烷基化反应易生成多取代物。当所用烷烷基化反应易生成多取代物。当所用烷基化试剂碳原子数为基化试剂碳原子数为3个以上时，烷基往往发生异构化，其个以上时，烷基往往发生异构化，其原因是碳正离子发生重排结果。另外，当芳环上连有吸电原因是碳正离子发生重排结果。另外，当芳环上连有吸电子基团子基团(如如NO2、CN、COCH3等等)时，烷基化反应极时，烷基化反应极难发生甚至不发生。难发生甚至不发生。3.1 3.1 酸催化缩合反应酸催化缩合反应 3.1.1 FriedelCrafts 反应反应 1.Friedel-Crafts 烷基化反应烷基化反应主讲人：刘环宇主讲人：刘环宇第4页分子内分子内F FC C烃基化反应可用于芳环稠合烃基化反应可用于芳环稠合 3.1 3.1 酸催化缩合反应酸催化缩合反应 3.1.1 FriedelCrafts 反应反应 1.Friedel-Crafts 烷基化反应烷基化反应主讲人：刘环宇主讲人：刘环宇第5页类似于芳烃，烯烃也能发生类似于芳烃，烯烃也能发生F FC C烃基化反应烃基化反应 反应机理可能为反应机理可能为3.1 3.1 酸催化缩合反应酸催化缩合反应 3.1.1 FriedelCrafts 反应反应 1.Friedel-Crafts 烷基化反应烷基化反应主讲人：刘环宇主讲人：刘环宇第6页类似于芳烃，烯烃也能发生FC烃基化反应 制备高辛烷值汽油一个较廉价方法 反应首先经过异丁烯二聚，最终一步是碳正离子从叔丁烷夺取负氢离子 3.1 3.1 酸催化缩合反应酸催化缩合反应 3.1.1 FriedelCrafts 反应 1.Friedel-Crafts 烷基化反应主讲人：刘环宇主讲人：刘环宇第7页2.FC酰基化反应酰基化反应1)1)用用FriedelFriedelCraftsCrafts反应合成酮反应合成酮 3.1 3.1 酸催化缩合反应酸催化缩合反应 3.1.1 FriedelCrafts 反应反应 主讲人：刘环宇主讲人：刘环宇第8页1)1)用用FriedelFriedelCraftsCrafts反应合成酮反应合成酮 2.FC酰基化反应酰基化反应3.1 3.1 酸催化缩合反应酸催化缩合反应 3.1.1 FriedelCrafts 反应反应 主讲人：刘环宇主讲人：刘环宇第9页1)1)用用FriedelFriedelCraftsCrafts反应合成酮反应合成酮 2.FC酰基化反应酰基化反应3.1 3.1 酸催化缩合反应酸催化缩合反应 3.1.1 FriedelCrafts 反应反应 主讲人：刘环宇主讲人：刘环宇第10页1)1)用用FriedelFriedelCraftsCrafts反应合成酮反应合成酮 2.FC酰基化反应酰基化反应3.1 3.1 酸催化缩合反应酸催化缩合反应 3.1.1 FriedelCrafts 反应反应 主讲人：刘环宇主讲人：刘环宇第11页1)1)用用FriedelFriedelCraftsCrafts反应合成酮反应合成酮 2.FC酰基化反应酰基化反应3.1 3.1 酸催化缩合反应酸催化缩合反应 3.1.1 FriedelCrafts 反应反应 主讲人：刘环宇主讲人：刘环宇第12页2)Freidel2)FreidelCraftsCrafts反应合成醛反应合成醛 一氧化碳和氯化氢等摩尔混合物可由甲酸和氯磺酸作用制得一氧化碳和氯化氢等摩尔混合物可由甲酸和氯磺酸作用制得 2.FC酰基化反应酰基化反应3.1 3.1 酸催化缩合反应酸催化缩合反应 3.1.1 FriedelCrafts 反应反应 主讲人：刘环宇主讲人：刘环宇第13页2)Freidel2)FreidelCraftsCrafts反应合成醛反应合成醛 2.FC酰基化反应酰基化反应3.1 3.1 酸催化缩合反应酸催化缩合反应 3.1.1 FriedelCrafts 反应反应 主讲人：刘环宇主讲人：刘环宇第14页2)Freidel2)FreidelCraftsCrafts反应合成醛反应合成醛 2.FC酰基化反应酰基化反应3.1 3.1 酸催化缩合反应酸催化缩合反应 3.1.1 FriedelCrafts 反应反应 主讲人：刘环宇主讲人：刘环宇第15页3.1.2 3.1.2 醛或酮及其衍生物反应醛或酮及其衍生物反应 1.1.