含硫含磷有機(jī)化合物

1、第十五章 含硫、含磷有機(jī)化合物教學(xué)目的：了解一些常見(jiàn)的含磷有機(jī)化合物，熟悉硫醇、硫酚、硫醚，膦酸和膦酸酯類，磷酸酯和硫代磷酸酯類命名規(guī)則，掌握硫醇、硫酚、硫醚的物理和化學(xué)性質(zhì)。教學(xué)重點(diǎn)：含硫和含磷有機(jī)化合物主要作為有機(jī)合成試劑使用。教學(xué)難點(diǎn)：如何理解含硫、含磷有機(jī)化合物的特性問(wèn)題。第一節(jié) 含硫有機(jī)化合物一、結(jié)構(gòu)類型與命名S原子可形成與氧相似的低價(jià)含硫化合物。如：R-SH硫醇 R-S-R硫醚C6H5-SH硫酚SH官能團(tuán)，叫做硫氫基或巰（音求）基。硫醇、硫酚、硫醚等含硫化合物的命名較簡(jiǎn)單，可在相應(yīng)的含氧衍生物類名前加上“硫”字即可。例如：甲硫醇 CH3SH 2-丙硫醇 (CH3)2CHSH 二甲硫

2、醚 CH3SCH3 2,2-二氯二乙硫醚 ClCH2CH2SCH2CH2Cl 苯甲硫醚 C6H5SCH3如果-SH作為取代基命名時(shí)，則與其他官能團(tuán)的命名原則相同。例如：巰基乙酸 HS-CH2-COOH 2-氨基-3-巰基丙酸 HS-CH2-CH(NH2)-COOH亞砜、砜、磺酸及其衍生物的命名，也只需在類名前加上相應(yīng)的烴基名稱就可以。例如：二、硫醇、硫酚1. 物理性質(zhì)和制法 沸點(diǎn)低于相應(yīng)的含氧化合物，因其極性：SO; 水溶性較小, 有毒, 奇臭無(wú)比。硫醇 硫脲 異硫脲鹽硫酚2. 化學(xué)性質(zhì)1) 酸性強(qiáng)于相應(yīng)的醇、酚硫醇、硫酚的酸性增強(qiáng)，可解釋如下：a. 可從S、O原子的價(jià)電子處于不同的能級(jí)來(lái)解釋

3、。3p-1s, 2p-1s。b. 也可從S原子體積大，電荷密度小，拉質(zhì)子能力差來(lái)解釋。 c. 還可從鍵能說(shuō)明：O-H，462.8 KJ/mol；S-H，347.3 KJ/mol。2) 氧化反應(yīng)與醇不同，硫醇的氧化發(fā)生在S原子上，而醇則發(fā)生在-H上。(1) 弱氧化：2RSHR-S-S-R(2) 強(qiáng)氧化：RSH RSO3H(3) 生成重金屬鹽重金屬鹽進(jìn)入體內(nèi)，與某些酶的巰基結(jié)合使酶喪失生理活性，引起人畜中毒。醫(yī)藥上常把硫醇作為重金屬毒劑。離子被螯合后由體內(nèi)排出，不再與酶的巰基作用，同時(shí)二巰基丙醇還奪取已與酶結(jié)合汞離子，使酶恢復(fù)活性，起到解毒的作用。二巰基丙醇（巴爾BAL）是常用的解毒劑。(4) 親

4、核性a. RS-有較強(qiáng)的親核性?？捎昧蛟拥碾娮咏Y(jié)構(gòu)來(lái)解釋。由于硫的價(jià)電子離核較遠(yuǎn)，受核的束縛力小，其極化度較大；加上硫原子周圍的空間大，空間阻礙小以及溶劑化程度減小等因素，導(dǎo)致RS-的給電子性增強(qiáng)，親核性較強(qiáng)。 RS-有強(qiáng)的親核性和相對(duì)弱的堿性。b. 親核取代（SN2） c 親核加成三、硫醚、亞砜和砜1. 硫醚(1) 物理性質(zhì)和制法特點(diǎn)：1） 比醚的親核性更大CH3SCH3+CH3I(CH)3S+I- 碘化三甲锍2）易被氧化2. 亞砜和砜（1）結(jié)構(gòu) a.亞砜、砜中S=O習(xí)慣表示，但要知道在硫氧鍵中包含著d-p鍵。硫醚被氧化成亞砜的過(guò)程，實(shí)質(zhì)上就是形成硫-氧鍵的過(guò)程。目前一般認(rèn)為由硫原子的一對(duì)

