有机合成试剂概述课件.ppt

1、第十二章 有机合成试剂有机磷、硅、硼和钯试剂第1页，共39页。12.1 有机磷试剂有机磷试剂p定义：含碳磷键的化合物（称为含碳磷键的化合物（称为膦膦）或含有机基团）或含有机基团的磷酸衍生物，主要包括以下几类：的磷酸衍生物，主要包括以下几类：n三配位磷化合物，如三配位磷化合物，如三烷基膦和亚磷酸三烷基酯三烷基膦和亚磷酸三烷基酯类似于氮的有机物，但类似于氮的有机物，但PR3的的亲核性和碱性亲核性和碱性比比NR3强强，因，因为磷较氮体积大，电负性小为磷较氮体积大，电负性小n四配位磷化合物，如四配位磷化合物，如季鏻离子季鏻离子R4P+等等 n五配位磷化合物，如五配位磷化合物，如PPh5等膦烷等膦烷n六

2、配位磷化合物，如六配位磷化合物，如六配位磷阴离子和环状磷酸酯六配位磷阴离子和环状磷酸酯 第2页，共39页。p有机磷的特点：毒性大，用于农药、除草剂、神经毒剂等毒性大，用于农药、除草剂、神经毒剂等n常见的有机磷农药：常见的有机磷农药：敌百虫、敌敌畏、对硫磷、久敌百虫、敌敌畏、对硫磷、久效磷、乐果、马拉硫磷、草甘膦、异稻瘟净等效磷、乐果、马拉硫磷、草甘膦、异稻瘟净等配位能力强，可用于金属催化剂的配体配位能力强，可用于金属催化剂的配体nPd(Ph3)3Cl2，Pd(Ph3)4等等磷酸类衍生物阻燃性能好，用于阻燃剂等磷酸类衍生物阻燃性能好，用于阻燃剂等n9,10-二氢二氢-9-氧杂氧杂-10-膦菲膦菲

3、-10-氧杂（氧杂（DOPO），甲基），甲基膦酸二甲酯（膦酸二甲酯（DMMP）等）等第3页，共39页。p有机合成中的有机磷试剂膦叶立德：叶立德的含义：叶立德的含义：n叶立德是叶立德是Ylide的音译，指的是正负电荷在相邻原子的音译，指的是正负电荷在相邻原子上的内盐，如上的内盐，如P+C-结构结构制备：制备：n三烷基膦与卤代烃制备的季膦盐碱性下脱氢三烷基膦与卤代烃制备的季膦盐碱性下脱氢n其他制备方式：卡宾与膦作用或其他制备方式：卡宾与膦作用或Ph3PCl2与活性亚甲与活性亚甲基反应基反应PPh3CH3Br+Ph3P+-CH3Br-PhLiPh3P=CH2Ph3P+-CH2-第4页，共39页。p膦

4、叶立德的反应：叶立德结构中的碳是能稳定存在的强亲核试剂叶立德结构中的碳是能稳定存在的强亲核试剂p一、与羰基化合物的反应：反应生成烯烃，称为反应生成烯烃，称为Wittig反应反应从形式上，羰基氧换为从形式上，羰基氧换为Ph3P=CRR中的碳结构中的碳结构反应优点：反应优点：n位置专一，任意羰基都能反应位置专一，任意羰基都能反应n立体专一，稳定叶立德优先生成反式结构立体专一，稳定叶立德优先生成反式结构n双键不迁移，与双键不迁移，与,不饱和羰基不发生不饱和羰基不发生1，4加成加成R1R2C=OR1R2C=CRR第5页，共39页。nWittig反应的立体选择见反应的立体选择见p105表表51反应机理：

5、亲核加成分解过程反应机理：亲核加成分解过程n证明：加入证明：加入HBr和低温状态都能获得关键中间体和低温状态都能获得关键中间体O-CH2-P+Ph3+O-CH2-P+Ph3OCH2-PPh3CH2+O=PPh3首先加成得首先加成得内膦盐内膦盐内膦盐经内膦盐经四元环中间体四元环中间体分解为产物分解为产物第6页，共39页。Wittig反应的缺点：反应的缺点：n需要使用强碱，成本高需要使用强碱，成本高n产物三苯氧磷难分离产物三苯氧磷难分离n顺反产物有时难控制顺反产物有时难控制Wittig反应改进：反应改进：n亚磷酸酯代替三烷基膦，在醇钠等稍弱的碱中反应，亚磷酸酯代替三烷基膦，在醇钠等稍弱的碱中反应，

