重氮化与偶联反应ppt课件

Chapter 5DiazotizationandCouplingReactions SelectedandsettledbyGuo FangLI 有机合成OrganicSynthesis 1 Conception 均含有 N2 官能团 它的两端都和碳原子直接相连的化合物称为偶氮化合物 如果一端与非碳原子直接相连的化合物成为重氮化合物 ForExample 5 1DiazoandcouplingReactions 2 1 Synthesis 伯芳胺在低温及强酸 主要是盐酸或硫酸 水溶液中 与亚硝酸作用生成重氮盐的反应 称为重氮化反应 SpecialMethodsforDiazoCompoundsP101自学 氯化重氮苯 重氮苯盐酸盐 若以硫酸代替盐酸 则得重氮苯酸式硫酸盐 简称重氮苯硫酸盐 重氮盐能和湿的氢氧化银作用 生成类似季铵碱的强碱 氢氧化重氮化合物 重氮化反应 ArN2X AgOHArN2OH AgCl 5 NaNO2 HCl 3 InfluenceFactorofDiazotizationP101 102 重氮盐 Point 1 重氮化必须在低温下进行 且现制现用 温度高重氮盐水解为酚 干燥时易爆炸 2 HNO2不能过量 HNO2有氧化性 不利于重氮盐的稳定 3 重氮化必须保持强酸性条件 弱酸性条件下易发生副反应 4 StructureandPropertyofDiazoCompound重氮化合物的结构 ArN N X 或ArN2 X 重氮正离子主要的共振结构 Character P104 1051 Stability 正电荷分散程度越大 重氮盐稳定性越大 2 重氮盐基带有正电荷 强吸电子性 相当于两个硝基 3 氮原子上的正电荷主要在重氮基末端的氮原子上 显示亲电特性 4 重氮盐有如铵盐性质 其氯化物和硫酸盐一般可溶于水 5 重氮盐的反应及应用 取代反应 主要反应 偶联反应还原反应 1 取代反应 去氮反应 保留氮的反应 6 1 1被OH取代 重氮盐的水解 一般为副反应可用作制备酚类 产率不高 用ArN2SO4H较好 制备酚类时的副反应 a 机理 7 b Application 在有机合成上常通过生成重氮盐的途径而使氨基转变成羟基 由此来合成一些不能由芳磺酸盐碱熔而制得的酚类 例1 溴会在碱熔时水解 例2 由苯制取间硝基苯酚 注意条件 8 1 2被H取代 去氨基化反应 a 与H3PO2反应机理 自由基机理 9 副反应 生成芳基醚 b 与乙醇反应机理 10 例1 1 3 5 三溴苯 例2 间溴甲苯 c 由于重氮盐是由伯胺制得的 本反应提供了一个从芳环上除去 NH2的方法 脱氨基反应 应用 借助氨基的定位效应 邻 对位定位基 合成苯的衍生物 11 a 碘代 重氮盐和KI加热 例如 碘代反应属于SN1历程 Cl Br 亲核能力弱 要发生此反应常需要亚铜盐作为催化剂 1 3被卤原子或CN取代 12 b I取代机理 一般认为兼有游离基和亲核取代P117 Cl Br CN取代机理 游离基反应P115 Sandmeyer反应 13 伽特曼反应 用铜粉作催化剂 产率低 例如 在氯化亚铜的浓盐酸或溴化铜的浓氢溴酸溶液存在下 重氮盐受热后转变成氯代或溴代芳烃 注意卤素一致 b 桑德迈尔反应 14 例如 氰基可以水解成羧酸 所以可以通过重氮盐在芳环上引入羧基 c 被氰基取代 15 必须将氟硼酸加到重氮盐溶液中 使生成重氮盐氟硼酸沉淀 经分离并干燥后再小心加热 即逐渐分解而得相应的芳香族氟化物 近来报导用重氮氟磷酸盐代替重氮氟硼酸盐 产率高 d 希曼反应 芳香族氟化物的制备 16 a 重氮盐和一些含硫化合物反应 可以在苯核上引入含硫基团 