5、未成鍵電子與氧原子相結(jié)合而形成配鍵，同時(shí)由氧原子提供的一對(duì)未成鍵電子進(jìn)入硫原子的空的3d軌道，而形成d-p鍵，見(jiàn)上圖。如繼續(xù)氧化形成砜，其成鍵方式與亞砜相同。二甲亞砜為錐形分子，而丙酮是平面構(gòu)型。 b.d-p鍵較弱，電子對(duì)大部分屬于O原子，這一點(diǎn)可以從亞砜分子具有較大的偶極矩得到證實(shí)。c.硫氧鍵的表示：S+O-S =Od.亞砜的對(duì)映異構(gòu)體(2).性質(zhì)與用途a. 優(yōu)良的非質(zhì)子極性溶劑 二甲亞砜（DMSO）的介電常數(shù)（= 48）二甲亞砜可與水任意混溶。它不僅可溶解大多數(shù)有機(jī)化合物，而且可溶解許多無(wú)機(jī)鹽，使無(wú)機(jī)試劑和有機(jī)物在均相中反應(yīng)，因此在實(shí)驗(yàn)室中等到了廣泛應(yīng)用。二甲亞砜對(duì)親核取代反應(yīng)特別有效。由

6、于它的介電常數(shù)大，而且氧原子上電子出現(xiàn)的幾率密度高，所以能使陽(yáng)離子(E+)強(qiáng)烈地溶劑化，但是它不能使負(fù)離子很好地溶劑化，因?yàn)樗荒芴峁┧嵝詺渑c負(fù)離子形成氫鍵。b.溫和的氧化劑亞砜可被氧化為砜，又易被各種還原劑還原為硫醚。二環(huán)已基碳酰二亞胺 第一節(jié) 有機(jī)硫試劑在有機(jī)合成上的應(yīng)用有機(jī)硫化合物在有機(jī)合成上的應(yīng)用日益受到人們的重視，本節(jié)主要討論一瑞尼Ni脫硫反應(yīng)和含硫的碳負(fù)離子在有機(jī)合成上的應(yīng)用。一、瑞尼Ni脫硫反應(yīng)1反應(yīng)：常用的還原劑是瑞尼Ni（被H2飽和）。C-S鍵在瑞尼Ni作用下被氫解而生成相應(yīng)的烴。又稱瑞尼Ni脫硫反應(yīng)。瑞尼Ni：是用氫氧化鈉處理鋁鎳合金，溶去鋁后，得到灰黑色的小顆粒多孔性的鎳

7、粉。2合成中的應(yīng)用(1). 利用硫醚進(jìn)行催化脫硫，可合成烴類。(2). 縮硫醛和縮硫酮的瑞尼Ni脫硫提供了將羰基轉(zhuǎn)變成亞甲基的另一種選擇的方法。二、含硫碳負(fù)離子在有機(jī)合成上的應(yīng)用在硫醚、亞砜、砜以及锍鹽等含S化合物中，由于硫原子具有空的3d軌道，使相鄰的碳負(fù)離子上的電荷反饋到d軌道（這種反饋鍵與亞砜分子中的成鍵方式相似，因而起到使相鄰碳負(fù)離子穩(wěn)定化的作用。所以這類含硫化合物分子中的-H呈現(xiàn)出某種酸性（二甲亞砜pKa=33、二甲砜pKa=29），它們?cè)趶?qiáng)堿的作用下均能形成相應(yīng)的碳負(fù)離子。這類含S碳負(fù)離子既是強(qiáng)堿又是強(qiáng)的親核試劑。1烷基化反應(yīng)和親核加成反應(yīng)硫醚碳負(fù)離子可與伯RX進(jìn)行烷基化反應(yīng)，與醛

8、酮進(jìn)行親核加成反應(yīng)。2反極性策略的應(yīng)用利用醛的直接烷基化反應(yīng)合成相應(yīng)的酮，在一般條件下是很難實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)轸驶汲收裕y以與R+生反應(yīng)。假如能設(shè)法將羰基碳的親電性轉(zhuǎn)變?yōu)橛H核性，就有可能實(shí)現(xiàn)上述轉(zhuǎn)化。醛與硫醇反應(yīng)生成縮硫醛，提供了實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)。縮硫醛（酮）分子中兩個(gè)硫原子間的亞甲基在相鄰的兩個(gè)硫原子的影響下，酸性比硫醚強(qiáng)。例如，1,3-二噻烷的pKa=31.5。因此在丁基鋰的作用下，它易轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的負(fù)離子。反極性：醛酮的羰基碳原來(lái)帶部分正電荷，但是當(dāng)醛酮轉(zhuǎn)變?yōu)?,3-二噻烷負(fù)離子后，原來(lái)的羰基碳上由呈電正性轉(zhuǎn)變?yōu)槌孰娯?fù)性,由親電的碳（C=O）轉(zhuǎn)變?yōu)橛H核的碳（1,3-二噻烷負(fù)離子），這種極性