6、称为称为WittigHorner反应反应第7页，共39页。p二、酰化反应带有带有H的的膦叶立德可以与酰氯得到酰基膦叶膦叶立德可以与酰氯得到酰基膦叶立德，随后可处理得炔或者酮立德，随后可处理得炔或者酮使用酯或硫代酯代替酰氯可以提高膦叶立德的使用酯或硫代酯代替酰氯可以提高膦叶立德的利用率利用率酰基膦叶立德Ph3P+CH2RCl-第8页，共39页。p三、偶联反应：具有具有H的膦叶立德在氧作用下偶联生成对称的膦叶立德在氧作用下偶联生成对称烯烃烯烃不具有不具有H的膦叶立德则在氧作用下生成酮的膦叶立德则在氧作用下生成酮Ph3P=CHR+O2RCH=CHR+PH3POPh3P=CRR+O2RRC=O+PH3

7、PO偶联反应氧化反应第9页，共39页。12.2 有机硼试剂有机硼试剂p有机硼主要包括硼烷、烃基硼烷及烃基硼酸/酯等硼烷和烃基硼烷都是亲电试剂，硼烷和烃基硼烷都是亲电试剂，硼带有负电性硼带有负电性烃基硼酸烃基硼酸/酯则主要用于酯则主要用于Suzuki反应反应p有机硼试剂的制备：烃基硼烷：烃基硼烷：n对不饱和烃进行硼氢化反应可制备烷基硼试剂对不饱和烃进行硼氢化反应可制备烷基硼试剂第10页，共39页。其他方法：其他方法：（金属有机法）（金属有机法）n无法通过普通法制备的硼烷可通过二烷基硼烷与铜无法通过普通法制备的硼烷可通过二烷基硼烷与铜锂试剂反应锂试剂反应（法（法a）n格氏试剂与卤代甲硼烷反应制备格

8、氏试剂与卤代甲硼烷反应制备（法（法b）n有机锂试剂与烷氧基有机硼试剂反应制备有机锂试剂与烷氧基有机硼试剂反应制备（法（法c）(a)(b)(c)第11页，共39页。硼酸和硼酯：硼酸和硼酯：n硼酯常使用硼酸与醇的脱水制备硼酯常使用硼酸与醇的脱水制备硼酸三丁酯的制备：硼酸三丁酯的制备：n烃基硼酸则常使用格氏试剂与硼酸酯或硼烷加成烃基硼酸则常使用格氏试剂与硼酸酯或硼烷加成水解制备水解制备B(OH)3+n-C4H9OHB(OC4H9)3+H2O加热脱水第12页，共39页。p有机硼试剂的反应：p一、硼烷的反应1、氧化反应：、氧化反应：n硼原子被硼原子被羟基羟基取代成醇，如硼氢化氧化反应：取代成醇，如硼氢化

9、氧化反应：n反应通常使用反应通常使用碱性碱性H2O2作为氧化剂作为氧化剂n制备醇时通常使用乙硼烷为原料，遵守制备醇时通常使用乙硼烷为原料，遵守反马氏规则反马氏规则第13页，共39页。2、质子分解反应：硼被氢取代还原为烃、质子分解反应：硼被氢取代还原为烃n反应条件：质子酸中回流，是特殊的还原方式反应条件：质子酸中回流，是特殊的还原方式3、羰基化反应：烃基硼烷与、羰基化反应：烃基硼烷与CO加成得加成得硼酸酯硼酸酯衍生物衍生物，不同处理可得不同产物：，不同处理可得不同产物：硼酸酯衍生物NaBH4乙二醇水，加乙二醇水，加热后加热后加H2O2乙二醇，加热乙二醇，加热后加后加H2O2第14页，共39页。4

