第 3 章 酸催化缩合与分子重排
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第 3 章 酸催化缩合与分子重排. 一般来说,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 ) 形成较大的单一分子的反应。酸催化缩合反应包括芳烃、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的反应。. 3.1 酸催化缩合反应. 3.1.1 Friedel - Crafts 反应. 1. Friedel-Crafts 烷基化反应. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
第 3 章 酸催化缩合与分子重排
一般来说,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 ) 形成较大的单一分子的反应。酸催化缩合反应包括芳烃、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的反应。
3.1 酸催化缩合反应
1. Friedel-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,常用的催化剂是无机酸 ( 如硫酸,盐酸等 ) 和 Lewis 酸 ( 如无水 AlCl3 、 BF3 、 FeCl3 、ZnCl2 、 SnCl4 等 ) ,该反应常称为芳环上的亲电取代反应。
Me2C CH2 CMe3FeCl3或 HF/BF3+
89%
NH2
H2C CH2
NH2
Et Et2+
Et2AlCl
300 C, 6.5~7MPa, 115mino
97.9%
CCl3CHO Cl+H2SO4
CCl3CH( )2Cl + H2O2
CH3CCH3
O
OH
CH3
CH3
H2O2+ OHHO +CH2SO4
HCHO HCl+ +H3PO4
CH3COOH
CH2Cl
H2O+
77%
3.1.1 Friedel - Crafts 反应
Friedel-Carfts 烷基化反应易生成多取代物。当所用的烷基化试剂的碳原子数为 3 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的结果。此外,当芳环上连有吸电子基团 ( 如- NO2 、- CN 、- COCH3 等 ) 时,烷基化反应很难发生甚至不发生。
3.1 酸催化缩合反应 3.1.1 Friedel - Crafts 反应
1. Friedel-Crafts 烷基化反应
分子内 F- C烃基化反应可用于芳环稠合
H2SO4+ H2O
88%
CH3
CH2
O O
CH3
Ph(CH2)4OHH3PO4
H2C
50%
H3C
OH
CH3
CH3H3C
SiO2, H3PO4
CH2Cl2, 25 oC, 2h
82%
3.1 酸催化缩合反应 3.1.1 Friedel - Crafts 反应
1. Friedel-Crafts 烷基化反应
类似于芳烃,烯烃也能发生 F- C烃基化反应
(CH3)3CCl (CH3)3CCH2CH2ClAlCl3
-10 oC+ CH2=CH2
反应机理可能为
(CH3)3CCl AlCl3 (CH3)3C AlCl4+ +
(CH3)3C + (CH3)3CCH2CH2CH2=CH2
(CH3)3CCH2CH2Cl+ AlCl4(CH3)3CCH2CH2 + AlCl3
3.1 酸催化缩合反应 3.1.1 Friedel - Crafts 反应
1. Friedel-Crafts 烷基化反应
类似于芳烃,烯烃也能发生 F- C烃基化反应
H3CC=CH2
H3C+ CH
CH3
CH3
CH3ŨH2SO4»òHF
0~10 oC(CH3)3CHCH2C(CH3)3
制备高辛烷值汽油的一个较便宜的方法
(CH3)3C (CH3)3CCH2C (CH3)2
H(CH3)2C=CH2
(CH3)2C=CH2
+(CH3)3CCH2C (CH3)2 HC(CH3)3 (CH3)3CCH2CH(CH3)2 + (CH3)3C
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
3.1 酸催化缩合反应 3.1.1 Friedel - Crafts 反应
1. Friedel-Crafts 烷基化反应
2. F - C 酰基化反应1) 用 Friedel - Crafts 反应合成酮
COCl +AlCl3 C
O
82%
+AlCl3
O
O
O
COCH2CH2COOH
92%~95%
CH3COOH CH3COOH
P2O5 P2O5
OCH3OCH3
COCH3
OCH3
COCH3
COCH3
CH3COCl
AlCl3
OCH3
NO2
OCH3
NO2
COCH3
CH3COCl
AlCl3
OCH3
NO2
OCH3
NO2
COCH3
3.1 酸催化缩合反应 3.1.1 Friedel - Crafts 反应
1) 用 Friedel - Crafts 反应合成酮
AlCl3(CH3CO)2O+CS2£¬ »ØÁ÷
69 % ~ 79%
Br Br COCH3
+ CH3C NZnCl2, HCl
(C2H5)2O
HCl
H2O
»ØÁ÷
.
