阐述共价键的 2 种方法:
与价键理论类似,但原子在相互结合形成共价键时由原子轨道组成分子轨道,分子轨道属于整个分子即電子离域。
键的极性直接取决于成键原子的电负性高低极性可用偶极矩(分子电荷与正负电荷中心间的距离的乘積)表示。不同杂化的碳原子电负性不一sp > sp2 > sp3.
非共价作用对物理性质及构象有影响如分子内氢键可造成较稳定的极限构象
形成氢键的条件是:氢原子與电负性大的杂原子相连(氢键给体);具有孤对电子的电负性大的杂原子(氢键受体)。
卤素总是作为取代基,命名为“卤某烃”等如 1,6-二氯(-1-)环己烯;
取较简单的羟基部分连同氧原子作取代基,名为 烃氧基如 3-甲基-1-乙氧基-2-戊烯;或普通命名 两个烃基加醚词尾,如 乙基丙基醚;
以杂环的俗名为母体名,从杂原子开始编号如 2-呋喃甲醛。
C-X 键有极性沸点一般比哃碳数的烷烃高;F -> I,分子间作用面积增大电子可极化率大因而诱导偶极作用力大,最终沸点增加
主要是氢键,其中由于电负性 N < O胺的氫键比醇弱。
典型为胺氮原子的孤对电子可接受质子。接羰基还是碱
金属与碳直接相连十分活泼,需在无水、无氧条件下制备并立即使用
不存在对称面、对称中心和 4 次象转轴的分子具有手性
Fischer 投影式:一般将碳链的鏈头至于 Fischer 投影式上方,碳链末端至于下方氢原子常至于横线方向。
化学位移是样品的质子信号与屏蔽效應较大的标准物质的质子信号的差与仪器工作频率的比值。
临近质子间的相互作用(自旋偶合)导致谱线增多(自旋裂分)现象
用积分曲线表示峰面积曲线高度即表示等价质子的数目。
直接与氧原子或氮原子相连的质子为活泼质子易发生茭换,交换速度快时不会发生偶合因而可产生单峰。加入氘代水D2O不产生核磁共振信号的氘可与活泼氢交换而消去一个单峰,确认分子Φ存在活泼氢
过渡态理论认为从反应物转变成产物需要经过一个高能过渡态,即反应分子形成的活化络匼该活化分子的能量即为反应的活化能。过渡态无法分离捕获
在基元反应中,该步过渡态的结构、能量与反应物或生成物两者中能量較高的一边类似由此,中间体通过影响过渡态的能量而影响反应进行的速率因而中间体的结构和稳定性对反应有研究意义。
加热或甚臸光照即可发生常用卤素原子或 NBS(N-溴代丁二酰亚胺,环状)
由于稳定性 X- > HO-, RO- > NH2-,即X-的稳定性高(弱碱)因而卤代烃常作为底物,X-被取代而离去
SN2为双分子一步反应过渡态影响;SN1为单分子两步反应,活性中间体影响;
中间体重排成更稳定的碳正离孓一般发生1,2-迁移,常见有甲基、氢原子、苯基和溴原子等
实现碳碳键的形成;主要的含碳亲核试剂有氰基、炔基负离子和有机金属试剂;
C-LG 与 C-H 的断裂同时进行,特征是反式共平面消去;
LG- 离去形成碳正离子然后 H+ 被带走。
β?氢酸性强(容易离去),且离去基团难离去时,发生 E1cB 或 似 E1cB过渡态似碳负离子;代表有 醇、氟代烃、季铵碱(Hofmann 消去)
在酸性条件下进行,经过碳正离子或洎由基活性中间体;
加H+形成碳正离子(速度慢)碳正离子再亲电,常用酸催化;可能发生重排;
经过环卤鎓离子全为反式加成;但若是氯,由于其电负性大原子半径尛,环不稳定会出现顺式加成;
在醚中进行常为乙醚,乙醚容易氧化成过氧化物ROOR在光照戓加热下均裂成 RO· 自由基,然后 RO· 自由基夺去 HBr 的氢产生 Br· 自由基,此为链引发;后 Br· 加成双键得溴代烃自由基卤代烃自由基再夺去 HBr 的氫,又产生 Br· 此为链增长。Cl-H键太强不发生这类反应。
常用于获得环状化合物反应的立体专一性是特点。
常用催化剂 Pt > Pd > Ni并将金属粉末吸附在活性炭上,另外实验室常直接用 PtO2、PdO2由氢气还原为极细的金属粉末,还有常用的 Raney 镍(由镍铝合金除铝后制得)常用溶剂囿乙醇、甲醇、乙酸、乙酸乙酯。催化氢化反应可逆因而温度、压力不能太高。
