第六章合成子與極性轉(zhuǎn)換

第六章合成子與極性轉(zhuǎn)換演示文稿當(dāng)前第1頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)優(yōu)選第六章合成子與極性轉(zhuǎn)換當(dāng)前第2頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)6.1合成子基本理論6.1.1合成子的概念

合成子（CoreyE.J.）：凡是能用已知的，或合理的操作連接成分子的結(jié)構(gòu)單元均稱為合成子。當(dāng)前第3頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)Synthons

aredefinedasunitswhichcanbejoinedto(organic)moleculesby

knownorconceivablesyntheticoperations.

(E.J.Corey1967)當(dāng)前第4頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)其它定義：1.在切斷時(shí)所得到的概念性的分子碎片，通常為一個(gè)正離子或負(fù)離子。它們可以是相應(yīng)反應(yīng)中的一個(gè)中間體，也可以不是。2.指可用于有機(jī)反應(yīng)中的合成單位。是與反應(yīng)物（稱為試劑reagent)對等的。當(dāng)前第5頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)一）合成子是有機(jī)合成反應(yīng)的基本單元

合成反應(yīng)最普通的表示方式是，一個(gè)正離子和一個(gè)負(fù)離子鍵接在一起成為一個(gè)分子：A-+B+A—B負(fù)極性離子

（電負(fù)性）

電子供應(yīng)者正極性離子

（電正性）

電子接受者產(chǎn)物分子

（中性）A-和B+就可以稱為“合成子”。當(dāng)前第6頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)二）合成子的有效性有機(jī)分子的拆解通常有多種拆解方法，如：OOOOCH3OCH3Ph有哪些拆解方法？是否合理？當(dāng)前第7頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)

有些碎片是有效的，有些是無效的，合成子是分子拆開后在有機(jī)合成中確實(shí)有效的碎片。OOOOCH3OCH3Ph12345以下拆解方法那些是合理的？當(dāng)前第8頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)上述分子中只有下列兩個(gè)碎片才是有效的：-OOCH3OCH3PhOO+OCH3O+H+和當(dāng)前第9頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)它們可以通過Michael加成反應(yīng)合成目標(biāo)物：OOCH3PhO+OCH3OEtONaOOOOCH3OCH3Ph當(dāng)前第10頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)三）合成子是否一定實(shí)際存在“合成子”是一個(gè)人為的，概念化的名詞，有別于實(shí)際存在的起反應(yīng)的離子、自由基或分子。合成子可能是實(shí)際存在的，也可能是一個(gè)實(shí)際不存在的抽象化的東西。當(dāng)前第11頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)Example1：其碎片是：O+OEtONaOOO-與OH+不穩(wěn)定實(shí)際存在的當(dāng)前第12頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)此時(shí)的合成子是CH3CO-，但這是不存在的。合成時(shí)，必須用它的對等物，而等價(jià)物是實(shí)際存在的。Example2：用環(huán)己烯酮合成β-乙?；?/p>

環(huán)己酮OOCH3CO當(dāng)前第13頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)合成等價(jià)物：一種能起合成子作用的試劑。合成子通常由于其本身的不太穩(wěn)定而不能直接使用。試劑：實(shí)際使用的代表合成子的化合物。例如MeI是合成子Me+的試劑。它能在相應(yīng)的的合成中起反應(yīng)，給出中間體或目標(biāo)分子。它是合成子的合成等價(jià)物。相關(guān)概念：當(dāng)前第14頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)Example:鹵代烷的取代反應(yīng)6.1.2合成子的極性轉(zhuǎn)換R-XR++X-NuR-NuRMgXMg醚R-+MgX+ER-E親核反應(yīng)親電反應(yīng)當(dāng)前第15頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)格氏試劑：一鹵代烷與金屬鎂在絕對乙醚（無水、無醇的乙醚）中作用生成有機(jī)鎂化合物，產(chǎn)物能溶于乙醚，不需分離即可直接用于各種合成反應(yīng)，也稱為格利雅試劑。知識點(diǎn)回顧：R-Mg-XOOC2H5C2H5C2H5C2H5當(dāng)前第16頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)當(dāng)鹵代烷分解成R+與X-時(shí)，烷基是正離子，當(dāng)它通過格式試劑再分解時(shí)，烷基就成了負(fù)離子，這就稱為極性轉(zhuǎn)換；同一基團(tuán)既可成為正離子，也可成為負(fù)離子。當(dāng)前第17頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)極性轉(zhuǎn)換（英文：Umpolung），也稱極性翻轉(zhuǎn)、極性反轉(zhuǎn)、極性顛倒，指有機(jī)化學(xué)中官能團(tuán)極性的改變，是有機(jī)合成重要概念之一。此概念首先由德國化學(xué)家DieterSeebach（迪特爾·澤巴赫）與美國化學(xué)家艾里亞斯·詹姆斯·科里提出，極性轉(zhuǎn)換的英文名稱Umpolung也由德語的Umpolung得來，意為極性倒轉(zhuǎn)。當(dāng)前第18頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)Example:用環(huán)己烯酮合成β-乙?；?/p>

