1、第 2 章 官能团化和官能团转化的基本反应 在分子中引入官能团和官能团的转换是合成的重要方面。但我们应该指出，在一些实例中使某些位置官能团化相对比较容易，而在另一些实例中则不能官能团化，因而预期产物只能通过官能团转换得到。本章我们打算概括地汇集各种各样的反应，这些反应都是成功的合成化学工作者所需要的。2.1 官能团化 2.1.1 烷烃的官能团化 烷烃对亲电试剂和亲核试剂都不活泼，可是在自由基反应中，特别是在卤化反应里，烷烃却很活泼，因为难以控制这些反应，所以他们的合成应用受到限制。H3CCCH3CH3HH3CCCH3CH3BrH3CCCH3CH3ClH3C CCH2CH3H+ClBr2300
2、o C300 o CCl2H3C CCH3CH3CH3Cl2紫外光CH3CCH3H3CCH2Cl2.1 官能团化 2.1.2 烯烃的官能团化 烯烃与烷烃不同，进行官能团化集中表现在碳碳双键及双键的邻位烯丙位两个位置上。CHCH2H3C亲电加成HX(强酸)催化加氢CH3CH2CH3CH3CHCH3XCH3CHCH3YCH3CHCH2V WX=Cl,Br,I,HSO4-HY/H+(弱酸)Y=OH,OCOCH3VW+卤素或次卤酸加卡宾H3CCHCH2CH2CH3CH2CH2Br自由基加成-H反应卤化CHCH2BrH2CCHCHOH2C（O）RCO3HKMnO4(稀、冷)O3H2O/ZnCH3CHCH
3、2OH3CHCCH2HOOHCH3CHO +HCHO氧化2.1 官能团化 2.1.2 烯烃的官能团化 亲电加成是“Markovnikov”产物,而自由基加成一般得“反-Markovnikov”产物。H3CCHCH2CH3CHVCH2W+V-W+H3C CHCH2HOBrIClH3CCHOHCH2BrH3CCHClCH2IH3CCHCH2HBrHBrH3CHCCH2H3CHC CH2H BrBr HH3CH2CCH2OH过氧化物无过氧化物硼氢化氧化2.1 官能团化 2.1.2 烯烃的官能团化 烯烃与卡宾的加成反应是合成环丙烷衍生物的重要方法 CH2N2CH2 +N2hvCH2CH3CHCH2CH
4、3CHCH2CH2+2.1 官能团化 2.1.2 烯烃的官能团化 亲电加成的立体化学告诉我们：除硼氢化氧化为顺式加成外，其余均为反式加成 CH2CH3CH2CH3OHSeO2SeO2CH3CH2C CHCH3CH3CH3CHC CHCH3CH3HOSeO2C CHCH3CH3H3CC CHCH3CH2OHH3C二氧化硒氧化烯丙位氢时，通常发生在取代基较多的双键碳原子的-位，其顺序为：32|CHCHHC2.1 官能团化 2.1.2 烯烃的官能团化 N-溴代丁二酰亚胺（NBS）在光催化反应条件下，可使多种甾烯的亚甲基发生氧化，具有良好的区域选择性 H3CCOOH3CCOOOhv/NBS/CaCO3
5、THF/H2O81%2.1 官能团化 2.1.2 烯烃的官能团化 用NBS进行溴化,因为反应涉及烯丙基自由基中间体，所以得到溴代烃的混合物 RCH2CHCH2NBS(PhCO2)2RCHCHCH2NBSRCHCHCH2RCHCHCH2BrBrRCHCHCH2+.2.1 官能团化 2.1.3 炔烃的官能团化CCHRX2(X=Cl,Br)FeX3HX(X=Cl,Br,I)H2OHg2+,H+OH-,H2ORCCHXXX2FeX3RCX2CHX2RCCH2XHXHgX2RCX2CH3CCH2OHRRCCH3OHCCHROHRCH2CHO亲电加成D-A反应催化氢化RCH2CH3RROHOH-RCOOH
6、HCNOH-CCH2RORCCH2ROCORCCH2RCN亲核加成HgX2B2H62.1 官能团化 2.1.4 芳烃的官能团化D2SO4DArHO3SArN2+Cl-OH-SO3,H2SO4X2FeX3(X=Cl,Br)XHO气相接触催化水解NaOHRClAlCl3Friedel-CareftsRRCOClAlCl3Friedel-CareftsROCHZn-Hg/HClCH2RHNO3,H2SO4O2NHCHO/HClZnCl2ClH2C1.芳环上的亲电取代反应2.1 官能团化 2.1.4 芳烃的官能团化1.芳环上的亲电取代反应CH3H3CCH3COHClAlCl3CH3H3CCH3CHO+
