基础有机化学-2...1 1 基础有机化学−2 裴坚北京大学化学与分子工程学院 2010年春 Basic Organic Chemistry - 2, Jian Pei, College of Chemistry, Peking University

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基础有机化学基础有机化学 −− 22

裴裴坚坚

北京大学化学与分子工程学院北京大学化学与分子工程学院

20102010年春年春

Basic Organic Chemistry - 2, Jian Pei, College of Chemistry, Peking University 2

第八章第八章

红外、核磁共振、紫外光谱和质谱红外、核磁共振、紫外光谱和质谱

Basic Organic Chemistry - 2, Jian Pei, College of Chemistry, Peking University

3

第一节化合物不饱和度的计算公式

第二节红外光谱

第三节核磁共振

第四节紫外光谱

第五节质谱





第五节质谱

第八章第八章红外、核磁共振、紫外光谱和质谱红外、核磁共振、紫外光谱和质谱



可能的结构

分子式 C7H9N

Ω = (2 + 2 × 7 + 1 - 9) / 2 = 4

CH2NH2 COOH

分子式 C5H8O2

Ω = (2 + 2 × 5 - 8) / 2 = 2

可能的结构

Ω（不饱和度）= (2 + 2n4 + n3 - n1)/2

n4 、 n3 、 n1分别表示分子中四价、三价和一价元素的原子个数


5


分子式 C4H6分子式 C8H7Br

Ω = (2 + 2 × 4 - 6) /2 = 2 Ω = (2 + 2 × 8 - 8) / 2 = 5

可能的结构可能的结构CH3C≡CCH3 CH=CHBr



一红外光谱图的组成

横坐标上线：波长 (λ) 下线：波数 (ν)

纵坐标右侧：透过率 (T) 左侧：吸光度 (A)

吸收图谱指纹区 (1400-400 cm-1)

官能团区 (4000-1400 cm-1)


2

7


振动

吸收峰

化合物

C-H拉伸（或伸缩） C-H弯折

烷烃 2960-2850 cm-1

-CH2-, 1460 cm-1

-CH3 , 1380 cm-1

异丙基，两个等强度的峰

三级丁基，两个不等强度的峰

二重要官能团的红外特征吸收和图谱分析



振动

吸收峰

化合物

C-H拉伸 (或伸缩)

C=C，C≡C，C=C-C=C苯环(拉伸或伸缩)

C-H弯折

烯烃

1680-1620 1000-800

RCH=CH2 1645 (中)

R2C=CH2 1653 (中) 顺RCH=CHR 1650 (中) 反RCH=CHR 1675 (弱)

>3000 (中)

3100-3010

三取代 1680 (中-弱)

四取代 1670 (弱-无)四取代无

共轭烯烃与烯烃同向低波数位移，变宽与烯烃同

910-905强 995-985强

895-885强730-650弱且宽

980-965强

840-790强

无

强


9


吸收峰

化合物

振动C-H拉伸

(或伸缩)C=C，C≡C，C=C-C=C, 苯环 C-H弯折

炔烃3310-3300

一取代 2140-2100 弱

非对称二取代 2260-2190 弱700-600

3110-3010 中 1600 中 670 弱倍频 2000-1650

邻- 770-735 强间- 810-750 强

710-690 中对- 833-810 强

泛频 2000-1660

取代芳烃

较强对称无

强

同芳烃同芳烃

1580 弱1500 强 1450 弱-无

一取代 770-730， 710-690 强

二取代

芳烃



类别拉伸说明

R-XC-F C-ClC-Br C-I

1350-1100 强750-700 中700-500 中610-685 中

游离 3650-3500缔合 3400-3200 宽峰

不明显

醇、酚、醚

-OH

C-O 1200-1000 不特征

键和官能团

胺RNH2R2NH 3500-3400（游离）缔合降低100

3500-3300（游离）缔合降低100


11


类别拉伸 (cm-1)

1770-1750（缔合时在1710）

醛、酮C=O

R-CHO

1750-1680

2720

羧酸

C=O

OH

键和官能团

酸酐

酰卤

酰胺

晴

气相在3550，液固缔合时在3000-2500（宽峰）

C=O

C=OC=O

C=O

酯

1800

1860-1800 1800-1750

1735

NH21690-1650 3520，3380（游离）缔合降低100

C≡N 2260-2210



实例一

实例二

IR：ν(cm-1)=3030(弱)，2920 (弱)， 2217 (中)， 1607 (强)， 1508 (强)， 1450 (弱)， 817 (强).

C8H7N

Ω = (2 + 2 × 8 + 1 - 7) / 2 = 6 CH3 CN

C8H8O

IR：ν(cm-1)=3010(弱)，1680 (强)，1600 (中)， 1580 (中)，1450 (中)，1430 (弱)， 755(强)， 690 (中)。

Ω = (2 + 2 × 8 - 8) / 2 = 5 COCH3


3

13


1H NMR 表示氢的核磁共振，用于指示氢在碳骨架上的位置。

13C NMR 表示碳的核磁共振，用于指示碳的骨架是如何组成的。

一 1H NMR谱图的组成

氢谱有四部分组成：

化学位移一组组的峰积分曲线（或积分值）偶合常数



二化学位移

在照射频率确定时，同种核因在分子中的化学环境不同而在不同共振磁场强度下显示吸收峰的现象称为化学位移。


化学位移 δ 的差别约为百万分之十，精确测量十分困难，现采用相对数值。以四甲基硅(TMS)为标准物质，它的化学位移为

零，然后根据其它吸收峰与零点的相对距离来确定它们的化学位移值。

零点

-1 -2 -312345678910δ

TMS

低场高场

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三特征质子的化学位移值

1 02345678910111213C3CHC2CH2C-CH3

环烷烃

0.2—1.5

CH2Ar CH2NR2 CH2S C≡CHCH2C=O

CH2=CH-CH3

1.7—3

CH2F CH2ClCH2Br CH2I CH2O CH2NO2

2—4.7

0.5(1)—5.5

6—8.5

10.5—12

CHCl3 (7.27)

4.6—5.99—10

OHNH2NH

CR2=CH-RRCOOH

RCHO

HR

常用溶剂的质子的化学位移值

D



四偶合常数自旋偶合和自旋裂分

原子核之间的这种相互作用称为自旋偶合。因自旋偶合而引起谱线增多的现象称为自旋裂分。

偶合常数的表示

自旋偶合的量度称为自旋的偶合常数，用符号J表示，单位是Hz。J值的大小表示了偶合作用的强弱。



自旋偶合的条件

（1）质子必须是不等性的。

（2）两个质子间少于或等于三个单键（中间插入

双键或叁键可以发生远程偶合）。

CH3-CH2-C-CH3

=OCH2=CH-CH3

ca ab bcHa、 H b能互相自旋偶合裂分。

Ha、 H b不能与H c互相

自旋偶合裂分。

Ha能与H c发生远程自

旋偶合裂分。



偶合裂分的规律

一级氢谱必须满足：

（1）两组质子的化学位移差Δν和偶合常数J满足Δν / J ≥ 6。

（2）化学位移相等的同一核组的核均为磁等价的。

在一级氢谱中，偶合裂分的规律可以归纳为：

*1 自旋裂分的峰数目符合(n+1)规律。

*2 自旋裂分的峰高度比与二项展开式的各项系数比一致。

*3 Jab= Jba

*4 偶合常数不随外磁场强度的改变而改变。

4



（1）若质子a与n个等性质子b邻接，则质子a的吸收峰将被n个等性质子b自旋裂分为(n+1)个峰，各峰的高度比与二项展开式(a+b)n的各项系数比一致。

CH3-CH2-Brb a

Ha 呈四重峰，峰高度比为1:3:3:1

(A+B)3 = A3 + 3A2B + 3AB2 + B3

H b 呈三重峰，峰高度比为1:2:1

(A+B)2 = A2 + 2AB + B2

例如：



（2）若质子a被质子b、C两组等性质子自旋裂分， b组有n个等性质子，C组有n’个等性质子，则质子a的吸收峰将被自旋裂分为(n+1)(n’+1)个峰，各峰的高度比每组的情况都符合二项展

开式的系数比。综合结果要做具体分析。

例如: C=CHH CH3

CN

c

a

b

Ha有 (3+1)(1+1) = 8重峰

Hb有 (3+1)(1+1) = 8重峰

Hc有 (1+1)(1+1) = 4重峰

（3）质子a被质子b裂分的偶合常数为Ja b，质子b被质子a裂分的偶合常数为Jb a，则 Ja b= Jb a。



等性质子

（1）化学等价和化学位移等价

分子中两个核（质子），具有严格相同的化学位移值，则称它们是化学位移等价的。

分子中两个相同的原子处于相同的化学环境称为化学等价。



（2）怎样判别两个质子是否化学等价

在分子中，如果通过对称操作或快速机制，一些质子可以互换，则这些质子必然是化学等价的。具体还要细分：

通过对称轴旋转而能互换的质子叫等位质子。(等位质子

在任何环境中都是化学等价的)

通过旋转以外的对称操作能互换的质子叫对映异位质子。(对映异位质子在非手性环境中是化学等价的。在手性环境中是非化学等价的)

不能通过对称操作进行互换的质子叫做非对映异位质子。(非对

映异位质子在任何环境中都是化学不等价的)



（3）磁等价核

一组化学等价的核，如对组外任何其它核的偶合常数彼此之间也都相同，那末这组核就称为磁等价核。

（4）介绍几种难以识别的化学位移不等价质子

与不对称碳原子相连的CH2上的两个质子是非对映异位的，因

此是化学不等价的。

Ha与Hb是化学不等价的。Cl

HCH 3H3C

HaHb

24

C N



*2 双键碳上的情况分析

CH3

CH3

Ha

Hb

CH3

C2H5

Ha

Ha

Ha Ha

Ha Ha

Hb Hb

Hb Hb

Hb

HbC2H5

O

CH3 CH3 CH3

CH3

CH3

CH3

C2H5

C2H5

Ha Hb不等价Ha Hb等价

Ha Hb等价

Ha Hb等价

Ha Hb不等价

Ha Hb不等价

与温度有关，

温度高，Ha Hb等价

温度低，Ha Hb不等价

5



一取代苯的情况分析（峰的情况与取代基有关）

CH3 CH=CH2OCH3

Ha

Hb

一组峰多重峰三组峰

环己烷的情况分析

某些条件下十二个氢表现为一组峰，

某些条件下十二个氢表现为两组峰。26



五积分曲线和峰面积

在核磁共振谱中，共振峰下面的面积与产生峰的质子数成正比，因此，峰面积比即为不同类型质子数目的相对比值。（机算机会自动完成此项工作，将各组峰的质子数目直接显示在图谱中）



六 1H NMR的图谱分析

1 标识杂质峰，最主要的杂质峰是溶剂峰。

2 根据积分曲线计算各组峰的相应质子数（现在的图谱上已

标出）。

3 根据峰的化学位移确定它们的归属。

4 根据峰的形状和偶合常数确定基团之间的互相关系。

5 采用重水交换的方法识别-OH、-NH2、-COOH上的活泼氢。

6 综合各种分析，推断分子的结构并对结论进行核对。



C3H6O2 IR 3000cm-1 1700cm-1

Ω=1 NMR 11.3 (单峰 1H) 2.3 (四重峰 2H)

1.2 (三重峰 3H)

CH3CH2COOH

C7H8O IR 3300，3010，1500，1600，730，690cm-1

Ω=4 NMR 7.2 (多重峰 5H) 4.5 (单峰 2H)

3.7 (宽峰 1H)

C6H5-CH2-OH



C14H14 IR 756，702，1600，1495，1452，2860，

2910，3020cm-1

Ω=8 NMR 7.2 (单峰，10H) 2.89(单峰，4H)

C6H5-CH2-CH2-C6H5



一紫外光谱的基本原理

紫外吸收光谱是由于分子中价电子的跃迁而产生的。

紫外吸收光谱的波长范围是100-400 nm（纳米），其中100-200 nm 为远紫外区，200-400 nm为近紫外区，一般的紫外

光谱是指近紫外区。

6



二紫外光谱图的组成

紫外光谱图是由横坐标、纵坐标和吸收曲线组成的。

横坐标表示吸收光的波长，用nm（纳米）为单位。

纵坐标表示吸收光的吸收强度，可以用A（吸光度）T（透射比或透光率或透过率）、1-T（吸收率）、k（吸收系

数）中的任何一个来表示。

吸收曲线表示化合物的紫外吸收情况。曲线最大吸收峰的横

坐标为该吸收峰的位置，纵坐标为它的吸收强度。



三各类化合物的紫外吸收

饱和有机化合物的紫外吸收

只有部分饱和有机化合物（如C-Br、C-I、C-NH2）的n→σ*跃迁有紫外吸收。

不饱和脂肪族有机化合物的紫外吸收

只有具有π-π共轭和p -π共轭的不饱和脂肪族有机化合物可以在近紫外区出现吸收。吸收是由π→π*跃迁和n -π*跃迁引起的。



芳香族有机化合物都具有环状的共轭体系，一般来讲，它

们都有三个吸收带。最重要的芳香化合物苯的吸收带为：

λmax= 184 nm (ε = 47000）

λmax= 204 nm (ε = 6900）

λmax= 255 nm (ε = 230）

芳香族有机化合物的紫外吸收



四影响紫外光谱的因素

紫外吸收曲线的形状及影响因素

紫外吸收带通常是宽带。

影响吸收带形状的因素有：被测化合物的结构、测定的状态、测定的温度、溶剂的极性。

吸收强度及影响因素

1 能差因素：能差小，跃迁几率大2 空间位置因素：处在相同的空间区域跃迁几率大



几个基本概念：生色基：能在某一段光波内产生吸收的基团，称为这一

段波长的生色团或生色基。助色基：当具有非键电子的原子或基团连在双键或共轭

体系上时，会形成非键电子与π电子的共轭(p- π共轭)，从而使电子的活动范围增大，吸收向长波方向位移，颜色加深，这种效应称为助色效应。能产生助色效应的原子或原子团称为助色基。

吸收位置及影响因素



红移现象：由于取代基或溶剂的影响使最大吸收峰向长波方向移动的现象称为红移现象。

蓝移现象：由于取代基或溶剂的影响使最大吸收峰向短波方向移动的现象称为蓝移现象。

增色效应：使ε值增加的效应称为增色效应。

减色效应：使ε值减少的效应称为减色效应。

7



λmax与化学结构的关系

该公式为：λmax= 母体二烯烃（或C=C-C=O）+ 环内双烯 + 环外双键 + 延伸双键 + 共轭体系上取代烷基 + 共轭体系上取代的助色基

实例一

λmax = 217 nm (母体二烯烃) +3 × 5 nm (环外双键)+ 30 nm (延伸双键) + 5 × 5 nm (共轭体系上取代烷基)

= 287 nm

应用伍德沃德和费塞尔规则来估算化合物紫外吸收λmax的位置。



实例二

实例三

λmax= 217 nm (母体二烯烃) + 36 nm (环内双烯) + 4 × 5 nm(4个取代烷基) + 5 nm (一个环外双键) + 30 nm

(一个延伸双键) = 308 nm

λmax= 215 nm (C=C-C=O) + 30 nm (延伸双键) + 12 nm (β-取代)+ 10 nm (α-取代) + 18 nm (δ-取代) + 39 nm (环内双键)

= 324 nm

CH3

AcO O

R


第五节质谱

一质谱的基本原理

基本原理：使待测的样品分子气化，用具有一定能量的

电子束（或具有一定能量的快速原子）轰击气态分子，使气态分子失去一个电子而成为带正电的分子离子。分子离子还可能断裂成各种碎片离子，所有的正离子在电场和磁场的综合作用下按质荷比（m/z）大小依次排列而得到谱图。

使气态分子转化为正离子的方法： EI源 FAB源


第五节质谱

二质谱图的组成

质谱图由横坐标、纵坐标和棒线组成。

横坐标标明离子质荷比（m/z）的数值。

纵坐标标明各峰的相对强度。

棒线代表质荷比的离子。


第五节质谱

三离子的主要类型、形成及其应用一分子离子和分子离子峰

分子离子峰的特点：1 分子离子峰一定是奇电子离子。2 分子离子峰的质量数要符合氮规则。

分子离子峰的应用：分子离子峰的质荷比就是化合物的相对分子质量，所以，用质谱法可测分子量。

分子被电子束轰击失去一个电子形成的离子称为分子离子。分子离子用M+•表示。

在质谱图上，与分子离子相对应的峰为分子离子峰。


第五节质谱

二同位素离子和同位素离子峰

同位素离子峰的特点：1 同位素一般比常见元素重，其峰都出现在相应一般峰的右侧附近。一定是奇电子离子。

2 同位素峰的强度与同位素的丰度是相当的。3 分子离子峰与相应的同位素离子峰的强度可用二项式

(A+B)n的展开式来推算.