OH
HO OH
OH
HO OH
NHH3C
OH
HO OH
COCH3
74%~87%
POCl3,100~125 oC
N(CH3)2
(H3C)2NN
Ph
PhH2O
HCl(H3C)2N
O
Ph
PhCONHPh
2. F - C 酰基化反应
3.1 酸催化缩合反应 3.1.1 Friedel - Crafts 反应
1) 用 Friedel - Crafts 反应合成酮
OO
O
H2SO4
O
COOH
57%
+ AlCl3CO
CH2
CH2
CHOO
O
Zn-Hg/HCl
H2SO4,
H2SO4
O
O
¢Ù
¢ÚO
O
O
2. F - C 酰基化反应
3.1 酸催化缩合反应 3.1.1 Friedel - Crafts 反应
1) 用 Friedel - Crafts 反应合成酮
(CH2)5COCl
AlCl3, CS2
25oC
CO
(CH2)567%
AlCl3 AlCl4C Cl
O
R C
O
R+ +
C
O
R(CH3)2C=CH2 + (CH3)2C CH2 C
O
R
(CH3)2CCH2CCH3 AlCl4-
O
+ (CH3)2CCH2CCH3
O
Cl
2. F - C 酰基化反应
3.1 酸催化缩合反应 3.1.1 Friedel - Crafts 反应
1) 用 Friedel - Crafts 反应合成酮
CH3C
O
+COCH3 COCH3
COCH3
Cl
H
AlCl4Me2NH
HCl
2. F - C 酰基化反应
3.1 酸催化缩合反应 3.1.1 Friedel - Crafts 反应
2) Freidel - Crafts 反应合成醛
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
HCOOH + ClSO3H HCl CO H2SO4+ +
HCl CO+AlCl3HCOCl HC
O+ AlCl4
HCl CO+AlCl3-Cu2Cl2
20o HCO
CHOH
CHO
C
82.8%
C6H6
CH3
+ CO + HClAlCl3-Cu2Cl2
20o
CH3
CHO
50%~55%C
2. F - C 酰基化反应
3.1 酸催化缩合反应 3.1.1 Friedel - Crafts 反应
2) Freidel - Crafts 反应合成醛
+ FCHOBF3, 0~10¡æ
CH3
H3C CH3
CH3
H3C CH3
CHO
OCH3
HCN, HCl, AlCl3, 45oC
H2O
OCH3
CHO
¢Ù
¢Ú
+ Cl2CHOCH3TiCl4
CH2Cl2
ClCHOCH3CH3
H3C CH3
CH3
H3C CH3
CHOCH3
ClH2O
0~25¡æ
81%~89%
CH3
H3C CH3
CH3
H3C CH3
CHO
2. F - C 酰基化反应
3.1 酸催化缩合反应 3.1.1 Friedel - Crafts 反应
2) Freidel - Crafts 反应合成醛
¢Ù
H3C
OHCH(CH3)2
H3C
OHCH(CH3)2Zn(CN)2, HCl, AlCl3
H3O+¢Ú
CHO
HCl HCN HN=C HCl+AlCl3
R
AlCl3HN=HC R
H2OOHC R + NH3
2. F - C 酰基化反应
3.1 酸催化缩合反应 3.1.1 Friedel - Crafts 反应
3.1.2 醛或酮及其衍生物的反应 1. 自身缩合
2CH3CHO CH3CH(OH)CH2CHOH H2O
CH3CH=CHCHO
