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1、芳烃酰化羰基酰化第1页,此课件共77页哦芳烃的C-酰化包括两种形式:直接酰化反应:羧酸衍生物在Lewis酸或质子酸催化下直接对芳烃亲电酰化的Friedel-Crafts反应,简称F-C酰化;间接酰化反应某些具有正碳离子活性的中间体对芳烃进行亲电取代再转化位酰基,包含一系列人名命名反应:Hoesch反应、Vilsmeier Haauc反应、Gattermann反应、Reimer-Tiemann反应。第2页,此课件共77页哦F-C 酰化反应反应式及反应机理影响因素酰化剂被酰化物结构催化剂溶剂F-C酰化反应的应用第3页,此课件共77页哦F-C 酰化反应式被酰化物:各种电子云密度较高的取代芳环、芳杂环
2、类化合物;酰化剂:酰卤、酸酐、羧酸、酯(活性依次递减)催化剂:质子酸、Lewis酸;溶剂:醚类、卤代烷类、苯及同系物、乙酸乙酯第4页,此课件共77页哦F-C 酰化反应机理 亲电试剂中间体酰卤在催化剂的作用下生成如下各种活性中间体:第5页,此课件共77页哦F-C反应机理反应历程第6页,此课件共77页哦常用酰化剂:酰卤(酰溴或酰氯)、酸酐、羧酸等酰卤的活性顺序随催化剂的不同而不同;以AlX3为催化剂:RCOI RCOBr RCOCl RCOF以BX3为催化剂:RCOF RCOCl RCOBrF-C酰化反应的影响因素酰化剂第7页,此课件共77页哦F-C酰化反应的影响因素酰化剂酰化剂结构的影响:以脂肪
3、酰氯中烃基结构烃基结构的影响为例;酰基的位为叔碳原子时,容易脱碳形成正碳离子,结果进行的C-烃化反应(见);酰氯分子中的、位含有-Hal、-OH以及含有,不饱和双键等活性基团时,若催化剂过量或反应时间过长,这些基团在酰化条件下也可发生分子内烃化反应而得环酮(见);烃基中含有芳基取代时,且芳基在、为上,易发生分子内酰化而得环酮(见);第8页,此课件共77页哦F-C酰化反应的影响因素酰化剂酰化剂环状酸酐酰化时可制备芳酰脂肪酸,进一步环合得环酮(见)混合酸酐RCOOOR为酰化剂时若R具有吸电子性,则主要生成ArCOR;(见)第9页,此课件共77页哦F-C酰化反应的影响因素被酰化物结构的影响芳核上取代
4、基的影响o,p-位定位基(烃基、烷氧基、卤素、乙酰氨基)时,酰基进入先对位后邻位(见);m-位定位基如酰基,一般不易发生酰化,但定位基两侧均有给电子基团时例外;而分子内酰化也容易进行(见);芳杂环结构的影响富电子杂环容易发生环酰化,缺电子杂环不易酰化(见)。第10页,此课件共77页哦F-C酰化反应的影响因素催化剂Lewis酸:酰氯和酸酐酰化时选用,与醛酮形成复合。以AlCl3和AlBr3最常用。若酰化剂为酰氯,则Lewis酸为等摩尔;若酰化剂为酸酐,则Lewis酸为酸酐摩尔数两倍以上;对于易糟破坏的芳杂环,如呋喃、噻吩、吡咯等的酰化以活性较弱的BF3、BBr3、SnCl4、ZnCl2为宜。质子
5、酸:羧酸为酰化剂时选用,一般来说,比Lewis酸催化作用弱。新型催化剂:三氟甲磺酸盐Mn(OTf)m,,只需用催化剂量(见)。第11页,此课件共77页哦可见,脂肪酰氯烃基位为叔碳原子时,受三氯化铝的影响脱羰形成叔碳正离子,导致F-C烃化反应。酰化剂对F-C酰化反应的影响 脂肪酰氯烃基位为叔碳原子第12页,此课件共77页哦酰化剂对F-C酰化反应的影响酰氯分子中的、位含有Hal、-OH以及含有,不饱和双键等活性基团,发生环合路易酸作用下酚醚水解,进而被烯烃烃化第13页,此课件共77页哦酰化剂对F-C酰化反应的影响烃基中含有芳基取代时,且芳基在、为上,易发生分子内酰化而得环酮,反应难易与形成环的大小