環(huán)己酮由于CH3CO-是實(shí)際不存在的合成子，需要從帶正電的結(jié)構(gòu)體通過極性轉(zhuǎn)換，變成帶負(fù)電的結(jié)構(gòu)體，但如何處理？OOCH3COCH3C-O當(dāng)前第19頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)處理方法：R-C-XOA與BR-C-XOABR-C-OAB+X+R-C-OAB+OH+OCOARBH3+OOCRO當(dāng)前第20頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)技術(shù)關(guān)鍵：選用什么樣的A與B？針對本例：B用-CN，即：OH+HCNCH3-CHOHCNNaOH為何不用酸問題：反應(yīng)機(jī)理？當(dāng)前第21頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)A用：-C-CH3OC2H5HC2H5OCH=CH2+CH3-CHOHCNCH3-CHOCNC-CH3OC2H5H問題：反應(yīng)機(jī)理？當(dāng)前第22頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)實(shí)際合成步驟：OH+HCNCH3-CHOHCNNaOHC2H5OCH=CH2CH3-CHOCNC-CH3OC2H5HLiNR2CH3-C-OCNC-CH3OC2H5HOH+OCH3CO目標(biāo)分子當(dāng)前第23頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)先看下列分子的拆開：6.1.3合成子與穩(wěn)定性CRR’OHXCRR’OX-++H+這種拆開方法是否可行，要看X-的穩(wěn)定性。當(dāng)前第24頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)例如：CRR’OHCNCRR’OCN-++H+氰基（CN-）是很穩(wěn)定的負(fù)離子，易與羰基發(fā)生親核加成反應(yīng)：CRR’OCN-+H+CRR’OHCN當(dāng)前第25頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)小常識：氰化氫有劇毒，且揮發(fā)性較大（沸點(diǎn)26.5℃），故在羰基化合物與氰化氫加成時(shí)，為了避免直接使用氰化氫，通常是把無機(jī)酸加入醛（酮）和氰化鈉水溶液的混合物中，以便HCN一生成就立即與醛（酮）作用，但在加酸時(shí)應(yīng)注意控制溶液的pH值，使之始終偏于堿性（pH約為8），以利于反應(yīng)的進(jìn)行。當(dāng)前第26頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)又如：CRR’OHC2H5CRR’OC2H5-++H+一般說來，Et-是一個(gè)不穩(wěn)定的負(fù)離子，不能直接用于和羰基的反應(yīng)，但通過格氏試劑能將它穩(wěn)定下來。當(dāng)前第27頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)因此，一個(gè)穩(wěn)定的合成子，可以直接起反應(yīng)，而一個(gè)不穩(wěn)定的合成子，就需要用它的穩(wěn)定的等價(jià)物。CRR’OC2H5MgBr+H3+OCRR’OHC2H5當(dāng)前第28頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)安息香縮合是羰基極性轉(zhuǎn)換的代表，也是人們最早知道的極性轉(zhuǎn)換的例子。反應(yīng)物苯甲醛中的羰基碳原子是親電性的。首先發(fā)生氰離子對羰基碳的親核加成，然后質(zhì)子由碳轉(zhuǎn)移到氧上，形成一個(gè)碳負(fù)離子，其中的碳發(fā)生了極性轉(zhuǎn)換，是親核性的。然后該碳原子親核進(jìn)攻另一分子的苯甲醛的親電性羰基碳，質(zhì)子轉(zhuǎn)移，氰離子離去，得到產(chǎn)物安息香。6.2合成子極性轉(zhuǎn)換的具體應(yīng)用Example1:安息香縮合反應(yīng)當(dāng)前第29頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)反應(yīng)機(jī)理：當(dāng)前第30頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)因此：C-CNHO是O的等價(jià)物當(dāng)前第31頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)醛（如乙醛）可以和1,3-丙二硫醇形成二噻烷。由于硫?qū)μ钾?fù)離子具有特殊的穩(wěn)定性，故鄰位的碳有酸性，用正丁基鋰在低溫四氫呋喃中處理，得到相應(yīng)的親核性碳負(fù)離子。該鋰化的碳負(fù)離子作為親核試劑，可以和鹵代烴（溴化芐）、其他羰基化合物（環(huán)己酮）以及環(huán)氧乙烷衍生物（苯基環(huán)氧乙烷）等合成子發(fā)生親核取代，生成的產(chǎn)物水解，又得回羰基，因此產(chǎn)物是另一個(gè)羰基化合物。Example2:二噻烷碳負(fù)離子的形成當(dāng)前第32頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)當(dāng)前第33頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)這里：SS相當(dāng)于O也是?；?fù)離子的等價(jià)物。當(dāng)前第34頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)6.3.1合成子的分類6.3合成子的分類和加合極性轉(zhuǎn)換中的合成子可分為：1.供電子合成子（以d代表）；2.受電子合成子（以a代表）兩大類。當(dāng)前第35頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)見下列有機(jī)分子的基本結(jié)構(gòu)：FGX01234FG：官能團(tuán)；X0表示促使分子發(fā)生極性轉(zhuǎn)換的金屬原子或雜原子（Li,Mg等，或-O,-N,-S等）。5當(dāng)前第36頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)碳原子順序編號C1,C2,C3,…；如由于極性轉(zhuǎn)換而使C1具有供電子能力而形成活性中心，就是d1合成子；C2有活性，就是d2合成子，依次類推，給各類合成子編號；當(dāng)前第37頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)也可能在C之前，官能團(tuán)（FG）或雜原子X0有活性，就是d0合成子；供電子合成子就有d0,d1,d2,d3等；相似地，也有因極性轉(zhuǎn)換使碳原子有受電子能力而形成活性中心的，受電子合成子就有a0,a1,a2,a3…之分。當(dāng)前第38頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)d合成子試劑負(fù)離子合成子官能團(tuán)d0CH3SHCH3S-(雜原子硫有活性)d0合成子-C-S-d1KCNCN-（雜原子N使C1活化）d1合成子-CNd2CH3CH=O-CH2CHO（α-C原子活化）d2合成子-CHOd3(Li)C≡CCH2NH2-C≡CCH2NH2d3合成子-C≡CCH2NH2當(dāng)前第39頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)試劑負(fù)離子官能團(tuán)a0Me2PClMe2P+(活化的是P)-PMe2a1CH3COCH3CH3C+O（羰基被活化）-CO-a2BrCH2COCH3+CH2COCH3（α-C原子活化）-CO-a3H2C=CHCOORH2+C-CH=CO-OR-COOR,-C=C-a合成子當(dāng)前第40頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)