HCH3CHO CH3C HOHCH3CH=O H
HCH3CHO CH=O HCH2
H
HCH2=CHOH
CH=CH2 CH3C HOH
OH:
+ CHCH2CHOH
CH3O H
CH3CHCH2CHO
OHH
HCH3CHCH2CHO
OH
CH3CHCH2CHO
OH2H3O
CH3CH=CHCHO
3.1 酸催化缩合反应
H CH3COCH3(CH3)2C=CHCOCH32CH3COCH3 (CH3)2C=CHCOCH=C(CH3)2
HCH3COCH3 CH3CCH3
O H
CH3C CH3
OH
HHCH3COCH3
O H
CH3C CH2
HCH3C=CH2
OH
CH3C=CH2
OH
:
+ CH3C CH3
OH
CH3CCH2C(CH3)2
O H OHH3O
(CH3)2C=CHCOCH3
HO H
CH3CCH=C(CH3)2H
CH2=CCH=C(CH3)2
OH
(CH3)2C=CHCOCH3
+ H3OCH2=CCH=C(CH3)2
OH
CH3CCH3
OH
(CH3)2C=CHCCH2 C(CH3)2
OHO H
(CH3)2C=CHCOCH=C(CH3)2
3.1.2 醛或酮及其衍生物的反应 1. 自身缩合
3.1 酸催化缩合反应
H2SO4
H3C
CH
CHCHO
O O
CH3
CH3
3CH3CHO
H2SO4
H3CCH
O CH3
O CH
CH3
CH
O
CHO
CH3
4CH3CHO
3.1.2 醛或酮及其衍生物的反应 1. 自身缩合
3.1 酸催化缩合反应
2. 交叉缩合 CHO
OH+
CH3C
O
ÎÞË®HCl
O
CH
C
CH
H3C
O
H2C
HO
HH2C
HOH+H+ -
CHO
OH
H
OH
CHOH=
OH
CH OH
H2C OH
H
OH
OH
HC
HC
OO
HC
HC
O
HH
+ -H2O H+
O
HC
CH
OHO
HC
CH
OH2
O
HC CHH+ -H2O-H+
3.1.2 醛或酮及其衍生物的反应
3.1 酸催化缩合反应
H
O OOH
X X
Proline,acetone
Solvent, r.t
X ArCHO + CH3NO2HOAc + NH4OAc
100¡æ, 3h, »ò70¡æ, overnightX ArCH=CH NO2
ArCHO H2CCN
X+ NH4OAc
3~6minCNArCH=C
X88%~97%
X: CF3, MeO, F, Cl
X: CN, CONH2
2. 交叉缩合
3.1.2 醛或酮及其衍生物的反应
3.1 酸催化缩合反应
3. 酮与酰卤或酸酐的缩合
CH3COCH3 CH3CCH2
O
H CH3C=CH2
BF3 B F3BF3
=
HO
OH3C
OH3C
O
OH3C
OH3C
O
B-F3
BF3CH3C =O CH3COOBF3+
CH3C =OCH3C=CH2
B F3O
+ CH3COCH2COCH3 BF3+
CH3COCH2R BF3+ (CH3CO)2O CH3COCHCOCH3
R
3.1.2 醛或酮及其衍生物的反应
3.1 酸催化缩合反应
CH3COCH3 CH3CCH2
O
H CH3C=CH2
BF3 B F3BF3
=
HO
OH3C
OH3C
O
OH3C
OH3C
O
B-F3
BF3CH3C =O CH3COOBF3+
CH3C =OCH3C=CH2
B F3O
+ CH3COCH2COCH3 BF3+
CH3COCH2R BF3+ (CH3CO)2O CH3COCHCOCH3
R
3. 酮与酰卤或酸酐的缩合