6、有关:六元环五元环七元环。体系若存在电子云密度较高的芳杂环,则分子间酰化为主。第14页,此课件共77页哦酰化剂对F-C酰化反应的影响环状酸酐酰化时可 制 备 芳 酰 脂 肪 酸,进 一 步 环 合 得 环 酮。第15页,此课件共77页哦注:三氟甲磺酸与羧酸或酰氯先形成混合酸酐,三氟甲磺酰基吸电子性强,更容易离去。混合酸酐甚至不用催化剂,反应条件温和。酰化剂对F-C酰化反应的影响 也可用混合酸酐酰化第16页,此课件共77页哦被酰化物结构对F-C酰化反应的影响o,p-位定位基,酰基进入先对位后邻位第17页,此课件共77页哦注:o,p-位定位基(烃基、烷氧基、卤素、乙酰氨基)时,酰基进入邻位后,烷氧
7、基易发生脱烷基化反应。羰基与邻近羟基螯合。但AlCl3不能过量,否则与醚形成配位络合物而使整个化合物的反应活性大大降低,甚至不能反应。被酰化物结构对F-C酰化反应的影响o,p-位定位基,酰基进入先对位后邻位第18页,此课件共77页哦被酰化物结构对F-C酰化反应的影响m-位定位基的影响m-位定位基如酰基,一般不易发生酰化(与烃化相反),但定位基两侧均有给电子基团时例外;而分子内酰化也容易进行。甲基位阻的影响,使得酰基不能与芳环共平面,使得第一个酰基对芳环的钝化作用减弱第19页,此课件共77页哦注:这是分子内酰化,形成六元环,富电子、弱Lewis酸为催化剂。这里还采用了羧酸酯弱酰化剂。被酰化物结构
8、对F-C酰化反应的影响富电子芳杂环易酰化,缺电子芳杂环难易酰化第20页,此课件共77页哦催化剂对F-C酰化反应的影响 三氟甲磺酸盐只需催化剂量第21页,此课件共77页哦溶剂对F-C酰化反应的影响芳烃或酸酐为液态时,可分别做溶剂。当上述二者不宜作为溶剂时,如昂贵。可选溶剂有:二硫化碳、硝基苯、石油醚、四氯乙烷、二氯乙烷、氯仿等。其中硝基苯与AlCl3可形成复合物,反应呈均相,极性强,应用较广。溶剂也会影响收率与定位的选择性。第22页,此课件共77页哦溶剂对F-C酰化反应的影响溶剂对F-C 酰化反应影响很大,影响收率和酰基引入的位置。第23页,此课件共77页哦F-C酰化反应的应用合成脂-芳酮合成脂
9、-芳杂酮合成二芳酮合成分子内环酮第24页,此课件共77页哦应用之一合成脂-芳酮第25页,此课件共77页哦应用之二合成脂-芳杂酮第26页,此课件共77页哦应用之三合成二芳基酮第27页,此课件共77页哦应用之四合成分子内环酮第28页,此课件共77页哦芳烃的间接 酰化反应Hoesch反应(见)Gattermann反应(见)Vilsmeier-Haauc反应(见)Reimer-Tiemann 反应(见)第29页,此课件共77页哦Hoesch反应反应定义反应机理适用对象第30页,此课件共77页哦Hoesch反应定义反应定义:腈类化合物与氯化氢在Lewis酸ZnCl2催化下与具有羟基或烷氧基的芳烃进行反应
10、可生成相应的酮亚胺,经水解得具有羟基和烷氧基的芳香酮。反应机理适用对象第31页,此课件共77页哦酮亚胺正碳离子中间体水解Hoesch反应机理第32页,此课件共77页哦Hoesch反应适用对象对间苯二酚、间苯三酚及其相应的醚(电子云密度高),某些多电子的芳杂环如 吡咯及其衍生物,某些电子云密度较高的芳稠环如-萘酚,可用普通烃基腈类;对非活性芳环:苯、氯苯和烷基苯则采用强的卤代腈类(带有吸电子基活性更强)(见);对一元苯酚和苯胺的Hoesch反应,通常为O-和N-酰化反应。但用BCl3为催化剂,得到邻位产物(见)。第33页,此课件共77页哦Hoesch反应实例1烷基苯、氯苯或苯第34页,此课件共7
11、7页哦硼原子封氧,不会发生O-酰化Hoesch反应实例2苯酚或苯胺的间接酰化第35页,此课件共77页哦Hoesch反应实例2苯酚或苯胺的间接酰化第36页,此课件共77页哦Gattermann反应反应定义:将具有羟基和烷氧基的芳烃在AlCl3或ZnCl2的催化下与HCN和HCl作用生成相应芳香醛的反应;反应机理(见)对Gattermann反应的改经:Schmidt改进法(见)适用对象:酚、酚醚、多取代芳烃以及吡咯、吲哚类芳烃的甲酰化,甲酰基优先进入邻位;第37页,此课件共77页哦亚氨基甲酰氯Gattermann反应式及机理第38页,此课件共77页哦Schmidt改进法:使用无水氰化锌,可避免使用
