第三章官能團的導入、除去、互換及保護本章主要內容1.官能團的導入、除去、互換及保護2.官能團的轉換3.官能團的保護第一節官能團的導入、除去及互變一、飽和碳原子上的官能團的導入1、飽和烴的鹵代反應

烷烴的化學性質化學性質穩定原因：（1）其共價鍵都為σ鍵，鍵能大

C-H390~435KJ/molC-C345.6KJ/mol

（2）分子中的共價鍵不易極化（電負性差別小C2.5，H2.2）

在一定條件下（如高溫、高壓、光照、催化劑），烷烴也能起一些化學反應。

鹵素的相對反應活性：氟>氯>溴>碘。氫的相對活性為：3oH>2oH>1oH

溴代反應的選擇性好，在有機合成中比氯帶更有用。有良好選擇性的氯代試劑：硫酰氯，亞硫酰氯，N-氯化物等，例如：2、烯烴、烷基芳烴的α-鹵代反應（1）α-H（烯丙氫）的反應

α-H由于受C=C的影響，αC-H鍵離解能減弱，故α-H比其它類型的氫易起反應，反應條件為高溫或光照。其活性順序為：α-H（烯丙氫）>3oH>2oH>1oH>乙烯H

常用的溴代試劑:N-溴代丁二酰亞胺（NBS），N-溴代乙酰胺（NBA），N-溴代鄰苯二甲酰亞胺（NBP），N-溴代二苯酮亞胺（Ph2C=NBr），三氯甲烷磺酰溴（Cl3CSO2Br）等。反應機理：b.未端烯烴或隔離雙鍵二烯烴可發生重排，得到混合物a.直鏈或支鏈只在烯丙位發生溴代反應反應規律：環烯烴與1同，也可能發生加成或消除生成芳烴。c.當分子中含有兩種不同的α-H，仲氫比伯氫易取代d.NBS同樣可用于烷基芳烴的ɑ-溴代3、羰基化合物的α-鹵代反應

醛、酮分子中由于羰基的影響，α-H變得活潑，具有酸性，所以帶有α-H的醛、酮能被鹵化。

反應條件：a.酸催化鹵代（一鹵代產物）b.堿催化鹵代

醛、酮的α-H易被鹵素取代生成α-鹵代醛、酮，特別是在堿溶液中，反應能很順利的進行。反應機理：反應機理：(1)醛的α－鹵化反應醛在酸堿催化下易自身縮合，若將醛先轉化成烯醇的三甲基硅醚，再進行鹵化，則可得到ɑ-鹵代醛，且產率較高。（2)酮的α－鹵化反應鹵化劑除鹵素外，還有N-鹵代酰胺、次鹵酸酯、硫酰鹵化物等。對于不對稱的酮的α－鹵代主要發生在容易烯醇化的α－位上。與醛相似的應用4、羧酸及其衍生物的α-H鹵代反應反應機理：親電取代機理α-H反應活性：酰鹵、酸酐、腈、丙二酸及其酯>羧酸及其酯