3.1.2 醛或酮及其衍生物的反应
3.1 酸催化缩合反应
1. Mannich reaction
3.1.3 Mannich reaction
3.1 酸催化缩合反应
据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 ( 通常为甲醛 ) ,在酸催化下,与第一、第二胺反应,生成胺甲基化衍生物的反应,叫做 Mannich reaction 或曼氏反应。该反应广泛用于有机合成。
1. Mannich reaction
3.1.3 Mannich reaction
3.1 酸催化缩合反应
+RCOCH3 CH2O Et2N H2Cl H2O+ .ÊÒÎÂ
Ë®»òÒÒ́¼ £«RCOCH2CH2NEt2 HCl
. NaOHRCOCH2CH2NEt2RCOCH2CH2NEt2 HCl
OH
+ CH2O Me2NH+H
OHCH2NMe2
CH2NMe2
Me2NCH2
86%
NH
+ CH2O Me2NH+H
NH
CH2NMe2
97%
(CH3)2CHCHO CH2O Me2NH+ + H(CH3)2CCH2NMe2
CHO
1. Mannich reaction
3.1.3 Mannich reaction
3.1 酸催化缩合反应
CH3CH(CO2H)2 CH2O Me2NH+ +HH2O
(CH3)2C(COOH)2
CH2NMe2
NCH2O Me2NH+ +
CH3
H
N CH2CH2NMe2
PhC=PhC CH= CH2O Me2NH+ + HH2O
CCH2NMe2
CH2O H+ H2CCH2=O H OH
Me2NH
:
+ -H2O [Me2N =CH2 Me2NC H2]CH2=O H Me2N HCH2OH
PhCOCH3PhC
O HPhC=CH2
H
H = CH2H
OH
1. Mannich reaction
3.1.3 Mannich reaction
3.1 酸催化缩合反应
PhC=CH2
OH:
+ Me2N =CH2H
PhCOCH2CH2NMe2 Me2NH+PhCOCH=CH2
RCOCH3 ArCHO Ar NH2++1 2 3
HCl
10%NaHCO3
0~200C
ŨRCOCH2CH(Ar)NH(Ar )
4'' ¢Ù
¢Ú¢Û
2. Mannich Reaction 在合成上的应用
3.1.3 Mannich reaction
3.1 酸催化缩合反应
(1) 制备 α , β -不饱和羰基化合物
+ RCOCH2CH2N+H(CH3)2Cl-+ CH2ORCOCH3 H2N+(CH3)2Cl-+RCOCH=CH2(CH3)2NH HCl
.
RCOCH=CH2 RCOCH2CH3[H]
2. Mannich Reaction 在合成上的应用
3.1.3 Mannich reaction
3.1 酸催化缩合反应
(2) 曼尼希碱或季铵盐的转换
NH
CH2O+ + Me2NHCH3COOH
H2ONH
CH2N(CH3)2
ÂÌÖñ¼î95%
NH
CH2N(CH3)2 £¨ CH3)2SO4
NH
CH2N(CH3)3 CN
OHNH
CH2COOH¢Ù
¢Ú
NHO
CH2O HNN
HOH2C
NN
HOCH3
H+
-H2O
氢解+ +
2. Mannich Reaction 在合成上的应用
3.1.3 Mannich reaction
3.1 酸催化缩合反应
(2) 曼尼希碱或季铵盐的转换
CH3CONHCH(CO2Et)2
EtO
HCH3CONHC (CO2Et)2
OH -?
H
H
? H
?