12、无水HCN。Gattermann反应Schmidt改进法第39页,此课件共77页哦Vilsmeier-Haauc反应反应定义:以N-取代的甲酰胺为酰化试剂在POCl3催化下,在芳核(或杂环)上引入甲酰基的反应,是芳烃甲酰化应用较为普遍的方法之一。反应机理(见)适用对象:二烷基胺类取代芳环及酚、醚类活泼化合物,多环芳烃、吡咯等富电子杂环衍生物。应用实例(见)第40页,此课件共77页哦Vilsmeier-Haauc反应机理加成产物正碳离子中间体亲电取代氯胺水解注:水解:Cl被OH取代得到-羟胺,其为醛基与仲胺加成的产物。第41页,此课件共77页哦Vilsmeier-Haauc反应应用实例1制备芳醛
13、第42页,此课件共77页哦Vilsmeier-Haauc反应应用实例2制备芳杂醛第43页,此课件共77页哦Vilsmeier-Haauc反应应用实例3制备芳酮第44页,此课件共77页哦Reimer-Tiemann 反应反应定义:将酚或某些杂环化合物与碱金属的氢氧化物溶液和过量的氯仿一起加热形成芳醛的反应。反应机理(见)反应特点:原料易得、方法简便;但收率不高,一般均低于50%。但酚类可以回收。适用对象:酚、羟基吡啶、羟基喹啉、羟基嘧啶以及富电子芳杂环化合物反应实例(见)第45页,此课件共77页哦二碳烯Reimer-Tiemann 反应机理第46页,此课件共77页哦Reimer-Tiemann
14、反应实例环糊精做催化剂可得单一的对羟基苯甲醛,起相转移催化作用。第47页,此课件共77页哦芳烃C-酰化了解直接酰化和间接酰化的反应机理重点掌握芳烃直接酰化的影响因素和间接酰化的应用第48页,此课件共77页哦羰基化合物位的C-酰化 活性亚甲基化合物的C-酰化(见)酮及羧酸衍生物的位C-酰化(见)第49页,此课件共77页哦活性亚甲基化合物的C-酰化活性亚甲基化合物定义:P87活性亚甲基化合物的C-酰化的反应式活性亚甲基化合物的C-酰化的应用第50页,此课件共77页哦为主要的酰化剂,酸酐 和羧酸也可以活性亚甲基化合物的C-酰化反应式活性亚甲基化合物夺取活性亚甲基上的氢离子,使得活性亚甲基带负电,有利
15、于被酰基亲电进攻。第51页,此课件共77页哦活性亚甲基化合物C-酰化的应用之一制备-酮酸酯以乙酰乙酸乙酯为原料,经酰化,在氯化铵存在下水解,乙酰基选择性除去,得到-酮酸酯。第52页,此课件共77页哦脱羧以丙二酸乙酯为原料,酰化产物对酸敏感,在酸性条件下易脱羧,得到缺电子芳杂环的酮。请问该酮可用前述的芳烃C-酰化得到吗?活性亚甲基化合物C-酰化的应用之二制备用其它方法不易获得的酮降低副反应O-酰化第53页,此课件共77页哦用混合酸酐(羧酸+氰代磷酸二乙酯)酰化法,条件温和,收率高,比用相应的酰氯更好。活性亚甲基化合物C-酰化混合酸酐作为酰化剂第54页,此课件共77页哦酮及羧酸衍生物的位C-酰化一
16、般反应式(见)羧酸酯位C-酰化酮,腈的位C-酰化烯胺的C-酰化第55页,此课件共77页哦1.机理:可以理解为碳负离子对酰基的加成。2.特点:第一步可逆,第二步不可逆。2.酰化剂:可为酰氯、羧酸酯或活性酰胺(酰基咪唑)2.产物:二酮、羰基腈、羰基酯酮及羧酸衍生物的位C-酰化反应式第56页,此课件共77页哦羧酸酯位C-酰化Claisen 反应Dieckmann 反应第57页,此课件共77页哦Claisen 反应Claisen 反应定义Claisen 反应机理催化剂的选择溶剂的选择副反应第58页,此课件共77页哦Claisen 反应定义定义:羧酸酯与另一具有活泼氢的酯进行缩合,得到酮酸酯或类似羧酸酯