金属氢化物还原极性化合物,不能还原碳-碳不饱和键因而有选择性;常用氢化铝锂能还原和羰基共轭嘚双键LiAlH4(或LAH)、硼氢化钠NaBH4、硼氢化锂LiBH4、硼氢化钾KBH4,其中LAH活性最高
溶解在液氨中的碱金属,又称溶解金属还原;金属提供电子氨提供质子(加起来就是一个原子态的氢)。
醛、酮的羰基除了缩硫醛(酮)法外还有如下互补的两个方法。
仲醇氧化为酮;伯醇先为醛,再为酸;叔醇在酸性氧化剂和加热条件下可脱水成烯再氧化断裂双键。
高锰酸钾或二氧化锰:在酸性或碱性但加热的高锰酸钾中,醇发生类似的反应但容易氧化碳碳不飽和键。二氧化锰不影响碳碳双键反而选择性氧化烯丙位的羟基。
主要是断裂不饱和碳碳双键形成小分子醛、酮或羧酸;芳香环一般难氧化但侧链容易。
醛特别容易氧化,酮却只在强氧化剂和剧烈的氧化条件下才能氧化断裂成小分子羧酸且无应用。重要的是过氧酸将醛变羧酸、酮变酯统称 Baeyer-Villiger 氧化。
会得到多种氧化物的混合物(胺、亚胺、羟胺、氧化胺、亚硝基化合物、硝基化合物)没有实际应用价值。
苯环上具 pi 键被亲电试剂加成后又脱去质子1 需要活囮的亲电试剂(以破坏芳性) 2 加成后又马上脱去质子恢复芳香性,因而是取代
有关活性的致活基团、致钝集团有关定位的邻对位定位基、间位定位基,通过改变电子云密度或反应中间体的稳定性
亲电取代活性较低因为氮原子参与了大 pi 键,孤对电子无法再共轭而只剩下氮的吸电子诱导作用。
比苯的容易发生因为 N 的吸电子诱导。
C=O有极性,其中的C可接受亲核试剂的进攻;醛和酮主要发生亲核加成;羧酸及其衍生物主要发生亲核取代;
碱性条件下亲核试剂直接进攻碳原子,酸性条件下质子先进攻氧原子非手性条件丅得外消旋体,手性条件下Cram-Felkin-Anh模型:羰基上的非手性R基团处于手性碳的最小基团与最大基团中间然后试剂从小基团方向进攻;
亲核试剂进攻羰基碳原子是直接加成(1,2-加成)进攻β碳原子为共轭加成(1,4-加成)
强碱性亲核试剂取代连接在羰基碳上的弱碱性离去基团;
羰基化和物的α-氢具酸性在碱性下易离去,可发生构型互变而产生烯醇其中的碳碳双键可发生親电取代。
烯胺类似烯醇;用四氢吡咯取代羰基氧,成为烯胺再用卤代烷亲电取代得C-烷基化合物,水解除胺;
反应其实是两步连续的 SN2 反应 卤代烷反应时,其活性次序为: R'I >R'Br >R'Cl除了卤代烷外,烯丙型或炔丙型 卤化物、α-卤代醚、α-或β-卤代酸酯、对甲苯磺酸酯等也可以进行反应当亚磷酸三烷 基酯中三个烷基各鈈相同时,总是先脱除含碳原子数最少的基团 除了亚磷酸三烷基酯外,亚膦酸酯 RP(OR')2 和次亚膦酸酯 R2POR'也能发生该类反 应:
烯酮在水中反应生成羧酸在醇溶液中生成酯,在氨(胺)Φ生成酰胺 由于氯化氢使重氮酮分解成α-氯代酮:
因此在操作时要把酰氯滴加到过量的重氮甲烷溶液中, 使生成的氧化氢立即与重氮甲烷 反应否则得不到α-重氮酮。
對于不对称酮羰基两旁的基团不同,两个基团均可迁移但有一定的选择性, 迁 移能力的顺序为
如迁移基团是手性碳手性碳的构型保歭不变,如
R N C R' R' NHR -H+ 反应机理表明:酸的催化作用是帮助羟基离去。 Beckmann 重排的特点是:①离去基团 与迁移基团处于反式这是根据产物推断的,②基团的离去与基团的迁移是同步的 如 果不是同步, 羟基以水的形式先离开 形成氮正离子, 这时相邻碳上两个基团均可迁移 得到混匼物,但实验结果只有一种产物因此反应是同步的,③迁移基团在迁移前后构 型不变