+ CH3CONHC-(CO2Et)2
CH2C(CO2Et)2
NHCOCH3
CH2CHCO2H
NH2N
NHN
CH2N (CH3)3
2. Mannich Reaction 在合成上的应用
3.1.3 Mannich reaction
3.1 酸催化缩合反应
(3) 合成生物碱
H2C
H2C
CHO
CHO
CH3NH2
N
-OOC
COO-
O
CH3N
O
CH3
+ +
H2CC
H2CO
COO-
COO-
H3O+
-2CO2
NCH3
O
NCH3
H
OH
NCH3
H
O CO
CH
CHOPh
Zn-HI PhCH(CHO)CO2HKBH4
CHCl3
NCH3
H
O CO
CH
CH2OHPh
CH2
CHO
CH2
CHO
+ CH3NH2
H2C
CO2-
H2C
CO2CH3
CH2
CH
CH2
CH
CO2CH3
N CH3H
CO2+
¢Ù
¢ÚO O OCOPh
[H]
PhCOCl
¹Å¿Â¼î80£¥
CH2
CH
CH2
CH
CO2CH3
N CH3¢Ù
¢Ú
2. Mannich Reaction 在合成上的应用
3.1.3 Mannich reaction
3.1 酸催化缩合反应
(3) 合成生物碱
CHOH2C
CHO+ CH3NH2
CH2
CH2
+H2C
CO2H
C=OH2C
CO2H
2H2O2CO2
CHH2C
CH
CH2
CH2
N CH3
CH
CHC=O
¼ÙʯÁñ¼î 68£¥
¢Ù
¢Ú
CHH2C
CH
CH2
CH2
N CH3
CH
CHC=O
¡¡ [H]
PhCOCl
¢Ù
¢Ú
CHH2C
CH
CH2
CH2
N CH3
CH
CHOCOPh
CH3COCH2CH3 CH2O (CH3)2NH CH3COCHCH2N(CH3)2
CH3
+ +H2O
HOCHCHCH2N(CH3)2
CH3
CH3
»¹ Ô
p-H2NC6H4CO2HCOOCHCHCH2N(CH3)2
CH3
CH3
H2N
ÍÁ͸ ¿¨ Òò
1. 烯胺的生成
3.1.4 烯胺
3.1 酸催化缩合反应
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 α , β- 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,与烯醇容易转变为羰基化合物相似。
HN N
1. 烯胺的生成
3.1.4 烯胺
3.1 酸催化缩合反应
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。它们的结构式如下
ËÄÇâßÁ¿© Âðßø ßßà¤
NH
O
NH
NH
1. 烯胺的生成
3.1.4 烯胺
3.1 酸催化缩合反应
O
+NH
P-CH3-C6H4SO3H
C6H6,
N+ H2O
N-(1-»· Îì Ï©»ù£©ËÄÇâßÁ¿©
80%~90%
O
H+
O H
R2NH
HO N HR2 HO NR2
H+NR2H2O
H2OH
N R2
HH
NR2
+
O
H3C
NH
+p-CH3C6H4SO3H
C6H6,
N
H3C +
N
H3C
Õ¼²ú Îï µÄ85£¥ Õ¼²ú Îï µÄ15£¥
2. 烯胺在有机合成中的应用
3.1.4 烯胺
3.1 酸催化缩合反应
烯胺在有机合成中的应用在于它的β-碳原子 (即初始羰基化合物的α-碳原子 )上带有部分负电荷。因此,可作为亲核试剂与卤代烷、酰卤或亲电性的烯烃反应。
NR R
:R
CH3I, C6H6, »ØÁ÷
RCH NR RC
R
NR R
R
I-NR R
R
RCH C=CH3
Ë®½â
CH3
R
1
2
1
3
1
2 3
CH3
1
2 3
1
2 3+
RCH=C
RCH=C
RCHC=O
I-
2. 烯胺在有机合成中的应用
3.1.4 烯胺
3.1 酸催化缩合反应
N CH3I, CH3OH,N
H3CI Ë®½â
O
CH3
N
H3C CH3CH2OH
NH3C CH2CHCN
H
NCH2CH2CNH3C
O
H3C CH2CH2CN
:
+»ØÁ÷
Ë®½â
65%
CH2=CHCN
N + CH2=CHCO2CH3CH3CN
H3OC2H5CHCHO