17、的衍生物;具有活泼氢的酯提供了酰基,相当于酰化剂,对另一个酯的位进行酰化第59页,此课件共77页哦Claisen 反应机理:以有2个-活泼氢的酯和醇钠催化为例可见,前三步为可逆的,第四步是不可逆的,成为反应的动力。这是因为(1)的酸性比乙醇弱,即给出质子的能力弱;就其共轭碱而严,烷基酯(2)的碱性(Pka=25)比乙醇钠(Pka=18)强。当生成(3)后,由于受羰基和酯基的共同影响,(3)的酸性(Pka=11)比乙醇(Pka=15.9)强,反过来(4)的碱性比醇钠弱,几乎能够不可逆转地生成钠盐(5)。因此反应完要加酸中和反应完要加酸中和。(1)(3)(4)(2)(5)第60页,此课件共77页哦
18、催化剂的选择催化剂的选择:依据原料酯以及生成的酮酯的位活泼氢的酸度大小来决定,也就是说所用碱的碱性越强,夺取质子的能力愈强,对反应越有利。含有两个活泼氢的酯以醇钠、甲醇钠等强碱催化,选择何种醇钠应看被加成的酯的烷氧基而定,以免发生酯交换反应。含有1个活泼氢的酯则以更强的碱如Ph3CNa、NaH、NaNH2为催化剂才能反应。第61页,此课件共77页哦催化剂的选择Ph3CNa含有1个活泼氢的酯则以更强的碱如Ph3CNa、NaH、NaNH2为催化剂才能反应.第62页,此课件共77页哦溶剂的选择溶剂的选择:尽量选择非质子溶剂,以免质子存在,破坏使所用的碱。或者溶剂的酸性比碱的共轭酸要低才合适。第63页
19、,此课件共77页哦Claisen 反应的应用常用的为不含活泼氢的酯(如甲酸酯、苯甲酸酯、草酸酯及碳酸酯)与另一含活泼氢的酯缩合,其主要产物为-酮酸酯。合成特殊的丙二酸酯衍生物,如丙二酸的活性亚甲基位置为苯基取代的。合成 酮酸,等。see第64页,此课件共77页哦Claisen 反应的应用之一制备-酮(醛)酸酯第65页,此课件共77页哦Claisen 反应的应用之二合成特殊的丙二酸衍生物该化合物可以用丙二酸酯的烃化得到吗第66页,此课件共77页哦Claisen 反应的应用之三合成 酮酸第67页,此课件共77页哦含有活泼氢酯在碱催化下的自身缩合只有一种酯具有 活泼氢时,在操作上尽量减少碱与含活泼氢
20、的酯的结合,以减少自身缩合。作为酰化剂的酯(一般不含活泼氢)先与碱性缩合剂混合,然后滴加被酰化的酯(含有活泼氢的)。或者采用碱与被酰化酯多次交替加料方式,以缩短被酰化酯与碱的接触时间。两种酯均含有活泼氢时,可将被酰化酯形成烯醇锂后再与酰氯反应即可得到相应的-酮酸酯。(见)Claisen 反应的副反应第68页,此课件共77页哦当两种酯都含有活泼氢时,被酰化酯用LDA转化成烯醇锂盐,使其自身不能缩合。再用酰氯酰化,得到相应的-酮酸酯。第69页,此课件共77页哦Dieckmann 反应若两个酯基在同一分子内,发生分子内缩合得到环状酮酸酯,该反应常用在半合成抗生素、甾体、前列腺素、萜类化合物的合成中。
21、第70页,此课件共77页哦对于-烷基取代二酯环合时,主要是无取代的位形成烯醇。-烷基取代二酯环合时,主要是低位阻的位形成烯醇被酰化第71页,此课件共77页哦Dieckmann反应的应用此位被酰化,可形成六圆环两侧各有一个吸电子基团,优先被酰化第72页,此课件共77页哦酮、腈位的C-酰化反应机理:与Claisen反应相同酮位的C-酰化腈位的C-酰化第73页,此课件共77页哦酮的位被酯酰化,其机理与Claisen 反应类似。由于酮酸性强,为不可逆过程。酮位的C-酰化反应机理第74页,此课件共77页哦 如果酮与酯都含有-活泼氢,由于酮的-H酸性较强,所以在碱性介质中酮比酯更易于脱质子形成碳负离子,进攻酯羰基形成1,3-二酮衍生物。酮位的C-酰化反应之一 含活泼氢的酯对酮的酰化第75页,此课件共77页哦 酮在碱性介质虽然可能发生羟醛自身缩合,但这个可逆反应常常为次要的。对于不含-活泼氢的酯与酮缩合,副产物少,产品比较单纯,收率高。酮位的C-酰化反应之二不含活泼氢的酯对酮的酰化第76页,此课件共77页哦当一个分子内同时存在酮基和酯基时,也能发生分子内的位C-酰化。酮位的C-酰化反应之三分子内被酯酰化第77页,此课件共77页哦
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