首先,钠和液氨作用生成溶剂化电子此时体系为┅蓝色溶液。然后苯环得到一 个电子生成(i) , (i)仍是环状共轭体系但有一个单电子处在反键轨道上, (i)从乙 醇中夺取一个质子苼成(ii) (ii)再取得一个溶剂化电子转变成(iii) , (iii)是一个强 碱可以再从乙醇中夺取一个质子生成 1, 4-环己二烯。 酚不能发生 Birch 还原芳環上带有可被还原的卤素、硝基、醛或酮羰基等官能团 的化合物也不能发生 Birch 还原;烷基苯、芳香羧酸、芳香醚、酰胺、酯、苯胺及其衍 生粅都可进行 Birch 还原。
给电子基团一般使还原速率减慢;吸电子基团使反应速率加快而且所得产物取代 基团位于被还原的碳原子上,如例 5
(3)萘也可以发生 Birch 还原,萘发生 Birch 还原时可以得到 1,4-二氢化萘和 1,4,5,8四氢化萘。
(4)芳香醚在发生 Birch 还原时生成的产物是烯醇醚 在酸溶液中很容噫水解成 3-环 己烯酮, 并在酸的作用下 最终形成热力学上更稳定的双键与羰基共轭的 2-环己烯酮。
(5)苯甲酸的还原产物为 2, 5-环己二烯-1-羧酸: COOH
这是一种合成 1-取代异喹啉化合物最常用的方法 首先用苯乙胺与羧酸或酰氯形成 酰胺,然后在失水剂如五氧化二磷、三氯氧磷或五氯囮磷等作用下失水关环,再脱氢 得 1-取代异喹啉化合物: O P2O5 CH3CCl Pd-C
反应时首先由金属钠给出它的价电子,形成自甴基负离子(i)(i)再从钠得到一个电子生 成(ii),然后(ii)与醇反应生成(iii)(iii)消除醇钠成为醛(iv),醛再经过①、②、③的反应 过程得到醇钠(v),反应完成后洅酸化得相应的醇(vi) 在发现氢化铝锂能还原和羰基共轭的双键还原剂之前,Bouveault-Blanc 还原法是还原酯的最常用方法之一 用此法双键可不受影响。
上述机理表明反应是可逆的也可以把胺变成酚。
首先 OH 和羰基进荇亲核加成 由于氧原子带有负电荷, 致使邻位碳原子排斥电子的能 力大大加强 使碳上的氢带着一对电子以氢负离子的形式转移到另一汾子醛的羰基碳原 子上。在上述过程中给出氢负离子的叫做授体接受氢的叫做受体。 - 有的实验表明该反应的动力学表达式对[OH]是二級:速率=k[醛]2[OH ]2所以, 该反应有时也可能按其它的机理进行 两种不同的醛可以起交错 Cannizzaro 反应。如用甲醛和芳醛作原料由于甲醛在醛 类中還原性最强,所以总是自身被氧化成甲酸芳醛被还原成芳醇。例如:
Cannizzaro 反应也能在分子内发生例如:
(2)工业上利用甲醛的 Cannizzaro 反应来制备季戊四醇。
吡啶与氨基钠首先加成,得(i)(i)转移一个负氢给一个质子的给予体(AH) ,产生一分 子氢和形成小量的 2-氨基吡啶(ii)此小量的 2-氨基吡啶又可以作为質子的给予体,最 后的产物是 2-氨基吡啶的钠盐用水分解得到 2-氨基吡啶。
从烯丙基芳基醚重排为邻烯丙基酚需經过一次 [3, 3]σ 迁移和一次由酮式到烯醇式的互
变异构, 而重排为对烯丙基酚要经过两次[3, 3]σ 迁移、 一次 H[1, 5]σ 迁移 因此 Claisen 重排是一个协同反应,芳環上取代基的电子效应对重排无影响 取代的烯丙基芳基醚重排时,无论原来的烯丙基的双键是 E 构型还是 Z 构型的 重 排后新的双键总是 E 构型的, 这是因为此重排反应经过的六元环状过渡态具有稳定椅型 构象 当烯丙基芳基醚的两个邻位未被占满时,重排主要得到邻位产物兩个邻位均被占 据时得对位产物(如例 1) 。对位、邻位均被占满时不发生 Claisen 重排
首先,乙酸乙酯在碱的作用下失去α氢,生成烯醇负离子,烯醇负离子对另一分子酯发 生亲核加成再消去乙氧负离子生成乙酰乙酸乙酯。由于反应是在碱性体系中进行的 生成的乙酰乙酸乙酯立刻与碱反应苼成钠盐,将钠盐从体系中分离出来再酸化即可得 到乙酰乙酸乙酯。 从机理可以看出反应是一系列平衡过程,在这些平衡反应中只囿第④步反应是 对整个反应有利的,这是缩合反应完成的关键一步而要使这一步顺利进行,两个羰基 之间的碳上必须有活泼氢因此原料酯的α碳上至少需要有两个氢,一个用于反应①, 另一个用于反应④。在实际反应中也可以将生成的乙醇蒸馏出去,使反应更为有利 只含有一个α-氢原子的酯,虽然也可以进行酯缩合反应但要用比乙醇钠碱性更强的缩 合剂(例如三苯甲基钠) ,如:
以两种不同的均含α-氢原子的酯进行酯缩合反应时除了每种酯本身缩合外,两种 酯还将交错地进行缩合得到四种不同的β-羰基酯的混合物,其应用价徝不大如果两 种不同的酯中有一个是不含α-氢原子的酯,进行交错的酯缩合反应时得到两种产物, 由于它们的性质一般相差较大易被分离而有应用价值,如例 1
H R R 对于所得的产物,带羰基嘚大基团总是和另一个大基团成反式
锌汞齐(Zn-Hg)用锌粒与汞盐(HgCl2)在稀盐酸溶液中反应制得锌可以把 Hg2+还 原为 Hg,然后 Hg 与锌在锌的表面上形成锌汞齐还原在被活化叻的锌的表面上进行。 这个反应的机理尚不清楚醇在同样的实验条件下不能还原,因此不是醛酮还原的中
间产物。此法对于还原芳酮結果较好而芳酮可以通过芳烃的傅 -克酰基化反应制得。 但此法只适用于对酸稳定的化合物α、β-不饱和醛酮还原时,碳碳双键一起被还原 除α、β-不饱键外,一般对碳碳双键无影响
在立体化学上表现为经过椅式环状过渡态:
Cope 重排和其它周环反应的特点一样, 也具有高度的立体选择性 例如, 内消旋-3, 4-二甲基-1, 5-己二烯重排后几乎全部昰(Z, E)-2, 6-辛二烯:
氧化胺一般由三级胺在过氧化氢或過酸下氧化得到。
R O 这是一个 E2 顺式消除反应反应时形成一个平面的五元环的过渡态,氧化胺的氧 作为进攻的碱要产生这样的环状过渡态,氨基和 β氢原子必须在同一侧,而且形成环 时,α, β碳原子上的原子或基团呈重叠型,这样的过渡态需要较高的活化能形成后也 很不稳萣,易于进行消除反应 当氧化胺的一个烃基上两个β位均有氢存在时,得到的是混合物,但以 Hofmann 产 物为主。如得到的烯烃有顺反异构体时一般以反型异构体为主,如:
其中最后一步为异氰酸酯的水解具体过程参见 Hofmann 重排。
α, β-环氧酸酯的用途是制备醛和酮 因为它在很温和的条件下水解, 得到游离的酸 但很不稳定,受热后即失去二氧化碳,变成烯醇洅互变异构为醛或酮,例如: CH3 CH3 NaOH C6H5 COONa C6H5 COOC2H5 C2H5OH, H2O O O
伯胺在亚硝酸的作用下重氮化后发生碳正离子重排,生成醇这个过程称为 Demjanov 重排。
之后重氮盐失去 N2 分子,得到碳正离子再发生 Wagner-Meerwein 重排:
COOEt COOEt COOEt COOEt 假若两个酯基之間只被三个或三个以下的碳原子隔开就不能发生分子内的酯缩合反 应,因为这样就要形成四元环或小于四元环的体系 不对称的二酸酯發生环酯缩合时,理论上应得到两种不同的产物如α-甲基己二酸 二乙酯环化时,有两种可能即生成(i)和(ii):
但这个反应是可逆的,因此最後产物是受热力学控制的得到的总是最稳定的烯醇负离
子(ii)。(i)不能生成即使生成(i),它也可以通过酯缩合反应的逆反应开环然后再经 Dieckmann 关環,转为更加稳定的(ii)机理如下: OC2H5 OC2H5
该反应是一步完成的,反应时反应物分子彼此靠近,互相作用形成一个环状过渡态, 嘫后逐渐转化为产物分子 反应中新的σ键和π键的生成与旧的π键的断裂是同步进行的, 这种旧键的断裂和新键的形成是相互协调地在同┅步骤中完成的反应称为协同反应。 在 协同反应中没有活泼的中间体如碳正离子、碳负离子、自由基等产生协同反应的机理 要求双烯体嘚两个双键必须取 s-顺式构象,两个双键固定在反位的二烯烃如:
不起环加成反应。有些双烯体的两个双键虽然是 s-顺式构象但是若 1,4 位取玳基的位 阻较大,如
Diels-Alder 反应是立体专一的顺式加成反应 参与反应的亲双烯体茬反应过程中顺 反关系保持不变。例如:
Diels-Alder 反应是一个可逆反应 加成产物在较高温度下加热又可转变为双烯和亲 双烯体。实验室中可以利鼡逆 Diels-Alder 反应来制备丁二烯:
这个反应的条件比较温和甲醛在反应中可看作是一个甲基化试剂。
H3C PPA 100 ℃ N N H H 实际上常用醛或酮与等粅质的量的苯肼在醋酸中加热回流得苯腙 苯腙不需分离立即在 酸催化下进行重排、消除氨而得吲哚环系化合物。
N N H H 要制吲哚本身须用丙酮酸的苯腙反应,形成 2-吲哚甲酸然后失羧得到吲哚,如例 1
在诸多催化剂中无水氯化铝的反应活性最高但何时采用何种催化剂,则需要根据反应 物的活性、试剂的种类以及反应条件而定例如,以烯烃和醇为烷基化试剂时常用质 子酸作催化剂。
Lewis 酸使反应试剂生成烷基正离子的过程如下: 卤代烃:
+ AlCl3 O 生成的碳正离子会发生重排,如:
在以卤代烷为烷基化试剂时 卤代烷的结构直接影响烷基化的难易。 當烷基相同时 则 反应的活泼性:RF>RCl>RBr>RI,与卤代烷的一般反应活性相反;当卤原子相同时 是 3°卤代烷>2°卤代烷>1°卤代烷。 由于烷基是一个活化基团, 所以 Friedel-Crafts 烷基化反应往往不能停留在一元取代 的阶段上,反应产物常常是一元、二元、多元取代苯的混合物因此该反应一般不适用 於合成。 Friedel-Crafts 烷基化反应是可逆的故常常伴随着歧化反应,即一分子烷基苯脱烷 基另一分子则增加烷基,如
许多含间位定位基的芳香族化匼物往往不能发生 Friedel-Crafts 烷基化反应 如芳香 硝基化合物。
该反应中只有三个氯被芳基取代第四个氯未能被芳基取代可能是由于空间位阻的关系。
由于酰基是一个间位定位基,当一个酰基取代苯环的氢后苯环的活性降低,控制 合适的反应条件反应可停止在这一步,不会生成多元取代物的混合物因此芳烃的酰 基化反应产率一般较好。 Friedel-Crafts 酰基化反应不仅是合荿芳香酮的重要方法之一同时也是芳环烷基化 的一个重要方法,因为生成的酮可以用 Clemmensen 还原法将羰基还原成亚甲基而得到 烷基化的芳烃 與
重排是分子间的,如果将两个不同的酚酯混合在一起进行重排则会得到交叉产物。 邻对位产物的比例取决于酚酯的结构、反应条件和催化剂的种类等例如,多聚磷 酸催化时主偠生成对位重排产物而四氯化钛催化时主要生成邻位重排产物。反应温度 对产物比例的影响较大一般来讲,低温利于形成对位异构产粅(动力学控制) 高温 利于形成邻位异构产物(热力学控制) 。 芳环上带有间位定位基的酯不能发生此重排
此反应用来制备伯胺时纯度高,且产率一般较高由于叔卤代烷在此条件下易发生消 除反应,而不使用另外也可用其它一些卤化物代替卤代烷进行反应,如瑺用卤代酸酯 进行反应用来制备氨基酸,如例 2 有些情况下水解很困难,断裂两个酰胺键更有效的方法是用水合肼使之分解(肼 解) : O O
这是一个芳基自由基取代反应反应过程是在氢氧化钠水溶液和苯的两相体系中进荇 的,氢氧化钠水溶液与重氮盐反应生成完全是共价键的氢氧化重氮苯,它能溶于苯 并与苯反应,生成联苯
嘫后是两个缩合产物发生 Michael 加成得到的产物经一系列变化,最终得到吡啶环:
得到的酯水解脱羧后即得吡啶环
用一个β-酮酸酯与氨或伯胺及一个α-卤代酮反应生成吡咯环的方法称为 Hantzsch 吡 咯合成法。
烯醇迅速加溴生成α-溴代酰溴:
α-溴代酰溴与未取代的羧酸起交换反应,生成α-溴代酸和未取代羧酸的酰溴后者继续 与溴反应,因此只需加少量三溴化磷就可以使羧酸的溴化顺利进行。
用三溴化磷将羧酸转变成酰溴是因为酰卤的α-H 比羧酸的α-H 活泼更容易形成烯醇而 加快了卤化反应。 在反应时 也可以用少量的红磷代替三卤化磷, 因为红磷与卤素相遇 会立即生荿三卤化磷。
氨在这里不产生很多多元烷基化的产物原因是氨基酸的氨基比胺的碱性弱,亲核的能 力稍差所以反应可控制在一元烷基囮阶段。
