有機化學合成機理

1、Arbuzov 反應    亞磷酸三烷基酯作為親核試劑與鹵代烷作用，生成烷基膦酸二烷基酯和一個新的鹵代烷：    鹵代烷反應時，其活性次序為：R'I >R'Br >R'Cl。除了鹵代烷外，烯丙型或炔丙型鹵化物、a-鹵代醚、a- 或 b-鹵代酸酯、對甲苯磺酸酯等也可以進行反應。當亞酸三烷基酯中三個烷基各不相同時，總是先脫除含碳原子數(shù)最少的基團。   本反應是由醇制備鹵代烷的很好方法，因為亞磷酸三烷基酯可以由醇與三氯化磷反應制得：   如果反應所用的鹵代烷 R&#

2、39;X 的烷基和亞磷酸三烷基酯 (RO)3P 的烷基相同（即 R' = R），則 Arbuzov 反應如下：    這是制備烷基膦酸酯的常用方法。     除了亞磷酸三烷基酯外，亞膦酸酯 RP(OR')2 和次亞膦酸酯 R2POR' 也能發(fā)生該類反應，例如：  反應機理    一般認為是按 SN2 進行的分子內(nèi)重排反應：    反應實例Arndt-Eister 反應     酰氯與重氮甲烷反應，然后在氧化銀催化下與水共熱

3、得到酸。            反應機理    重氮甲烷與酰氯反應首先形成重氮酮（1），（1）在氧化銀催化下與水共熱，得到酰基卡賓（2），（2）發(fā)生重排得烯酮（3），（3）與水反應生成酸，若與醇或氨（胺）反應，則得酯或酰胺。     反應實例Baeyer-Villiger 反應 反應機理     過酸先與羰基進行親核加成，然后酮羰基上的一個烴基帶著一對電子遷移到-O-O-基團中與羰基碳原

4、子直接相連的氧原子上，同時發(fā)生O-O鍵異裂。因此，這是一個重排反應 具有光學活性的3-苯基丁酮和過酸反應，重排產(chǎn)物手性碳原子的枸型保持不變，說明反應屬于分子內(nèi)重排：   不對稱的酮氧化時，在重排步驟中，兩個基團均可遷移，但是還是有一定的選擇性，按遷移能力其順序為：   醛氧化的機理與此相似，但遷移的是氫負離子，得到羧酸。    反應實例          酮類化合物用過酸如過氧乙酸、過氧苯甲酸、間氯過氧苯甲酸或三氟過氧乙酸等氧化，可在羰基旁邊插入

5、一個氧原子生成相應的酯，其中三氟過氧乙酸是最好的氧化劑。這類氧化劑的特點是反應速率快，反應溫度一般在1040之間，產(chǎn)率高。     Beckmann 重排    肟在酸如硫酸、多聚磷酸以及能產(chǎn)生強酸的五氯化磷、三氯化磷、苯磺酰氯、亞硫酰氯等作用下發(fā)生重排，生成相應的取代酰胺，如環(huán)己酮肟在硫酸作用下重排生成己內(nèi)酰胺：   反應機理    在酸作用下，肟首先發(fā)生質(zhì)子化，然后脫去一分子水，同時與羥基處于反位的基團遷移到缺電子的氮原子上，所形成的碳正離子與水反應得到酰胺。  

6、;   遷移基團如果是手性碳原子，則在遷移前后其構型不變，例如：  反應實例Birch還原    芳香化合物用堿金屬（鈉、鉀或鋰）在液氨與醇（乙醇、異丙醇或仲丁醇）的混合液中還原，苯環(huán)可被還原成非共軛的1，4-環(huán)己二烯化合物。反應機理   首先是鈉和液氨作用生成溶劑化點子，然后苯得到一個電子生成自由基負離子（），這是苯環(huán)的電子體系中有7個電子，加到苯環(huán)上那個電子處在苯環(huán)分子軌道的反鍵軌道上，自由基負離子仍是個環(huán)狀共軛體系,()表示的是部分共振式。（）不穩(wěn)定而被質(zhì)子化，隨即從乙醇中奪取一個質(zhì)子生成環(huán)己二烯自

