1、第六章 合成子與極性轉換6.1 合成子基本理論 6.1.1 6.1.1 合成子的概念合成子的概念 合成子（合成子（Corey E.J.Corey E.J.）：）：凡是能用已凡是能用已知的，或合理的操作連接成分子的知的，或合理的操作連接成分子的結構單結構單元元均稱為合成子。均稱為合成子。 Synthons are defined as units which can be joined to (organic) molecules by known or conceivable synthetic operations. (E.J.Corey 1967)其它定義： 1. 在切斷時所得到的概念性的

2、分子碎片，通常為一個正離子或負離子。它們可以是相應反應中的一個中間體，也可以不是。 2. 指可用于有機反應中的合成單位。是與反應物（稱為試劑reagent)對等的。 一）合成子是有機合成反應的基本單元 合成反應最普通的表示方式是，一個正離子和一個負離子鍵接在一起成為一個分子：A-+B+AB負極性離子負極性離子（電負性）（電負性）電子供應者電子供應者正極性離子正極性離子（電正性）（電正性）電子接受者電子接受者產物分子產物分子（中性）（中性） A-和和B+就可以稱為就可以稱為“合成子合成子”。 二）合成子的有效性有機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

3、理？ 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合成中確實有效的碎片。OOOOCH3OCH3Ph12345以下拆解方法那些是合理的？ 上述分子中只有下列兩個碎片才是有效的：- -OOCH3OCH3PhOO+ +OCH3O+ +H H+ +和和 它們可以通過Michael加成反應合成目標物：OOCH3PhO+ +OCH3OEtONaOOOOCH3OCH3Ph 三）合成子是否一定實際存在 “合成子”是一個人為的，概念化的名詞，有別于實際存在的起反應的離子、自由基或分子。合成子可能是實際存在的，也可能是一個實際不存在的抽象化的東西。Example 1： 其碎片是：O+ +OEtONaO

4、OO- -與OH H+ +不穩定實際存在的 此時的合成子是CH3CO-，但這是不存在的。合成時，必須用它的對等物，而等價物是實際存在的。Example 2：用環己烯酮合成-乙酰基 環己酮OOCH3CO 合成等價物：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定而不能直接使用。 試劑：實際使用的代表合成子的化合物。例如MeI是合成子Me+的試劑。它能在相應的的合成中起反應，給出中間體或目標分子。它是合成子的合成等價物。相關概念：相關概念： Example:鹵代烷的取代反應 6.1.2 6.1.2 合成子的極性轉換合成子的極性轉換R-XR+ +X-NuR-NuRMgXMg醚醚R-+ +M

5、gX+ER-E親核反應親核反應親電反應親電反應 格氏試劑：一鹵代烷與金屬鎂在絕對乙醚（無水、無醇的乙醚）中作用生成有機鎂化合物，產物能溶于乙醚，不需分離即可直接用于各種合成反應，也稱為格利雅試劑。知識點回顧：知識點回顧：R-Mg-XOOC2H5C2H5C2H5C2H5 當鹵代烷分解成R+與X-時，烷基是正離子，當它通過格式試劑再分解時，烷基就成了負離子，這就稱為極性轉換； 同一基團既可成為正離子，也可成為負離子。 極性轉換（英文：Umpolung），也稱極性翻轉、極性反轉、極性顛倒，指有機化學中官能團極性的改變，是有機合成重要概念之一。 此概念首先由德國化學家Dieter Seebach（迪特

6、爾澤巴赫）與美國化學家艾里亞斯詹姆斯科里提出，極性轉換的英文名稱Umpolung也由德語的Umpolung得來，意為極性倒轉。 Example:用環己烯酮合成-乙酰基 環己酮 由于CH3CO-是實際不存在的合成子，需要從帶正電的結構體通過極性轉換，變成帶負電的結構體，但如何處理？OOCH3COCH3C - -O 處理方法：R-C-XOA與BR-C-XOABR-C - -OAB+ +X+R-C - -OAB+ +OH+OCOARBH3+OOCRO 技術關鍵：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：反應機理？ A用：- -C-C