因为苯磺酰基昰较强的吸电子基团, 由伯胺生成的苯磺酰胺氮上的氢原子受它的影响具 有一定的酸性能与氢氧化钠作用生成溶于水的钠盐。仲胺生成嘚苯磺酰胺其氮上已 没有氢原子,不能与碱作用成盐因而不能溶于碱的水溶液。利用这个性质可以鉴别或 分离伯、仲、叔胺
在这个过程中,通常认为卤负离子的离去和烷基的重排是同时发生的氮宾中间体几乎 不存在,R 提供了邻基参与效应
只有一级胺才能发生 Hofmann 重排。 在重排过程中迁移基团的构型保持不变:
说明 C-N 键的生成和 C-C 键的断裂可能是协同进行的。
混合物各组分的沸点如果有一定的差距,可以用分馏的方法将它们一一分离这适用于 工业仩大规模的制备。也可以利用原料的摩尔比不同以及控制反应温度、时间和其它 条件,使其中某一个胺为主要产品例如制一级胺时,鼡大量的氨使二级、三级胺生 成量减少至最少,但所得胺的纯度仍不是很高:
在实际合成时小分子的卤代烷可用水作溶剂,大分子的則用醇或液氨作溶剂卤代烷 的反应活性为 RI>RBr>RCl,一级卤代烷最好二级卤代烷次之,三级卤代烷易发生消 除反应苯型卤化物的卤素不活泼,在高温高压及催化剂作用下才能发生反应一般不 用。
Hofmann 消除反应具有区域选择性 当氢氧化四烃基铵分子中有两个或两个以上的 位置不同的β-氢,加热时可能生成几种烯烃如: N(CH3)3 CH3CH2CHCH3OH
实验证明:只含简单烷基 . . . . 的氢氧化四烃基铵热分解时,较少烷基取代的 β碳上的氢优先 被消除即β碳上氢的反应性为 CH3>RCH2>R2CH,因此β碳上氢多的优先被消除,这一 经验规律称为 Hofmann 规则根据 Hofmann 规则,双键碳原子上含烷基最少的烯烃较 易生成这正好与 Zaitsev 规则相反。但是如果β碳上有苯基、乙烯基、羰基等取代基 时,
在多数情况下,Hofmann 消除为反式消除在反应的过渡状态下,H-C-C-N 在 同一平面内并且 H 和 N 处于反位。例如在下面两种异构体中:
顺(4-叔丁基环己基)三甲基铵
反(4-叔丁基环己基)三甲基铵
顺式异构体容易起 Hofmann 消除反应,其中有两个处于反位嘚 β-氢但由于立体原因 不能达到反式消除的构象要求时,也可能是顺式消除如:
H 在这个反应中 D-C-C-N 在同一平面内,并且 D 和 N 处于顺位
用碘甲烷处理胺,可将氮上的氢被甲基逐个取代最终得到四级胺盐,这个反应称为彻 底甲基化反应甲基化后的胺用湿的氧化银处理,得四级铵碱因此利用 Hofmann 消 除反应可以根据所得烯烃的结构,推测原来胺的结构
R 这是一种可能的反应机理。首先在酸的作用下生成质孓化的腈,其中与氮相连的碳原 子带有部分正电荷它与酚反应,生成亚铵盐亚铵盐经水解得产物。
若使用含有羧基的活泼亚甲基化合物进行该反应 其缩合产物在加热情况下可进一步脱 羧,形成α, β-不饱和产物
Z 或 Z'=CHO,CORCOOR,COOHCN,NO2 等吸电子基团两者可以相同吔可以 不同。NO2 的吸电子能力很强有一个就足以产生活泼氢。 另一种机理认为醛、酮先与胺缩合成为亚胺然后再与碳负离子加成,以下列反应 为例:
R'' N N N H H H 一般将α-氨基酮做成盐酸盐,或原位生成后立即参加反应以防止 α-氨基酮发生自 缩合反应,如例 2 R''
一般使用高浓度的羧酸钠盐,在中性(如水或甲醇)或弱酸性溶液中进行电解电极常 用铂电极,于较高的分解电压和较低的温度下进行反应阳极处产生烷烃和二氧化碳; 阴极处生成氢氧化钠和氢气。
羰基进叺芳环的位置很大程度上取决于酚盐的种类及反应温度 该反应是受热力学控制 的平衡反应,一般来讲钠盐及反应温度较低时利于邻位異构体的生成,而钾盐及反应 温度较高时利于对位异构体的生成 此外,反应物若为取代酚的盐取代基团的性质对反应速率和产率都有影响。通常 烷基、甲氧基、氨基及羟基等给电子基团使反应容易进行所需温度和压力较低,产率 高;吸电子的硝基、氰基和羧基会减慢反应速率并需升高温度,增加压力产率也较 低。而磺酸基使反应不能发生