7、由基()。()在取得一個溶劑化電子轉變成環(huán)己二烯負離子（），（）是一個強堿，迅速再從乙醇中奪取一個電子生成1，4-環(huán)己二烯。   環(huán)己二烯負離子（）在共軛鏈的中間碳原子上質(zhì)子化比末端碳原子上質(zhì)子快，原因尚不清楚。反應實例    取代的苯也能發(fā)生還原，并且通過得到單一的還原產(chǎn)物。例如Bouveault-Blanc 還原    脂肪族羧酸酯可用金屬鈉和醇還原得一級醇。，-不飽和羧酸酯還原得相應的飽和醇。芳香酸酯也可進行本反應，但收率較低。本法在氫化鋰鋁還原酯的方法發(fā)現(xiàn)以前，廣泛地被使用，非共軛的雙鍵可不受影響

8、。 反應機理首先酯從金屬鈉獲得一個電子還原為自由基負離子，然后從醇中奪取一個質(zhì)子轉變?yōu)樽杂苫?，再從鈉得一個電子生成負離子，消除烷氧基成為醛，醛再經(jīng)過相同的步驟還原成鈉，再酸化得到相應的醇。反應實例     醛酮也可以用本法還原，得到相應的醇:      Bucherer 反應    萘酚及其衍生物在亞硫酸或亞硫酸氫鹽存在下和氨進行高溫反應，可得萘胺衍生物，反應是可逆的。    反應時如用一級胺或二級胺與萘酚反應則制得二級或三級萘胺。如有

9、萘胺制萘酚，可將其加入到熱的亞硫酸氫鈉中，再加入堿，經(jīng)煮沸除去氨而得。反應機理                   本反應的機理為加成消除過程，反應的第一步（無論從哪個方向開始）都是亞硫酸氫鈉加成到環(huán)的雙鍵上得到烯醇（）或烯胺（），它們再進行下一步互變異構為酮（）或亞胺（）:反應實例Bamberger,E.重排   苯基羥胺（N-羥基苯胺）和稀硫酸一起加熱發(fā)生重排成對-氨基苯酚： 

10、60; 在H2SO4-C2H5OH(或CH3OH)中重排生成對-乙氧基（或甲氧基）苯胺：其他芳基羥胺，它的環(huán)上的o-p位上未被取代者會起類似的重排。例如，對-氯苯基羥胺重排成2-氨基-5-氯苯酚：反應機理                                 

11、    反應實例Berthsen,A.Y 吖啶合成法   二芳基胺類與羧酸在無水ZnCl2存在下加熱起縮合作用，生成吖啶類化合物。反應機理      反應機理不詳反應實例Cannizzaro 反應    凡位碳原子上無活潑氫的醛類和濃NaOH或KOH水或醇溶液作用時，不發(fā)生醇醛縮合或樹脂化作用而起歧化反應生成與醛相當?shù)乃?成鹽)及醇的混合物。此反應的特征是醛自身同時發(fā)生氧化及還原作用，一分子被氧化成酸的鹽，另一分子被還原成醇：    脂

12、肪醛中，只有甲醛和與羰基相連的是一個叔碳原子的醛類，才會發(fā)生此反應，其他醛類與強堿液，作用發(fā)生醇醛縮合或進一步變成樹脂狀物質(zhì)。    具有-活潑氫原子的醛和甲醛首先發(fā)生羥醛縮合反應，得到無-活潑氫原子的-羥基醛，然后再與甲醛進行交叉Cannizzaro反應，如乙醛和甲醛反應得到季戊四醇：                反應機理    醛首先和氫氧根負離子進行親核加成得到負離子，然后碳上的氫帶著一對電子以氫負離子的形式

13、轉移到另一分子的羰基不能碳原子上。  反應實例Chichibabin 反應    雜環(huán)堿類，與堿金屬的氨基物一起加熱時發(fā)生胺化反應，得到相應的氨基衍生物，如吡啶與氨基鈉反應生成2-氨基啶，如果位已被占據(jù)，則得-氨基吡啶，但產(chǎn)率很低。    本法是雜環(huán)上引入氨基的簡便有效的方法，廣泛適用于各種氮雜芳環(huán)，如苯并咪唑、異喹啉、丫啶和菲啶類化合物均能發(fā)生本反應。喹啉、吡嗪、嘧啶、噻唑類化合物較為困難。氨基化試劑除氨基鈉、氨基鉀外，還可以用取代的堿金屬氨化物：反應機理    反應機理還不是很清楚，可能是吡