7、H3OC2H5HC2H5OCH=CH2+ +CH3-CHOHCNCH3-CHOCNC-CH3OC2H5H 問題：反應機理？ 實際合成步驟：OH+ +HCNCH3-CHOHCNNaOHC2H5OCH=CH2CH3-CHOCNC-CH3OC2H5HLiNR2CH3-C - -OCNC-CH3OC2H5HOH+OCH3CO目標分子 先看下列分子的拆開： 6.1.3 6.1.3 合成子與穩定性合成子與穩定性CRROHXCRROX- -+ + +H+ + 這種拆開方法是否可行，要看X-的穩定性。 例如：CRROHCNCRROCN- -+ + +H+ + 氰基（CN-）是很穩定的負離子，易與羰基發生親核加

8、成反應：CRROCN- -+ +H+CRROHCN 小常識： 氰化氫有劇毒，且揮發性較大（沸點26.5），故在羰基化合物與氰化氫加成時，為了避免直接使用氰化氫，通常是把無機酸加入醛（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，但在加酸時應注意控制溶液的pH值，使之始終偏于堿性（pH約為8），以利于反應的進行。 又如：CRROHC2H5CRROC2H5- -+ + +H+ + 一般說來，Et-是一個不穩定的負離子，不能直接用于和羰基的反應，但通過格氏試劑能將它穩定下來。 因此，一個穩定的合成子，可以直接起反應，而一個不穩定的合成子，就需要用它的穩定的等價物。CRROC2H

9、5MgBr+ +H3+OCRROHC2H5 安息香縮合是羰基極性轉換的代表，也是人們最早知道的極性轉換的例子。反應物苯甲醛中的羰基碳原子是親電性的。首先發生氰離子對羰基碳的親核加成，然后質子由碳轉移到氧上，形成一個碳負離子，其中的碳發生了極性轉換，是親核性的。然后該碳原子親核進攻另一分子的苯甲醛的親電性羰基碳，質子轉移，氰離子離去，得到產物安息香。6.2 合成子極性轉換的具體應用 Example 1:安息香縮合反應反應機理： 因此：C - -CNHO是O的等價物 醛（如乙醛）可以和1,3-丙二硫醇形成二噻烷。由于硫對碳負離子具有特殊的穩定性，故鄰位的碳有酸性，用正丁基鋰在低溫四氫呋喃中處理，得

10、到相應的親核性碳負離子。該鋰化的碳負離子作為親核試劑，可以和鹵代烴（溴化芐）、其他羰基化合物（環己酮）以及環氧乙烷衍生物（苯基環氧乙烷）等合成子發生親核取代，生成的產物水解，又得回羰基，因此產物是另一個羰基化合物。 Example 2:二噻烷碳負離子的形成 這里：SS相當于O也是酰基負離子的等價物。6.3.1 合成子的分類6.3 合成子的分類和加合極性轉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。 見下列有機分子的基本結構：FGX01234 FG：官能團； X0表示促使分子發生極性轉換的金屬原子或雜原子（Li,Mg等，或-O,-N,-S等）。5 碳

11、原子順序編號C1,C2,C3,； 如由于極性轉換而使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； 也可能在C之前，官能團（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。d合成子試劑負離子合成子官能團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（-C原子活化）d2合成子-CHOd3(Li

12、)CCCH2NH2-CCCH2NH2d3合成子-CCCH2NH2試劑負離子官能團a0Me2PClMe2P +(活化的是P)-PMe2a1CH3COCH3CH3C+O（羰基被活化）-CO-a2BrCH2COCH3+CH2COCH3（-C原子活化）-CO-a3H2C=CHCOORH2+C-CH=CO-OR-COOR,-C=C-a合成子 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，反應中起甲基化作用； 格氏試劑中得到的R-當然是烷基d合成子； 注意：它們不是d1合成子，反應中只起烷基化作用，產物無官能團