除了以上涉及的合成子外，還有烷基合成子，也有供電子與受電子之分：（1）烷基d合成子：如甲基鋰分解成CH3-和Li+，前者就是烷基d合成子，反應(yīng)中起甲基化作用；格氏試劑中得到的R-當(dāng)然是烷基d合成子；注意：它們不是d1合成子，反應(yīng)中只起烷基化作用，產(chǎn)物無官能團(tuán)！當(dāng)前第41頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)（2）烷基a合成子如二甲硫醚與溴甲烷的加成物能起下列離子化反應(yīng)：(CH3)3SBr(CH3)3S++Br-此正離子在反應(yīng)中，由于甲基被活化成Me+而起了甲基化的作用；不是a1合成子，而是烷基a合成子，產(chǎn)物無官能團(tuán)。當(dāng)前第42頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)烷基a+烷基d：6.3.2合成子的加合——a合成子與d合成子的反應(yīng)CH3Li+(CH3)3SBrCH3CH3+(CH3)2S+LiBr產(chǎn)物為無官能團(tuán)化合物。(d)(a)當(dāng)前第43頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)a1+d1：OH+HCNROHHRCN[H]OHRNH2(a1)(d1)產(chǎn)物為1,2-雙官能團(tuán)化合物。當(dāng)前第44頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)產(chǎn)物是單官能團(tuán)化合物。a