含有同位素的离子称为同位素离子。

在质谱图上，与同位素离子相对应的峰称为同位素离子峰。

8


第五节质谱

同位素离子峰的应用：1 对于鉴定分子中的氯、溴、硫原子很有用。2 根据实验测得的质谱中的同位素离子峰的相对强度和贝诺（Beynon)表，经过合理的分析可以确定化合物的分子式。


第五节质谱

三碎片离子和重排离子

EE+指偶电子碎片离子

OE+•指奇电子碎片离子

分子离子在电离室中进一步发生键断裂生成的离子

称为碎片离子。经重排裂解产生的离子称为重排离子。


第五节质谱

由自由基引发的、由自由基重新组成新键而在α-位导致碎裂的过程称为α-裂解。

CH3 C H CH3 C H CH3 C O+ + H离子化

- e-

O O +

O +

CH3 C H CH3 + H C O+

-裂解

-裂解

or 43

29

α

α

2 裂解方式

（1） α-裂解


第五节质谱

由正电荷（阳离子）引发的碎裂的过程称为i-碎裂，它涉及两个电子的转移。

*1 i-碎裂一般都产生一个碳正离子。

*2 对于没有自由基的偶电子离子（EE+），只可能发生i-碎裂。

（2） i-碎裂

i-碎裂O+

CH3CH2+ + OCH2CH3


第五节质谱

当σ键形成阳离子自由基时发生的碎裂过程称为σ-过程。

+ + H

+ + CH3+ + CH3CH2

++ CH3CH2CH2

- e +z/e 15

z/e 29

z/e 43

1 由于σ-过程，烷烃的质谱会现示出m /z 15，29，43，57，

71……一系列偶电子离子碎片。

2 对于正烷烃，这些不同碎片的离子强度有一定的规律，即

C3H7+和C4H9

+的强度最大，然后逐渐有规律地降低。

3 当存在叉链时， σ-过程将优先在叉链处碎裂。

（3） σ-过程


第五节质谱

H重排加上α-裂解（或i-碎裂，或σ-过程）称为 γH过程。

γH过程可以通过六元环

状过渡态进行，也可以通过四员环状过渡态进行。

奇电子离子可以通过自由基引发γH过程，

偶电子离子可以通过正电荷引发γH过程。

OH O

HO

H+ +H重排

+

+

（4） γH过程

9


第五节质谱

麦克拉夫悌重排裂解（Mclafferty)

具有γH氢原子的側链苯、烯烃、环氧化合物、醛、酮等经过六元环状过渡态使γH转移到带有正电荷的原子上，同时在α、β原子间发生裂解，这种重排称为麦克拉

夫悌重排裂解。

OH +

离子化

- e-O

HO+

+麦克拉夫悌重排裂解


第五节质谱

H以外的基团的重排过程（一般是烷基）称为γd过程。

ClCl

R+

+

+ Rγd

z/e 91（同位素峰 93）

（5） γd过程


第五节质谱

（1）可以对一个具体的有机化合物的

质谱进行解释

（2）可以鉴定化合物。

碎片离子及裂解机制的应用


第十四章第十四章

胺胺


第十四章第十四章胺胺

第一节胺的分类、命名、物性和光谱特征

第二节胺的制备

第三节胺的反应

第四节重氮甲烷







胺根据在氮上取代基的数目，可分为一级(伯)、二级(仲)、三级(叔)胺和四级(季)铵盐。

二胺的命名:

CH3NH2 NH2 NCH2CH3

CH3

methylamine aniline cyclopropylethylmethylamine

甲胺苯胺甲基乙基环丙胺

一胺的分类：

1 普通命名法：可用胺为官能团，如：

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选含氮最长的碳链为母体，称某胺。N上其它烃基为取代基，并用N定其位

甲胺 N,4-二甲基-N-乙基苯胺

N,N- dimethyl-3-methyl-2-pentanaimeN,N-二乙基-3-甲基-2-戊胺

2. IUPAC命名法：

CH3CH2CH CHCH3

CH3 N(C2H5)2

CH3NH2 NH3C

CH3

C2H5

methylamine N-ethyl-N,4-dimethylbenzenamine



CF3

CF3

NH2

2,5-bis(trifluoromethyl)benzenamine

2,5-双(三氟甲基)苯胺



3. 胺盐和四级铵化合物的命名：

CH3NH2 HClmethylamine hydrochloride

甲胺盐酸盐乙胺醋酸盐

tetraethylammonium bromide tetraethylammonium hydroxide

溴化四乙铵氢氧化四乙铵

CH3CH2NH2 HOAcethylamine acetate

CH3CH2-N-CH2CH3 Br -+

CH2CH3

CH2CH3CH3CH2-N-CH2CH3 OH -

+

CH2CH3

CH2CH3



三胺的物性

略

略

四胺的光谱特征




一氨或胺的烷基化二盖布瑞尔合成法三用醇制备四硝基化合物的还原五腈、肟、酰胺的还原六醛、酮的还原胺化七从羧酸及其衍生物制胺


一氨或胺的烷基化（Hofmann烷基化）

H NH2 + R XSN2

RNH3X-+ OH-RNH2 + H2O + X-

NH3

RNH2 + NH4X-

R4NX-

RX + NH3 RNH2 R2NH

R3N

OH- OH- OH-

RX

RX RX

+

+

RX + 2mol NH3 +RNH2 R2NH

R3N R4NX-+

-NH4 X- RX NH3

-NH4X-

RX

RX

NH3

-NH4X-

RI > RBr > RCl > RF 1°RX > 2°RX, 3°RX 以消除为主。


11


氨或胺的烷基化的具体应用

1 工业制备（结合高效率的分馏塔）

2 利用电子效应和原料配比的调节，可以制备1°胺

CH3CHCOOHBr

+ NH3 + HBr

1 mol 70 mol 65% -70%

CH3CHCOO-

NH3+



4 将2o胺制成金属胺化物，使N的亲核能力增强，来制备3o胺。

n-C8H7Br

3 利用空阻及原料配比的调节, 来制备2o胺。

C6H5NH2 + C6H5CH2Cl OH-C6H5NHCH2C6H5

4 mol 1 mol 96%

(C2H5)2NHRLi

(C2H5)2NLi n-C8H7N(C2H5)2



6 一个常用的四级铵盐

5 制备环状胺

TEBA (氯化三乙基苄基铵)

Br(CH2)n BrNH3

(C2H5)3N + C6H5CH2Cl

Br(CH2)n Br

n=4-6

NBr Br Br

Br

Br Br

NH3+ 3 HBr

[ (C2H5)3NCH2C6H5 ]+Cl -

NH

(CH2)nN+

(CH2)n

(CH2)n

Br-



二盖布瑞尔（S. Gabriel）合成法

利用邻苯二甲酰亚胺的烷基化来制备一级胺，称为盖布瑞尔合成法。（空阻大的RX不能发生此反应）

O

O

O

O

NH

O

O

N-K+

O

R-XNH3

THF or DMF KOH

C2H5OH

O

NR

OC2H5OH

H+ or OH-

H2O or ROH

NH2-NH2

NHNH

O

O

COOH

COOH+ RNH2

+ RNH2



三用醇来制备（醇的羟基被氨或胺取代）

3

NH3 + R OH

CO

C + N

O

O

C-O

CN

O

O

1 Al2O3

Δ 加压RNH2 + R2NH + R3N + H2O

2 ROHTsCl

ROTsNH3

SN2RNH2 + TsOH

H2ONH2

CHO

C



实例

HC6H11

CH3

OHTsCl

SN2N

HC6H11

CH3

OTs

N-

O

ON

O

O

HC6H11

CH3

HC6H11

CH3

H2NNH2-NH2

H

C6H11

CH3

HOTsCl

SN2

N

N-

O

OHC6H11

CH3

OHCH3COO

H2OH

C6H11

CH3

NH2NH2-NH2

CH3CO-O

(R)

(R)

(S)


12


RNO2还原剂 RNH2

四硝基化合物的还原（制备1o胺）

反应式：

1 酸性还原剂: 酸 + 金属

（Fe + HCl, Zn + HCl, Sn + HCl, SnCl2 + HCl)

2 中性还原剂：催化氢化，常用的催化剂有 Ni, Pt, Pd.

3 碱性还原剂：Na2S, NaHS, (NH4)2S, NH4HS, LiAlH4

( NaBH4 和 B2H6 不能还原硝基）

还原剂的分类：

应用：制备1o胺



五腈、酰胺、肟的还原

RCH2NHR’ 2°胺

RCNH2

O

RCNR'2O

RCNHR'O

腈 RC≡N RCH2NH2 1°胺

酰胺 RCH2NH2 1°胺

RCH2NR’2 3°胺

还原剂

还原剂

还原剂

还原剂



常用还原剂：LiAlH4, B2H6，催化氢化, Na +C2H5OH

CH3(CH2)4CCH3

NOH6-8 MPa, 75-80oC

Ni / H2

CH3(CH2)5CH=NOH Na + C2H5OH

1°胺

1°胺

适用于肟的还原

肟

NH2

CH3(CH2)4CHCH3

CH3(CH2)5CH2NH2



NO2

CH2NH2

NO2

CN

CH2=CHCH2CN CH2=CHCH2CH2NH2LiAlH4

B2H6 / THF



醛（或酮）与氨（或胺）反应生成亚胺，亚胺被还原剂还原，生成1o胺、 2o胺、 3o胺的反应，称为醛酮的还原胺化。

六醛、酮的还原胺化

常用的还原剂是催化氢化或其它提供氢的氢化试剂

RCHO + NH3 RCH=NH RCH2NH2

RCHO RCH2N=CHR

还原剂加成消除

加成

加成

消除还原剂

还原剂

RCH2NHCH2R

RCHO (RCH2)3N

1 醛、酮的还原胺化



2 刘卡特反应

醛、酮在高温下与甲酸铵反应生成一级胺。该反应称为刘卡特反应。

CHCH3

NH2

CCH3

O HCONH4

O

185 oC (高温)

甲酸铵的作用是提供NH3和还原剂甲酸，甲酸既提供H+，又提供H-。

HCONH4

OHCOOH + NH3


13


-NO2、-NO、C=C、-OH不干扰反应

C=O

+ CO2

+ NH3 C=NH H-C-O-HO

H-C-O-O

C=NH2+

CH-NH2

HO

O

HO

NNH

HCOOH

加成消除

反应机制

如果用HCOOH + 氨或胺，反应同样能发生。



3 埃斯韦勒--克拉克反应

在过量甲酸存在下，甲醛与一级胺或二级胺反应，生成N-甲基化的胺，这个反应称为埃斯韦勒--克拉克反应。

反应式：

一级胺过量过量

二级胺三级胺

RNH2 + HCHO RNHCH3 RN(CH3)2HCOOH HCOOH



反应特点：

操作简便、条件温和(100℃左右)，产率高。

反应机理：(由同学自己写出)

从反应机理可知：

（1）甲醛是一个甲基化试剂（2）甲酸是一个还原剂，在反应中既提供

正氢，也提供负氢。



七从羧酸及其衍生物制胺

1 霍夫曼重排

酰胺与次卤酸盐的碱溶液(或卤素的氢氧化钠溶液)作用

时，放出二氧化碳，生成比酰胺少一个碳原子的一级胺的反应。

RCNH2 + Br2 + NaOH RNH2 + CO2 + 2NaBr

OH2O

RCNH2 + Br2 + NaOR RNH2 + CO2 + 2NaBr

OH2OROH



介绍二个结构

R-N氮宾

R-C-NO

酰基氮宾



（2）反应机理

H2OR-N=C=O R-N=C-OHOH

R-NH-C-OHO

R-NH-C-O-O

+

HRNH2 + CO2

异氰酸酯胺基甲酸

RC NH

O

H

NaO-X+RC N

O X

H

NaOHRC N

O X

-

RC N

O

酰基氮宾

重排


14


1. 只有1o 酰胺能发生霍夫曼重排

2. 迁移碳构型不变

3. 异氰酸酯与烯酮结构类似，易水解。

讨论



* -NH2经重氮化反应，可被-X、-CN、-OH、-H取代

（3）应用实例

CONH2

C2H5H3CH

NaOX

C2H5H3CH

NH2

NH

O

O

NaOH

O

O

NH2

ONa NaOX

NH2

O

ONa



惰性溶剂

RCCl + NaN3 RCN3

O O

RCOR RCNHNH2 RCN3

O OONH2NH2 HNO2

RCN3

OR N C O H2O RNH2 + CO2

酰基叠氮化合物（或称叠氮化酰）在惰性溶剂中加热重排

成异氰酸酯的反应称为克尔提斯重排。

-N2 RCN

O重排

2 克尔提斯重排



叠氮酸在强酸的存在下，分别与羧酸、醛、酮作用，生成

相应的胺、腈或甲酰胺、酰胺的反应。

以上三个重排反应的机理是类似的，都是经过一个相

同的酰基氮宾中间体。最后得到的产物是比原料少一个碳的一级胺。(表述在此处不严谨）

R-C-OHO

R-C-HO

R-C-R'O

R-C-NHR'O

RNH2 + CO2 + N2

H2SO4

C6H6 ~50 oCΔ H2O

H2O

H2O

Δ

Δ

H+

H+

+ N2

RCN + N2 + H2O

3 希密特重排

HN3 +叠氮酸




NH2

O

cb

aKOH, Br2

Hofmann N

O

cb

a

Br

Cl

O

cb

aN3

-

CurtiusN

O

cb

a

N2

Nc

b

a CO

H2ONH2

cb

a

OH

O

cb

a

HN3 Schmidt Lossen

N

O

cb

a

OAc cb

a

NH

O

OAc

base

Migration from carbon to nitrogen occurs in the Hofmann, Schmidt, Curtius，and Lossen rearrangements, all of which proceed via an intermediate isocyanate formed with retention of configuration in the migrating group.



一胺的结构和碱性二胺的成盐反应三四级铵盐和四级铵碱的应用四酰化、兴斯堡反应五胺的氧化和科普消除六胺与亚硝酸的反应

15


N

HH

HN

（1）氨和胺中的N是不等性的 sp3杂化，未共用电子对占据

一个sp3杂化轨道。

（2）随着N上连接基团的不同，键角大小会有改变。

一胺的结构和碱性

结构



N

R1

N

R1R2

R3R3

R2Δ E = 25.104 kJ/mol

C6H5 N C2H5

CH3

CH2CH=CH2

+

已拆分出一对对映体。

（3）当氮与三个不同基团相连时，有一对对映体。



（1）产生碱性的原因： N上的孤对电子

（2）判别碱性的方法：碱的pKb；其共轭酸的pKa；

形成铵正离子的稳定性。

（3）影响碱性强弱的因素：

电子效应：3o胺 > 2o胺 > 1o胺

空间效应：1o胺 > 2o胺 > 3o胺

溶剂化效应：NH3 > 1o胺 > 2o胺 > 3o胺

胺的碱性



综合上述各种因素，在水溶液中，胺的碱性强弱次序为：

脂肪胺（2°> 1°> 3°）> 氨 > 芳香胺

在氯苯中，脂肪胺的碱性强弱次序为：3°> 2°> 1°

溶剂化效应是给电子的，N上的H越多，溶剂化效应越大，

形成的铵正离子就越稳定。不同溶剂的溶剂化效应是不同的。

R- N- H

H

H OHH

OHH

OHH

+



（4）芳香胺碱性强弱的分析

具体分析时，既要考虑N上取代基的影响，也要考虑苯环

上取代基的影响。

首先考虑N上的孤电子对，能不能与苯环共轭，能

共轭，碱性弱，不能共轭，碱性强。

N

HN

HON

NO2

O O

O

N

CH3N

H3CON

NO2

O O

O++

(2)(1)

(2)比(1)的碱性强4万倍



二胺的成盐反应

所有的铵盐都具有一定的熔点或分解温度。

胺有碱性，遇酸能形成盐。

CH3COO- +NH3RRNH2 + CH3COOH

成盐反应的应用

不溶于水溶于水不溶于水溶于水

1. 用于分离提纯

RNH2 RNH3Cl RNH2 + H2O + NaClHCl NaOH

2. 用于鉴定

+ -


16


非对映体利用溶解度等物理性质上的差别予以分离。

许多天然有机胺都具有光活性，可用来析解一对消旋的有机酸。

有机酸（±） + 光活性有机胺（-）外消旋体

有机酸（-）铵盐

（+）酸（-）胺（-）酸（-）胺

有机酸（+）HCl

HCl

3. 析解消旋体



三四级铵盐和四级铵碱的应用

（2）特点：1. 呈固体

2. 具有离子化合物的性质

3. 遇碱形成四级铵碱

四级铵盐

（1）制备：由三级胺和卤代烃反应制备。

四级铵盐

四级铵碱

C6H5CH2Cl + (C2H5)3N C6H5CH2N(C2H5)3Cl-+

R4N+I- + KOH R4N+OH- + KI




2. 作相转移催化剂

肥皂 RCOO-Na+ 皂胺 R4N+Cl-

正性基团大负性基团大

（3）应用：

1. 做表面活性剂（洗涤剂、润湿剂、乳化剂、悬浮剂等）



能把反应物从一相转移到另一相的催化剂称为相转移

催化剂。

（4）相转移催化剂

特点：（1）既能溶于水相，又能溶于有机相（2）能与其中一个反应物反应、反应生成的产物能与

另一个反应物反应。

常用的相转移催化剂：

三乙基苯甲基氯化铵（TEBA）四正丁基溴化铵



相转移催化剂的用处：提高产率、降低反应温度、缩短反应时间。

NaCN + CH3(CH2)7Br(n-C4H9)3(C16H30)N+Br-

CH3(CH2)7CN

95%

+ KMnO4NaOH(4%)

CH2Cl2

+ KMnO4 NaOH(4%) CH2Cl2

C6H5CH2N+(C2H5)3Cl-

,0oC

OH

OH

50%



相转移催化剂的使用原理

利用相转移催化剂在两相之间运送离子使反应发生

相转移催化剂

从上图可以看出；相转移催化剂不断地将CN-从水相运送到有机相，然后又将X-从有机相运送到水相。

RX + Q+CN-

反应物

Q+X- + RCN产物

NaX + Q+CN- Q+X- + NaCN

相转移催化剂反应物

水相

有机相

17



2 四级铵碱

（1）制备：

R4N+OH- + AgClR4N+Cl- + AgOH（或用Ag2O + H2O）

（2）性质：

1. 是强碱，在水中能完全电离给出OH-

2. 加热发生霍夫曼消除反应

R4N+I- + KOH R4N+OH- + KI



3 霍夫曼消除反应

四级铵碱加热分解为三级胺、烯烃和水的反应。

反应式：

霍夫曼消除的一个特例：

三级胺烯烃水

[CH3CH2N+(CH3)3]OH- CH2 CH2 + (CH3)3N + H2O

[RCHN+(CH3)3]OH-

CH3

RCH CH2 + (CH3)3N + H2O100-200oC

100-200oC

(CH3)3NOH (CH3)3N + CH3OH100-200 oC

99


（3）霍夫曼消除反应的机理（3）霍夫曼消除反应的机理

醇失水，三级卤代烷在强极性溶剂中失卤化氢

分类反应机理实例

E1

（单分子消除） + HBC C

H

L

C C

H

+B:

C=C

L是一个好的离去基团，L比H易离去，

共轭效应控制（双分子消除）

E2 似E1

E2

似E1cb

L

B H δ+

L

B H 完全协同，L与H同时离去。

H比L易离去，

诱导效应控制 L

B H δ -

热力学控制的产物。卤代烷的E2消除（符合扎

依采夫规则）

动力学控制的产物。四级铵碱的E2消除（符合

霍夫曼规则）

E1cb（单分子共轭碱消除）

C C

H

L

B:C=CC C

L

L-

- HB

碳负离子很不稳定。按这种机制进行的情况很少。

-L-

(X)

(-NR3)+

δ+



霍夫曼消除的规律

霍夫曼规则：四级铵碱热解时，若有两个β-H可以发生消除。总是优先消去取代较少碳上的β-H。

实例

2CH3CH2CH2CHCH3

2CH3CH2CH2CH=CH2 + CH3CH2CH=CHCH3 + 2N(CH3)3

N(CH3)3+

C2H5OK 130oC

C2H5OH -2H+

55.7% 1.3%

OH-

ββ



若四级铵碱上有一个乙基，又有一个长链烃基，则总是乙基上的β-H首先被消除。（实际上，这与霍夫曼规则是一致

的。）

CH3CH2N(CH3)2

CH2CH2ROH-

+

CH2=CH2 + R CH2CH2N(CH3)2 + H2O

β

β



问题的讨论

为什么四级铵碱按似E1cb过渡态进行反应，产物符合Hofmann规则呢？

原因如下：

（1）H2的酸性比H1大。

（2）碱进攻H2空阻小。

（3）碳负离子的稳定性

（4）C1-C2消除时，消除构象的数目多，产物稳定性好。

CH3CH2-CH-CH-CH3

+N(CH3)3

CH3CH2-CH2-CH-CH2

+N(CH3)3

<1 21 2

18



不符合霍夫曼规则的特殊例子

RCCH2CHN+(CH3)3

CH3

O

OH- RCCH

OCHCH3 + (CH3)3N

C6H5CH2CH2N+(CH3)OH-

C2H5

C6H5CH CH2 + C2H5N(CH3)2

RCCH2CH2N+(CH2CH3)2

O

CH3

OH- RCCH

O

CH2 + (CH3CH2)2NCH3

碳负离子与共轭体系相连，稳定。104



i-Pr

N(CH3)3

CH3 HOH -+

CH3 HH H

i-PrN(CH3)3+

i-Pri-Pr

H

H

H3CH3C

H+

只有两个β-H，两个β-H均在环上。

89.5 % -93 % 10.5 % -7 %

霍夫曼产物扎依采夫产物

H

H

CH3

N(CH3)3+

CH3

N(CH3)3+H

H

H3C N(CH3)3+

OH -

CH2CH3

99 %1 %

+

符合霍夫曼规则

优势构象



CH3CCH2CH2N(CH3)3 OH -+

CH3

CH3(CH3)3CCH=CH2 + (CH3)3N

20%

80%β -H空阻太大时，得不到正常产物。

(CH3)3CCH2CH2N(CH3)2 + CH3OH

CH3CH2-CH-CH-CH2

H1 H2 B:

X2 13CH3CH2-CH-CH-CH2

H1 H2

+N(CH3)3

-OH

23 1

卤代烷的E2消除，符合扎依采

夫规则，热力学控制的产物。四级铵碱的E2消除，符合霍夫曼规

则，动力学控制的产物。



E2消除反应的进一步分析E2消除反应的进一步分析

100 oC碱

CH3CH2CH2CH2CH=CH2CH3CH2CH2CH2CHCH3L Hofmann烯烃

L的变化规律 L

吸电子能力增强

离去能力减弱

Hofmann烯烃的含量

t-BuO-/t-BuOH

I Br ClF

+NMe3

CH3O-/CH3OH

19.3 69.0 27.6 80.033.3 87.669.9 97.4

96.2 98

L吸电子能力增强，试剂的碱性增强，试剂的体积增大时，Hofmann烯烃的含量也增大。



4 四级铵碱的应用

（1）彻底甲基化反应：

胺与碘甲烷作用生成四级铵盐的反应。

RNH2 + 3CH3I RN+(CH3)3I-

R2NH + 2CH3I R2N+(CH3)2I-

R3N + CH3I R3N+CH3I-



（2）应用：

将彻底甲基化，四级铵碱的制备，Hofmann消除三个反

应结合起来应用，有两种主要用途。

用途一：合成用一般方法不易合成的烯烃N(CH3)3OH-

140 oC35 %

+

CH3H

HN+(CH3)3OH-

125 oCCH3

H64 %

19



已知化合物（A）经下列反应得3-甲基-1,4-戊二烯，

求（A）的可能结构式。

已知化合物（A）经下列反应得3-甲基-1,4-戊二烯，

求（A）的可能结构式。

用途二：测定结构

A B2CH3I AgOH CH3I AgOH

CH3



CH3

αβ

αβ NH

H3C CH3

H3C N(CH3)2

H3C

H3C

A B

CH3

αβ

βα N

H3C

H3CH

N

H3C

H 3C CH3

C H 3

αβ

αβ

NH

C H 3

N (C H 3)2

C H 3



四胺的酰化和兴斯堡反应

酰基胺盐（不能析离）

RCNR'2 + HClO

RCNHR' + HClO

RCNH2 + HClO

RCCl + R'NH2

ONH3

R’2NH

RCCl + R'3NO

RCN+R'3

OCl-

1 胺的酰化

氢氧化钠

或吡啶

放热反应，产物酰胺均为固体。



3o胺 + 磺酰氯

2 兴斯堡反应

反应现象分析：

1o胺 + 磺酰氯沉淀溶解沉淀NaOH

H+

2o胺 + 磺酰氯沉淀（既不溶于酸，又不溶于碱）

3°胺油状物 + TsO-的水溶液 + NaCl

油状物消失

H+-OH

1o, 2o, 3o胺与磺酰氯的反应称为兴斯堡反应。



CH3 SO2Cl

CH3 SO2NHR CH3 SO2NR Na+

RNH2 + NaOH-H2O

NaOH

H+

R2NH + CH3 SO2ClNaOH-H2O + NaCl

R3N +CH3 SO2Cl NaOH-H2O R3N +

R3NH+

H+-OH

CH3 SO2O- Na+

磺酰胺的水解速率比酰胺慢得多。

CH3 SO2NR2

RI-OH

CH3 SO2OHR3N + CH3 SO2N+R3I-



1 氧化胺的制备：

2 性质：

R3N

① 偶极矩大，分子极性大。

② 当N上相连的三个烷基不相同时，可析分出一对光活异构体。

③ 能发生科普消除

R3N→O （R3N+-O-）

氧化胺

H2O2 or RCO3H

五胺的氧化和科普消除

20



氧化胺的β-碳上有氢时，会发生热分解反应，得羟

胺和烯。这个反应称为科普消除反应。

3 科普消除反应

-O-N+-CH3

CH3CH2CHCH3

CH3

CH3CH=CHCH3 + CH3CH2CH=CH2 + (CH3)2N-OH

E型 21% 67%

Z型 12%

150oC



（2）反应机理

H NR2O-

+H

O-NR2+

150-200oC+ R2N-OH

（分子内的消除）

六电子五元环状过渡态

顺式消除

氧化胺的制备和科普消除可以在同一体系中完成。



（3）反应规律

*1. 当氧化胺的一个烃基上有两种β-H时，产物为混合

物，但以霍夫曼产物为主。

*2. 若同一个β-C上有两个H，得到的烯烃又有顺反异构体，一般以反（E）型产物为主。



六胺与亚硝酸的反应

1 脂肪胺、芳香胺与亚硝酸的反应

3o胺

分类

1o胺

2o胺

脂肪胺与亚硝酸的反应芳香胺与亚硝酸的反应

RNH2NaNO2, HCl [R-N≡N]Cl-

-N2

R+ 醇、烯、卤代烃等的混合物

ArNH2NaNO2, HCl

0-5oC 0-5oC[Ar-N≡N]Cl-

+ +

发生取代反应制备ArX, ArCN, ArOH, ArSH, ArH, Ar-Ar

R2NH NaNO2, HCl [R2N-N=O]

SnCl2, HCl R2NH

与脂肪胺类似N-亚硝基二级胺

黄色油状物或固体

R3N + HNO2 [R3NH]+NO2-

OH-N(CH3)2 + HNO2

N(CH3)2ON



1o脂肪胺放出气体。 2o脂肪胺出现黄色油状物。 3o脂肪胺发

生成盐反应，无特殊现象。

1o芳香胺放出气体。 2o芳香胺出现黄色油状物。 3o芳香胺出现

绿色晶体。

1o胺与HNO2的反应

重氮化反应：一级胺与亚硝酸作用生成重氮盐的反应称为重氮化反应。

重氮化试剂：亚硝酸（实际用的是NaNO2 +HCl

or NaNO2 + H2SO4）用量大于 1 mol120



反应机理

HO-N=O + H + H2O+-NO H2O + +NO

R-NH2 + +NO R-NH2-NO+ -H +

R-NH-N=O

R-N=N-OH H + R-N=N-OH2+ -H2O

R-N N+

R+ + N2

互变异构

21



2o胺与HNO2反应的反应机理

3o胺与HNO2反应的反应机理

HO-N=O + H + H2O+-NO H2O + +NO

R2NH + +NO R2NH-NO+ -H +

R2N-N=O

R3N + HNO2 [R3NH]+NO2-

pH 大于3



2 捷姆扬诺夫反应

环烷基胺、环烷基甲胺与亚硝酸作用，生成扩环或缩环的产物，

这类反应称为捷姆扬诺夫反应。

CH2NH2 HNO2

NH2 HNO2

OH CH2OH CH2 CHCH2CH2OH+ +



反应机理：

CH2NH2HNO2

NH2HNO2 OH

CH2OH

CH2 CHCH2CH2OH

CH2 N2+

N2+ +

-OH

CH2

-OH

+ -OH

+



1-氨甲基环烷醇与亚硝酸反应，得到环上增加一个碳的环酮的反应称为蒂芬欧--捷姆杨诺夫反应。

3 蒂芬欧--捷姆杨诺夫的环扩大重排反应

反应式

HNO2(CH2)n C

CH2NH2

OH(CH2)n+1 C O



反应机理：

HNO2

-N2 重排

-H+

(CH2)n CCH2NH2

OH (CH2)n CCH2-N N

OH

+

(CH2)n CO-H

CH2+

(CH2)n+1 C O-H+

(CH2)n+1 C O



由低级环酮制备成高一级环酮的方法归纳

O

CNOH

CH2NH2OH

OHNO2HCN H2 / Ni

CH3NO2 CH2NO2OH

H2 / Ni CH2NH2OH

HNO2 O

CH2N2 CH2N2O-

-N2 C+H2O- O

O

重排+

正负结合

22



一重氮甲烷的结构

结构：线状分子偶极矩不大

分子式： CH2N2

共振式：

HH

C N N 3原子4电子的大π键

spsp2 sp

电负性： C（2.6） N（3.0）

CH2=N N -CH2-N N+ +

CH2N2 ≡



二重氮化合物的制备

R-C-ClO

+ CH3NH2 RCNHCH3

R-C-NO

CH2-H

N=O

KOH

C2H5OHR-COC2H5 + CH2N2 + H2O

O

OHNO2

1. N-甲基-N-亚硝基酰胺的碱性分解

2. N-甲基-N-亚硝基对甲苯磺酰胺的碱性分解

TsNHCH3HNO2TsCl + CH3NH2 SO2H3C N

CH2

N O

H

KOHC2H5OH SO2OC2H5 + CH2N2 + H2OH3C

70 %



三重氮甲烷的反应

1. 与酸性物质的反应

R-OH + CH2N2

R-C-CH=CH-OCH3 + N2

OR-C-CH=CH-OH + CH2N2

O

R-OH + CH2N2HBF4 R-OCH3

CH2=N N-CH2-N N++

R-C-O-H +O

R-C-O- + CH3-N NO

+ SN2 R-C-OCH3 + N2

O

OH + CH2N2 OCH3 + N2



2. 与醛、酮的反应

普通酮主要生成环氧化合物，醛与环酮以重排产物为主，重排时，基团的迁移能力是：

H > CH3 > RCH2 > R2CH > R3C

R-C-CH3 + N2

OR-C-H + CH2N2

O

R-C-R' + CH2N2

OR-C-CH2R' + N2

OOR'R

+

R-C-CH2-N NO-

+

R'R-C-R' + -CH2N N

O+

R-C-CH2R'O

OR'R

O-+

R'R-C-CH2

反应机理：



3. 与酰氯的反应--（阿恩特--艾司特反应）

R-C-Cl + H-CHN2

O 加成-消除

R-C-CH=N=NO

+

ORCH2C-OH

ORCH2C-OR'

ORCH2C-NH2

Ag2O H2O

Ag2O ROH

Ag2O NH3

重氮酮



反应机理

R-C-Cl + -CH-N NO

+ 加成 R-C-ClCH2-N N

+

O--Cl-

R-C-CH-N NO

+

H

-H+ R-C-CH=N=NO

+

H2O

Ag2O

-N2

OR-C-CH

重排RCH=C=O ROH

H2O

NH3

ORCH2C-OH

ORCH2C-OR'

ORCH2C-NH2

烯酮

重氮酮，中性分子

酰基卡宾

加成，互变异构

23



4. 制备卡宾（光照分解）

反应机理：

其它重氮化合物也可以制成相应的卡宾。

CH2 + N2CH2N2hν R2CN2

hν CR2 + N2

CH2 + N2CH2N2 CH2=N+=N -


第十五章第十五章

碳负离子碳负离子缩合反应缩合反应


第十五章第十五章缩合反应缩合反应

第一节氢碳酸的概念和α-氢的酸性第二节酮式和烯醇式的互变异构第三节羟醛缩合反应第四节曼尼期反应--氨甲基化反应第五节麦克尔加成反应第六节鲁宾逊缩环反应第七节酯缩合反应第八节碳负离子的烃基化、酰基化反应第九节魏悌息反应和魏悌息--霍纳尔反应第十节浦尔金反应和脑文格反应第十一节达参反应第十二节安息香缩合反应和二苯乙醇酮重排


第一节氢碳酸的概念和α-氢的酸性

烃可以看作是一个氢碳酸(carbon acid)，碳上的氢以正离子解离下来的能力代表了氢碳酸的酸性强弱。可以用pKa值来表示，pKa值越小，酸性越强。下表列出了一些氢碳酸在二甲亚砜中的pKa值。

CH4 , CH3CH3 CH3CH CH2 CH2(C6H5)2CH(C6H5)3 CH3C CH化合物

pKa ≈50 35 34 31.5 25 16

表中的数据表明：烷烃的酸性是很弱的。烯丙位和苯

甲位碳上氢的酸性比烷烃强。末端炔烃的酸性更强一些，环戊二烯亚甲基上的氢相对更活泼一些。



R-CH2-Y R-CH-Y + H+

α-H以正离子解离下来的能力称为α-H的活性或α-H的酸性

α

判断α-H活性的方法：

1. pKa值

2. 同位素交换的速率

α-氢的酸性



CH3CH=CH2 pKa = 35 pKa = 16

影响α-H活性的因素：

1. Y的吸电子能力。

2. 碳负离子的稳定性。

24



CH3CCH2CCH3

OOCH3CCH3

O

HOO

的酸性比强。

的酸性与一元酮差不多。

OOHOO OO

3. α-H 周围的空间环境。



1. 羰基的α-H是十分活泼的

OCH3

OCH3

OCH3

D DD

H+ NaODD2O

羰基化合物α-氢的活性分析

2. 羰基α-H的活性是两个原因造成的：

羰基的吸电子诱导效应 α-碳氢键对羰基的超共轭效应

3. 不同羰基化合物的α-H活性是不同的



4. 羰基化合物的酸性及判别

化合物 pKa 烯醇式含量

CH3COCH3 20 1.5×10-4(痕量)H2O 16ROH 15EtO2CCH2CO2Et 13.3 7.7×10-3

NCCH2CO2Et 11 2.5×10-1

CH3COCH2CO2Et 10.3 7.3%(纯液态)，气态46.1%, 水0.4%

CH3COCH2COCH3 9 76.5%C6H5COCH2COCH3 99%

100%

*表中的烯醇式含量均在纯净液态（无溶剂）下测定。

OCHO



碳负离子可以写出三个共振式

(1) > (2) > (3)

酮式（92.5%）

41oC/2.66 bar

mp -39oC

烯醇式（7.5%）

32oC/2.66 bar

CH3CCH2COC2H5

O O

CH3C=CHCOC2H5

OOH O CH3 CH

OH

O

OC2H5

CH3CCH2COC2H5

O O

+ C2H5ONaC2H5OH

CH3C=CHCOC2H5

OO- OCH3CCHCOC2H5

O O

CH3CCH=COC2H5

O O-

Na+



在极强碱的作用下，可以形成很不稳定的双负离子

CH3CCH2CCH3

O O2 NaNH2 CH2=C-CH=CCH3

O- O-


第二节第二节酮式和烯醇式的互变异构

酮式和烯醇式的互变异构

3

41 酸或碱

1 实验证明：酮式、烯醇式都是存在的。

2 由键能数据可以判断，破坏酮式需要更多的能量。

1 + 2 = 791 kJ/mol 3 + 4 = 728 kJ/mol

CH3 C CH2 HO

CH3 C CH2

O H2

25


3 在一般情况下，烯醇式在平衡体系中的含量是比较少的，

但随着α-H活性的增强，烯醇式也可能成为平衡体系中

的主要存在形式。

CH3CCH3

OC2H5OCCH2COC2H5

OOO

CH3CCH2COC2H5

OOCH3CCH2CCH3

OOCH3CCH2CCF3

OO

烯醇式含量/% 1.5 × 10-4 7.7 × 10-3 2.0 × 10-2

7.3 76.5 最多



烯醇化的反应机理

CH3CCH3

O+ H+ 快

CH3COH

CH2 H−H+, 慢

CH3C CH2

OH

酸催化下的反应机理

碱催化下的反应机理

OC CH2CH3 H + −OH

慢OC CH2CH3

OCCH3 CH2 CH3 C

CH2

O

碳负离子烯醇负离子烯醇负离子


147


1 烯醇负离子是一个两位负离子，氧碱性强，碳亲核性强。

R C CH3

O-OH R C

O

CH2} R C

O

CH2R C

O

CH2[ ]

R C CH2BrO

R C CH2

OHR C CH3

O+

烯醇负离子碳负离子烯醇负离子

H+

Br2

热力学产物动力学产物

烯醇负离子的两位反应性能



不对称酮的烯醇化反应

CH3CH2 C CH2

OHCH3CH2CCH3

O

CH3 CH=C CH3

O H

动力学控制的产物 α α’ 热力学控制的产物



缩合反应缩合反应

分子间或分子内不相连接的两个碳原子连

接起来形成新的碳碳键，成为新的化合物，同

时往往有比较简单的无机或有机小分子化合物

生成。这样的反应统称为缩合反应。

第十五章第十五章缩合反应缩合反应


第三节第三节羟醛缩合反应

有α-H的醛或酮在酸或碱的作用下，缩合生成β-羟基醛或β-羟基酮的反应称为羟醛缩合反应。

CH3CCH3

OBa(OH)2

OH(CH3)2CCH2CCH3

O

-H2O (CH3)2C=CHCCH3

O

26


CH3CCH3

O

CH3C-CH2-H

+OHCH3C=CH2

OH CH3CCH3

+OH

OHCH3-C-CH2-C(CH3)2

+OH-H+

OHCH3-C-CH2-C(CH3)2

O -H2O

CH3-C-CH=C(CH3)2

O

酸催化下的反应机理

烯醇化亲核加成

酸碱反应

H+ -H+

消除反应

首先是在酸催化下由酮式转变为烯醇式，然后烯醇对质子化的酮进行亲核加成，得到质子化的β-羟基酮，再经质子转移、消除水生成α,β-不饱和酮。



碱催化下的反应机理

CH3CH=O -CH2CH=O-B：

CH3CH=O

O-

CH3CHCH2CHO

-H2OCH3CH=CHCHO

常用的碱性催化剂有：KOH，C2H5ONa， (t-BuO)3Al .