13、！ （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：(CH3)3SBr(CH3)3S+ +Br- - 此正離子在反應中，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，產物無官能團。 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CH3Li+ +(CH3)3SBrCH3CH3+ +(CH3)2S+ +LiBr 產物為無官能團化合物。(d)(a) a1 + d1：OH+ +HCNROHHRCNHOHRNH2(a1)(d1) 產物為1,2-雙官能團化合物。 產物是單官能團化合物。 a + d2：(CH3)3SBr+ +OHH3CO

14、H+ +(CH3)2S+ +HBr(a)(d2) 產物為，-不飽和醛，是1，3-雙官能團化合物 a1 + d2：OHH3CO+ +OOHO(a1)(d2)分析正誤！分析正誤！HH正確解：OHH3CO+ +OH-OC - -OHH3COH2OOHHH3COO(a1)(d2) 產物為1，4-雙官能團化合物， a1 + d3 ，a3 + d1的產物也都是1，4-雙官能團化合物。 a2 + d2：OCOOCH3+ +BrOCO2CH3(1)NaOH(2)H3+OOOCO2H(d2)(a2) 產物是1，5-雙官能團化合物。 a3 + d2：O+ +OHOOO(a3)(d2) 一）烷基（烴基）d合成子 碳

15、負離子的烴基可以是烷基、烯基、炔基。它們活性大，穩定性小，形成碳負離子的容易程度是：6.3.3 供電子合成子CHC - - CH2=CH - - CH3CH2 - - C-H中s成分增加試分析之！ 烴基d合成子大多通過有機金屬鹵化物制得，由C-Na，C-Li通過金屬交換而得C-M，反應如下：Br+ +2LiTHFLi+ +LiBrCl+ +2LiTHFLi+ +LiCl請思考如何控制請思考如何控制 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，就形成較穩定的碳負離子，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。H- -CN

16、N+ +OH- -CNNC=N=NCH3- -NO2+ +OH- -NOOH2CNOOH2C=+ +H2O （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：相關知識點 葉立德葉立德（YlideYlide）：指的是一類在相鄰原子上有相反電荷的中性分子。葉立德在有機化學，尤其是有機合成中有很多應用。通常地，葉立德可以寫成以下共振式，其中一個共振雜化體具有雙鍵： 實際的電子分布取決分子的具體性質。 早在1919年 H.施陶丁格等就發現這類特殊結構的化合物，1954年E.G.維蒂希等提出維蒂希反應，參與此反應的磷葉

17、立德通常稱為維蒂希試劑。 葉立德結構具有一個半極性鍵,碳原子上帶有負電荷,是一個很強的親核試劑。它與一般碳負離子不同,能穩定地存在。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電荷，使分子趨于穩定。 磷葉立德具有很強的親核性，可與羰基化合物反應，生成烯烴；與環氧化合物反應,生成還氧丙烷衍生物;與亞硝基苯反應,生成N苯基亞胺,后者易水解,生成羰基化合物。磷葉立德還可進行烷基化反應、酰化反應、重排反應、消除反應和分解反應。 1，3-二硫環烷：R- -HC+ +n- -BuLi-BuHRSSLi+ + P葉立德：Ph3P- -CH2- -OCH3+

18、+n- -BuLiPh3PHOCH3Li+ +CPh3P=CHOCH3SS注意！注意！ 三）d2合成子 （1）如-碳原子旁有不飽和吸電子基團， -碳上的碳氫鍵就會被活化，使-碳成為d2合成子 不飽和吸電子基團影響-碳上碳氫鍵的活化能力，其大小有如下順序：RC=NR2+ +COR- -CNRC=NRPhRC=CR2 一）烷基a合成子： 6.3.4 受電子合成子R- -X, X=Cl, Br, OTs, OMes, RSO3 二）a1合成子OHRR+ +RO+ + 或RORROX(X=Cl, OAc, SR , OR) 三）a2合成子O+ +OH+ +OCl 四）a3合成子O+ +OROHHOORCN 一）雜原子的交換（a1d1）6.4 合成子極性轉換的方法 Br交換P：CHBrPh3P-HBrCPPh3+ +磷葉立德(a1)(d1) X交換Mg：格氏試劑C XMgC MgX或或C Mg