10、、共轭加成：、共轭加成：n氧存在下烃基硼烷与氧存在下烃基硼烷与,不饱和羰基化合物发生共不饱和羰基化合物发生共轭加成，加成产物水处理得到烃基化羰基产物：轭加成，加成产物水处理得到烃基化羰基产物：n反应依照自由基加成方式进行，烃基加成在远离羰反应依照自由基加成方式进行，烃基加成在远离羰基的基的C上，且烃基碳的立体构型保持不变上，且烃基碳的立体构型保持不变第15页，共39页。5、其他反应：、其他反应：n偶联反应，硼烷偶联得到烃类偶联反应，硼烷偶联得到烃类n异构化反应：重排生成异构化反应：重排生成位阻最小位阻最小的结构的结构n置换反应：烃基硼烷生成另一种烃基的硼烷的反应置换反应：烃基硼烷生成另一种烃基

11、的硼烷的反应6、与有机金属试剂的反应、与有机金属试剂的反应n硼烷与有机金属试剂（常为锂试剂和格氏试剂）反硼烷与有机金属试剂（常为锂试剂和格氏试剂）反应后水解可得烃基硼酸，用于芳香硼酸的合成应后水解可得烃基硼酸，用于芳香硼酸的合成n为避免硼烷分解，常使用一锅法制备为避免硼烷分解，常使用一锅法制备第16页，共39页。p二、烃基硼酸/酯类化合物的反应：最重要的是用于最重要的是用于Suzuki 偶联反应偶联反应Suzuki Coupling反应：反应：n芳基或烯基硼化合物芳基或烯基硼化合物与与芳或烯基卤化合物芳或烯基卤化合物在碱性条在碱性条件件Pd催化下交叉偶联得到芳催化下交叉偶联得到芳-芳芳单键单键

12、产物的反应产物的反应n是钯催化的四个重要人名反应中的一个是钯催化的四个重要人名反应中的一个第17页，共39页。n反应底物：二烷基亚硼酸或酯、烷基硼烷等，卤代反应底物：二烷基亚硼酸或酯、烷基硼烷等，卤代物为物为溴或碘溴或碘化合物化合物n催化剂：催化剂：Pd的膦配合物的膦配合物，如，如Pd(OAc)2-PPh3、Pd(PPh3)4、Pd(PPh3)2Cl2 等等n反应机理与反应机理与Heck反应相似反应相似第18页，共39页。Suzuki反应的特点：反应的特点：n反应条件相对较温和，不受水的影响反应条件相对较温和，不受水的影响n反应后的含硼副产物容易除去，提纯方便反应后的含硼副产物容易除去，提纯方

13、便n硼试剂对于多数官能团保持稳定，反应选择性高，硼试剂对于多数官能团保持稳定，反应选择性高，空间位阻影响不大空间位阻影响不大n卤代物比较：卤代物比较：碘代芳烃溴代芳烃氯代芳烃第19页，共39页。12.3 有机硅化合物有机硅化合物p硅原子的特性：大原子半径、小电负性大原子半径、小电负性具有空的具有空的3d轨道，高度极化性轨道，高度极化性p硅化合物的特点：空的空的3d轨道轨道导致硅中心首先反应，导致硅中心首先反应，Si-C易分解易分解Si原子能原子能稳定与稳定与Si-C键相邻的正负离子，促使键相邻的正负离子，促使反应的进行反应的进行第20页，共39页。p有机硅化合物的分类：烯醇硅醚（烯醇硅醚（RO

14、SiMe3)烯丙基硅烷（烯丙基硅烷（CH2=CHCH2SiMe3)烯烯/苯或炔基硅烷（苯或炔基硅烷（PhSiMe3)含硅含硅-碳负离子化合物碳负离子化合物（RCOCHSiMe3)p常用的含硅试剂：三甲基硅烷取代的各种硅化合物三甲基硅烷取代的各种硅化合物三甲基硅的稳定作用使体系在保持稳定的前提三甲基硅的稳定作用使体系在保持稳定的前提下具有足够的反应活性下具有足够的反应活性第21页，共39页。p一、烯丙基型三甲基硅烷制备：制备：n通过格氏试剂与三甲基氯硅烷合成：通过格氏试剂与三甲基氯硅烷合成：烯丙基硅烷的反应：烯丙基硅烷的反应：n1、与醛、酮、亚胺及缩醛、与醛、酮、亚胺及缩醛/酮等加成或消除酮等加