催化剂用量应在0.5 mol以上。

OHCH3CHCH2CH

OH2O

烯醇化亲核加成

酸碱反应

消除反应

首先是在碱催化作用下生成烯醇负离子，然后烯醇负离子再对醛（或酮）发生亲核加成，加成产物从溶剂中夺取一个质子生成β-羟基醛（或β-羟基酮），再在碱作用下失水生成α,β-不饱和醛酮。



讨论

1 在酸性及强碱性条件下易失水，一般的碱性条件，加热时

失水。所以，如要制备β-羟基醛、 β-羟基酮，通常采用弱

碱性催化剂，温度较低的反应条件。

2 烯醇负离子是一个两位负离子，在羟醛缩合反应中，主要是烯醇负离子的C端去进攻。

3 羟醛缩合反应是一个可逆反应，温度低有利于正向反应，

而加热回流有利于逆向反应。


154

正逆反应的控制正反应的操作条件是：低温、在碱性条件下缩合。逆反应的操作条件是：在水中加少量-OH，加热回流。


逆向羟醛缩合的反应机理逆向羟醛缩合的反应机理

-OH(CH3)2C=CH C CH3

O(CH3)2CCH=C CH3

O-

OH

H2O

CH3CCH3

O-CH2CCH3

OCH2=CCH3

O-

+ H2O CH3CCH3

O2 + -OH

逆向羟醛缩合

失水产物的逆向反应-OH

(CH3)2C CH2 C CH3

O

O-

(CH3)2CCH2 C CH3

O

OH



醛和酮的自身缩合-----分子间缩合和分子内缩合

醛的自身缩合CH3CH2CH2CHO + CH2CHO

CH3CH2CH2CHCHCHO

CH2CH3

-OH

CH2CH3

OHI2

CH3CH2CH2CH=CCHO

CH2CH3

O CH(CH2)3CHCHOCH2CH2CH3

CHO

CH2CH2CH3

H2O

羟醛缩合反应的分类



O

O

Na2CO3, H2O

O96%

O OAl[OC(CH3)3]3

−H2O2

78%

酮的自身缩合


27


CH3CCH3

O

2CH3CCH3

OBa(OH)2 -H2O (CH3)2C=CH C CH3

O

H+

(CH3)2C=CH C CH=C(CH3)2

O

O

H

H

CH3

CH3

CH3

CH2-H

CH3

CH3CH3

OHO

CH3

CH3CH3

~

~~

1,4加成互变异构

插烯系规则分子内缩合

Soxhlex 提取器

I2



醛和酮的交叉缩合反应

两种不同的醛、酮之间发生的羟醛缩合反应称为交叉的羟醛缩合反应。

有两种情况

（1）一种醛或酮有α-H，另一种醛或酮无α-H。

（2）两种醛酮都有α-H。（在定向羟醛缩合反应中讨论。）



甲醛的羟甲基化反应

CH2O + H-CH2CHO HOCH2-CH2CHO

(HOCH2)3CCHO (HOCH2)4C + HCOOH

-OH

-OH

2CH2O

康尼查罗反应

CH2OHCH2OH

CHOH

-OH

CH2O

浓-OH

+ CH2O（过量）



克莱森-斯密特反应

一种无α-H的芳香醛和一种有α-H的脂肪醛或酮，在NaOH和乙醇的混合体系内，进行混合的缩合反应，得到产率很高的α,β-不饱和醛酮，这一反应称为克莱森-斯密特反应。

CHO + CH3CC(CH3)3

O

H2O-C2H5OH

NaOH

88 % -93%

C=CHHCC(CH3)3O

E 构型为主



醛和酮的定向缩合反应

解决两个问题：

（1）两个反应物都有α-H时，到底哪个出α-H，哪个出羰基？

（2）不对称酮发生羟醛缩合反应时，提供哪一侧的α-H参与反应？

CH3CHO + CH3CCH3

O

CH3CHCH2CHO + (CH3)2CCH2CCH3 +OH OH O

CH3CHCH2CCH3 + (CH3)2CCH2CHOOH OHO

-OH

乙醛缩合产物丙酮缩合产物 -H2O(CH3)2C=CHCHO



制备

CH3CHO + CH3CCH3

O KOH, 15oC

80 % ～83%

Bp: 77 oC/ 3.73 × 103 Pa

59 oC/ 1.33 × 103 Pa

OH OCH3CHCH2CCH3

OH OCH3CHCH2CCH3


28


LDA: LiN[CH(CH3)2]2 二异丙胺的锂盐

制备：（i-C3H7)2NH + n-BuLi （i-C3H7)2NLi + C4H10

碱共轭酸 pKa

OC2H5CCH3

O[C2H5CCH2]-

(C6H5)3CNa (C6H5)3CH

[(CH3)2CH]2NLi [(CH3)2CH]2NH

31.5

40

~20



制烯醇盐 CH3CCH2CH3

O

+ LDATHF, -78oC

定向羟醛缩合

LiO

CHH2C

CH3CH2CH

O -OLi

O

+

H2O

CH3CH2CHCH2CCH2CH3

OOH

CH2=C-CH2CH3 + (i-Pr)2NHOLi



制备

CH3CHO +

OLi

N

CH

H2CPh

Ph_

+

Ph2C=CHCHO

LDA

Et2O

-70~25oC

H2O -H2O

78 % ~85%

醛不能直接制成烯醇锂盐，因为醛羰基太活泼，制成的锂盐会与它反应。所以，在制锂盐时，必须先加以保护。

H2N CH3CH=N

CH2CH=N_

Li+ CH2=CHN_

Li+

Ph2CCH2CHOOH

Ph2C=CHCHO

OPhCPh



制备

CH3CH2CHCH2CCH2CH3

OOH

CH3CCH2CH3

O

CH3CH2CHO +

THF, -78oCCH3CCH2CH3

O

CH3CH2CHCH2CCH2CH3

OOH

CH3CH2CHO

H2O

LDA

制烯醇盐定向羟醛缩合

反应式

CH3CH2CHCH2CCH2CH3

OOH



用和不超过4个碳的有机物合成

逆合成分析

O

CH3

CH3

OCH3

CH3O CH3

CH3O

-+ CH3CHCCH3

O

Br

OCH3CH2CCH3

+ Br2

CH3O

+ LDA

CH3OH

O

CH3

CH3



O

CH3

CH3

OCH3

CH3O CH3

CH3O

CH3OH

CH3OLi

沙瑞特试剂 LDA

-OH

合成

OCH3CHCCH3

Br


29


OCH3

逆合成分析

OCH3PhCH

OH

OCH3

OCH3PhCH

OH

PhCHO +



OCH3

O-Li+

CH3

O-Li+

CH3+

OSi(CH3)3CH3

OSi(CH3)3CH3

+

OSi(CH3)3CH3

LDA

CH3OCH2CH2OCH3

(CH3)3SiCl

-LiCl

锂盐无法蒸馏分离

主次

蒸馏分离

99% 1% 纯净

+ TiCl4 + PhCHO-(CH3)3SiCl

H3O+

-78 oC + TiCl3(OH)

OCH3

OTiCl3

PhCHO

CH3

OHPhCH



第四节曼尼期反应--氨甲基化反应

具有活泼氢的化合物、甲醛、胺同时缩合，活泼氢被氨甲

基或取代氨甲基取代的反应，称为曼尼期 (Mannich, C.)反

应，生成的产物称为曼氏碱。

CH3-C-CH2-H + CH2O + HN

O R

R'

H+CH3-C-CH2-CH2N

O R

R'

取代的氨甲基


1. 具有α-H的醛、酮、酸、酯、硝基化合物、腈、末端炔烃、

含有活泼氢的芳香环系化合物。

2. 二级胺。

N NH

H

HO HCH3

H

使用原料的范围



CH2=ONH

R

R' R

R'H+

H

CH2=OH N-CH2OH

RR'

RR'

-H2ON=CH2N-CH2-OH2

O OR

R'

CH2=NR

R'

H

O H

CH3-C=CH2 CH3-C-CH2-CH2-NCH3C-CH2 + H+

H+转移

活化的C=N

反应机制



三氨甲基化反应实例

1 用来制备β-氨基酮

CH3CCHCH2NMe2 HCl

O

CH3

α β

不对称酮反应时，亚甲基比甲基优先反应。

OCH3CCH2CH3 + CH2O + Me2NH HCl

OCH3

CH2O + (CH3)2NH+HCl, H2O

OCH3

CH2N(CH3)2

OCH3(CH3)2NCH2

67 %

+

33 %


30


OH O+ CH2O + N

H

H+

OHCH2 N

2 在芳、杂环上引入氨甲基

NH

N+ CH2O + HN(CH3)2

NH

CH2N(CH3)2H2O

HAc95 % 草绿碱



3 制备杂环化合物

CH2 CH CH2

CH2 CH CH2

NCH3 C=O

CH3

N

O



R-C-CH2CH2NMe2

R-C-CH2CH2NMe3

CH3I

OH -

O O

O OR-C-CH=CH2

R-C-CH=CH2△，蒸馏

△

制α,β-不饱和酮、α,β-不饱和酯



O

OO

O

OH

H

O

OO

O

OH

H

O

OO

O

OH

HCH2-N(CH3)2

H2CN(CH3)2

O

OO

O

OH

HCH2-N(CH3)3

H2CN(CH3)3+

+

H2C=N+(CH3)2 I-

NaHCO3

LDA

CH3I

实例



第五节麦克尔加成反应

一个能提供亲核碳负离子的化合物(给体) 与一个能提供亲电

共轭体系(受体)的化合物，在碱性催化剂作用下，发生亲核1,4-共轭加成反应，称为麦克尔加成(Michael, A.)反应。(反应产物为1,5-二官能团化合物，尤以1,5-二羰基化合物为多)。

常用碱性催化剂：

CH3CCH2CCH3 + CH2=CH-CH=OO O

给体受体

EtO-

EtOH(CH3C)2CH CH2CH2CHO

O

1,5-二羰基化合物

12345

αβ

, Et3N, KOH, EtONa, (CH3)3COK, R4N+OH-NH


(CH3C)2CH2 (CH3C)2CH CH2=CH-CH=OEtO-O O

(CH3C)2CH-CH2-CH=CH-O-O

EtOH (CH3C)2CH-CH2-CH=CH-OHO

互变异构

(CH3C)2CHCH2CH2CHOO

反应机制


31


1 不对称酮的麦克尔加成反应总是在多取代的 α -C上发生。

OCH3 + CH2=CH-C-CH3

OEtO-

O

O

O

O+

64 % 36 %

麦克尔加成反应的规律



2 用β-卤代乙烯酮或β-卤代乙烯酸酯作为麦克尔反应的受体时，反应后，双键保持原来的构型。

OCH3

O-

CH3

C CCl

H

H

COCH3

O

αβ

C2H5O-

OCH3CH-CH=C-OCH3Cl O-

O

C CH

HCOCH3O

95 %



3 若受体的共轭体系进一步扩大，也可以制备1,7-官能团化合物。

CH3CH=CH-CH=CH-COCH3 +O

CH2(COOC2H5)2碱

CH3-CH-CH=CH-CH 2COOCH 3

CH(COOC 2H5)2

12345

6 7

+

CH3CH=CH-CHCH2COOCH3

CH(COOC2H5)2

123

4 5

1,6-加成产物 (72 %)

1,4-加成产物 (8 %)



(C2H5OOC)2CHCH-CH=CH-CH=C-O-

CH3 CH3

(C2H5OOC)2CH-CH-CH=CH-CH=C-OHCH3 CH3

互变异构

(C2H5OOC)2CH-CH-CH=CH-CH2CCH3CH3

O

(C2H5OOC)2CH2 (C2H5OOC)2CHCH3 CH3

CH=CH-CH=CH-C=O碱1,6

-加成的反应机理如下

1,6-加成的反应机理如下

EtOH



1 曼尼希碱热消除法

制备α,β-不饱和醛酮的方法

α,β-不饱和醛酮是麦克尔加成反应的重要原料，下面归纳了制备α,β-不饱和醛酮的几种方法。

CH3CCH3 + CH2O + Me2NH HClO

CH3CCH2CH2N(CH3)2 HClO

胺的甲基化反应CH3CCH2CH2N(CH3)3I -

O

CH3CCH2CH2N(CH3)3OH -O

曼尼希反应

+CH3I

霍夫曼消除

形成四级铵碱

OH-

CH3CCH=CH2

O



2 羟醛缩合法

3 由α-卤代酮制备

O OBrBr2 HO OH

H+

O O OH+

O OBr

KOH C2H5OH

H+


32


4 由α-卤代烯制备

Br OH OhvBr2

NaOH CrO3

吡啶

5 通过烯烃和酰卤的反应制备

+ RCClO Cl

CRO

CRO

AlCl3 Na2CO3, H2O

6 通过魏悌息反应来制备

R-CHO + Ph3P-CHCPhO

R-CH=CH-CPhO



选用合适的原料合成CH3

O

CH3

O+ CH2=CHCCH3

OC2H5O-

C2H5OH O

CH3

O

OH- -H2O

H+ or OH-

50 %

CH3

OOH

CH3

O

二应用实例

合成



选用合适的原料合成 O

O

CH3CCH=CH2 + CH3COC2H5

CH3CCH3 + CH2=CHCOC2H5

CH3CCH2COC2H5 + CH2=CHCOC2H5

活泼①

②

③

*1

*2

O O

O O

O O O

O

O

CH3CCH2 CH2 CH2COC2H5

O O

剖析




O ONaOEtEtOH

*1

O OCH3CCH2CH2CH2COC2H5

O

O

EtONa

合成

*2 CH3CCH2COC2H5 + CH2=CHCOC2H5

O O O

EtOH

EtONa

OH- H+CHCH2CH2COC2H5

CH3C

CH3OC

O

OO O

CH3CCH2CH2CH2COHEtOH

H+O O

CH3CCH2CH2CH2COC2H5EtONa

O

O

CHCH2CH2COOHCH3C

HOC

O

O

-CO2

~160oC



选用合适的原料合成COOH

O剖析一：

COOH

O

COOH

O

12

34

5

O+ CH3COOH

CH2=CH-CCH3 + CH2=CHCOHO O

α-H不够活泼

产物为混合物



剖析二：通过添加适当基团，克服上述剖析中的问题

COOH

O

COOH

OCO2C2H5

COOH

CO2EtCO2Et CO2EtEtO2C

EtO2C CO2Et

CO2HHO2C

EtO2C CO2Et

CNNC

EtO2C CO2Et

Et2O2CCH2CO2Et+

2 CH2=CH-CN


33


COOC2H5

OCOOC2H5

EtONa OH- H+ -CO2

COOH

O

EtOC CH2CH2CN

EtOC CH2CH2CN

O

O

OH- H+ -CO2

C2H5OCCH2COC2H5 + 2 CH2=CH-CNEtONaEtOH

O O

C2H5OCCH(CH2CH2COOEt)2

OC2H5OH

H+

CO2Et

CO2EtCO2Et

HOCCH(CH2CH2COOH)2

O合

成

路

线



第六节鲁宾逊增环反应

环己酮及其衍生物在碱(如氨基钠、醇钠等)存在下，与曼

尼期碱的季铵盐反应产生二并六元环的产物，该反应称为鲁宾逊(Robinson, R.)增环反应.

O

G+ CH3CCH2CH2NR3I-

OH

G

OO碱

G

O

G=H, R, Ar, COOR, OCR等O


鲁宾逊增环反应实际上是分三步完成的：

O

G

G

OO② ③

麦克尔加成分子内醇醛缩合

碱OH

G

O

OCH3CCH2CH2NR3I- CH3CCH=CH2

O碱

①

曼氏碱热消除

碱



选用合适的原料合成

O

OH

O

OH

C=OCH3

O

C=OCH3

OC2H5OC

O

COC2H5

C=OCH3

OC2H5OC

O

CH3CCH2COC2H5

OO

2CH2=CH-COOC2H5

+

剖析


197

合成


CH3CCH2COC2H5

OO+ CH2=CH-COOC2H5

CH2-CH-COOC2H5

CH3CCHCOC2H5

OO

CH2-CH-COOC2H5

CH3CCCOC2H5

OO CH2-CH-COOC2H5

CH2=CH-COOC2H5H+ H2OOH-

t

COC2H5

CH3

OC2H5OC

O

C=O

C2H5OH H+

HOCH2CH2OH

HCl(g)

C2H5ONa

OC

O

OCOOC2H5

CH3

H+3O

tCH3C

OO

O

OHHO-

O

OCH3

C2H5ONa

C2H5ONa




O

EtOOC

O

EtOOC

O

EtOOC

OHC CHO

EtOOC

O +

CHO

EtOOC

+

CH3CCH2CH2NR2 I-

O+

CH3

CH3CCH2CH2NR2

O

CH3CCH3 + CH2O + HNR2

O

剖析


34


(1) CH3CCH3 + HCHO + HNR2HCl

OCH3CCH2CH2NR2

CH3IO

CHO CH=NRH2NR LDA COOEt

H+(2) CH=NRCOOEt

H+水解

CHOCOOEt NaOEt, CH2=CHCCH3

O

O

EtOOC

CHO

COOEtCOCH3

OH-

合成

CH3CCH2CH2NR2 I-

O+

CH3

OH - CH3CCH=CH2 + R2NCH3 + I- + H+

o



选用合适的原料合成O

Ph

O

Ph

O

PhO

O

OCH2NR3 I -+

O

+ CH2O + HNR2

O

PhCOOC2H5

+

COOC2H5O

+

ClCH2Ph

剖析



第七节酯缩合反应

酯缩合反应

具有α-活泼氢的酯，在碱的作用下,两分子酯相互作用，生成β-羰基酯,同时失去一分子醇的反应称为酯缩合反

应。也称为克莱森缩合反应。

RCH2C-OC2H5 + H-CHCOC2H5

O O O ORCH2C-CHCOC2H5

R R1 C2H5ONa

2 HOAc


反应机理

CH3CCHCOC2H5

O

C2H5OH

-CH2COC2H5

O

C2H5ONa

CH3COC2H5

O

CH3COC2H5

OC2H5ONa

CH3CCH2COC2H5

OO-

OC2H5

- C2H5O-

O

CH3CCH2COC2H5

OO

-Na+

+

CH3CCH2COC2H5

OO

+ CH3COONaCH3COOH

pKa 24.5

pKa 11.0

pKa 15.9



在强碱作用下的酯缩合反应

只有一个α-H，必须用强碱作催化剂，才能使反应进行。

2(CH3)2CHCO2C2H5Ph3C-Na+

Et2O(CH3)2CHC-C-CO2C2H5

O CH3

CH3

Ph3CH pKa 31.5



在强碱作用下酯缩合的反应机理

Ph3C-Na+

(CH3)2CHC-C-CO2C2H5

O CH3

CH3

(CH3)2CHCO2C2H5Ph3C-

(CH3)2CCO2C2H5- (CH3)2CHCOC2H5

O

(CH3)2CHC-C-CO2C2H5

O-CH3

CH3C2H5O

- C2H5O-

(CH3)2C-C-C-CO2C2H5

O CH3

CH3

-+ Ph3CH

H2O

(CH3)2CHC-C-CO2C2H5

O CH3

CH3


35


混合酯缩合反应（1）甲酸酯

HC

O

OC2H5 + H CH2COC2H5

OEtONa

HC

O

CH2COOC2H5

H2O

-3H2O COOC2H5H5C2OOC

COOC2H5

醛基



OH

O

H

+ HCOEt

O

O-H

H

CO2R

OH

O

H CHO

OH

O

H CH2OH

RO-

NaH

0~25oC

H2O NaBH4

C2H5OH 25oC



1. 甲酸酯中含有醛基、催化剂碱性不能太强，产率不高.

2. 是在分子中引入甲酰基的好方法.

3. 如果用一个环酯和甲酸酯缩合，不能用RO-作催化剂，

否则会发生酯交换而开环.