CH2CH2CO2CH3
67%
¢Ù
¢ÚC2H5CH=CH
2. 烯胺在有机合成中的应用
3.1.4 烯胺
3.1 酸催化缩合反应
N
O
CH3(CH2)5CCl
O
N(C2H5)3
N
O
HCO(CH2)5CH3
N
O
CO(CH2)5CH3
Ë®½â
OCO(CH2)5CH3
75%
R
C=C
H
R
R CO Cl
RN RH
R
R CO
C C=N Cl
N(C2H5)3:
C=C N
R CO
RË®½â RCHCOR
R CO2
1
1
: 1
2
2
1
2
3.1.5 α- 皮考啉反应( Picoline )
3.1 酸催化缩合反应
N
ZnCl2, PhCHO
H2ON CH=CHPhCH3
N CH3
ZnCl2
N CH2H
ZnCl2
N
ZnCl2
CH2
H O=CHPh
ZnCl2N CH3 CH OH
Ph H2O
N CH=CHPh
ZnCl2, PhCHO
H2ON
CH3
N
CH=CHPh
N
CH3
ZnCl2, PhCHO
H2ON
CH=CHPh
3.1.5 α- 皮考啉反应( Picoline )
3.1 酸催化缩合反应
N
CH2
H
ZnCl2 N
CH2
ZnCl2
NEt
CH3 I- NEt
CH2 NEt
CH2
CH(OEt)2
-HI CH(OEt)3
-OEt
NEt
CH2
NEt
CH2
CH
OEtCH2
NEt
-EtOH
-H+NEt
CH
CH
CH
NEt
NEt
CH
CH
CH
NEt
3.1.6 Prins reaction
3.1 酸催化缩合反应
HCH2OH CH2OH+ CH2=OH
CH2OHC C CH2OH C CH2O
H+ CH2OHC C
OH
CH2OHC C CH2OH C CH2O
H+ CH2OHC C
OH
HCHO
H2OO
CC
H2C
O CH2
CH2O+H
CH3CHCH(CH3)CH2OH
OH
CH3CH=CHCH3
+H
O O
PhNa-ROH Ph(CH2)3OHPhCH=CH2 2CH2O
¢Ú
¢Ù
HOBr PhCH(OH)CH2Br TsOH, KHSO4-H2O
HCHO
O O
PhBr
O O
PhNH2
H+
Ph CHOH
CH
NH2
CH2 OH²ð ·Ö
CHCl2COClPh CH
OHCH
NHCOCHCl2CH2 OH
D-(-)-ÂÈùËØ
PhCH=CH2 PhCH=CHBr
Ph= NO2
NH3
3.2 酸催化分子重排
分子重排反应( molecular rearrangement reaction)是分子中的一个基团或原子从一个原子转移到另一个原子上,形成一个新的分子的反应。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的分子,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同分子。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的分子,仅从分子的一部分迁移至分子的另一部分。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。
3.2.1 频哪醇-频哪酮重排
3.2 酸催化分子重排
(CH3)2C(CH3)2C C(CH3)2
OH
OH
HH2O
CCH3
CH3
(CH3)3C C CH3
OHOH :¢Ú¢Ù H (CH3)3CCCH3
65%~72%
O
OH OH
PhC
CH3
CH
HPhCCH2CH3
O
H
HH2O
PhC CH2OH
CH3
PhCH CHOH
CH3
PhCHCHO
CH3H
Ph2C C(CH3)2OH
OH
H2SO4
H2O
ZnCl2
Ph2C C(CH3)2OHH
Ph2C(CH3)COCH3
Ph2C C(CH3)2
OHH
PhCOC(CH3)2Ph
CPh2
OH
OH
H2SO4O
PhPh
99%OH
OHH2SO4
O
3.2.2 Beckmann 重排
3.2 酸催化分子重排
RN
CR
R
NOH
C RH
R
NOH2
C R H2O R
N
C R H2O
RN
CRH2O
H
RN
CROH
