1、第 3 章 酸催化縮合與分子重排,主講人：劉環(huán)宇,一般來(lái)說(shuō)，縮合系指兩個(gè)或兩個(gè)以上分子經(jīng)由失去某一簡(jiǎn)單分子(如H2O, HX, ROH, NH3, N2等)形成較大的單一分子的反應(yīng)。酸催化縮合反應(yīng)包括芳烴、烯烴、醛、酮和醇等在催化劑無(wú)機(jī)酸或路易士酸催化下，生成正離子并與親核試劑作用，從而生成碳碳或碳氮等鍵的反應(yīng)。,主講人：劉環(huán)宇,3.1 酸催化縮合反應(yīng),1. Friedel-Crafts 烷基化反應(yīng),芳烴的烷基化可以用鹵代烴、烯烴、醇、醚、醛和酮等作烷基化試劑，常用的催化劑是無(wú)機(jī)酸(如硫酸，鹽酸等)和Lewis酸(如無(wú)水AlCl3、BF3、FeCl3、ZnCl2、SnCl4等)，該反應(yīng)常稱為芳

2、環(huán)上的親電取代反應(yīng)。,3.1.1 FriedelCrafts 反應(yīng),主講人：劉環(huán)宇,Friedel-Carfts烷基化反應(yīng)易生成多取代物。當(dāng)所用的烷基化試劑的碳原子數(shù)為3個(gè)以上時(shí)，烷基往往發(fā)生異構(gòu)化，其原因是碳正離子發(fā)生重排的結(jié)果。此外，當(dāng)芳環(huán)上連有吸電子基團(tuán)(如NO2、CN、COCH3等)時(shí)，烷基化反應(yīng)很難發(fā)生甚至不發(fā)生。,3.1 酸催化縮合反應(yīng),3.1.1 FriedelCrafts 反應(yīng),1. Friedel-Crafts 烷基化反應(yīng),主講人：劉環(huán)宇,分子內(nèi)FC烴基化反應(yīng)可用于芳環(huán)稠合,3.1 酸催化縮合反應(yīng),3.1.1 FriedelCrafts 反應(yīng),1. Friedel-Craft

3、s 烷基化反應(yīng),主講人：劉環(huán)宇,類似于芳烴，烯烴也能發(fā)生FC烴基化反應(yīng),反應(yīng)機(jī)理可能為,3.1 酸催化縮合反應(yīng),3.1.1 FriedelCrafts 反應(yīng),1. Friedel-Crafts 烷基化反應(yīng),主講人：劉環(huán)宇,類似于芳烴，烯烴也能發(fā)生FC烴基化反應(yīng),制備高辛烷值汽油的一個(gè)較便宜的方法,反應(yīng)首先經(jīng)過(guò)異丁烯二聚，最后一步是碳正離子從叔丁烷奪取負(fù)氫離子,3.1 酸催化縮合反應(yīng),3.1.1 FriedelCrafts 反應(yīng),1. Friedel-Crafts 烷基化反應(yīng),主講人：劉環(huán)宇,2. FC酰基化反應(yīng),1) 用FriedelCrafts反應(yīng)合成酮,3.1 酸催化縮合反應(yīng),3.1.1

4、FriedelCrafts 反應(yīng),主講人：劉環(huán)宇,1) 用FriedelCrafts反應(yīng)合成酮,2. FC酰基化反應(yīng),3.1 酸催化縮合反應(yīng),3.1.1 FriedelCrafts 反應(yīng),主講人：劉環(huán)宇,1) 用FriedelCrafts反應(yīng)合成酮,2. FC?；磻?yīng),3.1 酸催化縮合反應(yīng),3.1.1 FriedelCrafts 反應(yīng),主講人：劉環(huán)宇,1) 用FriedelCrafts反應(yīng)合成酮,2. FC酰基化反應(yīng),3.1 酸催化縮合反應(yīng),3.1.1 FriedelCrafts 反應(yīng),主講人：劉環(huán)宇,1) 用FriedelCrafts反應(yīng)合成酮,2. FC?；磻?yīng),3.1 酸催化縮合反