7、80%OHHOCH3CNHClZnCl2OHHOCNH2CH3Cl-OHHOCOCH3H2O+70%CH3CH3CH3CH3SO3HSO3HClClH2SO4Cl2FeH+3O150 oC100 oC2.1 官能团化 2.1.4 芳烃的官能团化2侧链上的反应CHCH3CH3Cl2CCH3CH3ClHCl+hv+100%2.1 官能团化 2.1.5 取代苯衍生物的官能团化 取代苯衍生物的反应通常是亲电取代反应，该反应有两点要注意：第一，环上已有一个以上的取代基时，最强的供电子基团控制进一步取代的位置；第二，为了尽量减少在氮原子上取代的可能性，在进行取代之前，把芳胺转变成乙酰苯胺。OHOHNO2O
8、2NNO2HNO3发烟H2SO4CH3NO2Cl2/FeCl3CH3NO2Cl5060 oCNH2NO2NaOClH2OHClNH2NO2NaClH2OCl+2530 oC+2.1 官能团化 2.1.5 取代苯衍生物的官能团化 NH2Br2,H2ONH2BrBrBr(CH3CO)2NH COCH3NHCOCH3BrNHCOCH3BrNH2BrBr2+H+/H2O(少量产物)乙酸NO2(PhCO2)2+NO2+PhO2N+NO2PhPh80 oC62%10%28%2.1 官能团化 2.1.6 简单杂环化合物的官能团化NHRCNHCl(CH3)2NCHOPOCl3,H2ONHCORNHNHCHOR
9、MgXNMgXNHR(COR)RX(RCOX)CO2NHCOOHH3+O(CH3)2NCOCH3,POCl3H2ONHCOCH3NHCH2N(CH3)2ArSO3ClCOCH3NSO3ArNaNNaH2CCH2ONNCH2CH2OHR(COR)NHSO3HCH3COONO2NHNO2HCHO,(CH3)2NHHCl(CH3CO)2OBF3RX(RCOX)Br2NHBrC5H5N SO32.1 官能团化 2.1.6 简单杂环化合物的官能团化OOOOOOOOHBrH2OCO2HCO2H(CH3)2NCHO,POCl3H2OOCHO(CH3CO)2OBF3OCOCH3CH3COONO2OHO2NHO
10、COCH3ONO2碱ArN2+Cl-强碱OArOAr+HgCl2/NaOAcX2(X=Br,I)OX.OSO3HC5H5N SO32.1 官能团化 2.1.6 简单杂环化合物的官能团化SSSSSSSSCH2ClCOCH3NO2NO2+HCHOHCl(CH3CO)2OH3PO4CH3COONO2痕量BrSO3HII2/HgOH2SO4NBSC6H6,1025 Co2.1 官能团化 2.1.6 简单杂环化合物的官能团化N亲核取代亲电取代NNNNHNNNNH2PhOOHBrO2NHO3SNaNH2PhLiKOHBr2300 oCHNO3/H2SO4330 oCH2SO4350 oC2.1 官能团化
11、2.1.6 简单杂环化合物的官能团化NNNSO3SO3RXNRX-NRRHHX-X-RCO3HPCl3NOPCl5(CH3CO)2ONN ONClO2NOCOCH3高温重排HNO3H2SO4NNO2PCl3CHCl3,+2.2 官能团的转换 在有机合成中，通过官能团之间的转换实现目标分子的合成是具有普遍意义的。2.2 官能团的转换 2.2.1 羟基的转换HOHHOCORRCOCl,(RCO)2ONR3HORHClHOCCOH2(RO)2SO2或RX,OH-H+SOCl2OLewis酸或OH+H+2.2 官能团的转换 2.2.2 羟基的转换ArOH(RO)2SO2或RX,OH-ArOR(RCO)