得到相应的硫酚 硫醚等化合物 例如 若重氮盐与黄原酸钾酯作用 生成的中间体经加热分解或水解即得硫酚 Leukar反应 P119 1 4被含硫基团取代 17 ExampleP119 18 a 在铜离子催化下 具有吸电子基的活性烯烃与芳香重氮盐作用 芳基取代烯烃的氢原子或在双键上进行加成 并同时放出氮气 生成芳基取代的脂烃衍生物的反应称为Meerwein芳基化反应 Z NO2 CO COOH CN COOR和共轭双键等 对比 迈克尔 Michael 加成 活性亚甲基化合物与 不饱和化合物在碱性催化剂存在下发生的加成反应 1 5芳基化反应P121 124 19 利用Meerwein芳基化反应可将芳环上的氨基置换成含有两个碳原子以上的侧链 收率虽低 但在有机合成上仍是一个有价值的反应 下列反应式有误 Application 20 不饱和酸的芳烃化 其取代位置与不饱和酸的结构有关 羧基的 位无取代基或有脂肪烃基时 则取代在 碳原子上 若 位有乙烯基 芳香基或羰基时 则在 位上芳烃化 Application 21 重氮盐在碱性溶液中可放出氮气 而剩余的芳环部分与其它芳香化合物连接在一起 生成联苯或联苯类衍生物 实际上是重氮盐中的芳基取代了另一芳香化合物芳核上的氢 例如 b 巴赫曼 W B Bachmann 反应 22 例如 C 普朔尔 R Pschorr 反应 Z CH CH CH2 CH2 NH CO CH2等重氮盐分子内进行的芳基化反应 合成多环化合物的重要方法 23 例如 巴赫曼 W B Bachmann 反应也可在中性有机溶剂中进行 氟硼酸苯重氮盐在二甲亚砜中与亚硝酸钠作用可使芳香化合物芳基化 是比巴赫曼反应制备取代联苯更好的方法 这个反应条件温和 产率高 应用范围广 固体化合物同样可以反应 24 2 保留氮的反应 2 1还原反应 苯肼 苯肼的物理性质 无色液体沸点 19 8 C 25 若以亚硫酸钠为还原剂 若用较强的还原剂 如锌和盐酸 则生成苯胺和氨 Example 以氯化亚锡和盐酸还原 苯肼与醛 酮的反应 26 a 重氮正离子作为亲电试剂 对芳环进行亲电取代反应 由偶氮基 N N 将两个分子偶联起来 生成有颜色的偶氮化合物 重氮正离子进攻酚羟基或二甲氨基的对位 如对位已有其它基团 则在邻位发生偶合 3 偶合反应 CouplingReactions p106 113 3 1重氮盐与酚或芳胺作用 参加偶合反应的重氮盐 称为重氮组分 与其组合的酚和芳胺叫偶联组分 27 弱碱性溶液中进行 若碱性太强 pH 10 则重氮盐将与碱作用生成不能进行偶合反应的重氮酸或重氮酸根负离子 弱酸性或中性溶液中进行 酸性太强 胺则成为铵盐 强的间位定位基 使苯环电子云密度降低 不利于偶合反应的发生 邻位偶合反应 Point 重氮盐和酚的偶合一般在 pH 8 10 重氮盐与芳胺的偶合一般在 pH 5 7 28 b 重氮盐与伯胺或仲胺发生偶合反应 可以发生苯环上的氢取代 也可以发生氨基上的氢取代 若对位已有取代基 则重排生成邻氨基偶氮苯 重排 29 若重氮盐与间甲苯胺偶合 则主要发生苯环上的氢被取代 因为甲基增加苯环的活泼性 重氮盐与间苯二胺偶合也类似 偶合发生在活泼基团的对位 30 重氮盐与b 萘胺偶合时 反应在1位上进行 如1位被占据 则不发生反应 3 2重氮盐与a 萘酚或a 萘胺偶合 反应在4位上进行 若4位上已被占据 则在2位上进行 31 3 3反应介质的pH值对同时具有氨基或酚羟基的化合物进行偶合时位置的选择十分重要 32 偶氮化合物用适当的还原剂 SnCl2 HCl或Na2S2O4 还原成氢化偶氮化合物 继续还原则氮氮键断裂生成芳胺 2 偶氮化合物和偶氮染料 33 黄色气体 