本身缩合本身缩合 3.1 3.1 酸催化缩合反应酸催化缩合反应 主讲人：刘环宇主讲人：刘环宇第16页3.1.2 3.1.2 醛或酮及其衍生物反应醛或酮及其衍生物反应 1.1.本身缩合本身缩合 3.1 3.1 酸催化缩合反应酸催化缩合反应 主讲人：刘环宇主讲人：刘环宇第17页3.1.2 3.1.2 醛或酮及其衍生物反应醛或酮及其衍生物反应 1.1.本身缩合本身缩合 3.1 3.1 酸催化缩合反应酸催化缩合反应 主讲人：刘环宇主讲人：刘环宇第18页2.2.交叉缩合交叉缩合 3.1.2 3.1.2 醛或酮及其衍生物反应醛或酮及其衍生物反应 3.1 3.1 酸催化缩合反应酸催化缩合反应 主讲人：刘环宇主讲人：刘环宇第19页X:CF3,MeO,F,Cl X:CN,CONH2 2.2.交叉缩合交叉缩合 3.1.2 3.1.2 醛或酮及其衍生物反应醛或酮及其衍生物反应 3.1 3.1 酸催化缩合反应酸催化缩合反应 主讲人：刘环宇主讲人：刘环宇第20页3.3.酮与酰卤或酸酐缩合酮与酰卤或酸酐缩合 3.1.2 3.1.2 醛或酮及其衍生物反应醛或酮及其衍生物反应 3.1 3.1 酸催化缩合反应酸催化缩合反应 主讲人：刘环宇主讲人：刘环宇第21页3.3.酮与酰卤或酸酐缩合酮与酰卤或酸酐缩合 3.1.2 3.1.2 醛或酮及其衍生物反应醛或酮及其衍生物反应 3.1 3.1 酸催化缩合反应酸催化缩合反应 主讲人：刘环宇主讲人：刘环宇第22页1.Mannich reaction3.1.3 Mannich reaction3.1 3.1 酸催化缩合反应酸催化缩合反应 含有烯醇式或潜在烯醇式结构化合物含有烯醇式或潜在烯醇式结构化合物(如一些炔类化合物如一些炔类化合物)与醛与醛(通通常为甲醛常为甲醛)，在酸催化下，与第一、第二胺反应，生成胺甲基化衍生，在酸催化下，与第一、第二胺反应，生成胺甲基化衍生物反应，叫做物反应，叫做Mannich reaction或曼氏反应。该反应广泛用于有机合或曼氏反应。该反应广泛用于有机合成。成。主讲人：刘环宇主讲人：刘环宇第23页1.Mannich reaction3.1.3 Mannich reaction3.1 3.1 酸催化缩合反应酸催化缩合反应 主讲人：刘环宇主讲人：刘环宇第24页1.Mannich reaction3.1.3 Mannich reaction3.1 3.1 酸催化缩合反应酸催化缩合反应 主讲人：刘环宇主讲人：刘环宇第25页1.Mannich reaction3.1.3 Mannich reaction3.1 3.1 酸催化缩合反应酸催化缩合反应 主讲人：刘环宇主讲人：刘环宇第26页2.Mannich Reaction在合成上应用在合成上应用3.1.3 Mannich reaction3.1 3.1 酸催化缩合反应酸催化缩合反应(1)制备制备，不饱和羰基化合物不饱和羰基化合物 主讲人：刘环宇主讲人：刘环宇第27页2.Mannich Reaction在合成上应用在合成上应用3.1.3 Mannich reaction3.1 3.1 酸催化缩合反应酸催化缩合反应(2)曼尼希碱或季铵盐转换曼尼希碱或季铵盐转换 主讲人：刘环宇主讲人：刘环宇第28页2.Mannich Reaction在合成上应用在合成上应用3.1.3 Mannich reaction3.1 3.1 酸催化缩合反应酸催化缩合反应(2)曼尼希碱或季铵盐转换曼尼希碱或季铵盐转换 主讲人：刘环宇主讲人：刘环宇第29页2.Mannich Reaction在合成上应用在合成上应用3.1.3 Mannich reaction3.1 3.1 酸催化缩合反应酸催化缩合反应(3)合成生物碱合成生物碱主讲人：刘环宇主讲人：刘环宇第30页2.Mannich Reaction在合成上应用在合成上应用3.1.3 Mannich reaction3.1 3.1 酸催化缩合反应酸催化缩合反应(3)合成生物碱合成生物碱主讲人：刘环宇主讲人：刘环宇第31页1.烯胺生成烯胺生成3.1.4 烯胺烯胺 3.1 3.1 酸催化缩合反应酸催化缩合反应 烯胺烯胺(enamines)是分子中氨基直接与双键碳原子相连化合物。烯胺是分子中氨基直接与双键碳原子相连化合物。