12、2Oor RCOCl,R3NArOCORArOCH3CH2N2NH4HSO4SnCl4高温,高压ArNH22.2 官能团的转换 2.2.2 氨基的转换ArNHCOR(R)(R)ArNH2ArN2+HSO4-RCOClor(RCO)2ORXArSO2ClArNHSO2Ar(R)ArNHR(R)RXArNR2(R)ArNR3 X(R)RXHONONNOArRHNNH2ArRPhHOH-PhArKCNArCNKIArINaBF4ArN2BF4NaNO2ArNO2热解ArFHXArX(X=Cl,Br)ArHH3PO2沸水煮ArOHPhOH,OH-ArN NOHNaNO2H2SO4Cu2(CN)2Cu2
13、X2ArS SArNa2S2(R)(R)2.2 官能团的转换 2.2.3 含卤化合物的转换H2CCHRRMgXMg乙醚LiN2H2CCHRRXH2CCHRRLiH2CCHRR2KOH-C2H5OHLiAlH4RCH2CH2RHCCHRRRCH2CHROHRCH2CHRCNRCH2CHRORCH2CHRCRCH2CHRNH2RCH2CHRRCH2CHRCH(CO2Et)2RCH2CHRSHRCH2CHRSRCRRNaOHH2ONaCNRONaNH3RCCNaRMgXNaCH(CO2Et)2NaSHRSNa(Saytzeff烯烃)R2Na2.2 官能团的转换 2.2.3 含卤化合物的转换ArCNN
14、aCNArSO3NaNa2SO3ArSHNa2SArX (Cl,Br)ArNH2ArNHR(Ar)ArOHNH4OH或NH3加压/CuCl/200 CoRNH2(催化,高温)(Ar)NaOH/H2ORONa(Ar)ArOR(Ar)2.2 官能团的转换 2.2.4 硝基的转换ArNO2ArNH2NaOHZnNaOH水溶液NH4ClNNArArOArNHNHArHNO2ArN2+ArNHOHArNOH2SO5NNArArArNH2Zn,NaOH水溶液Zn,NaOH/CH3OHCF3CO3HFe/HCl或H2/NiZnH2SO4oAs2O3Na2Cr2O70 C2.2 官能团的转换 2.2.5 氰基
15、的转换CNRH2/Ni或LiAlH4RMgX/醚H3+OH2OH+或OH-ROH/H+RCH2NH2RCORRCONH2RCOOR2.2 官能团的转换 2.2.6 醛和酮的转换COH2C(R)HRHCHO,(CH3)2NHHClCOHC(R)HRCH2N(CH3)2HCXYNH3或RNH2或NH 4+C(R)HRCH2NH2HCXYCCH2(R)HRCCCH2(R)HRXY-NH3CCH2(R)HRCH2CO2EtOHXCH2CO2Et/ZnH3O+-H2OCCHCO2EtRH2C(R)HRCHCO2EtXRONaRCO2EtCH2CO2EtRONaCCCH2(R)HRCOOEtCH2COOE
16、tCH2CH2(R)HRC OCH2(R)HRCOCHH(R)RC(R)HOHH2CRCOCH(R)RC(R)HH2CR-H2OCCR2CH2(R)HRCCH2(R)HROHRCRCH2(R)HOHCNCRCH2(R)HOHCO2HCRCH2(R)HNYY:OH,NH2,NHPh,NHCONH2等CRCH2(R)HOHSO3NaCRCH2(R)HOHORCRCH2(R)HORORROH/H+ROH/H+CHCH2(R)HROHH2/Ni或LiAlH4Zn-Hg/HClCOCH2CO2EtPh3P=CR2RMgXH3O+HCNNH2-YNaHSO3H3O+稀 OH-H3O+2.2 官能团的转换
17、2.2.7 羧酸及其衍生物的转换RCOOHRCOX(RCO)2ORCONH2RCOONaNH3NH3H2OAC2ONH3,LiAlH4RCH2OHRCOORROHPCl3或PCl5或SOCl2H2O/H+或 OH-ROH/H+H2O/OH-ArHAlX3ArCORRCHORCH2OHRCORRCROHR12H2Pd-BaSO412LiAlH4H3+ORMgX醚，低温RMgX2醚，室温Na/C2H5OHLiAlH4RCH2OH+ROH2RMgXH2ORCROHRROH/H+或 RONaRCOOR+ROHRCH2COREtONaEtONaRCOCHCORRRCOCHCOOR RRCH2COOR ArHAlX3RCOArLiAlH4P2O5-H2OX2/NaOH(NaOX)RNH2RCH2NH2RCN或