15、成或消除-加成加成TiCl4H2O第22页，共39页。n2、与酰卤进行酰基亲核取代、与酰卤进行酰基亲核取代n3、与、与,-不饱和醛酮进行不饱和醛酮进行1，4共轭加成共轭加成反应结果是反应结果是烯丙基碳成为烯烃端基碳烯丙基碳成为烯烃端基碳，机理是：，机理是：三甲基硅对碳正离子的稳定作用第23页，共39页。使用烯丙基硅烷的合成优势：使用烯丙基硅烷的合成优势：n酸性条件反应，可防止碱性副反应酸性条件反应，可防止碱性副反应n对共轭体系的加成反应固定于对共轭体系的加成反应固定于1,4-加成，区域选择加成，区域选择专一（总是在专一（总是在位位）n立体选择性高（立体选择性高（Z、E型烯烃底物均得到型烯烃底物

16、均得到syn型产物）型产物）82832931第24页，共39页。p二、烯/苯或炔基的三甲基硅烷化合物：制备：制备：n相应烃基金属盐与三甲基氯硅烷制备相应烃基金属盐与三甲基氯硅烷制备反应：反应：n1、三甲基硅的亲电取代反应：、三甲基硅的亲电取代反应：三甲基硅被三甲基硅被E+取代，历程是取代，历程是加成消除加成消除反应反应与酰卤反应可得到与酰卤反应可得到,-烯（或炔）酮，反应中烯基的烯（或炔）酮，反应中烯基的几何构型保持几何构型保持，如：，如：三甲基硅稳定碳正离子，使反应容易进行三甲基硅稳定碳正离子，使反应容易进行第25页，共39页。n2、双键的加成与氧化反应、双键的加成与氧化反应三甲基硅影响双键

17、的反应和选择性，反应产物被三甲基硅三甲基硅影响双键的反应和选择性，反应产物被三甲基硅稳定后具有区域选择性，与普通的双键反应相似稳定后具有区域选择性，与普通的双键反应相似反式消除+第26页，共39页。n3、三甲基硅乙炔端基氢的反应、三甲基硅乙炔端基氢的反应三甲基硅稳定三键，使得三键氢可以发生三甲基硅稳定三键，使得三键氢可以发生Sonogashira反应，反应，同时三甲基硅容易脱去，同时三甲基硅容易脱去，KOH醇体系搅拌即可除去三醇体系搅拌即可除去三甲基硅得到三键氢：甲基硅得到三键氢：常用的引入三键的化合物三甲基硅乙炔三甲基硅乙炔2-2-甲基甲基-3-3-丁炔丁炔-2-2-醇醇第27页，共39页。

18、p三、三甲基硅的-碳负离子化合物产生方式：产生方式：n有机硅化合物的有机硅化合物的-碳去质子化碳去质子化n-硅硅基卤代烃制备格氏试剂基卤代烃制备格氏试剂n有机锂对三甲基乙烯基硅烷加成有机锂对三甲基乙烯基硅烷加成第28页，共39页。反应：反应：n该类化合物可以对羰基加成，之后再通过消除或其该类化合物可以对羰基加成，之后再通过消除或其他反应得到最后产物他反应得到最后产物n在氟离子存在下三甲基硅基团可作为羟基的合成等在氟离子存在下三甲基硅基团可作为羟基的合成等效体效体第29页，共39页。12.4 钯催化的碳碳键合成钯催化的碳碳键合成p钯催化剂：包括包括零价金属催化零价金属催化和和二价配合物催化二价配

19、合物催化两大类两大类氧化还原常用金属催化，一般需高温高压氧化还原常用金属催化，一般需高温高压碳碳键的催化合成一般使用配合物催化剂碳碳键的催化合成一般使用配合物催化剂p催化机理：金属催化：金属吸附金属催化：金属吸附键键，削弱键能，促进新，削弱键能，促进新键的合成键的合成配合物催化：通过钯中心与底物的结合消去配合物催化：通过钯中心与底物的结合消去四步循环过程促进新键合成四步循环过程促进新键合成第30页，共39页。-键合钯配合物催化的碳碳键合成键合钯配合物催化的碳碳键合成p配合物催化剂主要用于四类反应：成单键的成单键的Suzuki反应反应成双键的成双键的Heck反应反应成三键的成三键的Sonogas