+d2：(CH3)3SBr+OHH3COH+(CH3)2S+HBr(a)(d2)當(dāng)前第45頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)產(chǎn)物為α，β-不飽和醛，是1，3-雙官能團(tuán)化合物a1+d2：OHH3CO+OOHO(a1)(d2)分析正誤！HH當(dāng)前第46頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)正確解：OHH3CO+[OH-]OC-OHH3COH2OOHHH3COO(a1)(d2)當(dāng)前第47頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)產(chǎn)物為1，4-雙官能團(tuán)化合物，a1+d3

，a3+d1的產(chǎn)物也都是1，4-雙官能團(tuán)化合物。a2+d2：OCOOCH3+BrOCO2CH3(1)NaOH(2)H3+OOOCO2H(d2)(a2)當(dāng)前第48頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)產(chǎn)物是1，5-雙官能團(tuán)化合物。a3+d2：O+OHOOO(a3)(d2)當(dāng)前第49頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)一）烷基（烴基）d合成子碳負(fù)離子的烴基可以是烷基、烯基、炔基。它們活性大，穩(wěn)定性小，形成碳負(fù)離子的容易程度是：6.3.3供電子合成子CH≡C-

>CH2=CH-

>CH3CH2

-C-H中s成分增加試分析之！當(dāng)前第50頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)烴基d合成子大多通過有機(jī)金屬鹵化物制得，由C-Na，C-Li通過金屬交換而得C-M，反應(yīng)如下：Br+2LiTHFLi+LiBrCl+2LiTHFLi+LiCl請思考如何控制當(dāng)前第51頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)二）d1合成子（1）在C1-X0（雜原子）中，碳的電子對可離域到雜原子上去，就形成較穩(wěn)定的碳負(fù)離子，即d1合成子。HCN（及鉀鹽、鈉鹽）以及CH3NO2都能在水溶液中生成d1合成子。當(dāng)前第52頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)H-C≡N+OH-C≡NC=NCH3-NO2+OH-NOOH2CNOOH2C=+H2O當(dāng)前第53頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)（2）利用Si，S，P及過渡金屬也可生成d1合成子。R3Si-CH2Cl+2Li-LiClR3SiCH2Li+烷基硅葉立德：當(dāng)前第54頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)相關(guān)知識點(diǎn)葉立德（Ylide）：指的是一類在相鄰原子上有相反電荷的中性分子。葉立德在有機(jī)化學(xué)，尤其是有機(jī)合成中有很多應(yīng)用。通常地，葉立德可以寫成以下共振式，其中一個(gè)共振雜化體具有雙鍵：當(dāng)前第55頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)實(shí)際的電子分布取決分子的具體性質(zhì)。當(dāng)前第56頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)早在1919年H.施陶丁格等就發(fā)現(xiàn)這類特殊結(jié)構(gòu)的化合物，1954年E.G.維蒂希等提出維蒂希反應(yīng)，參與此反應(yīng)的磷葉立德通常稱為維蒂希試劑。葉立德結(jié)構(gòu)具有一個(gè)半極性鍵,碳原子上帶有負(fù)電荷,是一個(gè)很強(qiáng)的親核試劑。它與一般碳負(fù)離子不同,能穩(wěn)定地存在。磷葉立德中的磷原子具有低能量的3d空軌道，碳上有孤對電子的p軌道,通過d-p共軛分散了碳上的負(fù)電荷，使分子趨于穩(wěn)定。

當(dāng)前第57頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)磷葉立德具有很強(qiáng)的親核性，可與羰基化合物反應(yīng)，生成烯烴；與環(huán)氧化合物反應(yīng),生成還氧丙烷衍生物;與亞硝基苯反應(yīng),生成N－苯基亞胺,后者易水解,生成羰基化合物。磷葉立德還可進(jìn)行烷基化反應(yīng)、?；磻?yīng)、重排反應(yīng)、消除反應(yīng)和分解反應(yīng)。當(dāng)前第58頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)1，3-二硫環(huán)烷：R-HC+n-BuLi-BuHRSSLi+P葉立德：Ph3P-CH2-OCH3+n-BuLiPh3PHOCH3Li+CPh3P=CHOCH3SS注意！當(dāng)前第59頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)三）d2合成子（1）如α-碳原子旁有不飽和吸電子基團(tuán)，α-碳上的碳?xì)滏I就會被活化，使α-碳成為d2合成子當(dāng)前第60頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)不飽和吸電子基團(tuán)影響α-碳上碳?xì)滏I的活化能力，其大小有如下順序：RC=NR2+COR-C≡NRC=NRPhRC=CR2當(dāng)前第61頁\共有72頁\編于星期三\10點(diǎn)一）烷基a合成子：