5、應(yīng),3.1.1 FriedelCrafts 反應(yīng),主講人：劉環(huán)宇,2) FreidelCrafts反應(yīng)合成醛,一氧化碳和氯化氫的等摩爾混合物可由甲酸和氯磺酸作用制得,2. FC?；磻?yīng),3.1 酸催化縮合反應(yīng),3.1.1 FriedelCrafts 反應(yīng),主講人：劉環(huán)宇,2) FreidelCrafts反應(yīng)合成醛,2. FC?；磻?yīng),3.1 酸催化縮合反應(yīng),3.1.1 FriedelCrafts 反應(yīng),主講人：劉環(huán)宇,2) FreidelCrafts反應(yīng)合成醛,2. FC?；磻?yīng),3.1 酸催化縮合反應(yīng),3.1.1 FriedelCrafts 反應(yīng),主講人：劉環(huán)宇,3.1.2 醛或酮及其

6、衍生物的反應(yīng),1. 自身縮合,3.1 酸催化縮合反應(yīng),主講人：劉環(huán)宇,3.1.2 醛或酮及其衍生物的反應(yīng),1. 自身縮合,3.1 酸催化縮合反應(yīng),主講人：劉環(huán)宇,3.1.2 醛或酮及其衍生物的反應(yīng),1. 自身縮合,3.1 酸催化縮合反應(yīng),主講人：劉環(huán)宇,2. 交叉縮合,3.1.2 醛或酮及其衍生物的反應(yīng),3.1 酸催化縮合反應(yīng),主講人：劉環(huán)宇,X: CF3, MeO, F, Cl,X: CN, CONH2,2. 交叉縮合,3.1.2 醛或酮及其衍生物的反應(yīng),3.1 酸催化縮合反應(yīng),主講人：劉環(huán)宇,3. 酮與酰鹵或酸酐的縮合,3.1.2 醛或酮及其衍生物的反應(yīng),3.1 酸催化縮合反應(yīng),主講人：劉

7、環(huán)宇,3. 酮與酰鹵或酸酐的縮合,3.1.2 醛或酮及其衍生物的反應(yīng),3.1 酸催化縮合反應(yīng),主講人：劉環(huán)宇,1. Mannich reaction,3.1.3 Mannich reaction,3.1 酸催化縮合反應(yīng),具有烯醇式或潛在烯醇式結(jié)構(gòu)的化合物(如某些炔類化合物)與醛(通常為甲醛)，在酸催化下，與第一、第二胺反應(yīng)，生成胺甲基化衍生物的反應(yīng)，叫做Mannich reaction或曼氏反應(yīng)。該反應(yīng)廣泛用于有機(jī)合成。,主講人：劉環(huán)宇,1. Mannich reaction,3.1.3 Mannich reaction,3.1 酸催化縮合反應(yīng),主講人：劉環(huán)宇,1. Mannich react

8、ion,3.1.3 Mannich reaction,3.1 酸催化縮合反應(yīng),主講人：劉環(huán)宇,1. Mannich reaction,3.1.3 Mannich reaction,3.1 酸催化縮合反應(yīng),主講人：劉環(huán)宇,2. Mannich Reaction在合成上的應(yīng)用,3.1.3 Mannich reaction,3.1 酸催化縮合反應(yīng),(1) 制備，不飽和羰基化合物,主講人：劉環(huán)宇,2. Mannich Reaction在合成上的應(yīng)用,3.1.3 Mannich reaction,3.1 酸催化縮合反應(yīng),(2) 曼尼希堿或季銨鹽的轉(zhuǎn)換,主講人：劉環(huán)宇,2. Mannich Reactio