讨论



（2）草酸酯

丙二酸酯 α-羰基酸

+ H CH2COC2H5

OEtONa H2OC

O

OC2H5C

O

H5C2O

C

O

CH2COC2H5

O

C

O

H5C2OHO- H+

C

O

CH2COOHC

O

HO

C

O

CH3C

O

HO

175 oC

C

O

CH2COC2H5

O

H5C2O



1. 一个酯羰基的诱导效应，增加了另一个酯羰基的活性，反应顺利，产率好。

2. 羰基活性好，所以催化剂的碱性不用太强。3. 在合成上用来制备 ①丙二酸酯或α-取代的丙二酸酯。

②α-羰基酸。



1. 羰基活性差，选用强一些的碱作催化剂。

2. 在合成上用来制备丙二酸酯或α-取代的丙二酸酯。

(3) 碳酸酯

H5C2OC

O

OC2H5 + H CH2COC2H5

OEtONa

H5C2OC

O

CH2COC2H5

O

H2O


36


1. 羰基活性差，选用强碱作催化剂。

2. 在合成上，主要用于在α-C上引入苯甲酰基。

(4) 苯甲酸酯

C

O

OC2H5 + H CH2COC2H5

OEtONa

C

O

CH2COC2H5

O

H2O



选用合适原料制备

选用合适的原料制备

合成二：

HCOOEt + C6H5CH2COOEtEtONa

70%C6H5CHCOOEt

CHOC6H5CHCOOEt

CHO

C6H5CHCOOEt

COOEt

合成一：C6H5CHCOOEt

CCOOEtO

EtOOC-COOEt + C6H5CH2COOEt EtONa

-CO175oC

C6H5CHCOOEt

COOEt

+ C6H5CH2COOEt EtONa C6H5CHCOOEt

COOEtOC2H5O-C-OC2H5



合成：

选用合适的原料合成O

HO2C-CH2CH2CCOOH

逆合成分析 OHO2C-CH2CH2CCOOH

OHO2C-CH2CH-CCOOH

COOH

COOEtEtO2C-CH2

EtO2C-CH2 COOEt+ EtO2C-CH-CCOOEt

EtO2C-CH2

O

-CO2

EtO- H+

H+

OH-

HO2C-CH-CCOOHHO2C-CH2

OHO2C-CH2CH2-CCOOH

O




OO OO

CO2HHO2C

OO

CO2EtEtO2C

CO2EtEtO2C + EtO2C-CO2Et

逆合成剖析：

OO

具体合成： CO2EtEtO2C

EtO2C-CO2EtEtO- EtO-

HO - H+ -CO2

O

CO2EtEtO2C

OO

CO2EtEtO2C

CO2Et

OO

CO2HHO2C

OO



分子内的酯缩合反应

二元酸酯若分子中的酯基被四个以上的碳原子隔开时，

就发生分子内的酯缩合反应，形成五元环或更大环的酯，这

种环化酯缩合反应也称为狄克曼酯缩合。

CO2C2H5

C6H5CH3CH2CH2CO2C2H5

Na, C2H5OH(少量)CH2CH2CO2C2H5O



CH3O

CH3

CH2CHCO2C2H5

CH2CH2CO2C2H5 CO2C2H5

O-CH3

CO2C2H5

OCH3 CO2C2H5

COOC2H5

COOC2H5

C2H5ONa2

O

OC2H5OOC

COOC2H5+ 2C2H5OH


37


O OCH3C-CH2-CCH3

O OCH3C-CH2-COC2H5

OH OCH3C-CH2-COC2H5

CH3

OH OCH3C-CH2-CCH3

CH3

OCH3CCH3

+ +

+

+ CH3CO2C2H5C2H5O- H+

or NaH

酮与酯的缩合反应

从理论上分析，有可能生成四种化合物。



HC-OC2H5 + H-CH2CCH3

O O O OHC-CH2CCH3

C2H5O-C-C-OC2H5 + H-CH2CCH3

O OO O OOC2H5O-C-C-CH2CCH3

O OC2H5O-C-CH2CCH3

O OC2H5O-C-OC2H5 + H-CH2CCH3

O OC2H5O-C-CH2CCH3

O OC-OC2H5 + H-CH2CCH3

O OC-CH2CCH3

NaH

EtO-

EtO-

NaH

H2O

H2O

H2O

H2O

-CO



酮酯缩合


O OC6H5C-CH2-COC2H5

酯缩合 C6H5COOC2H5 + CH3COOC2H5

O OC6H5C-CH2-COC2H5

C2H5O2C-CO2C2H5

OO O+ C6H5C-CH3

C2H5OCOC2H5

O O+ C6H5C-CH3

{1NaH

1NaH

2H+

2H+

-CONaH



O

CH3CCH2CH3 + CH3CH2CO2C2H5NaH/Et2O

40~55oC

OCH3CH2CCHCCH2CH3 + CH3CH2CCCCH3

O O O

CH3

酸性大，空阻小对动力学有利。

稳定性好，对热力学有利。

51% 9%



OO OCH3C-CH2CH2CH2CH2-COC2H5

1 C2H5O-

2 H3O+CH3

O

O OOCO2C2H5

C2H5OH

H3OC2H5O- +

发生分子内酮酯缩合时, 总是倾向于形成五元环、六元环。

O OCH3CH2C-CH2CH2CH2-COC2H5

1 C2H5O-

2 H3O+

O

O

CH3



第八节碳负离子的烃基化、酰基化反应

酯的烃基化、酰基化反应

CH3COC2H5

O碱

CH2 COC2H5

OCH2 C

O−

OC2H5RXSN2

RCH2COC2H5

O+ X−

CH3COC2H5

O碱

CH2 COC2H5

OCH2 C

O−

OC2H5

①

②

③

CH3COC2H5

O

CH3CXO

CH3COCCH3

O O

CH3CCH2COC2H5

O O+ C2H5O−

CH3CCH2COC2H5

O O

CH3CCH2COC2H5

O O

+ X−

+ CH3COO−

酯的酰基化反应

酯的烃基化反应

38


一元酸酯在强碱作用下，与卤代烷发生反应，在α-C上

引入烷基，这称为烷基化反应。

酯烷基化反应的实例

CH3COC(CH3)3

ONCH(CH3)2Li

THF -78oCCH2=C

O-Li+

OC(CH3)3

RX RCH2COC(CH3)3

O

反应需在无质子溶剂中进行。



酯酰基反应化的实例

反应在无质子溶剂中进行。

一元酸酯在强碱作用下，可与酰氯或酸酐进行反应，而

在α-C上引入酰基，这称为酯的酰基化反应。

(CH3)2CHCOOC2H5

(CH3)2CCOOC2H5

Ph3C-Na+

(C2H5)2O

Na+

(CH3CO)2O

(C2H5)2OC6H5COCl

C6H5C-CCOOC2H5

O CH3

CH3

CH3C-CCOOC2H5 + CH3COONaO CH3

CH3

(C2H5)2O



（1）反应总述

CH3CCH3

O

CH3CCH2

OCH3C=CH2

O-

CH3CCH3

O

CH3CCH2CCH3

O OH

CH3

RX CH3CCH2RO

B:

CH3CCH2CR'O O

R'CXO

CH3COCCH3

O O

CH3CCH2CCH3

O O

CH3CCH2CRO O

RCOOC2H5

亲核加成

亲核取代

醇醛缩合

酮的烷基化反应

酮的酰基化反应

对称酮的烃基化、酰基化反应



（2）几点说明

1. 为了在反应中抑制aldol反应，使用足够强的碱（如NaNH2、Ph3CNa、NaH）将反应物迅速地全部变为碳负离子;

2. 酮酯缩合是可逆的，酮与酰卤、酸酐的反应是不可逆的。

3. 酸酐、酰卤和空阻大的酯要用强碱催化，反应要在非质子溶剂中进行。

4. 烯醇负离子是两位负离子，烷基化反应主要在碳端发生（C亲核性强，软-软）。要使酰基化反应在碳端发生，烯醇负离子必须过量。



OPhCCH2(CH2CH3)2 + NaBr

PhC=CHCH2CH3(C2H5)2O

Ph3C-Na+ CH3CH2-BrO-Na+O

PhCCH2CH2CH3

ONaNH2

(C2H5)2O

O O- OCH3-I

CH3+ I -



不对称酮的烃基化、酰基化反应

对于不对称酮，有热力学控制与动力学控制两种酰基化产

物，通常，空阻大的碱、强碱、低温、非质子溶剂有利于动力学产物产生。在质子溶剂中进行反应有利于热力学产物产生。

CH3CH2CCH3

O

α α '


39


用三甲基氯硅烷和锂盐处理，得热力学控制产物

ROH + Me3SiCl ROSiMe3 ROH + Me3SiOH-HCl

Et3N

25oCH3O+

OCH3

OHCH3

OHCH3

+ DMF 回流

Et3N Me3SiCl

OSi(CH3)3CH3

OSi(CH3)3CH3

+

78%22%

OSi(CH3)3CH3

OCH3

CH3 Li

Me3SiOLi

CH3O

CH3R

蒸馏分离

CH3Li -Me4Si RX



用LDA处理，得动力学控制产物

OLDA, 0~40oC

CH3OCH2CH2OCH3

O

CH3OLi

CH3OLi

CH3+

PhCH2Br30~50oC1% 99%

CH3 CH2Ph



含有下边结构的化合物称为烯胺，N上有氢的

烯胺是不稳定的， N上没氢的烯胺是稳定的。

C=C-N

(1) 烯胺结构：

酮经烯胺烷基化、酰基化，也得动力学控制产物



稳定的烯胺是含α-H的酮与二级胺在酸催化下反应来制备的。

(2) 烯胺制备：

O

NH

+CH3 SO3H

C6H6 ,

N

烯胺

六氢吡啶(sixhydropyridine)、四氢吡咯(tetrahydropyrrole)和吗啉(morpholine)等是最常用的二级胺，它们与羰基的反应性为：

NH N

H

O

NH

> >

四氢吡咯吗啉六氢吡啶

H3O+



（ii）能形成共轭体系时，双键在共轭处形成。

O+

NH

TsOH N

五原子重叠，空阻大。

OCH3

+ +NH

TsOH CH3N

H

CH3N

H

90% 10%

12

3 45

（i）不对称酮形成烯胺时，双键总是在取代基较少的地方形成。

不对称酮形成烯胺时的规律



(3) 烯胺的反应

1. 烯胺具有双位反应性能

C=C-N C-C=N+

O

+NH

H+ N+ N

反应既可以在氮上发生也可以在碳上发生。

-


40


N R-X N+

RX- H2O

NH

+

OR

使用活泼卤代烷如碘甲烷、烯丙型卤化物、苯甲型卤代

物等主要发生碳烃基化产物。

烯胺的烃基化反应



酰基化反应一般在碳上发生

3 烯胺的酰基化反应

ON

+ CH3CH2CCl(C2H5)3N N

CCH2CH3

O+H2O

H+

OCCH2CH3

O



4. 不对称酮经烯胺烷基化、酰基化，主要得动力学控制产物

NH

OCH3 +

H+ NCH3

C6H5CH2 BrSN2

NCH3 CH2C6H5

H3OO

CH2C6H5CH3

NH

OCH3 +

H+ NCH3

NCH3 CCH3

H3OO

CCH3CH3CH3C

OCl

亲核加成-消除

OO



溶剂不同，产物不同，在非质子溶剂中得一取代产

物，在质子溶剂中得二取代产物。

5 烯胺与α,β-不饱和酸、酯、腈等能发生麦克尔加成反应

O

OCH2CH2COOCH3

OCH2CH2COOCH3CH3OOCCH2CH2

NH

N

C2H5OH

+ H+

CH2=CH-COOCH3 H3O+

2CH2=CH-COOCH3

H3O+

二氧六环



6. 烯胺在合成中的应用实例

制备长链脂肪酸

ON+ CH3CH2CCl H2O

H+

(C2H5)3NO

CCH2CH3

OH2O

OH-

HOCCH2CH3

OO-CCH2CH3OCO2H

CCH2CH3OCO2H

H2O

Zn(Hg)HCl CH3(CH2)6COOH



N

O

+ ClC(CH2)8CClO O

O

(C2H5)3N H3O+

O

O

O

H3O+OH-

O

O O

O

HOOH

Zn(Hg) HCl HOOC(CH2)20COOH

制

备长链的二元羧酸


41


醛的烃基化反应

如能在反应前将醛基予以保护，则烷基化反应还是可以发生的。

醛在碱性条件下，易发生羟醛缩合反应，所以很难使它

通过碳负离子直接发生烷基化、酰基化反应。

RR''CHCH=NR'

RCH2CHO RCH2CH=NR'

RCHCH=NR'

RR''CHCHOH+

R'NH2 C2H5MgX

or LDA

R'' X



选用合适的原料合成 O

O

CH3CCH=CH2 + CH3COC2H5


CH3CCH2COC2H5 + CH2=CHCOC2H5

活泼①

②

③

*1

*2

O O

O O

O O O

O

O

CH3CCH2 CH2 CH2COC2H5

O O

剖析




O ONaOEtEtOH

*1


O

O

EtONa

合成



*2 CH3CCH2COC2H5 + CH2=CHCOC2H5

O O O

EtOH

EtONa

OH- H+CHCH2CH2COC2H5

CH3C

CH3OC

O

O

O OCH3CCH2CH2CH2COH

EtOH

H+


EtONaO

O

CHCH2CH2COOHCH3C

HOC

O

O

-CO2

~160oC

合成



β-二羰基化合物的Na盐在非质子溶剂中不溶，为了改善盐

的溶解性能，用可溶性的镁盐代替不溶性的钠盐。

方法一：

方法二：

用可溶性的镁盐代替不溶性的钠盐

C2H5OH + Mg + CH2(COOC2H5)2

C2H5OMg + -CH(COOC2H5)2

CCl4

C2H5COCl

CH3CH2CCH(COOC2H5)2 + ClMgOC2H5

O

CH3CCH2COOC2H5

O Mg C6H6

RCOClCH3CCCOOC2H5

O

COR

-+ MgCl

H3O+

CH3CCHCOOC2H5

O

COR+ HOMgCl



选用合适的原料合成 COOH

O剖析一：

COOH

O

COOH

O

12

34

5

O+ CH3COOH

CH2=CH-CCH3 + CH2=CHCOHO O

α-H不够活泼

产物为混合物


42


剖析二：通过添加适当基团，克服上述剖析中的问题

COOH

O

COOH

OCO2C2H5

COOH

CO2EtCO2Et

CO2EtEtO2C

EtO2C CO2Et

CO2HHO2C

EtO2C CO2Et

CNNC

EtO2C CO2Et

Et2O2CCH2CO2Et+

2 CH2=CH-CN6

1 2 3

4 5



COOC2H5

OCOOC2H5

EtONa OH- H+ -CO2

COOH

O

EtOC CH2CH2CN

EtOC CH2CH2CN

O

O

OH- H+ -CO2

C2H5OCCH2COC2H5 + 2 CH2=CH-CNEtONaEtOH

O O

C2H5OCCH(CH2CH2COOEt)2

OC2H5OH

H+

CO2Et

CO2EtCO2Et

HOCCH(CH2CH2COOH)2

O合

成

路

线



1 乙酰乙酸乙酯的α-烷基化、 α-酰基化

CH3C-CH-COC2H5

O O

COCH3

CH3CCHCOC2H5

O O

CH3CCHCOC2H5

O O

CH3C=CHCOC2H5

OO- O

CH3C=CHCOC2H5

OO- O

CH3COCCH3

O O

CH3COOC2H5

C2H5ONa

-C2H5OHNa+

CH3I

NaH-H2

Na+

CH3COClCH3CCH2COC2H5

O O

CH3C-CH-COC2H5

O O

CH3


250

2 乙酰乙酸乙酯的γ-烷基化、γ-酰基化


or 用RLi，惰性溶剂

CH3CCH2COC2H5

O O

NH3(液)NaNH2 CH3CCHCOC2H5

O ONa+ NaNH2

NH3(液)

-CH2CCHCOC2H5

O OCH2=C-CH=COC2H5

O-O-

Na2+

1mol RXRCH2CCHCOC2H5

O O1mol RX

RCH2CCHCOC2H5

O OR

1mol RCOX

1mol

1mol RCOOEt

RCOCRO O

RCCH2CCHCOC2H5

O OO1mol RCOX

RCCH2CCHCOC2H5

O OO

COR

RCCH2CCH2COC2H5

O OONH4Cl or H2O



3 β-二酮的γ-烷基化、γ-酰基化

烷基化用NaNH2-NH3(l)，酰基化用RLi-惰性溶剂

其它的β-二羰基化合物(如β-二酮)也能发生同样的反应。

例如:

CH3CCH2CCH3

O OH3O+2 NaNH2

NH3(l)

n-C4H9Br

n-C4H9-CH2CCH2CCH3

O O



对于不对称的β-二酮，有两个γ位，反应总是在

质子酸性较大的γ位发生。例如：

CH2CCH2CCH3

O OX

CHCCHCCH3

O O

X CH=C-CH=CCH3

O-

X

O-

CHCCH2CCH3

O OX

R

2 NaNH2

NH3(l)

NH4ClRX


43


1 乙酰乙酸乙酯和丙二酸二乙酯的合成

（i）乙酰乙酸乙酯的合成

乙酰乙酸乙酯这个重要的原料可通过乙酸乙酯的自身缩合来制备（参见15.7.1）。在工业上它是由乙烯酮的二聚体（参看14.8）通过乙醇醇解得到的。如用其它的醇就可以得到其它的

酯，一般产量都很高：

O

O

CH3CCH2COC2H5

O O

CH3CCH2COC(CH3)3

O O三级丁醇

乙醇

+



ClCH2COOHNa2CO3 ClCH2COONa

NaCNNCCH2COONa

在工业上，丙二酸二乙酯可经下列过程制得

（ii）丙二酸二乙酯的合成

NaOHNaOOCCH2COONa

C2H5OHH2SO4

C2H5OCCH2COC2H5

O O

生成丙二酸二酯的另一种方法是使氰乙酸直接与乙醇酯化。

NCCH2COOHC2H5OH

H+ C2H5OCCH2COC2H5

O O



乙酰乙酸乙酯的酯缩合逆反应乙酰乙酸乙酯的酯缩合逆反应

CH3C-CH2-COC2H5

O OCH3C-CH2-COC2H5

O- O

OC2H5

CH3-COC2H5

O-CH2-COC2H5

O

+

CH3-COC2H5

O

C2H5O-

2 乙酰乙酸乙酯的酮式分解

3 乙酰乙酸乙酯的酸式分解

NH4Cl



2 乙酰乙酸乙酯的酮式分解2 乙酰乙酸乙酯的酮式分解

CH3C-CH2-COC2H5

O O

乙酰乙酸乙酯的

CH3C-CH2-C-OC2H5

O- O-

OH OH

H+ -CO2CH3C-CH3

OCH3C-CH2-COH

O O

-OH（稀）

- C2H5O-

- HO-



3 乙酰乙酸乙酯的酸式分解3 乙酰乙酸乙酯的酸式分解

CH3C-CH2-COC2H5

O OCH3C-CH2-C-OC2H5

O- O-

OH OH

CH3-COH

O

+ -CH2-COH + C2H5O-O

H2O H2O

CH3-COH

OC2H5OH

-OH

（浓）



酮式分解（稀碱）酸式分解（浓碱）

CH3CCH2COC2H5

O OCH3CCH2COC2H5

O OCH3CCH3 + CO2 + C2H5OH

O

CH3COH + CH3COH + C2H5OHO O

RCH2CCH3 + CO2 + C2H5OHO

RCH2CCH2R' + CO2 + C2H5OHO

RCH2COH + CH3COH + C2H5OH

O O

RCH2COH + R'CH2COH + C2H5OH

O O

C2H5OCCH2COC2H5

O O

C2H5OCCH2COC2H5

O OCH3COOH + CO2 + C2H5OH CH3COOH + CO2 + C2H5OH

RCH2CCH2COC2H5

O ORCH2CCH2COC2H5

O O

RCH2CCHCOC2H5

O O

R'

RCH2CCHCOC2H5

O O

R'

RCH2CCH2CCH2RO O

RCH2CCH2CCH2RO O

RCH2COH + CH3CCH2R

O O


44


4 β -二羰基化合物在合成中的应用实例

以乙酸乙酯为原料合成4-苯基-2-丁酮

CH3CCHCOOC2H5

O

Na+

CH3CCHCOOC2H5

O

CH2C6H5

CH3CCHCOOH

O

CH2C6H5CH3CCH2CH2C6H5

OCH3COOC2H5

RONa (>1mol) C6H5CH2Cl

1 稀OH -

2 H+ -CO2

CH3CCH2CH2C6H5

O



选用不超过4个碳的合适原料制备

CH3CCHCOOC2H5

O

(CH2)4Br

Br

CH3CCCOOC2H5

O

2 CH3COOC2H5C2H5ONa

CH3CCHCOOC2H5

O

Na+

C2H5ONa CH3CO

COOC2H5

CH3CO

COOH

Br(CH2)4Br

分子内的亲核取代

稀-OH H+

-CO2

CCH3

O

CCH3

O



乙酰乙酸乙酯与BrCH2CH2CH2Br在醇钠作用下反应，

主要得到而不是 ,请解释原因。O

COOC2H5

H3CCOCH3

COOC2H5

CH3CCH2COEtO O

EtO- Br(CH2)3BrCH3CCHCOEt

O OEtO-

CH2CH2CH2Br

Br

CO2Et

O

Br

CO2Et

CH3C

EtO2C

O

CH3CO

稀OH- H+

O O

CO2Et

稀OH-H+ O

CO2H

慢

有张力

主要

无张力



制备

CH3C-C-COOEtO CH3

CH2CH2CH3

CH3CH2CH2CHCOOH

CH3

CH3CH2CH2CHCOOH

CH3H+

NaOEtEtOH

NaOEt

EtOH

CH3I CH3CH2CH2Br

OH-（浓）+ CH3COOH

酸式分解

CH3CCH2COOEt

O



选用合适的原料制备下列结构的化合物。

CH3CCH2CH2CH2COH

O O

CH3CCH2COEt

O OEtO- ClCH2CH2COEt

O

CH3C-CH-COOEtO

CH2CH2COOC2H5

OH-H+

H2O- CO2

CH3CCH2CH2CH2CCH3 + CH3COOH

O O

CH3CCH2COEtO O

EtO- ClCH2CH2CCH3

O

CH3C-CH-COO EtO

CH2CH2CCH3

OH-H+

H2O- CO2

O

CH3CCH2CH2CH2COHO O

CH3CCH2CH2CH2CCH3

O O



如何实现下列转换

OCH3

OHCH3

OHCH3

+

OSi(CH3)3CH3

OLiCH3

OCH3 O

CH3 CHO

OCH3 CHO

(CH3)3SiCl 蒸馏分离

1mol n-C4H9Br

CH3Li n-C4H9Br

C2H5ONa HCOOC2H5 (2mol) KNH2

NH3(l)

