有機化學合成第二章官能團化和官能團轉換第1頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五

在分子中引入官能團和官能團的轉換是合成的重要方面。本章我們打算概括地匯集在分子中引入官能團和官能團轉換的各種各樣的反應，這些反應都是成功的合成化學工作者所需要的。第2頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五注意：1.反應為自由基機理

2.有過氧化物存在或加熱、光照

3.鹵素的活性：F2>Cl2>Br2>I2

4.氫的活性順序為：3°>2°>1°例1一、烷烴的官能團化第3頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五例2、解釋下述事實。

氯自由基的活性比溴自由基的活性高，所以氯化反應的選擇性比溴化反應的選擇性差。第4頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五二、烯烴的官能團化第5頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五1.烯烴與卡賓的加成反應是合成環(huán)丙烷衍生物的重要方法。第6頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五2.碳—碳雙鍵相鄰的碳—氫鍵（烯丙位氫）對氧化和鹵化是敏感的。SeO2氧化烯丙位氫通常發(fā)生在取代基較多的雙鍵碳原子的α-位，其順序為—CH>CH2>CH3.第7頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五

3.

用NBS進行溴化，反應涉及烯丙基自由基中間體，所以得到溴代烴的混合物。第8頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五4.烯烴的羥汞化—還原（脫汞）反應第9頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五完成下列反應：1、2、3、4、6、7、第10頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五習題：用1-甲基環(huán)己烷為原料，合成下列化合物。1)

第11頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五三、炔烴的官能團化第12頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五1.炔烴的官能團化主要是碳—碳叁鍵的反應和炔氫的反應。

完成下列反應：第13頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五完成下列轉變：1、由乙炔、丙炔合成第14頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五四、芳烴及其衍生物的官能團化（一）芳烴的親電取代反應第15頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五1.芳烴的鹵代

苯在Lewis酸催化下的鹵代一般只限于氯代和溴代。近年來發(fā)現(xiàn)了一些反應條件溫和、選擇性良好的鹵化試劑。

例：在三氟過氧乙酸存在下，用四氯化鈦作氯化試劑，可以使芳烴的氯代反應在室溫下順利完成。第16頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五2.芳烴的磺化

磺化反應不僅容易進行，而且為可逆反應，因此磺酸基在合成中是極為有用的占位基團。第17頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五3.芳烴的Friedel-Crafts烷基化

芳烴的烷基化反應是制備烷基苯的重要方法之一。通常在酸催化下進行。常用的酸催化劑可以是Lewis酸，也可以是質子酸，其活性次序為：

常用的烷基化試劑可以是：鹵代烴、烯烴、醇、醚和酯。

但是要注意重排的發(fā)生。第18頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五4.芳烴的Friedel-Crafts酰基化

芳烴的?；磻侵苽浞蓟闹匾椒?。

常用的酰化試劑：酰鹵、酸酐和羧酸。

Friedel-Crafts?；膬?yōu)點：反應可以停留在一取代階段，而且不發(fā)生重排反應。第19頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五5.芳烴側鏈上的反應

1）芐基位的鹵代

2）芐基位的氧化

氧化劑為酸性高錳酸鉀第20頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五（二）取代苯衍生物的官能團化

1.取代芳烴亦可以發(fā)生親電取代反應，而且芳環(huán)上已有的取代基決定著親電試劑進入的位置，并影響取代反應的速率。第21頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五

習題：

1、由苯或甲苯合成第22頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五五、羥基的官能團轉換反應第23頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五1.轉變成鹵代烴

1）與HX作用

反應活性次序為：叔醇>仲醇>伯醇，HI>HBr>HCl>>HF

但是反應常伴有重排等副反應，使其應用受到限制。第24頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五第25頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五2）反應條件溫和、選擇性好、副反應少的鹵代試劑：

SOCl2，PX3，PX5第26頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五2.分子內脫水生成烯烴

符合扎依采夫規(guī)則。也注意重排的發(fā)生。第27頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五3.在堿性條件下，與鹵代烴反應成醚