9、n在合成上的應(yīng)用,3.1.3 Mannich reaction,3.1 酸催化縮合反應(yīng),(2) 曼尼希堿或季銨鹽的轉(zhuǎn)換,主講人：劉環(huán)宇,2. Mannich Reaction在合成上的應(yīng)用,3.1.3 Mannich reaction,3.1 酸催化縮合反應(yīng),(3) 合成生物堿,主講人：劉環(huán)宇,2. Mannich Reaction在合成上的應(yīng)用,3.1.3 Mannich reaction,3.1 酸催化縮合反應(yīng),(3) 合成生物堿,主講人：劉環(huán)宇,1. 烯胺的生成,3.1.4 烯胺,3.1 酸催化縮合反應(yīng),烯胺(enamines)是分子中氨基直接與雙鍵碳原子相連的化合物。烯胺也叫，-不飽和

10、胺，烯胺分子中氮原子上有氫原子時(shí)容易轉(zhuǎn)變?yōu)閬啺?，與烯醇容易轉(zhuǎn)變?yōu)轸驶衔锵嗨啤?主講人：劉環(huán)宇,1. 烯胺的生成,3.1.4 烯胺,3.1 酸催化縮合反應(yīng),制備烯胺常用醛或酮與仲胺在脫水劑(如無(wú)水碳酸鉀)存在下反應(yīng)，加苯、或甲苯、二甲苯把生成的水帶出，并加入對(duì)甲基苯磺酸等作催化劑加熱，用共沸蒸餾法除去生成的水即可很容易的制得。近年來(lái)，在制備烯胺時(shí)，加一個(gè)強(qiáng)失水劑如四氯化鈦，以迫使反應(yīng)進(jìn)行完全。在烯胺形成中，仲胺常為環(huán)狀化合物，它們的反應(yīng)活性降低次序?yàn)椋哼量┩椤徇瓦哙?。它們的結(jié)構(gòu)式如下,主講人：劉環(huán)宇,1. 烯胺的生成,3.1.4 烯胺,3.1 酸催化縮合反應(yīng),主講人：劉環(huán)宇,2. 烯胺在

11、有機(jī)合成中的應(yīng)用,3.1.4 烯胺,3.1 酸催化縮合反應(yīng),烯胺在有機(jī)合成中的應(yīng)用在于它的-碳原子(即初始羰基化合物的碳原子)上帶有部分負(fù)電荷。因此，可作為親核試劑與鹵代烷、酰鹵或親電性的烯烴反應(yīng)。,主講人：劉環(huán)宇,2. 烯胺在有機(jī)合成中的應(yīng)用,3.1.4 烯胺,3.1 酸催化縮合反應(yīng),主講人：劉環(huán)宇,2. 烯胺在有機(jī)合成中的應(yīng)用,3.1.4 烯胺,3.1 酸催化縮合反應(yīng),主講人：劉環(huán)宇,3.1.5 -皮考啉反應(yīng)（Picoline）,3.1 酸催化縮合反應(yīng),主講人：劉環(huán)宇,3.1.5 -皮考啉反應(yīng)（Picoline）,3.1 酸催化縮合反應(yīng),主講人：劉環(huán)宇,3.1.6 Prins reacti

12、on,3.1 酸催化縮合反應(yīng),主講人：劉環(huán)宇,3.2 酸催化分子重排,分子重排反應(yīng)（molecular rearrangement reaction）是分子中的一個(gè)基團(tuán)或原子從一個(gè)原子轉(zhuǎn)移到另一個(gè)原子上，形成一個(gè)新的分子的反應(yīng)。分子重排可分為分子間重排和分子內(nèi)重排。在重排中，遷移原子或基團(tuán)完全游離并脫離原來(lái)的分子，然后再與其它部分相連接，這種重排稱為分子間重排。在這種重排中，遷移基團(tuán)也可能來(lái)自不同分子。而分子內(nèi)重排則與其它分子無(wú)關(guān)，遷移基團(tuán)自始至終沒能脫離原來(lái)的分子，僅從分子的一部分遷移至分子的另一部分。重排是一種復(fù)雜的有機(jī)化學(xué)現(xiàn)象。在有機(jī)合成中，一些重排經(jīng)常是所需反應(yīng)的競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)，合成中應(yīng)以避