OH-

引入醛基的目的是帮助定位。

γ -烷基化

n-C4H9

CH3O

n-C4H9

CH3O

CHOn-C4H9

CH3O

n-C4H9

CH3 CH3OO


45


如何实现下列转换 O OCH3CH3

合成一：

合成二：

OCH3

OCH3

Br

NH

CH3N

CH3

N+

OCH3

+对甲苯磺酸

H3O+

OCH3 LDA

THF -70oC

Br OCH3



1. 引入醛基的目的是为了使反应能定向进行。

2. 若β-二羰基化合物中的一个羰基是醛基，则在稀碱

存在下，也能发生酮式分解。

合成三：O

CH3O

CH3 CHO

OCH3 CHO Br O

CH3

OCH3

CHO

OCH3 CHO

OCH3

CO2 + H2

C2H5ONa HCOOC2H5 1mol KNH2

NH3(l)

OH-

OH- OCH3 C-H

OH

O-

+ HCOOH

OCH3

-

ROH

ROH



CH2(CO2Et)2

2EtO-

EtOH

BrCH2(CH2)nCH2Br

OH- H+ -CO2

SOCl2

CH2(CO2Et)2

2EtO-

合成螺环化合物

还原

(CH2)n+2 CH-COOH

(CH2)n+2 C(CO2Et)2

(CH2)n+2 CCH2OH

CH2OH

(CH2)n+2 CCH2Cl

CH2Cl(CH2)n+2

CO2Et

CO2Et



I2的作用

C(CO2Et)2

C(CO2Et)2+ I I

- I -

C(CO2Et)2

C(CO2Et)2

I CO2EtCO2EtCO2Et

CO2Et

2 CH2(CO2Et)2

2 EtO-

BrCH2CH2CH2Br CH(CO2Et)2

CH(CO2Et)2

2 EtO-

COOH

COOH

H+I2 OH-

用简单的有机原料合成

COOH

COOH

CO2EtCO2EtCO2Et

CO2Et



CH3CHO + 3CH2O

CO2HHO2C

2 CH2(COOEt)2 +BrBrBrBr CO2Et

CO2EtEtO2C

EtO2C

(螺环二元羧酸)

CO2HHO2C

(HOCH2)3C-CHO

OHHOOHHO

BrBrBrBr

-CO2

EtO-

HO- H+

HO-

HO- HBr


浓

CH2O


270



O

O

O

O

O

O

O

O

OO

CO2Et

COOEtO-

CO2Et

CH2(CO2Et)2

EtO-O 分子内酯交换

EtO- 分子内酯交换O


46


思考题1：如何完成下列转换？

O

OCH3CH2OCCH2CH2CH2CCH

O OCH3

CH2CH3

HOCCH2CH2CH2CCH

O OCH3

CH2CH3




O

COOCH2CH3

O

COOCH2CH3 R




H

CH2COOH

OH

H



第九节魏悌息反应和魏悌息-霍纳尔反应

一魏悌息试剂：

Ph3P=CH2(I) (II)

Ph3P-CH2

在相邻位置上带有相反电荷的两性离子称为叶利德(ylide)。

磷叶利德也称为魏悌息试剂(德1953, 1973)。

贡献大


Ph3+-CH2

-

3PhH + PCl3 Ph3P

Ph3P + CH3X Ph3P+-CH3X-C6H5Li

Ph3P + XCH2COOC2H5 Ph3P+-CH2COOC2H5 X-

K2CO3

Na2CO3, NaOH, NaOR, NaNH2, NaH, RLi

魏悌息试剂制备

Ph3P CHCOOC2H5+ -



魏悌息试剂与醛、酮反应, 生成烯烃, 称为魏悌息(Wittig, G.)反应.

C=O + [ Ph3P-CR2 Ph3P=CR2 ] C=CR2 + Ph3P=O

二魏悌息反应

反应机理

Ph3P-CR2+

-

O=C

Ph3P-CR2+

-O-C

Ph3P-CR2

O-C

Ph3P CR2

O CC=CR2 + Ph3P=O


47

277

反应规律


H3CO CCH2CH2COCH3 + Ph3P-CH2

O O*1

①醛最快，酮次之。酯最慢。所以可进行选择性反应。

H3CO CCH2CH2COCH3

CH2 O

*2 PhCHO + Ph3P-CH2C6H5Cl-NaOEt

EtOH, 25℃CPh

H C PhH CPh

H C HPh

41 % 35 %

+

CH3CH=O + (C 6H5)3P-CCH3

COCH3*3

CH2Cl2 CH3CH C CH3

COCH396 %

②亲核性好的叶利德比较活泼. 活泼叶利德反应时，常得Z, E-烯烃的混合物.稳定叶利德反应时，E型产物为主.

+

+

-



三魏悌息-霍纳尔试剂和魏悌息-霍纳尔反应

魏悌息-霍纳尔试剂：(I) (II)

(EtO)2PO O

(EtO)2P-CHRCHR

(EtO)2P

O Et

CH2R Br-

(C2H5O)3P + RCH2Br

O(EtO)2P-CH2R

(EtO)2POO

(EtO)2P-CHR CHR

魏悌息

霍纳尔试剂

-EtBr

NaH



魏悌息-霍纳尔反应

魏悌息-霍纳尔试剂与醛、酮反应，制备烯烃，这一反应称为魏悌息(Wittig, G.) -霍纳尔(Horner, L.)反应。(比魏悌息反应容易进行)

反式烯烃二乙磷酸钠(溶于水，后处理较易)

RCH

O

+

(EtO)2PCHRNa+

O_

(EtO)2P CHRNa+

O-_+

R

H

H

R'+ (EtO)PONa

O



反应规律：生成的烯烃以反式为主.

C CCH

HCO2Et

CH2

C2H566 %

OC

H R

PC

H R'

OROR

O

CCHR'

RH

O PO OR

OR

CCHR

R'H + (RO)2PO-

O

反应机理

CH2=C-CH=O + (EtO)2PCH2CO2EtO

EtONaC2H5



四魏悌息反应和魏悌息-霍纳尔反应的应用实例

1 用来制备环外烯烃

2 制备α,β-不饱和羰基化合物

CH3CCH3 + [ (EtO)2P+-CHCOOC2H5 ] Na+O O-

(CH3)2C=CHCOOC2H5 + (C2H5O)2P+-O- Na+O-

70 %

35%-40 %Et2O CH2+ Ph3P-CH2O 25oC



(C6H5)2C=C=O + [ (EtO)2P+-CHCOOC2H5 ] Na+O-

(C6H5)2C=C=CH-COOC2H532 %

4 合成多烯类天然产物

CH=O CH2OHPh3P+(10 C) (10 C)

CH2OH

Vitamin A (20 C)

3 制备丙二烯衍生物


48


R2S-CH2

OR2S=CH2

O

+ -R2S-CH2 R2S=CH2

+ -

1 硫叶利德的结构

2 硫叶利德的制备

CH3-S-CH3 I -O

CH3

+CH3-S-CH3 + CH3IO

R2S-CH2

OR2S=CH2

O

+ --HINaH, (CH3)2SO

3d-p共轭

CH3SCH3 + CH3I (CH3)3S+I-NaNH2

-HClR2S-CH2 R2S=CH2

+ -

五硫叶利德的反应



硫叶利德与醛、酮反应可制备环氧化合物或环丙烷衍生物。

与非共轭醛、酮反应可制备环氧化合物

R2C=O +

O+CH2-S(CH3)2

- O+CH2-S(CH3)2

R2CO-

O

RR + (CH3)2S=O

O+CH2-S(CH3)2

-

(CH3)3C

O

(CH3)3C

O

3 硫叶利德的反应



与α、β不饱和醛、酮发生共轭加成反应时，可制备环丙烷衍生物

CCH3

OO

+CH2-S(CH3)2-

CCH3

OCCH3

O

O

+CH2-S(CH3)2

-

CCH3

O

O

+CH2-S(CH3)2

-

分子内亲核取代

共轭加成

分子内亲核取代



第十节浦尔金反应和脑文格反应

在碱性催化剂的作用下，芳香醛与酸酐反应生成β-芳基-α,β-

不饱和酸的反应为浦尔金(Perkin, W.)反应.

C=OArH H2 C H(R)

C O CCH2 H(R)O

+CH3COONa

180℃O

CCHCOOH

ArH αβ

CH3COOH(RCH2COOH)+

一浦尔金反应


2 反应机理：

RCH2COCCH2R

O O-B:

RCH2COCCHR

O O- ArCH

O

RCH2COCCHCHAr

O O

R

O-

CRCH2

-O

O

O

CHCHR

CO

Ar

RCH2COCHCHCO-

O OAr

R

RCH2COCCH2R

O O

RCH2COCHCHCOCCH2R

O OAr

R

O

RCH2CO CH CCOCCH2R

O OAr

R

O-

Ar

H

R

COCCH2R

O O

H2OAr

H

R

COH

O

制备肉桂酸、呋喃丙烯酸、香豆素。

3 应用实例：



在弱碱的催化作用下，醛、酮与含有活泼亚甲基的化

合物发生的失水缩合反应为脑文格(Knoevenagel, E.)反应。

C=OR'R H2 C Z'

Z+ C=CR'R

Z'Z

弱碱

苯, 分水

Z: CHO, CR, COOR, CN, NO2 等

O

弱碱: , RCH2NH2, R2NH 等N N

H,

二脑文格反应


49


2 反应机理

Z

Z'CH2

B Z

Z'CH

RR' C=O

ZZ' CH-C R

R'

O-

HB ZZ' CH-C R

R'

OHZZ' C C R

R'

OH

ZZ' C=C R

R'

B



3 脑文格反应的实例

CHO + CH2(CO2H)2O2N

吡啶

CH=C(CO2H)2O2N

CH=CHCO2HO2N

-CO2

74-80 %

CH3CCH2CH3 + NCCH2CO2EtO

丙氨酸 - HOAc

苯, 分水CH3CH2C = CCO2Et

CH3

CN85 %

(CH3)2CHCHO + CH2(COEt)2苯, 分水

NH

- HOAc

(CH3)2CHCH = C(CO2Et)2 90 %

制备各种类型的α,β-不饱和化合物.



第十一节达参反应

C=O + BrCH2CO2Et CO

CH CO2EtNaNH2or RO-

* αβ

CHCHOOH- H+

α,β-环氧酸酯

* CH2 生成醛CHR 生成酮

醛、酮与α-卤代酸酯在强碱(RONa, NaNH2, (CH3)3COK)催化作用下互相作用，生成α,β-环氧酸酯的反应称为达参

(Darzen, G.)反应.


二反应机理

BrCH2COOEtNaNH2 BrCHCOOEt

C=OCH3C6H5

C CCH3C6H5

Br

O-

C CCH3C6H5

Br

O-

CO2EtH CO2Et

H+

CH3C6H5

C

O

CH CO

OH

CH3C6H5

C=CH-OHCH3C6H5

CHCHO-CO2

产生碳负离子

OH-C

O

CHCO2EtC6H5

CH3-Br- H+



ORCO2Et

OCO2Et

OH- H+CO

R

CHOOH- H+

实例：由环己酮转化成其他化合物O

RCHCO2Ett-BuOK, 0-15℃

ClCH2CO2Ett-BuOK, 0-15℃, 3h

Cl

三应用

合成环氧酸酯，合成比原料醛、酮多一个碳的醛、酮。



实例：由苯甲醛转化成其他化合物

O

H

COOEt

-OH H+CH2CHO

O

COOEt

-OH H+CH2C

O

C6H5CHCO2Et

ClCH2CO2Et

ClCHO

t-BuOK

t-BuOK


50


第十二节安息香缩合反应和二苯乙醇酮重排

2 ArCHO ArCH-CArOH O

KCN醇-水

C CHO OH

俗称安息香(Benzoin)

一安息香缩合反应

芳香醛在氰化钾的作用下，发生双分子缩合，生成α-羟基酮的反应称为安息香缩合反应。


2 反应机理

CH + CN-

O

C

O-

CN

H C-

CN

OH

CH

OC

O-

H

C

CN

OH

C

H

C

CN OH

O

C

H

C

OH

O-

H+~



N CHOCH3CH3

CHO+ KCN醇-水

NCH3CH3

N CCH3CH3

OH

HCO

COH

HCO

+

受体(给体) 给体(受体)

3 实例



二二苯乙醇酸重排

反应机理：

C6H5C CC6H5

O OOH-

140 oCC6H5C C

O O-

OH

C6H5 CH5C6

H5C6

CO- O

OH

(C6H5)2C

OH

C

O

O- H+(C6H5)2C

OH

C

O

OH

α-二酮在浓碱作用下发生重排，生成安息香酸的重排反

应称为二苯乙醇酸重排。



3 反应实例

HOOCCH2C-CCH2COOH (HOOCCH2)2C-COOHO O OH

OH- H+

O

O OC CO O

O C COOH2

OH - H +



若用C2H5ONa代替NaOH，产物不是α-羟基酸，而是α-羟基酯.

C CO O

H3CO OCH3C2H5ONa H+

H3COOHC COOC2H5

2

O

O

OHCOOH

NaOH, H2O H+80 %

250℃


51


第十六章第十六章

含氮芳香化合物含氮芳香化合物


第十六章第十六章含氮芳香化合物含氮芳香化合物

第一节芳香硝基化合物第二节芳香胺第三节重氮盐在合成上的应用第四节苯炔


第一节芳香硝基化合物

一表达方式与结构

结构示意图

Ar-NO2 NO

O

NO

ON

O

O

+N

O

O

+

+

两个等价的共振式，结构是对称的。

N

O

O

分子表达式


硝基电子效应

强吸电子基团（吸电子诱导、吸电子共轭）

硝基同分异构体

芳香硝基化合物与亚硝酸（芳基）酯是同分异构体。

Ar-NO2，Ar-O-N=O



二物理性质、光谱性质和用途

1 物理性质：

2 光谱性质：

3 用途:

大多数硝基化合物都是由芳环直接硝化制备的。

三制备



四芳香硝基化合物的重要化学性质

1 还原反应

NO

NO2

NH-OH

NH2

亚硝基苯（中间还原产物）

苯基羟胺

（中间还原产物）

(SnCl2 + HCl; Fe + HClSn + HCl; Fe + HCl)

Na2Cr2O7 + H2SO4

Fe + HCl

H2/催化

Fe + HCl

Zn + NH4Cl + H

2OH

2SO5

（1）单分子还原反应

硝基苯苯胺


52



亚硝基苯和苯胺反应生成偶氮苯的反应机理


（2）双分子还原反应

NaOH +H2O2PhNO2

Ph-N=N-Ph Ph-NH-NH-Ph

ZnNaOHH2O

As2O3

Zn +NaOH +H2O

氢化偶氮苯

氧化偶氮苯

偶氮苯

Ph-N=N-Ph

O-

+



2 芳环上的亲核取代反应（SN2Ar）

芳环上的一个基团被一个亲核试剂取代，称为芳环上的亲核取代反应。

硝基对亲核取代反应的影响：

在芳香亲核取代反应中，硝基是一个活化的邻对位定位基。

L

+ Nu:-

Nu

+ L-



SN2Ar反应机理

L

+ Nu:-

Nu

+ L-

NO2 NO2

Nu

NOO

L

慢






1902年，Meisenheimer J (迈森哈梅尔)从2,4,6-三硝基苯乙醚(i)与甲醇钾反应以及2,4,6-三硝基苯甲醚(ii)与乙醇钾反应的过程中，分离出来了所形成的σ络合物(iii)，证实了上述亲核取代反应机理是通过中间体负离子进行的。因此文献上常把芳香亲核取代反应中的σ络合物叫做Meisenheimer络合物：

类似(iii)的多种σ络合物的具体结构已于1964年被核磁共振谱证实，以后的结晶学研究结果证明，由核磁共振谱得到的结论是正确的，所以这类σ络合物的一般结构是已肯定的。

53


OC2H5 +O2N

NO2

O2N

NO2

H2N HN + EtOH180oC

O OCH3

-X

-NO2

HX

HNO2

HO OCH3

应用实例




硝基对亲核取代反应的影响：

在芳香亲核取代反应中，硝基是一个活化的邻对位定位基。



H-, HS-, RO-, CN-, -SCN, -OH,

可被取代的基团：

活化基团：

亲核试剂：




第二节芳香胺

一芳胺的物理性质

1 硝基化合物的还原

二芳胺的制备

2 芳环的亲核取代

3 用霍夫曼重排制备

NO2NH2

or H2/Cu Δ 加压 (产率 95%)

Fe + HCl (产率 100%)

OH NH2

NH3 BrO2N

NO2

O2N

NO2

NH-RRNH2

NH

O

O

NaOH + X2COONa

NH2

Δ 加压


第二节芳香胺

三芳胺的化学性质

1 氧化

2 亲电取代

3 联苯胺重排

4 重氮化反应

54


第二节芳香胺

N上有氢的芳香胺极易氧化，随氧化剂种类及反应条件的

不同，氧化产物也不同。

三级芳胺或四级铵盐的N上没有H，很难氧化。

1 氧化


第二节芳香胺

2 芳香胺芳环上的亲电取代反应

-NH2、-NHR、-NR2、-NHAr等是强邻对位定位基。

是空阻较大的中等强度的邻对位定位基。CH3CNH-O

+ + + + +-NH3，-NH2R，-NHR2，-NR3，-NH2Ar是间位定位基。

定位效应


第二节芳香胺

（1）卤化

I2

NH2Br2 / H2O

HCl

Ac2O, CH3COONa

NH2I

NH2Br

Br

Br

NHCCH3BrO

NHCCH3

OBr2 / H2O

H2O

H+NH2 + HOAcBr


第二节芳香胺

（2）磺化NH2

NH2

发烟 H2SO4 室温

NH2

SO3H

浓H2SO4

+NH2HSO4-

180-190oC

-H2ONHSO3H

重排

NH2

SO3H

+NH3

SO3-

成盐内盐（两性离子）


第二节芳香胺

稀HCl

NH2

CH3CClO NHCOCH3

80 oC

HOSO2Cl氯磺酸

NHCOCH3

SO2Cl

RNH2

NHCOCH3

SO2NHR

NH2

SO2NHR

磺胺药物的制备


第二节芳香胺

稀HNO3硝化主要得邻对位产物，浓HNO3硝化，主要得

间位产物。

（3）硝化

一级胺、二级胺氮上有氢，易被硝酸氧化，不宜直接硝化。

三级苯胺由于N上没有氢，可以用硝酸直接硝化。

NH2 NHCOCH3

NH2NO2

NH2

NO2

NHCOCH3NO2

NO2

NHCOCH3

+

稀HCl, (CH3CO)2O

CH3COONa

回流

硝化试剂

水解 +

55


第二节芳香胺

三级芳胺氮上没有H，可直接进行傅氏酰化反应。

（4）酰化

一级芳胺、二级芳胺N上有氢，直接酰化时，芳核和N上都会发生酰基化。所以，必须将NH2保护。

NHCOCH3

COCH2CH2CH3

NH2 NHCOCH3CH3CCl

OCH3CH2CH2CCl

O

AlCl3 CS2

NaOH H2O

NH2

COCH2CH2CH3

CH3CClO

(CH3)2N +AlCl3

(CH3)2N CCH3

O


第二节芳香胺

N, N-二甲苯胺与三氯氧磷、二甲基甲酰胺作用，在苯环上引入甲酰基的反应.