14、啶與氨基首先加成，（），（）轉移一個負離子給質(zhì)子給予體(AH)，產(chǎn)生一分子氫氣和形成小量的2-氨基吡啶（），此小量的（）又可以作為質(zhì)子的給予體，最后的產(chǎn)物是2-氨基吡啶的鈉鹽，用水分解得到2-氨基吡啶：反應實例       吡啶類化合物不易進行硝化，用硝基還原法制備氨基吡啶甚為困難。本反應是在雜環(huán)上引入氨基的簡便有效的方法，廣泛適用于各種氮雜芳環(huán)，如苯并咪唑、異喹啉、吖啶和菲啶類化合物均能發(fā)生本反應。Claisen 酯縮合反應含有-氫的酯在醇鈉等堿性縮合劑作用下發(fā)生縮合作用，失去一分子醇得到-酮酸酯。如2分子乙酸乙酯在金屬鈉和少量乙醇作用下發(fā)生

15、縮合得到乙酰乙酸乙酯。二元羧酸酯的分子內(nèi)酯縮合見Dieckmann縮合反應。   反應機理   乙酸乙酯的-氫酸性很弱（pKa-24.5),而乙醇鈉又是一個相對較弱的堿（乙醇的pKa15.9），因此，乙酸乙酯與乙醇鈉作用所形成的負離子在平衡體系是很少的。但由于最后產(chǎn)物乙酰乙酸乙酯是一個比較強的酸，能與乙醇鈉作用形成穩(wěn)定的負離子，從而使平衡朝產(chǎn)物方向移動。所以，盡管反應體系中的乙酸乙酯負離子濃度很低，但一形成后，就不斷地反應，結果反應還是可以順利完成。   常用的堿性縮合劑除乙醇鈉外，還有叔丁醇鉀、叔丁醇鈉、氫化鉀、氫化鈉、三苯甲基鈉、

16、二異丙氨基鋰（LDA)和Grignard試劑等。反應實例    如果酯的-碳上只有一個氫原子，由于酸性太弱，用乙醇鈉難于形成負離子，需要用較強的堿才能把酯變?yōu)樨撾x子。如異丁酸乙酯在三苯甲基鈉作用下，可以進行縮合，而在乙醇鈉作用下則不能發(fā)生反應：    兩種不同的酯也能發(fā)生酯縮合，理論上可得到四種不同的產(chǎn)物，稱為混合酯縮合，在制備上沒有太大意義。如果其中一個酯分子中既無-氫原子，而且烷氧羰基又比較活潑時，則僅生成一種縮合產(chǎn)物。如苯甲酸酯、甲酸酯、草酸酯、碳酸酯等。與其它含-氫原子的酯反應時，都只生成一種縮合產(chǎn)物。  

17、  實際上這個反應不限于酯類自身的縮合，酯與含活潑亞甲基的化合物都可以發(fā)生這樣的縮合反應，這個反應可以用下列通式表示：ClaisenSchmidt 反應     一個無a-氫原子的醛與一個帶有a-氫原子的脂肪族醛或酮在稀氫氧化鈉水溶液或醇溶液存在下發(fā)生縮合反應,并失水得到a,b-不飽和醛或酮:  反應機理 反應實例 Claisen 重排   烯丙基芳基醚在高溫(200°C)下可以重排，生成烯丙基酚。   當烯丙基芳基醚的兩個鄰位未被取代基占滿時，重排主要得到鄰位產(chǎn)物，兩個鄰位

18、均被取代基占據(jù)時，重排得到對位產(chǎn)物。對位、鄰位均被占滿時不發(fā)生此類重排反應。    交叉反應實驗證明：Claisen重排是分子內(nèi)的重排。采用 g-碳14C 標記的烯丙基醚進行重排，重排后 g-碳原子與苯環(huán)相連，碳碳雙鍵發(fā)生位移。兩個鄰位都被取代的芳基烯丙基酚，重排后則仍是a-碳原子與苯環(huán)相連。反應機理   Claisen 重排是個協(xié)同反應，中間經(jīng)過一個環(huán)狀過渡態(tài)，所以芳環(huán)上取代基的電子效應對重排無影響。    從烯丙基芳基醚重排為鄰烯丙基酚經(jīng)過一次3,3s 遷移和一次由酮式到烯醇式的互變異構；兩個鄰位都被取代基占據(jù)