如何提高羧酸及其酯α-H反應活性？二、烯鍵的導入與官能團化a．鹵代烴脫鹵化氫1、烯鍵的導入（1）消除反應引入

反應活性與規律：2o、3oRX脫鹵化氫時，遵守扎依采夫(Sayzeff)規則-即主要產物是生成雙鍵碳上連接烴基最多的烯烴。例如：特例：

E2——主要為反式（共平面）消除E1——沒有明顯規律，在立體化學上沒有空間定向性CCC=CLH順式消除順式共平面CCC=CLH反式共平面反式消除消除反應的立體化學如：CHC6H5BrCH3CHC6H5C6H5CH=CC6H5CH3NaOH25CHOH**反應物有二個手性碳原子，因此有二對對映異構體：C6H5C6H5HHCH3BrC6H5C6H5HHCH3BrC6H5C6H5HHCH3BrC6H5C6H5HHCH3Br赤式異構體蘇式異構體-HBr-HBr順式（Z構型）反式（E構型）C=CCH3C6H5C6H5HC=CCH3C6H5C6H5HC6H5C6H5HHCH3BrHHC6H5C6H5BrCH3HHC6H5C6H5BrCH3C=CC6H5C6H5CH3H（赤式）C6H5C6H5HHCH3BrHHC6H5C6H5BrCH3HHC6H5C6H5BrCH3C=CC6H5C6H5CH3H（蘇式）XRHHHR/RH-R/[而不是]RHR/ClHCH(CH3)2HH3CHHHH3CClCH(CH3)2HHHHHClCH(CH3)2H3C轉環CH(CH3)2H3CE2-HClClHCH(CH3)2HH3CHHHHHHClCH(CH3)2H3CE2-HClCH(CH3)2H3CHHCH(CH3)2H3CH+75%25%C2H5BrCH3CH2CH2BrCH3CHCH2BrCH3

99%1%91%9%40%60%例外■強堿作用下才以消除反應為主■某些含活潑β-H化合物以消除反應為主■

β-C上連有支鏈時消除傾向增大rCH2CH2B如：CH=CH2H2ONaOH消除取代b．醇脫水常用的脫水劑有酸（硫酸，磷酸，草酸等）、酸性氧化物（P2O5等）、堿（如KOH）、鹽（如KHSO4，

NaHSO4

）。醇的脫水反應活性：

3oR-OH>2oR-OH>1oR-OH醇脫水反應的特點：1）主要生成札依采夫烯，例如：2）用硫酸催化脫水時，有重排產物生成。

c．季銨鹽及其堿的熱解季銨堿在100-200oC下分解生成烯烴，稱為Hofmann消除反應。消除取向是生成雙鍵上取代基較少的烯烴。消除過程中，通常β-氫子的酸性起主要作用。E2消除(反式共平面消除)的立體選擇性d．羧酸酯、黃原酸酯、氧化叔胺的熱解1）羧酸酯的熱消除反應條件：常用氣相法，于300-500

oC高溫下進行，無需其它反應試劑和溶劑。反應特點：1o

產物為取代基較少的hofmann烯烴，順式消除；2o一般不發生異構重排等副反應。2）磺原酸酯的的熱消除——楚加耶夫反應優點：熱解溫度較低(100-200oC)，無異構化和重排產物生成；缺點：多步合成黃原酸酯，熱解時摻雜含硫雜質。此反應與羧酸酯的熱解相似，也為順式消除，通常首先制備黃原酸酯，然后將其直接或在惰性溶劑中加熱。3）氧化叔胺的熱解—Cope反應叔胺經H2O2氧化生成的氧化叔胺受熱分解稱為Cope反應。反應溫度較低(120-150oC)，主產物為hofmann烯烴。

此反應操作簡便，無異構化產物。脂環族氧化胺熱解反應專一，五元環、七元環形成環內雙鍵，而六元環形成環外雙鍵。

e其它的消除反應鄰二鹵化物在金屬Mg或Zn在醋酸或乙醇中作用，烴脫去X2，生成烯烴。用二價鈦或二價鉻亦可脫鹵素。硝基甲烷的共軛堿同樣是脫鹵素的有效試劑。β-鹵代醇消除次鹵酸

β-鹵代醇與二價錫、二價鈦化合物、Zn-醋酸作用，脫去次鹵酸生成烯烴，其中以β-碘代醇效果最好。

選擇適當的β-碘代醇可以合成具有一定構型的立體選擇性烯烴。α-二醇消除反應β-羥基酸脫羧脫水（2）通過還原反應、偶聯反應、縮合反應導入碳碳雙鍵還原反應炔烴、烯胺、腙、稀醚、烯醇酯等多種化合物均可借助還原反應生成烯烴。