烯胺也叫也叫，-不饱和胺，烯胺分子中氮原子上有氢原子时轻易转变为亚胺，不饱和胺，烯胺分子中氮原子上有氢原子时轻易转变为亚胺，与烯醇轻易转变为羰基化合物相同。与烯醇轻易转变为羰基化合物相同。主讲人：刘环宇主讲人：刘环宇第32页1.烯胺生成烯胺生成3.1.4 烯胺烯胺 3.1 3.1 酸催化缩合反应酸催化缩合反应 制备烯胺惯用醛或酮与仲胺在脱水剂制备烯胺惯用醛或酮与仲胺在脱水剂(如无水碳酸钾如无水碳酸钾)存在下反应，存在下反应，加苯、或甲苯、二甲苯把生成水带出，并加入对甲基苯磺酸等作催化剂加苯、或甲苯、二甲苯把生成水带出，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水即可很轻易制得。近年来，在制备烯胺加热，用共沸蒸馏法除去生成水即可很轻易制得。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，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，它们反应活性降低次序为：吡咯烷、吗啉和哌啶。仲胺常为环状化合物，它们反应活性降低次序为：吡咯烷、吗啉和哌啶。它们结构式以下它们结构式以下 主讲人：刘环宇主讲人：刘环宇第33页1.烯胺生成烯胺生成3.1.4 烯胺烯胺 3.1 3.1 酸催化缩合反应酸催化缩合反应 主讲人：刘环宇主讲人：刘环宇第34页2.烯胺在有机合成中应用烯胺在有机合成中应用3.1.4 烯胺烯胺 3.1 3.1 酸催化缩合反应酸催化缩合反应 烯烯胺胺在在有有机机合合成成中中应应用用在在于于它它-碳碳 原原 子子(即即初初始始羰羰基基化化合合物物碳碳原原子子)上上 带带有有 部部 分分 负负 电电 荷荷。所所以以，可可作作为为亲亲核核试试剂剂与与卤卤代代烷烷、酰酰卤卤或或亲亲电电性性烯烯烃烃反反应应。主讲人：刘环宇主讲人：刘环宇第35页2.烯胺在有机合成中应用烯胺在有机合成中应用3.1.4 烯胺烯胺 3.1 3.1 酸催化缩合反应酸催化缩合反应 主讲人：刘环宇主讲人：刘环宇第36页2.烯胺在有机合成中应用烯胺在有机合成中应用3.1.4 烯胺烯胺 3.1 3.1 酸催化缩合反应酸催化缩合反应 主讲人：刘环宇主讲人：刘环宇第37页3.1.5 -皮考啉反应（皮考啉反应（Picoline）3.1 3.1 酸催化缩合反应酸催化缩合反应 主讲人：刘环宇主讲人：刘环宇第38页3.1.5 -皮考啉反应（皮考啉反应（Picoline）3.1 3.1 酸催化缩合反应酸催化缩合反应 主讲人：刘环宇主讲人：刘环宇第39页3.1.6 Prins reaction 3.1 3.1 酸催化缩合反应酸催化缩合反应 主讲人：刘环宇主讲人：刘环宇第40页3.2 酸催化分子重排酸催化分子重排 分子重排反应（molecular rearrangement reaction）是分子中一个基团或原子从一个原子转移到另一个原子上，形成一个新分子反应。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一样分子。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分子，仅从分子一部分迁移至分子另一部分。重排是一个复杂有机化学现象。在有机合成中，一些重排经常是所需反应竞争反应，合成中应以防止，一些重排可提供巧妙合成路径，应尽可能加以利用。主讲人：刘环宇主讲人：刘环宇第41页3.2.1 频哪醇频哪酮重排频哪醇频哪酮重排3.2 酸催化分子重排酸催化分子重排 主讲人：刘环宇主讲人：刘环宇第42页3.2.2 Beckmann重排3.2 酸催化分子重排酸催化分子重排 主讲人：刘环宇主讲人：刘环宇第43页3.2.3 烯丙基重排烯丙基重排3.2 酸催化分子重排酸催化分子重排 主讲人：刘环宇主讲人：刘环宇第44页3.2.4 联苯胺重排联苯胺重排3.2 酸催化分子重排酸催化分子重排 联苯胺（联苯胺（Benzidine）重排是指氢化偶氮苯化合物重排成）重排是指氢化偶氮苯化合物重排成4，4-二氨基联苯反应。二氨基联苯反应。