第二章 烃化反应

Chapter2烃化反应(HydrocarbylationReaction)定义：有机物分子中C、N、O被烃基取代的反应饱和、不饱和、脂肪、芳香SN1SN2亲电取代如C-OH（醇或酚羟基）→-OR醚、酯分类1）按形成键的形式分类如氨→伯、仲、叔胺2）按反应历程分类卤代烷：RX最常用硫酸酯、磺酸酯醇烯烃环氧烷：发生羟乙基化CH2N2：很好的重氮化试剂O3）按烃化剂的种类分类应用丁卡因药效为普鲁卡因的10倍C-O-CH-CH2N(C2H5)2ONH2普鲁卡因C-O-CH-CH2N(C2H5)2On-C4H9-HN丁卡因学习重点氧原子上的烃化反应历程、烃化剂种类、特点及应用范围氮原子上的烃化反应历程、烃化剂种类、特点及应用范围伯胺的制备方法芳烃的C-烃化（F-C反应)历程、特点及影响因素烯丙位、苄位、活性亚甲基化合物的C-烃化的反应历程及影响因素一醇的O-烃化1.卤代烷为烃化剂2.磺酸酯3.环氧乙烷类作烃化剂4.烯烃作为烃化剂5.醇作为烃化剂6.其它烃化剂第一节氧原子上的烃化反应二酚的O-烃化1.烃化剂2.多元酚的选择性烃化通式Williamson醚合成方法ROH+B+R'XR-O-R'+HRORO结论：醇在碱的条件下与卤代烷生成醚ROH+R'XR-O-R'+HXB1卤代烷为烃化剂：反应机理：SN1R-XRX慢+决定反应速率R+R'OHR-O-R'快R-O-R'+HH消旋产物Ph-CH2XR-CH=CH-CH2X叔卤代烷、、按SN1历程1.卤代烷为烃化剂：醇在碱的条件下与卤代烷生成醚反应机理：SN2R'OCXRHHR'O+R-CH2-XR'O-CH2R+X构型翻转从X的背面进攻伯卤代烷RCH2X按SN2历程随着与X相连的C的取代基数目的增加越趋向SN1影响因素aRX的影响RIRBrRClRFRIRBrRCl当R相同C-X极化度活性：成本：i）活性（∵卤素的电负性）影响因素aRX的影响当X相同时ii）卤代丙烯,卤苄卤代烷卤芳烃ArXClNO2OEtNO2+EtOHNaOH非那西丁中间体当卤代烃为叔卤代烃时，不能在强碱下反应，易消除HX，可在中性或弱碱性下反应。CCH3CH3CH3+CH3-CCH2CH3B影响因素b醇的影响CH3ONa+ClCH2COOMeCH3OCH2COOMeCH3OH/pH=864℃R-OHEtOTlC6H6ROTlR'XCH3CNR-O-R'活性低的醇，可先制成其钠盐，再反应改进得Williamson醚合成法：将醇制成醇铊，再进行烃化CH3OCH2CH2OH+EtOTlCH3OCH2CH2OTlPhCH2CH2OCH2PhCH3CNCH3OCH2CH2OCH2Ph苯影响因素c催化剂d溶剂影响催化剂:溶剂:过量醇（即是溶质又是溶剂）醇钠、Na、NaH、NaOH、KOH有机碱：六甲基磷酰胺（HMPA）、N,N-二甲基苯胺（DMA）、非质子溶剂：苯、甲苯（Tol）、二甲苯（xylene）、DMF、DMSO无水条件下质子性溶剂：ROX有助于R-CH2X解离，但是RO-易发生溶剂化，因此通常不用质子性溶剂对于SN2反应，在非质子溶剂中更有利OHCH(CH3)2CH(CH3)2+ClNO2NO2OCH(CH3)2CH(CH3)2KOH/DMSO90O(75%)以二甲基亚砜(DMSO)的结构为例：OSCH3CH3...MB质子溶剂中：...ROHB例：CH3I+ClCH3Cl+I室温反应速度溶剂：甲醇1DMF1.2×106副反应a消除反应CH3CH3CCH2(H3C)3CXB-(H3C)3C+H3CCOCH3C2H5H3CABB:(CH3)3COH+C2H5X欲制备：A:(CH3)3CX+C2H5OHCHOCH2CH2NCH3CH3PhPhABCH-BrPhPhHOCH2CH2NCH3CH3+AXy1△产物CHPhPh+OHBXy1△产物欲制备：ClCH2CH2N(CH3)2副反应a消除反应CHOC2H5H3CBAC6H5C＊CH3+C2H5OHA:H消旋体欲制备CHOHCH3+C2H5BrB:活性强(CH3)2SO4,(C2H5)2SO4SO3RSO3RH3CROSOTsO很好的离去基团SOOOROR12CH3OH+H2SO4(CH3)2SO4+2H2O制备方法:2CH3OHNaClH2ONaOHSO3ClCH3SO3CH3CH3+++,,：O2.