注意鹵代烴的消除。

例：合成

第28頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五4.羥基的保護

1）醇在酸性條件下可與2,3-二氫吡喃作用生成混合型縮醛，來保護羥基。因此對堿、Grignard試劑、烷基鋰、氫化鋁鋰、烴化劑和?；瘎┚€(wěn)定。

第29頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五

2）酚羥基保護有時會用CH3I生成甲醚，脫保護時用HI，回流。選擇保護基團時，需考慮：①該基團在溫和條件下引入；②在化合物中其他基團發(fā)生轉化所需要的條件下是穩(wěn)定的；③在溫和條件下易于除去。第30頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五5、羥基的氧化

6、多元醇的反應

1）與新制的氫氧化銅反應

2）與高碘酸（HIO4）反應

3）頻哪醇重排第31頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五習題：

一、完成下列反應：第32頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五六、鹵素的官能團轉換第33頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五1、親核取代反應

1）機理：單分子親核取代SN1和雙分子親核取代

SN2機理。

2）鹵代烴幾乎可以同所有的親核試劑發(fā)生反應

3）可以得到醇類、胺類、醚類、酯類、腈類等多種

有機化合物，因此在合成中有廣泛應用。

不同鹵代烴在進行親核取代反應時，其反應速度與底物的結構、離去集團、親核試劑的性質、反應條件等有關。第34頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五2、消除反應

1）機理分為E1和E2消去

2）在強堿性溶液中進行，主要生成Saytzeff烯烴

3）用于制備烯烴、炔烴等第35頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五3、與金屬反應

4、還原成烷烴

習題：一、完成下列反應第36頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五七.氨基的官能團轉換第37頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五由苯合成:第38頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五八、硝基與氰基的轉換反應第39頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五腈與格氏試劑合成酮第40頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五3、腈與醇反應生成酯。

機理：第41頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五九、羰基化合物的反應第42頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五第43頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五（一）親核加成反應

1.與醇的加成

醛（酮）在HCl(氣)或無水強酸催化下，與等摩爾的醇反應形成一種加成產物，叫半縮醛（酮）半縮醛（酮）可進一步與醇在HCl(氣)或無水強酸催化下，脫去一分子水，生成縮醛（酮）。第44頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五

由于縮醛或縮酮都對堿、氧化劑、還原劑穩(wěn)定，因此常常用生成縮醛或縮酮的方法來保護羰基，保護完畢再用稀酸水解脫掉保護基。例如：

第45頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五2.加NaHSO3飽和溶液

亞硫酸氫鈉的飽和溶液(40%)和醛、酮作用，很快生成白色沉淀(-羥基磺酸鈉)，常用于醛酮的分離與提純。

反應應用范圍：所有醛、脂肪甲基酮、八碳以下環(huán)酮第46頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五3.加氨衍生物

氨的衍生物(NH2Y)像羥氨(NH2OH)、肼(NH2NH2)、氨基脲(NH2NHC(O)NH2)等由于氮上有孤對電子，都能作為親核試劑和醛、酮的羰基發(fā)生親核加成反應。第47頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五與羥胺加成的產物為肟，在酸性條件下會發(fā)生Backmann重排成酰胺

第48頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五4.加HCN

水解，制備-羥基酸

反應應用范圍：所有醛、脂肪甲基酮、八碳以下環(huán)酮

例：由苯及不超過3個原子的有機物合成

第49頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五5.與格氏試劑

生成醇。在合成上有重要用途。第50頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五6.Witting反應—制烯烴

Wittig反應條件溫和，產率高，生成的雙鍵位置確定，沒有重排。第51頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五羥醛縮合Stobbe縮合Darzen縮合Reformatsky縮合Knoevenagel-Doebner縮合Mannich反應第52頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五1.羥醛縮合反應（a）醛的縮合產物是β-羥基醛。形成的β-羥基醛在加熱時(或用稀酸處理)，很容易脫水變成α,β-不飽和醛。脫水一步是不可逆的，從而使反應進行到底。例如：（二）縮合反應第53頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五(b)酮的縮合反應

酮在同樣的條件下，也可發(fā)生縮合反應形成β-羥基酮，但反應的平衡大大偏向于反應物一方：如果設法使平衡不斷向右移動，也能得到較高產率的縮合產物。第54頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五(c)分子內縮合二羰基化合物發(fā)生分子內縮合形成環(huán)狀化合物。例如：如果有多種成環(huán)選擇，則一般都形成五、六員環(huán)。第55頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五(d)交叉的醇醛縮合如果有一個反應物含α-氫，而另一個反應物不含α-氫，這時可得到產率較高的單一產物。例如：不含α-氫的芳醛與含α-氫的醛或酮在堿存在下的縮合又叫Claisen-Schmidt反應第56頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五2.Stobbe反應