9、變換的方法稱為“反極性”（umpolung）。1,3-二噻烷負(fù)離子就可在原來(lái)的羰基碳上進(jìn)行烷基化反應(yīng)，配合縮醛水解，即可以用來(lái)合成結(jié)構(gòu)復(fù)雜的醛、酮、羥基酮以及結(jié)構(gòu)特殊的烴類等。而今，“反極性”策略已成為有機(jī)合成的手段。例如：例一：例二：3硫葉立德反應(yīng) (葉立德：正負(fù)電荷在相鄰原子的內(nèi)鹽。)锍鹽分子中硫原子上帶正電荷，有利于其共軛堿的穩(wěn)定化，所以锍鹽的酸性比硫醚強(qiáng)得多，甚至比縮硫醛還要強(qiáng)，其pKa約為25左右，在丁基鋰的作用下，锍鹽易轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的負(fù)離子。 又稱為硫葉立德,即為內(nèi)锍鹽.它在0以上不穩(wěn)定,但在低溫下可與醛、酮加成，生成環(huán)氧化物，這是硫葉立德的特征反應(yīng)（與魏悌希試劑磷葉立德比較）。這一

10、反應(yīng)首先是由硫葉立德碳負(fù)離子進(jìn)攻羰基碳，形成兩性離子中間體，進(jìn)而RO-作為親核試劑，進(jìn)行分子內(nèi)SN2反應(yīng)，形成環(huán)氧乙烷環(huán)，與此同時(shí)，C-S鍵斷裂，并以(CH3)2S的形式離去。第四節(jié) 磺酸及其衍生物一、磺酸可看成硫酸分子中一個(gè)-OH被烴基取代后的衍生物。 通式：RSO3H1物理性質(zhì)： 容于水，易潮解，強(qiáng)酸與無(wú)機(jī)酸相當(dāng)。常在合成洗滌劑、染料和藥物中引入磺酸基。將磺酸基引入高分子化合物中，用來(lái)合成強(qiáng)酸型離子交換樹(shù)脂。2制備3化學(xué)反應(yīng)：在有機(jī)合成上可以利用此反應(yīng)來(lái)除去化合物中的磺酸基，或者先讓占據(jù)環(huán)上的某些位置，待其他反應(yīng)完成后，再經(jīng)水解將磺酸基除去。二、磺酸的衍生物1磺酰氯苯磺酰氯為油狀液體，凝固

11、點(diǎn)14.4，沸點(diǎn)251.5，具有刺激性氣味，不溶于水。它與醇、胺、水等親核試劑反應(yīng)時(shí)不象羧酸酰氯那樣活潑。如：磺酰氯對(duì)親核試劑不大活潑的原因，可能是因?yàn)榉肿又辛蛟右子趶南噜彽膬蓚€(gè)氧原子或碳原子那里獲得電子（填充d軌道），因而它接受外界電子（由親核試劑提供）的傾向相對(duì)變?nèi)酢目臻g效應(yīng)上來(lái)說(shuō)，磺酰氯中S原子為sp3雜化，具有四面體構(gòu)型，而酰氯中羧基C原子為sp2雜化，為平面構(gòu)型，前者的空間位阻較大，所以磺酰氯對(duì)親核試劑的反應(yīng)活性要比酰氯小得多。苯磺酸很穩(wěn)定，不易被還原。但磺酰氯相當(dāng)容易被還原。2磺酸酯磺酸酯大多為固體，實(shí)驗(yàn)室精制比較方便。而且磺酸根（RSO2O-）又是一個(gè)很好的離去基團(tuán)，易被各種

12、類型的親核試劑取代。例對(duì)甲苯磺酸根，（常用TsO-表示）是一個(gè)很弱的堿（對(duì)甲苯磺酸是強(qiáng)酸），它的離去能力比-OH強(qiáng)得多，它甚至可被鹵離子，醇這樣的弱親核試劑所取代。因此實(shí)驗(yàn)室里常常先將醇轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)甲苯磺酸酯，隨后再與親核試劑反應(yīng)，合成各種取代產(chǎn)物。由于對(duì)甲苯磺酸酯對(duì)親核試劑取代反應(yīng)活性大（比RBr大），在合成中有一些特殊的用法。例制氟代烴，常規(guī)方法不能得到。這類反應(yīng)不發(fā)生分子重排。3磺酰胺(1) 制備(2) 水解速度比羧酸酰胺慢得多。(3) 酸性糖精是磺酰亞胺化合物，其學(xué)名叫鄰磺酰苯甲酰亞胺，約比蔗糖甜500倍，難溶于水，商品為其鈉鹽。4磺胺藥物磺胺藥物是一類對(duì)氨基苯磺酰胺的衍生物。它們具有抗菌