磺酸酯类为烃化剂：主要指芳磺酸酯，引入较大的烃基注意事项：①磺酸酯只用于甲基化和乙基化，且只有R基参与反应，磺酸酯应用广，但磺酸为强酸，三废污染Me2SO4bp188℃(C2H5)2SO496℃/15mmHg③pH=8～9遇酸或碱会分解④收率较高，成本适中，沸点高，反应温度较高ROH+(CH3)2SO4NaOH滴加⑤ROH+NaOH(CH3)2SO4滴加硫酸酯活性高于磺酸酯⑥②防止水解例CH2OHCHOCH2OCH3CH3CH2OC18H27CHOCH2OCH3CH3甘油+丙酮TsOC18H27/KOHTolEtOH/HCl△CH2OC18H27CHOHCH2OHCHHCRHOROHROCH2CH2OH+反应机理：a酸催化CHHCRHOCHHCRHHObNuCRHCH2-OH+H+CHHCRHHONaaabRCH-CH2OH+3环氧乙烷类作烃化剂（羟乙基化反应）R为供电子基或苯，在a处断裂R为吸电子基得b处断裂产物反应机理：b碱催化SN2双分子亲核取代，开环单一，立体位阻原因为主，反应发生在取代较少的碳原子上实例OOHOCH3CH3OH/H+80%△Ph-CH-CH2O+EtOHNaOHCH3CHCH2OEtOH80%实例环氧乙烷在催化剂如四氯化锡及少量水存在下,聚合成聚乙二醇,聚乙二醇是水溶性产品H2CCH2OnSnCl4H2O少量HO(CH2CH2O)nHH2CCH2OnRONaRO(CH2CH2O)nH聚乙二醇烷基苯醚OCH2OCOC17H33OHHOHOOHm(OH2CH2C)OO(CH2CH2O)nHO(CH2CH2O)pHCH2OCOC17H33OKOHH2O醇对烯烃双键进攻，加成而生成醚。烯烃结构中若无极性基团存在，反应不易进行；只有当双键两端连有吸电子基，才能反应。吸电子基：R-OH+CH2=CH-R烯烃反位的R为吸电子基CO-CN-COOR'-COOH4.烯烃作为烃化剂CH3CH=CHCHCH3CH=CHCHC3H7OH+ONaOHOH3CC3H7OCHCH2-CH45%CH3OCH2CH2CN实例：HOCH2CH2CHCH2OHTsOHOH△OOH88%5.醇作为烃化剂醇：通常加酸作为催化剂，如H2SO4H3PO4TsOHHCl气体6.其它烃化剂CF3SO2OR-SO3RR3OBF4用来烃化位阻醇卤代烃OHCONH2EtBr/NaOHOEtCONH2二.酚的O-烃化1卤代烃、烯烃、硫酸酯酚酸性大于醇，所以活性比醇大，醇的氧烃化试剂均可做酚的氧烃化试剂烯烃OHHOCH2=CHCNZnCl2OCH2CH2CNHOOHOO-CN-COOH环合H+水解(CH3)2SO4、(C2H5)2SO4两个烃基只有一个烃基反应OHH3COCHOMe2SO4NaOHH3COMeOCHO硫酸酯（1）CH2N2活性甲基化试剂用于酚和羧酸的烃化，产生N2气，无其它副反应，后处理简单室温或低于室温反应，加热易爆炸OH+Et2OH2CNNOCH3OHCOOHOHOMeCOOMeOHOMeCOOMeOMe2molCH2N2过量CH2N2（2）ROH/DCCDCC用于醇酚偶联,形成酚醚NCNPhOH+PhCH2OHDCCPhOCH2Ph+H2O100℃OOHOHOOHOOHOH3COOCH32CH2N2RTCOOMeOHOCH3OHCOOMeOHOHOHCH3ICOOMeOHOCH2PhOH氯苄保护羟基PhCH2Cl/K2CO3例分子内氢键在较温和条件下不易被破坏三多元酚的选择性烃化O-烃化与C-烃化溶剂是烃化位置选择性的主要影响因素1.