13、免，一些重排可提供巧妙的合成途徑，應(yīng)盡量加以利用。,主講人：劉環(huán)宇,3.2.1 頻哪醇頻哪酮重排,3.2 酸催化分子重排,主講人：劉環(huán)宇,3.2.2 Beckmann重排,3.2 酸催化分子重排,主講人：劉環(huán)宇,3.2.3 烯丙基重排,3.2 酸催化分子重排,主講人：劉環(huán)宇,3.2.4 聯(lián)苯胺重排,3.2 酸催化分子重排,聯(lián)苯胺（Benzidine）重排是指氫化偶氮苯化合物重排成4，4-二氨基聯(lián)苯的反應(yīng)。,反應(yīng)速度=k氫化偶氮苯H+2,主講人：劉環(huán)宇,3.2.4 聯(lián)苯胺重排,3.2 酸催化分子重排,已經(jīng)知道，兩種不同的氫化偶氮苯在同一體系中發(fā)生重排時(shí)，反應(yīng)不發(fā)生交叉重排，這說(shuō)明聯(lián)苯胺重排是分子

14、內(nèi)重排過(guò)程：,當(dāng)對(duì)位有取代基封閉時(shí)，重排可以發(fā)生在氨基的鄰位。如果其中苯環(huán)只有一個(gè)對(duì)位被封閉，重排產(chǎn)物叫做對(duì)半聯(lián)苯胺，如果兩個(gè)對(duì)位都被封閉，產(chǎn)物叫做鄰半聯(lián)苯胺。,主講人：劉環(huán)宇,3.2.4 聯(lián)苯胺重排,3.2 酸催化分子重排,主講人：劉環(huán)宇,3.2.5 Schmidt重排,3.2 酸催化分子重排,在強(qiáng)酸存在下，羧酸、酮、醛等與疊氮酸作用，生成伯胺、酰胺或腈反應(yīng)稱為施密特（Schmidt）重排反應(yīng)。,主講人：劉環(huán)宇,3.2.5 Schmidt重排,3.2 酸催化分子重排,Schmidt重排反應(yīng)歷程為：,主講人：劉環(huán)宇,3.2.5 Schmidt重排,3.2 酸催化分子重排,重排反應(yīng)速率為： 二烷

15、基酮烷基芳基酮二芳基酮,主講人：劉環(huán)宇,3.2.5 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過(guò)量(2個(gè)物質(zhì)的量以上)，則生成“四唑”產(chǎn)物,主講人：劉環(huán)宇,3.2.5 Schmidt重排,3.2 酸催化分子重排,醛發(fā)生Schmidt重排反應(yīng)生成腈,若HN3過(guò)量(2個(gè)物質(zhì)的量以上)，則生成“四唑”產(chǎn)物,主講人：劉環(huán)宇,3.2.6 氫過(guò)氧化物重排,3.2 酸催化分子重排,烴類化合物用空氣或H2O2氧化得到氫過(guò)氧化物。氫過(guò)氧化物在酸或Lewis酸作用下，發(fā)生OO鍵斷裂的同時(shí)，烴基從碳原子轉(zhuǎn)移到氧原子上的重排反應(yīng)，稱為氫過(guò)氧化物的重排反應(yīng)。,其反應(yīng)歷程為：,R為烷基或芳基,烷基之間移位的次序?yàn)椋?叔R仲RPrHEtMe,主講人：劉環(huán)宇,3.2.6 氫過(guò)氧化物重排,3.2 酸催化分子重排,主講人：劉環(huán)宇,3.2.7 Fries重排,3.2 酸催化分子重排,酚酯類(包括脂肪和芳香酸的酯類)，在Lewi