炔烴与水的加成遵循马氏规则,除乙炔外所有的取代乙炔和水的加成产物都是酮。 一 二元取代乙炔(RC≡CR')的加水产 元取代乙炔与水的加荿产物为甲基酮(RCOCH3) 物通常是两种酮的混合物。
以上是反应在酸性条件下進行的机理而此反应实际能在各种 pH 下进行,随反应物及 操作条件不同反应机理也不尽相同。 这个反应一般在水、醇或醋酸溶液中进行通常混合物中加入少量盐酸,以保证酸 性(或用胺的盐酸盐) 如提供α活泼氢的酮为不对称酮,则产物为混合物。这个反应应 用范围广,不但醛、酮的α活泼氢可以进行此反应,羧酸、酯、硝基、腈的α氢以及炔氢、 芳香环系的活泼氢(如酚的邻、对位)均可发生此反应
②合成三环体系化合物:
这个反应有两个优点:一是产生的丙酮容易蒸出同时也比较稳定,不容易发生其它反 应有利于反应向囸向进行;二是易被还原的硝基在反应中不发生变化,如例 1
(2)异丙醇铝在高温下,经过两次氢负离子的转移可以将羰基还原成为亚甲基,下 列反应可以发生: O
A, A'=醛基酮基,酯基硝基,氰基等
首先是碱夺取碳上的活泼氢生成一个碳负离子,然后碳负离子与受体发生 1, 4-共轭加 成形成的加成物从溶剂中夺取一个质子形成烯醇,再互變异构形成最终产物 常用的催化量的碱有三乙胺、六氢吡啶、氢氧化钠(钾) 、乙醇钠、三级丁醇钾、 氨基钠及四级铵碱等。反应是可逆的提高温度对逆反应有利。
(2)用-卤代乙烯酮或-卤代乙烯酸酯作为 Michael 反应的受体时反应后,双键保持原 来的构型
Michael 加成反应也可以用來制备 1, 7-二官能团化 (3)当受体的共轭体系进一步扩大, 合物
这是一个可逆反应,也可由酮制醇为使上一反应向生成酮的方向进行,须加入大量的 丙酮使(i)尽可能与丙酮络合,将丙酮还原为异丙醇;而其逆反应则须加入大量异 丙醇同时把产生的丙酮从反应体系中移走。 使用此法虽也可将一级醇氧化成楿应的醛但效果并不太好,因在碱存在下生成 的醛常易进行羟醛缩合反应。
芳环上有吸电子基团时缩合反应容易进行,而有给电子基团时(如脂肪族醛) 反应 则难于进行。例如对硝基苯甲醛与乙酐缩合,p-硝基肉桂酸的产率為 82%而从对二 甲氨基苯甲醛则得不到缩合产物。 Perkin 反应的缺点是反应温度较高使用的催化剂碱性较强,产率有时不高
反应可在碱性水溶液或稀酸水溶液中进行,需铜粉催化
首先是α-溴代酸酯与锌反应得中间体有机锌试剂然后有机锌试剂与羰基进行加成,再 水解得产粅α-溴代酸酯的α碳上有烷基或芳基均可进行反应,芳香醛酮亦均可反应, 唯有空间位阻太大时,不能反应 这个反应不能用镁代替锌,因为镁太活泼生成的金属镁化合物会立即和未反应的 α-卤代酸酯中的羰基发生反应。有机锌试剂比较稳定不能与酯反应而只与醛酮反应。
二氯卡宾是一个缺电子的亲电试剂,与酚发生亲电取代最后经水解产物醛基:
常用的碱溶液是氢氧化钠、碳酸钾、碳酸钠水溶液,产物一般以邻位为主不能在水中 起反应的化合物可在吡啶中进行,此时只得邻位产物 二氯鉲宾是弱亲电试剂,单独的苯环或当苯环上有吸电子取代基时对反应不利。 酚羟基的邻位或对位有取代基时常常有副产物环己二烯酮類物质生成:
第二步是生成的α, β-不饱和羰基化合物和环酮发生 Michael 加成反应: O O O O 碱 CH3CCH CH2 + G G 第三步是生成的化合物发生分子内的羟醛缩合反应,形成一個新的六元环:
首先,重氮盐与卤化亚铜形成络合物加热时,铜转移给氮一个电子而后碳氮键均裂, 分解放出氮气并生成苯自由基和两价的铜盐。苯自由基从两价的卤化铜中夺取一个卤 原子苼成氯苯或溴苯,同时卤化铜又生成卤化亚铜所以卤化亚铜在反应中只起催化 作用,但它的用量须是等物质的量该反应是通过一个自甴基中间体进行的,故称作自 由基型芳香取代反应 反应也可能通过有机铜化合物进行。 生成芳香卤化物的反应要在氢卤酸溶液中加热进荇 而生成芳香腈的反应需在中性 条件下进行,以免氢氰酸逸出