20、hira反应反应用有机锡或烃基三氟甲磺酸酯合成单键的用有机锡或烃基三氟甲磺酸酯合成单键的Stille反应反应p它们均为合成连接体系碳碳键的方法，其中Suzuki、Heck和Sonogashira反应是应用最多的反应第31页，共39页。p一、钯配合物的催化机理：钯配合物的催化一般经过四个基元反应实现：钯配合物的催化一般经过四个基元反应实现：n配体的可逆解离和配位，形成活性有机钯中间体配体的可逆解离和配位，形成活性有机钯中间体n氧化加成及还原消除氧化加成及还原消除n插入和消除插入和消除n亲核取代和亲电取代亲核取代和亲电取代活性有机钯中间体的类型主要有：活性有机钯中间体的类型主要有：-键合中间体键合

21、中间体应用最广泛应用最广泛ArPdIIX-烯丙基配合物烯丙基配合物-键配合物键配合物第32页，共39页。pSuzuki反应：反应除了钯盐，还需稳定钯中心的配体（常用反应除了钯盐，还需稳定钯中心的配体（常用膦）及弱碱（常用膦）及弱碱（常用KF、Cs2CO3、K2CO3等）等）为共催化剂为共催化剂反应中首先产生的是活性的零价钯催化剂，随反应中首先产生的是活性的零价钯催化剂，随后发生氧化加成得到后发生氧化加成得到-键合钯催化剂键合钯催化剂该化合物对氧气较敏感，反应常需使用氮气或该化合物对氧气较敏感，反应常需使用氮气或氩气保护氩气保护第33页，共39页。反应循环反应循环p反应分为四步循环：生成生成Pd

22、0后，经四步循环重新得到后，经四步循环重新得到Pd0，同时得，同时得到反应产物到反应产物氧化加成氧化加成金属转移金属转移配体置换配体置换还原消除还原消除第34页，共39页。pHeck反应：七十年代七十年代Heck最先研究的一种方便的合成双键最先研究的一种方便的合成双键的方法，通过芳香或脂肪族端基双键与芳香卤的方法，通过芳香或脂肪族端基双键与芳香卤代烃反应代烃反应反应需要在氮气保护下使用稳定的反应需要在氮气保护下使用稳定的钯盐、弱碱钯盐、弱碱和助亲核试剂和助亲核试剂催化催化反应循环与反应循环与Suzuki反应相似，不同的是双键配反应相似，不同的是双键配体取代磷配体时变为体取代磷配体时变为,共存的

23、钯催化体系。共存的钯催化体系。第35页，共39页。pHeck反应的催化循环：-H-H消除消除氧化加成氧化加成配体置换配体置换还原消除还原消除第36页，共39页。pSonogashira反应：合成三键的良好方法，通过合成三键的良好方法，通过端基炔氢端基炔氢和芳香卤和芳香卤代烃的偶联合成芳香炔烃代烃的偶联合成芳香炔烃反应的标准条件是反应的标准条件是氮气下氮气下使用使用Pd(PPh3)4或或Pd(PPh3)2Cl2做催化剂，同时加做催化剂，同时加CuI为助催化剂，为助催化剂，有机胺作为溶剂并提供碱性有机胺作为溶剂并提供碱性卤代烃反应活性：卤代烃反应活性：IBrCl反应循环与反应循环与Suzuki反应相似反应相似第37页，共39页。pSonogashira反应的催化循环：类似于类似于Suzuki反应：反应：第38页，共39页。总结：总结：p新的有机合成试剂可以极大改善反应的选择性和产率，是目前研究的热点p有机磷试剂应用广泛，但需警惕毒性p有机硼试剂多用于Suzuki反应p带三甲基硅的有机物可以稳定碳正负离子，应用前景广阔pPd催化剂的催化循环第39页，共39页。