反应速度反应速度=k氢化偶氮苯氢化偶氮苯H+2主讲人：刘环宇主讲人：刘环宇第45页3.2.4 联苯胺重排联苯胺重排3.2 酸催化分子重排酸催化分子重排 已经知道，两种不一样氢化偶氮苯在同一体系中发生重排时，反应已经知道，两种不一样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：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，重排能够发生在氨基邻位。假如其中苯环只有一当对位有取代基封闭时，重排能够发生在氨基邻位。假如其中苯环只有一个对位被封闭，重排产物叫做对半联苯胺，假如两个对位都被封闭，产物叫做个对位被封闭，重排产物叫做对半联苯胺，假如两个对位都被封闭，产物叫做邻半联苯胺。邻半联苯胺。主讲人：刘环宇主讲人：刘环宇第46页3.2.4 联苯胺重排联苯胺重排3.2 酸催化分子重排酸催化分子重排 主讲人：刘环宇主讲人：刘环宇第47页3.2.5 Schmidt重排重排3.2 酸催化分子重排酸催化分子重排 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（腈反应称为施密特（Schmidt）重排反应。）重排反应。主讲人：刘环宇主讲人：刘环宇第48页3.2.5 Schmidt重排重排3.2 酸催化分子重排酸催化分子重排 Schmidt重排反应历程为：重排反应历程为：主讲人：刘环宇主讲人：刘环宇第49页3.2.5 Schmidt重排重排3.2 酸催化分子重排酸催化分子重排 重排反应速率为：重排反应速率为：二烷基酮二烷基酮烷基芳基酮烷基芳基酮二芳基酮二芳基酮主讲人：刘环宇主讲人：刘环宇第50页3.2.5 Schmidt重排重排3.2 酸催化分子重排酸催化分子重排 芳基烷基酮重排，普通是芳基移位至氮原子上芳基烷基酮重排，普通是芳基移位至氮原子上 若若HNHN3 3过量过量(2(2个物质量以上个物质量以上)，则生成，则生成“四唑四唑”产物产物 主讲人：刘环宇主讲人：刘环宇第51页3.2.5 Schmidt重排重排3.2 酸催化分子重排酸催化分子重排 醛发生醛发生SchmidtSchmidt重排反应生成腈重排反应生成腈 若若HNHN3 3过量过量(2(2个物质量以上个物质量以上)，则生成，则生成“四唑四唑”产物产物 主讲人：刘环宇主讲人：刘环宇第52页3.2.6 氢过氧化物重排氢过氧化物重排3.2 酸催化分子重排酸催化分子重排 烃类化合物用空气或烃类化合物用空气或H2O2氧化得到氢过氧化物。氢过氧化物在酸或氧化得到氢过氧化物。氢过氧化物在酸或Lewis酸作用酸作用下，发生下，发生OO键断裂同时，烃基从碳原子转移到氧原子上重排反应，称为氢过氧键断裂同时，烃基从碳原子转移到氧原子上重排反应，称为氢过氧化物重排反应。化物重排反应。其反应历程为：其反应历程为：R R为烷基或芳基为烷基或芳基 烷基之间移位次序为：烷基之间移位次序为：叔叔R仲仲RPrHEtMe 主讲人：刘环宇主讲人：刘环宇第53页3.2.6 氢过氧化物重排3.2 酸催化分子重排酸催化分子重排 主讲人：刘环宇主讲人：刘环宇第54页3.2.7 Fries重排重排3.2 酸催化分子重排酸催化分子重排 酚酯类酚酯类(包含脂肪和芳香酸酯类包含脂肪和芳香酸酯类)，在，在Lewis酸催化下受热，酰基从酚酸催化下受热，酰基从酚氧上重排到芳环碳上，生成邻或对羟基芳酮反应，称为弗瑞斯氧上重排到芳环碳上，生成邻或对羟基芳酮反应，称为弗瑞斯(Fries)重排重排反应。反应。主讲人：刘环宇主讲人：刘环宇第55页3.2.7 Fries重排重排3.2 酸催化分子重排酸催化分子重排 酚酯结构对重排影响很大。不一样酯发生重排活性为：酚酯结构对重排影响很大。不一样酯发生重排活性为：RCOPhCH2CO PhCH2CH2CO PhCO,即脂肪羧酸酯较芳香酯轻易重排，即脂肪羧酸酯较芳香酯轻易重排，芳环上间位定位基妨碍重排发生，邻对位定位基则有利于重排，若芳环上仅芳环上间位定位基妨碍重排发生，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、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。间烷基则主要得邻羟基酮。主讲人：刘环宇主讲人：刘环宇第56页