Lindlar催化劑：Pd-BaSO4/喹啉，Pd-CaCO3/醋酸鉛，可使炔烴部分氫化生成順式烯烴。

硼化鎳B-Ni（P-2型）與乙二胺一起用，可使炔烴部分氫化生成順式烯烴。

在鈀催化劑存在下，硅烷也可將炔烴還原為順式烯烴。

可溶金屬液氨法可將炔烴還原為反式烯烴。

用氫化鋰鋁可將炔烴還原為反式烯烴。烯胺在氫化鋰鋁-三氯化鋁或氫化鋁存在下還原脫胺生成烯烴。烯醇醚或烯醇酯也可以還原為烯烴。b偶聯反應鹵代烷與有機金屬化合物作用是合成烯烴的重要方法，為增長碳鏈的反應。常用的有機金屬化合物有：有機鎂、有機鋰、有機銅等。i)四鹵化碳機理：二鹵卡賓產物：生成雙鍵位于中心的具有奇數碳原子的非末端烯烴鹵代物：二氟二溴甲烷或三氟溴甲烷ii)有機鎂化合物與不飽和鹵代烴的偶聯有機鎂與烯丙型鹵代烴順利反應，生成末端烯烴。有機鎂化合物與乙烯基鹵化物也可發生偶聯反應，但產率不高，然而在三氯化鐵存在下可順利反應。乙烯基鹵化鎂與鹵代烴作用，也可用來合成烯烴。iii)有機銅化合物與鹵代烴的偶聯特點：乙烯基型鹵代烴可以順利反應立體選擇性：構型保持二甲基銅鋰也可以與烯醇三氟甲磺酸酯偶聯。有機鋰化合物也可以與鹵代烴發生偶聯，得到雙鍵構型保持不變的產物。但烯丙基鋰化合物不能用烯丙基鹵化物與金屬鋰直接作用。在四甲基乙二胺（TMEDA）中，用相應的烯烴與丁基鋰作用可得相應的烯丙基鋰絡合物，再和鹵代烷、芐基鹵、烯丙型鹵代物偶聯，合成末端烯烴。c縮合反應—wittig（維狄希）反應烯烴的官能團化三、炔鍵的導入與官能團化炔烴在用堿處理時，會發生碳碳三鍵的位置異構。二鹵代烷脫鹵化氫二鹵代烷包括：鄰二鹵代烷(RCHXCHXR`)，同碳二鹵代烷(RCX2CH2R)，乙烯基鹵代物。常用的堿：NaOH(KOH)/EtOH,RONa(ROK)/EtOH,NaNH2/NH3等。1、炔鍵的導入（1）通過消除反應導入碳碳叁鍵鄰二鹵代烷脫鹵化氫時，不受分子中-OR、-NO2、NR2等官能團的影響。乙烯式鹵代烴脫鹵化氫需要在強堿存在下方可生成炔烴。特殊反應：b.ɑ-二酮的脫氧c.β-氯代醚的消除β-氯代醚用強堿處理可生成炔醇，且具有良好的產率。d.酰基葉立德的熱分解反應是由酰鹵或酸酐合成增加碳原子炔類化合物的好方法。（2）通過烴化反應引入碳碳三鍵利用炔化物（炔鈉、炔鋰、缺銅、炔鋁）與鹵代烴反應，是合成增長碳鏈炔烴的重要方法。a.炔鈉與鹵代烴的反應若用硫酸二甲酯或二乙酯，則可導入甲基或乙基。b.炔鋰與鹵代烴的反應末端炔的合成常用乙炔鋰先與乙二胺反應生成穩定的絡合物，再與溴代烷在DMSO或DMF反應得到高產率末端炔烴。當分子中有-OH、-SH、-NHR等基團時，該反應仍可順利進行。炔鋰與有機硼烷的反應，繼而用碘處理，用來合成高支鏈炔烴。c.炔銅與鹵代烴的反應炔銅可與芳鹵、乙烯基鹵發生反應，廣泛用于芳基炔和共軛炔烴的合成。d.其他金屬烴化物的烴化e.炔烴在過渡金屬催化下的烴化（3）偶聯反應a.炔烴的氧化偶聯反應—GlaserReaction乙炔亞銅在空氣中發生氧化偶聯生成1，3-丁二炔類化合物，合成對稱二炔的重要方法。反應是通過游離基進行的：在亞銅鹽催化下，炔基三甲基硅烷能發生脫硅基偶聯。b.炔烴與鹵代烴的偶聯在堿及亞銅鹽的存在下，末端炔烴可與1-鹵-1-炔烴發生交叉偶聯，以較好產率生成不對稱二炔烴。機理：經過炔銅，偶聯后放出亞銅2、炔烴的官能團化1、芳烴的官能團化四、芳烴及其衍生物官能團化（1）芳烴的鹵代在三氟過氧乙酸存在下，四氯化鈦可作為溫和的氯化試劑。NBS，溴化氫-過氧化物也是較活潑的溴化劑。溴酸鈉、溴化鉀在鎢酸鈉催化下可使乙酰苯胺得溴代選擇性的發生在對位。氟代通常采用氟氧化三氟甲烷。碘代采用催化劑產生親電性較強的碘正離子，常用的碘化劑有碘-發煙硫酸，碘-過碘酸等。（2）芳烴的磺化磺化反應不僅容易進行，且位可逆反應，磺酸基在有機合成中是極為有用的占據基團。（3）芳烴的Friedel-Crafts烷基化催化劑可以是Lewis酸，也可以是質子酸。活性順序為:AlCl3>FeCl3>SbCl5>SnCl4>BF3>TiCl4>ZnCl2HF>H2SO4>P2O5>H3PO4（4）芳烴的Friedel-Crafts酰基化催化劑可以是Lewis酸，活性順序為:AlCl3>BF3>SnCl4>ZnCl2。也可以是質子酸，如：硫酸，氫氟酸，磷酸，多聚磷酸（PPA）。強活化中等活化弱活化弱鈍化強鈍化中等鈍化鈍化苯環活化苯環間定位基（鈍化苯環）