N
CRO
H R
H
H
N OH H
H
N
H
OH
110oC
H
H
N
HO
H
H
H
NH
O
110oC
C6H5CH
CH3
C
N CHCH3
OH
CH3
H2SO4 H N C6H5
CH3O=C
**
NH2OH
r.t.Bpy/BF4/PCl3
353k, 2h
ת »¯ÂÊ100£¥Ñ¡ÔñÐÔ99£¥
O NHO
NH
O
Me CO2CH3
Me
CHMe2
Me CO2CH3
Me
CHMe2COCH3
Me CO2CH3
Me
CHMe2CCH3
NOH
CH3COCl
AlCl, C6H5NO2
NH2OH, HCl
ßÁà¤
m.p. 63oC m.p. 134oC
6
8
Me CO2CH3
Me
CHMe2NH2
HCl-HOAc-Ac2O, 25oC
H3O ,62%
m.p. 137oC
¢Ù
¢Ú
3.2.3 烯丙基重排
3.2 酸催化分子重排
CH2
CH21 2 3
1 2 3
H H2O Cl/CH2=CHCH2OH CH2=CHCH2Cl
CH=CH2
CH2=CH
Cl
H H
H2OH2O
OH
H2O
CH3CH=CH CH2CH3CH=CHCH2Cl
CH3CH=CH CH2OH2
CH3CH=CH CH2OH
CH3 CHCH=CH2
CH3 CHCH=CH2
CH3 CHCH=CH2
(C2H5)2NH + CH2=CH CH CH3
Cl:
(C2H5)2N±½
CH2CH=CHCH3
±½:
(C2H5)2NH+ CH2Cl
CH=CHCH3
(C2H5)2N CH2CH=CHCH3
3.2.4 联苯胺重排
3.2 酸催化分子重排
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。
NHNH NH2H2NH
反应速度 =k[ 氢化偶氮苯 ][H+]2
NHNHH2
N
H
H
N
H
H
N NHH
HH
N N. . NHHNH
H
H H..
NN
..
H
H
H
H H
HHH
H
H
H
HH2N NH2
H2 H2N NH2
3.2.4 联苯胺重排
3.2 酸催化分子重排
已经知道,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,这说明联苯胺重排是分子内重排过程:
HN
HN
HN
HN
CH3
H3C
H2N NH2
H2N NH2
H3C
CH3
H2N NH2
H3C
H+
不产生
NHNHH
CH3H3C NH
CH3
H3C
H2N
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,重排产物叫做对半联苯胺,如果两个对位都被封闭,产物叫做邻半联苯胺。
NHNHH3CH
NHH3C NH2
3.2.4 联苯胺重排
3.2 酸催化分子重排
N=N N=N
NH2
SO3Na SO3Na
NH2
¸Õ¹û ºì
N=N N=N
NH2
SO3Na H3C SO3Na
NH2
CH3
Ö±½Óºì
N=N N=N
SO3Na
NH2HO
NaO3SSO3NaNaO3S
Ö±½ÓÌì À¼
OHNH2
3.2.5 Schmidt 重排
3.2 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、酰胺或腈反应称为施密特( Schmidt)重排反应。
HN3 CO2 N2R COOH +H2SO4
C6H6R NH2 + +
HN3H2SO4
CH3(CH2)4COOH CH3(CH2)4NH2
70%~75%
COOH
NH2
CH2
COOH
COOH
CH2HN3
H2SO4
COOH NH2
HN3(H2SO4)
CHCl3 NH2COOH
COOH COOHHN3
H2SO4
NH2
HN3
H2SO4
H3C
OH
H3C COOH
H3C
OH
H3C
3.2.5 Schmidt 重排
3.2 酸催化分子重排
Schmidt 重排反应历程为:
RC OH
O
OH2SO4
RC OH2
O
RC OH
OH
R C=O + H2O
R C=O + HN3H
O
R NC N N:
N2 R C N :
:
R N=C=O R NH2 + CO2H2O