19、的烯丙基芳基酚重排時先經(jīng)過一次3,3s 遷移到鄰位(Claisen 重排)，由于鄰位已被取代基占據(jù)，無法發(fā)生互變異構，接著又發(fā)生一次3,3s 遷移(Cope 重排)到對位，然后經(jīng)互變異構得到對位烯丙基酚。    取代的烯丙基芳基醚重排時，無論原來的烯丙基雙鍵是Z-構型還是E-構型，重排后的新雙鍵的構型都是E-型，這是因為重排反應所經(jīng)過的六員環(huán)狀過渡態(tài)具有穩(wěn)定椅式構象的緣故。反應實例    Claisen 重排具有普遍性，在醚類化合物中，如果存在烯丙氧基與碳碳相連的結構，就有可能發(fā)生Claisen 重排。Clemmensen 還原

20、60;   醛類或酮類分子中的羰基被鋅汞齊和濃鹽酸還原為亞甲基：     此法只適用于對酸穩(wěn)定的化合物。對酸不穩(wěn)定而對堿穩(wěn)定的化合物可用Wolff-Kishner-黃鳴龍反應還原。反應機理    本反應的反應機理較復雜，目前尚不很清楚。反應實例Combes 喹啉合成法    Combes合成法是合成喹啉的另一種方法，是用芳胺與1,3-二羰基化合物反應，首先得到高產(chǎn)率的-氨基烯酮，然后在濃硫酸作用下，羰基氧質(zhì)子化后的羰基碳原子向氨基鄰位的苯環(huán)碳原子進行親電進攻，關環(huán)后，再脫水得到喹啉。反

21、應機理   在氨基的間位有強的鄰、對位定位基團存在時，關環(huán)反應容易發(fā)生；但當強鄰、對位定位基團存在于氨基的對位時，則不易發(fā)生關環(huán)反應。反應實例Cope 消除反應    叔胺的N-氧化物(氧化叔胺)熱解時生成烯烴和N,N-二取代羥胺，產(chǎn)率很高。   實際上只需將叔胺與氧化劑放在一起，不需分離出氧化叔胺即可繼續(xù)進行反應，例如在干燥的二甲亞砜或四氫呋喃中這個反應可在室溫進行。此反應條件溫和、副反應少，反應過程中不發(fā)生重排，可用來制備許多烯烴。當氧化叔胺的一個烴基上二個位有氫原子存在時，消除得到的烯烴是混合物，但是 Hof

22、mann產(chǎn)物為主；如得到的烯烴有順反異構時，一般以 E-型為主。例如：反應機理    這個反應是E2順式消除反應，反應過程中形成一個平面的五員環(huán)過度態(tài)，氧化叔胺的氧作為進攻的堿：    要產(chǎn)生這樣的環(huán)狀結構，氨基和-氫原子必須處于同一側，并且在形成五員環(huán)過度態(tài)時，,-碳原子上的原子基團呈重疊型，這樣的過度態(tài)需要較高的活化能，形成后也很不穩(wěn)定，易于進行消除反應。反應實例Cope 重排     1,5-二烯類化合物受熱時發(fā)生類似于 O-烯丙基重排為 C-烯丙基的重排反應(Claisen 重排)反應稱為Cope

23、重排。這個反應30多年來引起人們的廣泛注意。1,5-二烯在150200單獨加熱短時間就容易發(fā)生重排，并且產(chǎn)率非常好。    Cope重排屬于周環(huán)反應，它和其它周環(huán)反應的特點一樣，具有高度的立體選擇性。例如：內(nèi)消旋3,4-二甲基-1,5-己二烯重排后，得到的產(chǎn)物幾乎全部是(Z, E)-2,6辛二烯：反應機理    Cope重排是3,3s-遷移反應，反應過程是經(jīng)過一個環(huán)狀過渡態(tài)進行的協(xié)同反應：    在立體化學上，表現(xiàn)為經(jīng)過椅式環(huán)狀過渡態(tài)：反應實例Curtius 反應      ?；B氮化物在惰性溶劑中加熱分