（5）威斯麦尔反应

NH2 N(CH3)2CH3OH PPA

200oC

HCON(CH3)2

POCl3

N(CH3)2

CHO

OH

+ HCN(CH3)2POCl3

OH

CHO

OHO OH

请复习：加特曼-科赫反应加特曼醛合成法

加特曼-亚当斯反应氯甲基化反应


第二节芳香胺

3 联苯胺重排

氢化偶氮苯在酸催化下发生重排，生成4,4’-二氨基联苯的

反应称为联苯胺重排。

NH-NH H2N NH2 H2N

NH2H+

+

NH Y NH

H Y

H+

NH2

Y328


H2N NH2

CH3

CH3

NH-NHC2H5

C2H5NH-NH

CH3

CH3

+

反应机制：重排是分子内的。

H2N NH2

C2H5

C2H5

H2N NH2

C2H5

CH3

+

第二节芳香胺


+

+

H2N NH2

CH314

NH-NHCH3

CH3

NH-NHCH314

H2N NH2

CH3

CH3

H2N NH2

CH314

CH3

第二节芳香胺


极化过渡态理论

H+

NH2H2N

NH2

H

NH2

H

++

NH2

H

NH2

H

++

- H+

联苯胺

NH NH

HH

NH2 NH2+ +

第二节芳香胺

56


4 重氮化反应

一级胺与亚硝酸作用，生成重氮盐的反应。（pH > 3的酸

性条件）

[ C6H5-N N ] Cl-+

*1 碱性弱的芳香胺不易发生重氮化反应。

*2 重氮化反应必须在酸性溶液中进行。

*3 重氮盐通常不从溶液中分离出来。

0-5oC C2H5OH H2O C6H5-NH2

NaNO2 + HCl, or C4H9ONO + CH3CO2H

第二节芳香胺


反应机理

HO-N=O + H + H2O-NO+

H2O + +NO

Ar-NH2 + +NO

Ar-NH-N=O Ar-N=N-OH

Ar-N=N-OH2 Ar-N N + H2O

Ar-NH2-NO-H+

H+

+

+

+互变异构

第二节芳香胺


重氮盐在碱性条件下的转换[C6H5N N] X -

+

(C6H5N N)OH -+

N-OKC6H5-N C6H5-N

KO-N

C6H5-N=N-O- Na+ + 2HCl [ C6H5-N=N-O- H + ] + NaCl

[ C6H5N N ] Cl - + H2O+

KOH

HCl HCl

HCl

KOH

正重氮酸盐异重氮酸盐

第二节芳香胺


第三节重氮盐在合成上的应用

一桑德迈耳反应和加特曼反应

Ar-N N Cl -+

桑德迈耳反应

推广的桑德迈耳反应

HBr + CuBr or HCl + CuClArBr or ArCl

ArBr or ArCl

ArCN

ArNO2 or ArSO3Na

or ArSCN

KCN + CuCN （中性条件）

Cu + HBr or Cu + HCl

Cu + NaNO2, Cu + Na2SO3

Cu + KSCN

加特曼反应

推广的加特曼反应


桑德迈耳的反应机理（自由基取代反应）

+N N CuCl

+N N

Cl

+ CuCl

+ CuCl2 + N2

+ CuCl

CuCl2 提供一个Cl

络合

电子转移



二重氮盐的水解（SNlAr）

重氮盐的酸性水溶液分解成酚和放出氮气的反应。

反应机理：

[ C6H5-N N ] HSO4- + H2O

+ H+C6H5-OH + N2 + H2SO4

（74-79%）

N N+ -N2

+H2O

OH2+ OH

-H+


57


1. 用重氮硫酸氢盐进行水解反应。

2. 芳基上的取代基对水解速率的影响：

吸电子基团使反应速率减慢。

给电子基团处于邻对位，使反应速率减慢，处于间位

使反应速率加快。

A-C6H4N2+Cl- A-C6H4

+ + N2 + Cl -H2O, 29oC

A p-NO2 < m-Cl < H < m-CH3

V相对 1/240 1/24 1 4.5

讨论



三席曼反应（Schiemann）（SNlAr）

芳香重氮盐和冷的氟硼酸反应，生成溶解度较小，稳定性较高的氟硼酸盐，经过滤、干燥，然后加热分解产生氟苯.（1927年发现）

NH2

+ N2 + BF3

NaNO2 / H2O

HCl 0oC[ C6H5-N N ] Cl -

+ HBF4

NaBH4

[ C6H5-N N ] BF4 -+

F

不稳定溶解度较小，稳定性较高



反应机制：SNlAr

NH2 + NO+BF4- [ C6H5-N N ] BF4 -

+

[ C6H5-N N ] Cl -+ HBF4

[ C6H5-N N ] BF4 -+ -N2 + + BF4

-

F + BF3F BF3

（氟硼酸亚硝盐）


340

席曼反应的推广（奥拉，1961年）


N2I3+N2HSO4

- + NaI (orKI)+ -N2

35-37oC+Cl + N2 + BCl3

CH3N2BCl4-

CH3

128-134oC+Br + N2 + BBr3

CH3N2BBr4-

CH3

CH3

F

CH3

NH2无水HF，固体NaNO2

+ I I2 I + I2I3-+



1. 刚穆伯--巴赫曼反应

芳香重氮盐的芳基在碱性条件下（或在中性有机溶剂中）与其它芳香化合物偶联成联苯衍生物的反应称为刚穆伯--巴赫曼反应。

四、芳香化合物的芳基化

芳基取代另一个芳环上的氢，称为芳基化反应.（自由基取代反应）

or NaNO2-中性有机溶剂

反应条件温和

Ar-N2+Cl- + Ar1H

NaOH-H2O-苯体系Ar-Ar1



规律：芳环上有取代基时，偶联反应在取代

基的邻对位发生。

应用：是制备联苯和不对称联苯衍生物的重要方法.

反应机理

N2Cl- + NaOH+

N NOH-NaCl +

N=N OH + N2 + OH

+H

OH-H2O


58


一些重氮盐在碱性或稀酸的条件下发生分子内的偶联

反应称为普塑尔反应。

2. 普塑尔反应

ZZ

N2+

碱

Z： CH=CH CH2-CH2 NH C=O CH2

COOHCH=C

N2+

COOHCH=C

COOH

H

COOH

反应机理

-H.

Cu-N2

α-苯基肉桂酸的重氮盐



吸电子基通常是：C=C，C=O，C=N，X，Ar，COOH 等。吸电子基通常是：C=C，C=O，C=N，X，Ar，COOH 等。

3. 麦尔外因反应

重氮盐在氯化铜的催化作用下，与带有吸电子基的烯烃

作用，使后者芳基化的反应称为麦尔外因反应。+N N Cl -

+N N Cl -O2N

CH=CH-CN

CH-CHCNCl

CH=CCN

CH=CH-COOH

O2N C=CHCOOH

O2N CH=CH

+

+

-CO2t

CuCl2

-N2 10-30oC

-HCl

-N2 -HCl

CuCl2



五、重氮盐的还原

去氨基还原时用的还原剂：

次磷酸，乙醇（水相）

三正丁基锡（甲）烷，三乙基硅（甲）烷（有机相）

去氨基还原时用的还原剂：

次磷酸，乙醇（水相）

三正丁基锡（甲）烷，三乙基硅（甲）烷（有机相）

还原成肼用的还原剂：

硫代硫酸钠、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、HCl+SnCl2、

连二亚硫酸钠（保险粉）

还原成肼用的还原剂：

硫代硫酸钠、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、HCl+SnCl2、

连二亚硫酸钠（保险粉）

NH2 N NCl+

NH-NH20-5oC

NaNO2 / HCl

+ N2 + CH3CHO + HClCH3CH2OH

还原剂

少量Zn粉



应用：在合成中，借用氨基定位。

CH3

CH3

Cl

CH3

ClNHCCH3

O

H3PO2

HNO3 还原

乙酰化

H3+O HNO2

Cl2



六偶联反应

重氮盐正离子可以作为亲电试剂与酚，三级芳胺等活泼的芳香化合物进行芳环上的亲电取代，生成偶氮化合物，这类反应称为偶联反应。

1. 与酚偶联

Ar-N=N-O

偶氮化合物

×

pH=8-10

++Ar-N=NAr-N=NAr-N N

OH

OH



2. 与芳胺偶联

相同点：反应在邻，对位发生。

不同点：与酚偶联pH = 8-10，与芳胺偶联pH = 5-7问题：为什么主要产物为碳偶联产物？

Ar-N=N N(CH3)2

Ar-N=N

N(CH3)2

CH3

Ar-N NCl - + N(CH3)2+ HOAc H2O

pH= 5-7 0OC

Ar-N NCl - + N(CH3)2+ HOAc H2O

pH= 5-7 0OCH3C


59


偶氮染料是最大的一类化学合成染料，约有几千个化合物，这些染料大多是含有一个或几个偶氮基（-N=N-）的化合物。

古代染料多数是从植物中提取的。少数珍贵染料如海螺紫等

是从动物体内提取的。绝大多数染料是人工合成的。

*1. 1856年英国有机化学家帕金用重铬酸钾处理苯胺的硫酸盐，得到了第一个人工合成染料--苯胺紫。

*2. 1895年，格里斯发现了第一个重氮化合物，并制备了第一个偶氮染料--苯胺黄。

3 偶联反应的应用

（1）合成偶氮染料



（2）合成氨基化合物

OH

+ +N-O3S NCl-

-OH OH

N N SO3-

NaS2O4

OH

NH2

+ NH2-O3S

还原




N N · Cl−

Cl

F

OH

Br

I H

CN

NN


第四节苯炔

p轨道形成封闭的共轭体系

sp2-sp2有微弱重叠，形成另一个π键。

一苯炔的结构

去氢苯

1973年报道

IR证明

sp2杂化


第四节苯炔

二、苯炔的制备

1. 用邻氨基苯甲酸制备

*对碰撞极敏感，也极易

爆炸，但在非质子溶剂中较稳定，加热也不发生事故。

COOH

NH 2

C O-

N2

O

+

+ CH3(CH2)4ONOCH2Cl2

H+

+ H2O + CH3(CH2)4OH

+ CO2 + N2


第四节苯炔

2. 用邻二卤代苯与锂或镁反应制备F

Br

F

M

25-50oC

M THF-MF

消除M=Li, Mg

Cl

ClCl

Cl

Cl

Cl+ CH3CH2CH2CH2Li

乙醚，氮气保护

-25-35oC

Cl

ClCl

Cl

ClCl

360oC 加压

NaNH2Δ

10% NaOH

3. 用卤苯或邻对位无强吸电子基团的卤苯来制备

60


第四节苯炔

三、苯炔的反应

1. 二聚

2. 亲核加成

ROH, RO-, RLi, NH3, RNH2 , RCOO-, RCHO等都能作为亲核试剂。ROH, RO-, RLi, NH3, RNH2 , RCOO-, RCHO等都能作为亲核试剂。

+

Cl-OC

O

+

ClO-C

O ClO-C

OH+

+ CH3CH2CCH3

ONaNH2

OCHCCH3CH3


第四节苯炔

三烷基硼、卤素、卤化汞、卤化锡、卤化硅等亲电试剂均易与苯炔发生亲电加成。

3. 亲电加成

三烷基硼与苯炔加成时，如烷基上有β-H，可以脱掉一分子烯烃。

+ I II

++ I -

I

I

H

B(C2H5)2+

B(C2H5)2+ CH2=CH2

+ B(C2H5)3


第四节苯炔

4 环加成反应

+

O+ O OH

H

+H+ -H+

OH


第四节苯炔

四、芳香亲核取代的苯炔中间体机制

1. 实验事实

（1）Br NH2

CH3I

CH3

NH3(l)NH3(l)

NH3(l)

NaNH2

-NH2（2）


第四节苯炔

（3）Br

CH3

NH2

CH3

NH2

CH3

NH214

NH21414

Cl

Na NH3(l)

KNH2

NH3(l)

+

+

（4）在NH3(l)+KNH2中的反应速率为：

ArBr > ArI > ArCl >> ArF

上述实验事实用SN2Ar无法解释。


第四节苯炔

2. 苯炔中间体机制Cl

H

+ H2N-

Cl

-- Cl-

NH3

NH2

-- H-

NH2

H

NH3

NH3

61


第四节苯炔

3 反应规律 GX

G

XG

X

G

G

（1）取代

卤苯形成苯炔的位置

Cl>>F C-X键的断裂是决定反应速率的一步

Br>I 失去质子是决定反应速率的一步


第四节苯炔

3 反应规律

GG

NH2

G G

NH2

（2）氨基进入炔键的位置


第十七章第十七章

酚酚醌醌


第十七章第十七章酚酚醌醌

第一节苯酚的结构第二节酚的命名、物理性质和光谱

特性第三节酚的制备第四节苯酚及其衍生物的反应第五节萘酚的取代反应第六节多元酚第七节醌


二苯酚的共振式

第一节苯酚的结构

一杂化和电子云分布

C，O均为sp2杂化

O与苯环形成p-π共轭，共轭的结果：

*1. 增强了苯环上的电子云密度

*2. 增加了羟基上氢的解离能力

H

（贡献最大）

+++OH OH OHOHOH


酮式烯醇式为主酮式（因为形成封闭的共轭体系）

酮式为主烯醇式

三. 酚的互变异构体

CH3-C-CH3

OCH3-C=CH2

OH

OHO O

第一节苯酚的结构

62


第二节酚的命名、物理性质和光谱特性

酚的命名有二种：

1）若酚羟基为主官能团：将酚羟基与芳环一起作为母体，

含一个羟基称为酚，含二个羟基称为二酚，含三个羟

基称为三酚，其它基团为取代基。

2）若酚羟基不作为主官能团，酚羟基作为取代基。

酚的物理性质：

酚的光谱特性：


第三节酚的制备

一芳香磺酸的碱融熔法

+ H2SO4 SO3H SO3NaNa2SO3

NaOH

300 oCONa OH

H2SO4

60 oC

120 oC

SO3H

SO3H

NaOH H+

OH

NaOH H+OH

H+

Δ

Δ



二卤代苯的水解

卤苯水解有两种反应机制：

1 邻对位没有吸电子取代基的卤苯是按苯炔中间体机制进行的。

2 绝大多数邻，对位有吸电子取代基的卤苯是按加成消除机制进

行的。

Cl + NaOH Cu300 oC28MPa

ONa H+OH



三异丙苯法（见醛酮一章）

四重氮盐法

N2HSO4H2O

OH

N2BF4

HBF4

CH3COOHOCOCH3

H2O

+

+

-

-



五格氏试剂--硼酸酯法

-78 oCBrMg

THFMgBr

B(OCH3)3 B(OCH3)2

H+

H2OB(OH)2

15 % H2O2

CH3COOHOB(OH)2

H+

H2OOH + B(OH)3

苯基硼酸硼酸苯酯

苯基硼酸二甲酯


第四节苯酚及其衍生物的反应

一酸性

在混浊的苯酚、水混合液中，滴加5％的NaOH溶液，得到的

是透明的澄清溶液，这是因为苯酚和氢氧化钠发生了中和反应，生成的苯酚钠溶于水。由此可见苯酚具有酸性。

苯酚负离子的共振式

63



一酸性



一酸性

苯环上的取代基对酚酸性强弱的影响

电子效应的影响：吸电子基团使酸性增强，给电子基团使

酸性减弱。

OH

NO2

>OH

NO2

OH

NO2

7.15 7.22 8.39 4.09

OHNO2

O2N>NO2

OHNO2

O2N

0.25



一酸性

苯环上的取代基对酚酸性强弱的影响

空间效应的影响：空阻减弱溶剂化作用（溶剂化作用有利于

酚羟基的离解），从而使酸性减弱。

酸性极弱

OHCH2C(CH3)3

CH2C(CH3)3

(CH3)3CCH2



1. 酚的成醚反应：酚在碱性溶液中与卤代烃作用生成芳香醚的

反应。

反

应

机

理

反

应

机

理

二成醚反应和克莱森重排

OH

OCH2CH3 + NaBr

OCH3 + NaBrNaOH H2O

CH3CH2Br

NaOH H2O

CH3Br

O- + CH3 BrSN2

OCH3 + Br-

NO2O- +SN2Ar

Br

NO2

BrO

NO2

NO2

O NO2 + Br-

NO2



A为杂原子时均易被氢解

苯甲醚的两种特殊制法（溶剂不同）

OH

OCH3

芳基烃基醚的二个重要性质芳基烃基醚的二个重要性质

*1. 被碘氢酸解

*2. 催化氢解

OCH3

+ CH3OSO3-Na+

+ N2

(CH3)2SO4

NaOH H2O

CH2N2 醚

OCH3

H2/Pd

HIOH + CH3I

OCH2 OH + CH3

CH2-A



OCH2CH=CH2

200oC

14OH

CH2CH=CH2200oC

OH

CH2CH=CH2

14

14

2. 克莱森重排

烯丙基芳基醚在高温下可以重排为邻烯丙基酚或对烯丙基酚，这称为克莱森重排。

γ β α

α β γ

α β γ

64



2. 克莱森重排的反应机理

O

H

1 2

3

1

2

3 H

1 2

3

1

2

3

OH

12

3

12

3

23

1

OOH

O

H

4

5

H

HO

O

H

O

H

H

环状过渡态

烯丙基苯基醚邻烯丙基苯酚

对烯丙基苯酚

互变异构

互变异构

环状过渡态

[3,3]σ-迁移

α

ααα

α

β β ββ

β ββ

β

γ γ γγ

γγγ

γ

[3,3]σ-迁移

α α α



克莱森重排的立体化学规律

O

HMe

MeH

O

H

MeMe

H

O

HMe

MeH

RZ

HO

Me

MeHR

E

O

H

MeMe

HR

E

HO

MeMe

HSE



1. 成酯反应

三成酯反应和弗里斯重排

OH

OCOR

OCOR

OCOCH3

R-C-ClO

RCOOH

+ (CH3CO)2O + CH3COOH

+ HCl

+ H2O

酸或碱

酸或碱

特殊仪器

酸：H2SO4 H3PO4 碱： NaOH Na2CO3 K2CO3

苯酚转变成羧酸酚酯的反应



2. 弗里斯重排

酚酯与路易斯酸一起加热，可发生酰基重排生成邻羟基和对羟基

芳酮的衍生物。该重排反应称为弗里斯重排。（酚的芳环上带有

间位定位基的酯不能发生此重排）

OCR

O

AlCl3

OH

CR

O

+ CRHO

O



CH3CO

O O

C

CH3

O AlCl3 CH3COC

HOO

OH3C

+

AlCl2

Cl

_

-HCl CH3CO

O

C

O

OH3C AlCl2

H2O

CH3CO

O

CCH3

O

弗里斯重排的反应机制



弗里斯重排的区域选择性

OH OCOCH3

CH3COCH3

CH3

AlCl325oC or PPA

热力学产物动力学产物

OH

OH3CCAlCl3

165oC or TiCl4CH3

65



（1）酚在酸性条件下或在CS2、CCl4等非极性溶液中进行氯化

和溴化，一般只得到一卤代产物。

OH

OHBr

OHBr

OHCl

OH

ClOH

Br

OH

Cl

+ HBr

Br2 CS2 5oC

Br2 冰HOAc 回流

HOCl+ H2O

+ HBr

+

+ Me3COH(CH3)3C-O-Cl（次氯酸的三级丁酯）

CuCl2 180oC

-HCl

1 酚的卤化四酚芳环上的一般亲电取代反应



OH OHCl

OHCl

OH

OHCl OHCl

Cl+ HOCl

Cl2

Cl2

77%

67%

（2）酚在中性或碱性溶液中卤化，则得到2,4,6-三卤苯酚

OH + Br2 OH

Br

Br

Br



（3）多元卤代酚用锌和10%的氢氧化钠溶液在100℃或室温下

处理，可有选择性地除去某些卤原子

去卤顺序 I > Br（Cl不行）对位 > 邻位

OH

Bu-t

Br

I OH

Bu-t

Br

(100oC除Br原子)