在堿存在下，酮與丁二酸酯的反應。

常用的催化劑為叔丁醇鉀、醇鈉、NaH等。第57頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五反應機理：第58頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五

Stobbe縮合反應在有機合成上的應用，它的產物在強酸中加熱水解可發(fā)生脫羧反應，得到較原來酮、酸增加三個碳原子的不飽和羧酸。

第59頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五3、Darzen反應1)定義：α,β-環(huán)氧酸酯*CH2

生成醛

CHR生成酮

醛、酮與α-鹵代酸酯在強堿(RONa,NaNH2,(CH3)3COK)催化作用下互相作用，生成α,β-環(huán)氧酸酯的反應稱為Darzen反應.第60頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五3）應用

合成環(huán)氧酸酯，合成比原料醛、酮多一個碳的醛、酮。第61頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五第62頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五α-鹵代酸酯在鋅粉作用下，先生成有機鋅化合物（注意：格試劑活性比它高），再與醛或酮的羰基發(fā)生親核加成，水解生成-羥基酸酯，再水解得-羥基酸。如：4、Reformatsky反應第63頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五補充：-溴代酸酯的制備說明：

①

反應需在惰性溶劑(如苯)中進行；②不能用BrMgCH2CO2Et代替BrZnCH2CO2Et；

③

-溴代酸酯的-碳上的取代基空阻太大時，反應不能進行。④該反應定向性好。第64頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五①

β-羥基酸酯,②

β-羥基酸,③

α,β-不飽和酸酯④

α,β-不飽和酸以及由它們衍生的化合物。主要用來制備以下化合物：第65頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五第66頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五

在弱堿的催化作用下，醛、酮與含有活潑亞甲基的化合物發(fā)生的失水縮合反應為Knoevenagel反應。5、Knoevenagel反應第67頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五Knoevenagel反應的實例制備各種類型的α,β-不飽和化合物.第68頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五6、Mannich反應——氨甲基化反應

具有活潑氫的化合物、甲醛、胺同時縮合，活潑氫被氨甲基或取代氨甲基取代的反應，稱為Mannich反應，生成的產物稱為Mannich堿。取代的氨甲基第69頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五Mannich反應實例1.β-氨基酮的制備不對稱酮反應時，取代多的-位優(yōu)先反應。第70頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五第71頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五2.制α,β-不飽和酮第72頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五其它反應1)Perkin反應芳醛和酸酐在相應的羧酸鹽存在下的反應，產物是α,β-不飽和芳香酸：第73頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五2)安息香縮合

芳香醛或少數(shù)不含α-H的脂肪醛在CN的催化作用下，發(fā)生雙分子縮合，生成α-羥基酮。第74頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五3)醛酮的氧化和還原

(1)氧化KMnO4,K2Cr2O7,H2CrO4,RCOOOH,Ag2O,H2O2,Br2(水)(i)醛極易氧化，許多氧化劑都能將醛氧化成酸。(ii)許多醛能發(fā)生自動氧化。(iii)用Tollen試劑[Ag(NH3)2+]氧化發(fā)生銀鏡反應(只氧化醛，不氧化酮)。第75頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五

酮不被通常的氧化劑氧化。+CH3COOOHCH3COOC2H540oC+CH3COOHBaeyer-Villiger反應R’重排的優(yōu)先次序R3C->R2CH-,>RCH2->CH3->>第76頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五第77頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五Mg-Hg,

苯H2O(2)還原第78頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五還原到亞甲基

(i)Clemmensen還原第79頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五(ii)Wolff-Kishner還原(黃鳴龍改進)*兩種方法分別在酸和堿介質中反應，可以互相補充；*不適于,-不飽和羰基化合物的還原，或者連C=C一起還原，或者生成物復雜。第80頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五+CH2ONaOH+HCOONa甲醛與其它無-H的醛作用，甲醛總是還原劑

沒有-活潑氫的醛在強堿作用下，發(fā)生分子間的氧化還原而生成相應醇和相應酸的反應。4)Cannizzaro反應(歧化反應)第81頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五羧酸及其衍生物的反應第82頁，共93頁，2023年，2月20日，星期五一、羧酸的反應

1、還原反應