酚类在DMSO、DMF、醚类、醇类中烃化时，主要得酚醚(O-烃化产物）2.水、酚或三氟乙醇中烃化时，则主要得到C-烃化产物。第二节氮原子上的烃化反应RX+NH3H3NCXRNH3XRNH2+NH4XNH3RX+RNH2R2NH2XR2NH+NH4XNH3RX+R2NHR3NHXR3N+NH4XNH3RX+R3NR4NX一、氨及脂肪胺的N-烃化影响因素R相同时RI＞RBr＞RCl＞RF一般RBr、RCl加入RI发生分子的卤素置换c)RXCl+2NH3NH2NH4Cl+理论上1:2(实际1:5～6)a)物料配比NH3(过量)+RXRNH2CCOHOHOOCCNHNHOONH3+OOONHOOKOHN-KOON-ROORXNH2NH2H2OHClH2O+RNH2+RNH2封管加热NONHRNH1.伯胺的制备1）应用范围较广，除少数活性较差的卤代芳烃之外，适于各种带伯卤代烃的取代基2）Gabriel反应CCOONCH2CH2NCCOOCCOONR+BrCH2CH2BrHClH2OH2NCH2CH2NH2(CF3SO2)2O+PhCH2NH2CH2Cl2NaOHn-C7H15PhCH2NSO2CF3C7H15-nNaH/DMF100℃3hPhCH=N-C7H15-n10%HCl/THF△3hTEA三乙胺n-C7H15NH2PhCH2NHSO2CF33）改良的Gabriel反应NNNNNNNN+RX环六亚甲基四胺（乌洛托品）RX4）Delepine(德来宾)反应R-CHR'ONH3CONH3HRR'COHNH2HRR'C=NHRHR'R-CH-NH2HR'HR-CH-NH2HR'H2-H2O醛或酮在还原剂存在下与NH3、伯胺、仲胺的反应，氮上引入烷基的反应5）还原烃化RCH=NH+RCHNH2R-C-NHCH3RNH2(RCH3)2NH+NH2H2(RCH3)3N+NH3H2(RCH3)2NH+RCH=NH(RCH3)2NCH-RNH2Na/EtOHNa-Hg/EtOHZn-Hg/HCl金属复氢化合物LiAlH4NaBH4HCOOH常用H2/Ni特点（1）催化剂（2）N上引入的碳数与醛酮的碳数一致(3)低级脂肪醛与NH3在H2/Ni条件下，得混合物（当C4，得伯胺，因为位阻的影响（4）反应活性：醛酮脂肪族芳香族无立体位阻有立体位阻举例NH3+PhCHOH2/RaneyNiPhCH2NH2+(PhCH2)2NHC2H5OHCOCH3+NH3HCOOHC-CH3NH2H3CH3CCHINH3+H3CH3CCH2NHNH3+2CHOMeCH2CH2MeNH+CH2NH2MeH2/RNiMe85%4%2.仲胺的制备1）仲卤代烃与NH3、伯胺反应得仲胺2）还原烃化（芳香醛效果好）当芳香醛与氨的摩尔比为2：1时，以兰尼镍为还原剂主要的仲胺3叔胺的制备1）仲胺与卤代烃或烯烃作用(n-Pr)2NH+H2C=CHCN(n-Pr)2NHCH2CH2CNNH2+n-BuBrLiN-Br-n2+LiBrNHCONH2HCHO/CH3OHNi/H2NCH3COH2N2）仲胺+1mol醛或酮还原烃化伯胺+2mol醛或酮还原烃化RX:烷基卤代烃,环烷基卤代烃芳环:苯环,芳杂环催化剂:AlX3,ZnCl2,FeCl3,SnCl4,HF,H2SO4,H3PO4第三节碳原子上的烃化反应RX+ArHAlCl3Ar-R1反应式一、芳环上的烃化反应(付-克反应)2反应机理：C+离子对芳环的亲电进攻(1)RX(ROH、烯烃也可作烃化试剂）a当R相同时:RFRClRBrRI一般来说,卤代芳烃不反应b当X相同时RCH=CH2X≈PhCH2X(CH3)3XR2CHXRCH2XCH3X3.影响因素(2)芳烃的结构a有供电基取代的芳烃＞无供电基取代的芳烃引入一个烃基后更易发生烃化反应，但要考虑立体位阻b多卤代苯、硝基苯以及单独带有酯基、羧基、腈基的吸电子基团，不发生付-克反应，可作为反应溶