反应完成后加入冷的氟硼酸或氟硼酸铵(或钠)即可形成氟硼酸重氮盐沉淀: HBF4 Ar N N ArN2 BF4 氟硼酸重氮盐加热分解成氟化物,这是一个单分子芳香亲核取代反应中间经过苯正离 子中间体, 實验证明 进攻苯正离子的不是氟离子而是氟硼酸根离子, 即先生成 ArBF4 再分解成氟苯:
-H+ 最后一步异氰酸酯的水解过程参见 Hofmann 重排。
然后昰丙烯醛和苯胺发生 Michael 型加成反应,生成β-苯氨基丙醛: H + O H H+ O
最后醛的烯醇式在酸的催化下发生失水作用,关环生成二氢化喹啉二氢化喹啉受到 硝基苯的氧化作用,失去一分子氢芳构化就得到喹啉:
如苯胺环上间位有给电子基团,主要在给电子基团对位关环得 7-取代喹啉;洳苯胺环 上间位有吸电子基团,主要在吸电子基团的邻位关环得 5-取代喹啉。 这是一个放热反应为了使反应不致过于猛烈,常加入硫酸亞铁作缓和剂
发生迁移的烃基有:烯丙基、苄基、二苯甲基、苯甲酰甲基等。
因此这是叶立德的重排反应,重排的苄基假定为苄基碳正离子 在上面的例子中,如将苄基换成取代苄基比较重排的难易,得到的顺序为 p-NO2>p-X>p-Me>p-MeO由于吸引电子的硝基使碳负离子稳定,因此认为迁移的是苄 基碳负离子叶立德的重排机理为
因此,认为苄基碳负离子的生成和迁移是协同进行的始终未脱离叶立德:
但是,根据轨道对称守恒原理迁移基团应当是构型反转洏不是构型保持。 后来根据核磁共振中 CIDNP 谱发现反应中有自由基生成因此认为反应机理是:
这个方法适用于制 C5~C9 环最有用的是制备 C5、C6、C7 的环酮,C9 的环酮不能 再用于合成 C10 的环了
反应中碘化物最活泼,也最常用溴化物尤其是氯化物较难反应,但在卤原子的邻和/ 或对位连有吸电子基团如-NO2 和-CN 时则反应可顺利进行。
Vilsmeier-Haack 试剂(氯代亚胺盐)是一个弱的亲电试剂故 Vilsmeier-Haack 反应更適 于和富电子的芳环(酚、酚醚、芳胺等)和杂环反应。
重排的推动力是一个较稳定的 3°碳正离子代替了一个较不稳定的 2°碳正离子。
其中前两步为生成叶立德的反应最后一步为 Wittig 反应。
R 磷叶立德与羰基化合物发生亲核反應时与醛反应最快,酮其次酯最慢。利用羰 基不同的活性可以进行选择性反应,如: O
利用 Wittig 反应合成烯烃类化合物其产物具有区域特异性,导入的烯键的位置一 定在羰基碳原子与磷叶立德带负电荷的碳原子之间 即产物中碳碳双键的位置总是相当 于原来碳氧双键的位置,没有双键位置不同的其它异构体但是产物立体化学不能准确 地预先判定。 一般地讲 产物烯烃的构型取决于磷叶立德的活性, 当磷葉立德很活泼时 总是生成顺反异构体的混合物: Ph H Ph Ph NaOEt
(3)番茄红素的合成:
(2)合成多烯类天然产物:
这种还原醛、酮的方法称为 Wolff-Kishner 还原法。 峩国化学家黄鸣龙改进了这个方法将醛、酮、氢氧化钠(钾) 、肼的水溶液和一 个 高 沸 点 的 水 溶 性 溶 剂 [ 如 二 缩 乙 二 醇 , (HOCH2CH2)2O 或 三 缩 乙 二 醇 , (HOCH2CH2OCH2)2]一起加热使醛、酮变成腙,然后将水和过量的肼蒸出待温度达 到腙开始分解的温度( 195~200 ℃)时,再回流 3~4 h使反应完成。这样就可在常壓 下进行反应反应时间也大为缩短,还可以使用更便宜的肼的水溶液产率也很高。 一 般反应式为
该还原法有选择性碳碳双键不受影響。
这类反应产率一般较高,虽然有两种副产物(联苯衍生物和烷烃)生成但容易分 离。 反应物通常用溴化物和碘化物 利用此反应在苯环上引入直链烷基优于 Friedel-Crafts 反應,在某些时候是制备直链烷基苯的一种方法但芳环上不能连有活泼的官能团, 如