剧毒易爆炸 重氮甲烷 最简单最重要的脂肪族重氮化合物 1 结构 线形分子 共振式 重氮甲烷的轨道示意图 既有亲核性 又有亲电性 又是一个偶极离子 性质活泼 3 重氮甲烷 碳烯和苯炔 1 重氮甲烷 CH2N2 34 N 甲基 N 亚硝基对甲苯磺酰胺 对甲苯磺酰氯 N 烷基酰胺与亚硝酸作用 生成N 甲基 N 亚硝基酰胺再用KOH分解得到 2 重氮甲烷的制备 方法1 重氮甲烷制备 方法2 35 A 甲基化剂 b 与弱酸性化合物 酚 烯醇 反应 生成醚 3 重氮化合物的性质 a 与羧酸作用生成羧酸甲酯 并放出氮气 36 例如 2 甲基 4 硝基苯酚与重氮甲烷作用 B 重氮甲烷与酰氯作用生成重氮甲基酮 生成醚 37 Ag2O 如 C 重氮甲烷受光或热作用 生成碳烯 卡宾 Wollf重排 阿恩特 艾斯特尔特反应 重氮甲基酮在氧化银催化下 与水 醇 氨作用 转变为羧酸高一级同系物的方法 38 是一个二价碳的反应中间体 活性高 寿命短 二 碳烯的结构 未成键电子的状态 2 碳烯 卡宾 一 碳烯的生成 39 1 加成反应 碳烯 缺电子 与烯烃发生亲电加成 单线态碳烯 重氮甲烷在液态用光分解产生 和碳碳双键的加成是一步反应 形成过渡态后 即得三元产物 三 碳烯的化学性质 40 例如 单线态碳烯与顺 或反 2 丁烯作用 分别生成顺 或反 产物 41 重氮甲烷在光敏剂二苯酮存在下光照产生 是个双游离基 两个未成键电子分别在两个原子轨道上 它的加成分两步进行 由于中间体双游离基的碳碳单键能够旋转 所以最后生成物有顺 反两种异构体 三线态碳烯 42 例1 H 例2 例3 碳烯与炔烃 环烯烃或苯的加成反应 43 单线态碳烯还可以插入C H键之间 发生插入反应 例如 丙烷与重氮甲烷在光照下作用 单线态碳烯的插入反应无选择性 基本上是按统计比例进行的 三线态卡宾的插入反应有选择性 按C H键反应性 3 2 1 7 2 1 2 插入反应 44 2 苯炔 邻氨基苯甲酸经重氮化反应生成重氮盐 然后受热分解成二氧化碳 氮气和苯炔 同理也可合成苯炔的衍生物 1 制备 苯炔也可用邻二卤代苯与锂或镁反应制得 45 2 性质 苯炔及其衍生物非常活泼 至今不能把它作为游离体分离出来 若无其他化合物与它反应 苯炔自身则聚合成二聚体二联苯 苯炔典型的反应是双烯加成以及类似烃炔的加成反应 46 脂肪族伯胺与亚硝酸反应 生成的重氮盐极不稳定 易分解放出氮气而形成阳碳离子 此阳碳离子易发生亲核 取代 重排和消除等反应 而形成多种产品 无合成价值 但苄基伯胺类化合物与亚硝酸反应得到的阳碳离子不能发生重排等副反应 可进行正常的亲核取代反应而得苄醇衍生物 4 脂肪族及脂环伯胺的重氮化反应 扩环与缩环反应 47 1 扩环反应 如高血压药胍乙啶的中间体环庚酮的制备 脂环伯胺经重氮化而形成的阳碳离子可进行重排而得到扩环或环合产品 缩环反应 例如由环己胺制备环戊基甲醇 48 环合反应 利用脂肪伯胺的重氮盐可以达到扩环 缩环 环合的目的 这在有机合成中是非常重要的 49 Example 68 2 HBF4 1 NaNO2 HCl H2O 0 5 C 3 heat 50 Example 64 70 2 CuCN heat 1 NaNO2 HCl H2O 0 C CN CH3 51 合成上应用举例 例1 合成 52 合成 53 例2 合成 是否还有其它分析 54 合成 55 例3 间三溴苯 如直接溴代 得不到目标产物 分析 考虑定位基团及应用去氨基化 56 合成 57 例4 若直接溴代 分析 考虑氨基的定位及去氨基化 58 合成 59 Cu2Cl2 HCl Cu2CN2 KCN H2O H2O H3PO2 加热 N2 60 61 62