3.2.5 Schmidt 重排
3.2 酸催化分子重排
O
RCR RCONHRHN3 N2+ H2SO4 +O
RCR
RCONHR
HN3 N2+ H2SO4
+
R CONHR
O
RCR HN3+ R C R
OH
NN N:
N2 R C R
OH
N: :
RN=CR
OH
RCONHR
重排反应速率为:
二烷基酮 > 烷基芳基酮 > 二芳基酮
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
HN3+C6H5COCH3H2SO4 C6H5NHCOCH3
77%
OHN3
H
NH
O
CH3COCH3 HN32+H2SO4 C N
N NN
H3C
H3C
1, 5-¶þ¼×»ùËÄßò
HN3, H2SO4
N2
HN3
-H2O
Cardiazole£¨ ÓÃ×÷Ç¿ÐļÁ£©
O
HN
O
N
OH
N
NN
N
若 HN3 过量 (2 个物质的量以上 ),则生成“四唑”产物
3.2.5 Schmidt 重排
3.2 酸催化分子重排
醛发生 Schmidt 重排反应生成腈
若 HN3 过量 (2 个物质的量以上 ),则生成“四唑”产物
RCH
O
+ HN3H
R C H
OH
N N N:
R C N + N2 + H2O
CH3CHO CH3CNHN3
64%C6H5CHO C6H5CN + C6H5NHCHO
HN3
H2SO470% 30%
C6H5CHO +N
HNN
N
C6H5
2HN3
3.2.6 氢过氧化物重排
3.2 酸催化分子重排
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 O - O 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。
其反应历程为:
C O OHR
R
R
H R2CO + R OH R 为烷基或芳基
C O OHR
R
R
HC O OH2R
R
R
C OR
R
R
H2OR2C OR
H2OOH2
H R2CO +R2COR ROH
烷基之间移位的次序为: 叔 R> 仲 R>Pr≈H>Et>>Me
3.2.6 氢过氧化物重排
3.2 酸催化分子重排
C O OHR
R
R
HRCHO H2O+
R=Me, Et
C O OHR
R
R
HH2CO ROH+
R=ÖÙ£¬ÊåÍé »ù
£«ÎÞ Ë®AlCl3
95 ~100oC
CH(CH3)2
CH3CH=CH2
H3C CH
CH3
+ O2
¿ÕÆø
Na2CO3ÈÜÒº£¬pH8.5~ 10.5 H3C C
CH3
O OH
100oC, 3-5atm ¢Ù
H3C C
CH3
O OH OHCH3COCH3
10%H2SO4
45~47oC +
3.2.7 Fries 重排
3.2 酸催化分子重排
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。
OCOROH
+ROC
COROH
AlCl3
AlCl3AlCl3
80%~85% 95%
25 oC
OH
H3C
COCH3
OCOCH3
H3C
OH
H3C
COCH3165 oC
OCOCH3
+ AlCl3OCOCH3
AlCl3 OAlCl3
+ CH3C
O
OAlCl3
COCH3
H COCH3
OH
AlCl3
OAlCl3
COCH3H
AlCl3
COCH3
OH
3.2.7 Fries 重排
3.2 酸催化分子重排
酚酯结构对重排影响很大。不同酯发生重排的活性为: RCO>PhCH2CO> PhCH2CH2CO> PhCO, 即脂肪羧酸的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。
OCORR
OHR
COR
HF
55oC
OCOR
CH3
OH
CH3
CORHF
80%
76%
55oC
OSO2Ph
ClCl
OH
ClCl
SO2PhAlCl3150 CO
OSO2PhOH
AlCl3
SO2Ph
O
OCl
HO
HO
HO
OClAlCl3/CS2
POCl3/C6H6,或
90%
HO
HO
OHHN
CH3¢Ù
¢Ú
CH3NH2
H2/催化剂