鄰對位定位基－O-－NR2－NH2－OH?OR?NHCOR?CH3?CH(CH3)2?C(CH3)3?Ar?CH=CH2(?H)（?H）?CH2Cl?F?Cl?Br?I－NO2－CN－SO3H－CHO－COCH3－COOH－COOR－CONH2－CH2NO2－CX3－NH3－N(CH3)3﹢﹢常見取代基的定位作用2、取代芳烴的官能團化5、簡單雜環化合物的官能團化（自學）第二節官能團的轉換一、羥基二、氨基三、鹵素四、硝基與氰基一般而言，分子量大的脂肪族腈和芳腈的產率較高，分子量較小的脂肪族腈與烷基鹵化鎂作用，其酮的產率因生成的酮亞胺可發生多種副反應而大大降低，分子量較小的脂肪族腈與芳基鹵化鎂作用也可得到滿意效果。芳腈在Lewis酸催化下可與磷葉里德反應生成芳酮，該反應反應快，產率高。五、羰基H2OOH六、羧基保護基應滿足下列三點要求：

a.它容易引入所要保護的分子(溫和條件)，且能定量反應；b.它與被保護基形成的結構能夠經受住所要發生的反應的條件;c.它可以在不損及分子其余部分的條件下定量除去（溫和條件）;d.保護基解除后應與原化合物容易分離。