13、性能，尤其是對(duì)鏈球菌和葡萄球菌類特別有效。自1932年發(fā)現(xiàn)了含有磺酰胺的偶氮染料“百浪多息”（Prontosil）對(duì)鏈球菌和葡萄球菌有很好抑制作用后，并且在1936年確證它的有效成分是在體內(nèi)的代謝產(chǎn)物對(duì)氨基苯磺酰胺，從而推動(dòng)了對(duì)磺胺藥物的研究和合成，迎來(lái)了化學(xué)療法的新時(shí)代。在青霉素問(wèn)世之前，磺胺類藥物是最廣泛使用的抗菌素。所有這些磺胺藥都具有對(duì)氨基苯磺酰胺的基本骨架，它們的抗菌作用是由于對(duì)氨基苯磺酰胺干擾了細(xì)菌生長(zhǎng)所必需的葉酸的合成所致。雖后因抗生素的相繼問(wèn)世，磺胺藥物的使用減少了，但對(duì)某些疾病仍有一定治療價(jià)值。目前常用的磺胺藥物有以下幾種：磺胺對(duì)甲氧嘧啶（SMD）、磺胺二甲嘧啶（SM2）、磺

14、胺噻唑甲氧基噠嗪（SMP）、磺胺胍（SG）。第一節(jié) 含磷有機(jī)化合物一、分類1伯膦 RPH2 ； 仲膦 R2PH ； 叔膦 R3P； 季鏻鹽 R4PX-2亞磷酸（三價(jià)磷）3膦酸及其衍生物（五價(jià)磷）：磷酸中羥基被烴基取代的衍生物。4膦烷（五價(jià)磷）二、命名1.膦 亞膦酸和膦酸的命名，在相應(yīng)的類名前加上烴基的名稱。2凡屬含氧的酯基，都用前綴O-烷基表示：O,O二乙基磷酸酯 O,O二乙基苯膦酸酯 O,O二乙基硫代磷酸酯 O,O,O三苯基磷酸酯3含PX或PN鍵的化合物可看作含氧酸的OH基被X，NH2取代后所形成的酰鹵和酰胺。苯膦酰氯 O,O二乙基硫代磷酰氯三、膦及季鏻鹽1膦的制備(1). 格氏試劑常制備叔

15、膦(2). 付克反應(yīng)2膦的氧化反應(yīng)三苯膦的氧化過(guò)程，實(shí)質(zhì)上可以看成由磷原子上的未成鍵電子對(duì)與氧原子形成配鍵，并利用它的空3d軌道，接受氧原子的未成鍵電子對(duì)而形成d-p鍵。第三胺也能被氧化為氧化第三胺（R3NO），但是N，O之間的鍵是依靠氮原子上的未共用電子對(duì)與氧原子形成的配鍵，要比P=O鍵弱得多（見(jiàn)表15-3）。所以，氧化第三胺不如氧化叔膦穩(wěn)定，它甚至可以被叔膦脫氧還原為胺。由此可見(jiàn)，P，O之間形成的d-p鍵附加在配鍵上大增強(qiáng)了P，O原子間的鍵合程度。3.生成季鏻鹽膦具有較強(qiáng)的親核性，易與鹵代烴進(jìn)行親核取代反應(yīng)，形成鏻鹽。烷基膦分子中，隨著P上的烴基增加，烴化反應(yīng)活性增大。胺的烴化反應(yīng)順序恰好相反：原因是氮原子的體積較小，取代基的空間效應(yīng)要比體積較大的磷原子突出。結(jié)構(gòu)測(cè)定表明，三甲膦分子中CPC鍵角為99，而三甲胺分子中的CNC鍵角為108。磷原子上未成鍵電子對(duì)比較暴露，易于接近缺電子中心，而顯示較強(qiáng)的給電子性。例如，三苯膦易與溴甲烷反應(yīng)生成季鏻鹽、溴化甲基三苯膦，而三苯胺則不發(fā)生類似的反應(yīng)。叔膦較強(qiáng)的給電子性，還突出地表現(xiàn)在與過(guò)渡金屬的配位能力上，它要比胺強(qiáng)得多。叔膦與過(guò)渡金屬所形成的絡(luò)合物，例如，三苯膦銠氯絡(luò)合物（又叫Wilkinson催化劑）在有機(jī)催化反應(yīng)中具有特別重要的意義。4Wi