在一些例子中，第三條可以放寬，允許保護基被直接轉變為另一種官能團。第三節保護基團一、羥基的保護1、醇羥基的保護（1）醚類衍生物a.形成甲醚類ROCH3保護基該方法的優點：保護基容易引入，常用硫酸二甲酯，碘甲烷等；使用條件：對酸堿氧化劑或還原劑均穩定；缺點：難于脫去保護基，常用脫去劑BCl3，BBr3、Me3SiI等。近年發現，BF3/RSH同樣可以脫去甲基，該反應條件溫和，但費時，需放置數天。應用：單糖環相關結構的測定。b.三甲基硅醚ROSi(CH3)3及其他硅醚的保護基優點：引入除去都較為方便，緩和；使用條件：對催化氫化、氧化和還原穩定；缺點：不耐酸堿，只能在中性條件下使用。廣泛用于保護糖、甾類和其他醇的羥基。二甲基叔丁基硅醚：優點：用氟化四丁銨很容易脫去；使用條件：對水、CrO3、氫解、及溫和還原反應穩定；c.形成芐醚ROCH2Ph廣泛用于糖及核苷酸中醇羥基的保護。優點：脫去條件較為溫和（中性條下室溫催化氫解，或用金屬鈉或鋰在液氨中還原斷開）。適用條件：堿性條件下穩定，對氧化劑、LiAlH4與弱酸穩定。三苯基甲醚(ROCPh3)廣泛用于糖，核苷酸以及甘油酯中的伯羥基。優點：可以選擇性的與多元醇的伯羥基反應。(2)羧酸酯衍生物a.醋酸酯ROCOCH3保護基保護范圍：對CrO3/Py氧化劑穩定；酰化選擇性：位阻小的反應，選擇伯仲醇；脫去乙酸酯保護基：皂化反應水解；缺點：與大多數的還原劑作用，在強堿中也不穩定，因此很少用作有效的保護基團。廣泛用于甾類、糖，核苷酸以及其他化合物羥基的保護。乙酰化反應通常用乙酸酐在吡啶溶液中進行，也可用乙酸酐在無水醋酸鈉中進行。b.α－鹵代酸酯保護基保護基的解除：在堿性條件下或胺類化合物中進行。

優點：可選擇性解除，這類保護基團在分子中引入了鹵素，使羰基碳原子的親核性增強，從而易于水解，利用這一性質可進行選擇性解除。

α－鹵代酸酯衍生物指ClCH2COOR’,Cl2CHCOOR’,Cl3CCOOR’,F3CCOOR’等，可由酰鹵、酸酐和具有羥基的化合物制備。用2,2,2-三鹵乙基氯(或溴)甲酸酯與醇作用，可生成2,2,2-三鹵乙氧羰基保護基，對三氧化鉻與酸穩定。脫保護：在20

oC時利用Zn-Cu/AcOH還原分解。該保護法在類脂、核苷酸的合成中應用廣泛。（3）縮醛或縮酮類衍生物a.形成四氫吡喃醚ROTHP廣泛用于炔醇、甾類及核苷酸的合成。四氫吡喃醚從結構上看相當于一個混合的縮醛，由醇與2,3-二氫-4H-吡喃在酸催化下加成制得。缺點：四氫吡喃醚對酸不穩定；用于保護手性醇時，會引入一個新的手性中心，導致非對映體混合物的生成。優點：四氫吡喃醚對強堿、Grignard試劑、烷基鋰、氫化鋁鋰、烴基化和酰基化試劑都很穩定。b.縮醛或縮酮保護基在多羥基化合物中，同時保護兩個羥基通常使用羰基化合物丙酮和苯甲醛與醇羥基作用，生成環狀的縮醛（酮）來實現。如丙酮在酸催化下與順式1,2－二醇反應，苯甲醛往往在氯化鋅存在下與1,3－二醇反應。

縮醛和縮酮在中性和堿性條件下穩定，因此，假如反應可以堿性條件下進行，則它們在烷基化，酰基化，氧化和還原時用于保護二醇。二醇可用稀酸處理再生。芐基可用氫解方法除去。2、酚羥基的保護1、縮醛（酮）衍生物

醛基是最容易形成縮醛或對等物的羰基，而苯環上的酮基則是反應性最低的羰基。一般說來，反應性是：醛基>鏈狀羰基（環已酮）>環戊酮>α，β-不飽和酮>芳香酮。縮酮的保護基不與堿，氧化劑或親核劑（如H-，RMgBr）作用，而通常以酸水解回復到羰基。二、羰基的保護（1）二甲基及二乙基縮醛（酮）優點：a.制備容易，醛（或酮）與醇或原甲酸酯在酸