Zn 10%NaOH 20oC 0.5 h



应用：1 定位； 2 芳核位置保护基；3 引入酚羟基。

2 酚的磺化

OH

OH

OHSO3H

HO SO3H

OHSO3H

SO3H

H2SO4（浓）

15-25oC

80-100oC

H2SO4（浓）

80-100oC

H2SO4（稀）

回流



2,4,6-三硝基苯酚的制备

OH OHNO2

NO2

O2N

OHNO2

NO2

O2NOH

NO2

NO2

ClNO2

NO2

OH

SO3H

SO3H

Cl浓HNO3

HNO3

水解

NaOH H+ HNO3

苦味酸

浓H2SO4

100oC

3 酚的硝化

室温

OH

HO NO2

OHNO2

+ 稀HNO3(20%) -H2O +

35 % -40% 12 % -15%



（1）亚硝基正离子（+NO）是一个弱的亲电试剂，只能

与带有强活化基团的芳环发生亚硝基化。

4 酚的亚硝基化

66



（2）亚硝基化可以在酸性介质中进行，也能在碱性介质

中进行。




（3）亚硝基苯的性质：能与苯酚缩合。




羧酸

5 酚的傅-克反应

芳环上的电荷密度较高，因此烷基化、酰基化反应可以在较

弱的催化剂作用下进行。

苯酚的羟基和苯环均可发生酰基化反应，情况如下：

对苯环酰基化有利

对酚羟基氧上的酰基化有利

路易斯酸（羧酸用BF3）

质子酸或碱

苯酚 + 酸酐

酰卤



具体分析路易斯酸催化：路易斯酸使羟基进攻羧羰基的能力减弱；

路易斯有利于酰基正离子的形成。

R-C-ClO

R-C+O

R-C+O

OAlCl2

R-CO

OAlCl2 R-CO

OH

OAlCl2R-C

O

H

ArOH + AlCl3 ArOAlCl2 + HCl

+ AlCl3 + AlCl4-

+

H2O-H+



碱催化（碱有利于酚氧负离子形成）

O-

O

O

O

O- O

O

O

+

OCCH2CH2COO O

H2O

OCCH2CH2COHO O

质子酸催化：（质子酸有利于增强羰基活性）

OH O

O

OH

+

+

OH

O

O

OH+

OH

O

O

O

H+

OCCH2CH2COHOH O+

OCCH2CH2COHO O

H+~

-H+



苯酚的一个特殊反应是：在浓硫酸或无水氯化锌的作用下，与邻苯二甲酸酐不发生傅氏反应，而发生缩合反应生成酚酞。

OC

O

HO OH

+

OH

O

O

O

O-H

O

O

HO

OH -

H+

OH

COO-

C

HO

O

OH

O

O

HO（浓）H2SO4 H+

Δ 亲核加成芳香亲电取代

酚酞

-H2O

67



苯酚傅克反应的实例苯酚傅克反应的实例

OH

OH

OH

OH(CH3)3C

OHCH3CO

OHCH3(CH2)10CO

CH3(CH2)10CClO

+ (CH3)3CCl

BF3

HF

AlCl3-HCl

OAlCl2C6H5-NO2 or CS2

H3O+ OHO

(CH2)10CH3+

56%34%

95%

+ CH3COOHO

HO

CH3

+



五瑞穆尔--悌曼反应

酚与氯仿在碱性溶液中加热生成邻位及对位羟基苯甲醛的反应

称为瑞穆尔--悌曼反应。

OH OHCHO+ CHCl3

10%NaOH-H2O

Or K2CO3 吡啶+

OH

CHO20 % -35% 8 % -12%

瑞穆尔--悌曼反应



五瑞穆尔--悌曼反应



酚羟基的邻位或对位有取代基时，常有副产物2,2-或4,4-

二取代的环己二烯酮产生。

OHCH3 + CHCl3

8%

H2O

NaOH

20%

2,2-二取代的

环已二烯酮

OHCHOCH3

OH

CHO

CH3

OCH3

CHCl2+ +



OHCHO+ (CH3CO)2O

CH3COONaOH

CH=CHCOOH O O

香豆素

蒲尔金反应



干燥的酚钠（或酚钾）与二氧化碳（或一氧化碳加碳酸

钾）在加温加压下生成羟基苯甲酸的反应。

ONa + CO2125-150oC

0.5MPaOH

COONa

H+OH

COOH

OCCH3COOH

OCH3CClO

六柯尔伯--施密特反应（亲电取代反应）

阿斯匹林

世纪神药阿斯匹林为白色针状、片状或砂

粒状结晶或结晶性粉末，微溶于水，易于

乙醇、醚和氯仿，也溶于氢氧化钠或碳酸

钠的溶液中。在干燥空气中稳定，但在湿

空气中易水解为水杨酸和醋酸。

世纪神药阿斯匹林为白色针状、片状或砂

粒状结晶或结晶性粉末，微溶于水，易于

乙醇、醚和氯仿，也溶于氢氧化钠或碳酸

钠的溶液中。在干燥空气中稳定，但在湿

空气中易水解为水杨酸和醋酸。

68



OK + K2CO3 + CO

K2CO3 2MPa

OHCCH2CH3

OOH

C-CHCH3

COO-O

130oC CO2

烯醇化

关环

O O

CH3OH

COOK + HCOOKKO

COOHHO

200-250oC

0.5MPaH+

O O

CH3O



治疗结核病的有效药物

解热、镇痛剂泌尿系统的消毒剂中草药四季青的抗菌有效成分

COOHOCOCH3

COOH

OH

COO HOOH

原儿茶酸

3，4-二羟基苯甲酸

阿司匹林

乙酰基水杨酸

邻乙酰氧基苯甲酸

萨罗

邻羟基苯甲酸苯酯



苯及其衍生物在金属锂（或钠）的液氨、醇混合液中反应，苯环被还原成1,4-环己二烯类化合物的反应称为伯奇还原。

七芳香醚的伯奇还原

OH OCH3 OCH3

OH O O

1-甲氧基-1,4-环己二烯

CH2N2 Li NH3(l)

C2H5OH

HCl / H2O HCl

H2O

406

碱金属和碱土金属溶于液氨中产生溶剂化电子。这些溶

剂化的电子是一种强力的还原试剂，可以还原许多共轭多键体系。这个以Birch命名的反应方法提供了一种从取代的芳环选择性生成1,4-环己二烯的方法8。

LiNH3(l)

Li + e (NH3)n

Advanced Organic Chemistry, Chapter 3, Jian Pei, College of Chemistry, Peking University,


407

通过类似的方法，对于像25的吸电子基团取代的芳烃，电子转移产生自由基负离子26。在对位质子化形成中间体27，再次发生电子转移步骤和质子化反应生成化合物28。在大多数情况下， tBuOH是一个很好的质子

源。给电子基团取代的芳烃

OMe OMe OMe OMe

21 22 23 24e

ROH

- RO

e ; ROH

- RO



408

吸电子基团取代的芳烃

CO2 CO2 CO2 CO2

25 26 27 28

e ; ROH

- RO

ROH- RO

e



69

409

1． Li-NH3, THF, -40 oC, 10分钟; 异戊二烯, -78 oC, 15分钟。2．烯丙基溴, -78 oC至35 oC, 30分钟。两步反应总产率为82%。

O O

O

O O

OH

2 3

1.2.

Advanced Organic Chemistry, Jian Pei, College of Chemistry, Peking University,


410

孤立的碳碳双键通常不能被溶剂解的金属试剂还原，因为形

成电子加成产物中间体所需要的能量比普通试剂所能提供的更高。但是共轭双键就有可能被还原，因为这样中间体可以通过电子离域而被稳定。迄今最好的试剂是碱金属的液氨溶液，加或者不加醇皆可，这就是Birch反应的还原条件。通过这种方法，共轭双烯、α,β-不饱和酮、苯乙烯衍生物甚至苯环都可以

被还原成二氢衍生物。

孤立的碳碳双键通常不能被溶剂解的金属试剂还原，因为形

成电子加成产物中间体所需要的能量比普通试剂所能提供的更高。但是共轭双键就有可能被还原，因为这样中间体可以通过电子离域而被稳定。迄今最好的试剂是碱金属的液氨溶液，加或者不加醇皆可，这就是Birch反应的还原条件。通过这种方法，共轭双烯、α,β-不饱和酮、苯乙烯衍生物甚至苯环都可以

被还原成二氢衍生物。



411

碱金属的液氨溶液含有溶剂化的金属阳离子和电子，这些

试剂具有还原作用是因为电子的空阻较小。反应经常在氨的沸点（-33 oC）下进行，由于在这个温度下许多有机化合物在液

氨中的溶解度都很低，所以经常加入例如乙醚或者四氢呋喃之类的助溶剂来增加有机化合物的溶解度。还原反应的第一步是阴离子自由基10的形成，它随后从氨（或者加入的醇）中俘获一个质子生成11，然后，在加成上另外一个电子之后形成烯醇负离子13。在没有更强酸（如醇类）存在的情况下，这个阴离

子保留它的负电荷，并且不再与使底物进一步还原的另外一个电子反应。

碱金属的液氨溶液含有溶剂化的金属阳离子和电子，这些

试剂具有还原作用是因为电子的空阻较小。反应经常在氨的沸点（-33 oC）下进行，由于在这个温度下许多有机化合物在液

氨中的溶解度都很低，所以经常加入例如乙醚或者四氢呋喃之类的助溶剂来增加有机化合物的溶解度。还原反应的第一步是阴离子自由基10的形成，它随后从氨（或者加入的醇）中俘获一个质子生成11，然后，在加成上另外一个电子之后形成烯醇负离子13。在没有更强酸（如醇类）存在的情况下，这个阴离

子保留它的负电荷，并且不再与使底物进一步还原的另外一个电子反应。



412

2

Li

O

10

O

NH3

11

HO

12

HO

13

OH

Li

(l)



413

HO

CH3

HO

CH3

反-12

顺-12

.




苯酚和甲醛在酸性条件下的反应苯酚和甲醛在酸性条件下的反应

CH2=O + H+ CH2=OH+ +CH2-OH

HO + +CH2-OH HOCH2-OH

+ H

HO CH2-OH H+HO CH2-OH2

-H+

+ -H2O

HO CH2+ OH

HO CH2 +H

-H+HO CH2 OH

OH

八苯酚和甲醛的缩合


70


OH + -OH O- + H2O

苯酚和甲醛在碱性条件的缩合

-O + CH2=O OHCH2-O-

-O CH2-OH -OH -O CH2

O-

OH

CH2 O- HO CH2 O-

HO CH2 OH

H2O






OHOH HOOH OHOHOHOH OH

OHOHOH

OHOH

OH

杯[4]芳烃杯[5]芳烃杯[6]芳烃


九三氯化铁试验

6 C6H5OH + FeCl3 [ Fe(OC6H5)6 ]3- + 3HCl + 3H+

蓝色



第五节萘酚的取代反应

一布赫尔反应（只适用于萘酚）

萘酚在亚硫酸氢钠存在下与氨作用，转变成相应萘胺的反应。OH

NaHSO3

NH3

NH2

OHHSO3

-O

H SO3H

O

H SO3-

-

NH3NH

H SO3-

NH

H SO3H

-

-HSO3- NH2



反

应

机

理

OH

NH

O O-

O

HSO3-

H SO3H

OH

H SO3- H SO3

-

NH3

H SO3-

NH

H SO3H

NH

NH2

- HSO3-

酸碱反应

互变异构

互变异构

互变异构

1,4-亲核加成

亲核加成-消除

酸碱反应消除

H2O

71



应用实例：（与萘磺化反应结合，在β位引入基团）

SO3H OH

NH2+N2 BrCuBr HBr

160oCH2SO4

NaOH

融熔

H+ NaHSO3 NH3

Δ 加压

NaNO2 HBr



二萘酚的磺化

OH

H2SO4

OH

SO3H

OH

SO3H

SO3H

H2SO4

α-萘酚的磺化

4-羟基-1-萘磺酸 4-羟基-1,3-萘二磺酸



β-萘酚的磺化

OH94 % H2SO4

OH

SO3HOH

SO3H

95 oC

OH

HO3S

OH

HO3S

SO3H

OH

HO3S SO3H56 %

7-羟基-1-萘磺酸

G酸R酸

6-羟基-1-萘磺酸


第六节多元酚

一二元酚的制备

1 工业制备法

邻二酚的制备

OHSO3Na

OHCl

ClCl

OHOH

+ NaCl

+ NaOH (20%水溶液)CuSO4

200oC 加压

H++ Na2SO4

+ NaOH

+ NaOH

Cu2+

Cu2+

H+

H+

OHOH

OHOH

+ 2NaCl


间苯二酚的制备

OH

OHONa

ONa

SO3Na

SO3Na+ NaOH

H+融熔

对苯二酚的制备

OHHO

CH(CH3)2(H3C)2CH

+ CH3CCH3

O

2 H3O+氧化重排

第六节多元酚


2 实验室制法

达金反应：水杨醛在氢氧化钠水溶液中与过氧化氢作用生

成邻苯二酚的反应。

OH

CHO

OH

OH

ONa

ONa

-HCOONaNaOH / H2O H++ H2O2

+

OH

CH=O+ -OOH

O-

CHO-

OOHO-

CHO-

O

HOOH

- OH-

O-

OCHO

O-

O-

OH

OHH2O 2H+

-HCO2-

反应机理

第六节多元酚

72


第六节多元酚

1,2-亚甲基二氧苯

1 邻苯二酚的亚甲基化

OH

OH

+ CH2Cl2NaOH / DMSO125~130oC, N2 O

O


2 间苯二酚的特性反应

OH

OHOCCH3

O

OCCH3O

OH

OHRC

O

O

O

N-OH

N-OH

O

O

O

OH

ZnCl2 / HCl

Na-Hg / H2O2NH2OH

- H2O

H2O

+ 2CH3COOHRCN 2(CH3CO)2O

酮的反应

羟基的反应

霍本-赫施反应

发生苯环上的反应双烯醇型

双酮型

烯醇酮型

二氢间苯二酚

第六节多元酚


连苯三酚的制备

OH

COOH

OHHO -CO2

Δ

OHOHHO

二三元酚的制备

间苯三酚的制备

CH3

NO2

NO2O2NCOOH

NO2

NO2O2N

COOH

NH2

NH2H2N OH

OH

HO

KMnO4

HCl

Sn

100oC

HCl/H2O

-CO2, -NH4Cl

第六节多元酚


偏苯三酚的制备

OH

OH

O

O

CH3C-O-CCH3

O O

H

O OCCH3

O

OCCH3

O

OHOCCH3

O

OCCH3

O

OCCH3

O

OCCH3

O

OCCH3O

OHOH

OH

< O >

H

O OCCH3

O

OCCH3

O

+ CH3C-O-CCH3

O OO

O

+OCCH3

O

O

OCCH3

O

CH3C-O-CCH3

O O

1,4-共轭加成

H2O

水解

1,4-亲核加成

互变异构

酚羟基乙酰化

加成消除

第六节多元酚


三酚的特性反应

O

OO NH

NH

HN

OH

OH

HO

NH2

NH2

H2N

OCH3CH3O

OCH3

OCCH3

O

OCCH3O

CH3COO

CH3C-O-CCH3

O O

酮的反应

3NH3 -3H2O

CH2N2

发生苯环上的反应

3H2O 3HCl -3NH4Cl 酮与氨的反应

互变异构

羟基的反应

1 间苯三酚的特性反应

第六节多元酚


第七节醌

一醌的结构和名称

O O

O

OO

O

OO

含有共轭环已二烯二酮结构的一类化合物称为醌

O

O

O

O

OHOH

OO

O

O

1,2-苯醌1,4-苯醌

2,6-萘醌

1,4-萘醌1,2-萘醌

9,10-蒽醌 9,10-菲醌茜素（1,2-二羟基-9,10-蒽醌）

Χ-射线测出对苯醌的碳碳键长是不均等的，实测数据表明对苯醌是一个环烯酮，相当于α,β-不饱和

酮。醌类化合物都有颜色，广泛分布于自然界。

73


第七节醌

苯醌的制备

二醌的制备OH

OH

O

O

OOAgO 醚 HNO3

NH2

NH2

OH

OH NH2

NH2

H2SO4 30oC

Na2Cr2O7

H2SO4 20-30oC

OH

NH2Cl

Na2Cr2O7

Na2Cr2O7

H2SO4

O

O

Cl

OHNa2Cr2O7

H2SO4

O

O

O

O

(KO3S)2NO

-H2O

OH

OH

< O >CO2 + H2O


第七节醌

萘醌的制备

OOOH

NH2 OH O

O

OH

OHNH2

NH2 O

O

CH3O

O

CH3

Na2Cr2O7FeCl3 / H2O

HCl

HNO3 < O > < O >


第七节醌

蒽醌和菲醌的制备

OO

O

O

OH

OHO2

O2 V2O5 Na2S2O4

O2 V2O5

Δ

Δ


第七节醌

三对苯醌的反应

对苯醌氢醌

氧化剂(FeCl3,HNO3)

还原（如SO3or Na2S2O3)

氧化剂还原剂

+ 2H+ + 2e

在水溶液中的平衡可逆的电化学氧化还原体系

带有吸电子基团的对苯醌氧化性增强

1 对苯醌的还原

OO OHHO

OO OHHO


第七节醌

1. 从反应机制可以推断：带有强吸电子基团的对苯醌易被

原，所以是强氧化剂。带有给电子基团的对苯醌比未被取代

的醌稳定，不易被还原。所以是弱氧化剂。O-

O

CH3CH3

CH3CH3

2. 半醌是一类稳定的自由基负离子中间体，有的

半醌已经得到，例如：

OH

OH

O-

O-

O-

O

O

O-

+ e e 2H+

反应机理

半醌

O

O


第七节醌

醌氢醌

醌氢醌

介绍二个特殊的化合物介绍二个特殊的化合物

电荷转移络合物

............

............

+2

O

O

O-H

O-HOH

OHO

O

O

OH

74


第七节醌

对苯二酚常可用做抗氧剂和阻断剂

通过消灭自由基而使自由基反应中断。

对苯二酚

OH

OH

R + RH +

O

OH

O

OH

OH

OH

O

O

1/2 1/2+


第七节醌

2 对苯醌的加成反应

（1）与羰基的亲核的加成:

对苯醌二肟

+ NH2OH

+ NH2OH

H+ 互变异构

对苯醌单肟

H+

N-OH

N-OH

与其它氨的衍生物也能发生反应。

互变异构

O

O O

N-OH

OH

NO

O

H N=O

(a) 与羟胺的反应(1,2-加成)


第七节醌

（b）与格氏试剂的反应R OH OH

OH

RH+

+ RMgIH2O

-Mg(OH)I

醌醇在酸性条件下可以重排成烃基取代的苯酚。反应机理如上。

醌醇

R OH

OH

OH

R

H+ -H+重排

重排

O

R OMgI

R OH

+OH OH

R OH+

OH

ROH+

H


第七节醌

在甲醇和乙醚的混合液中，与羰基发生加成。

O

O

I I

I I

O-

O

I I

I I

CH2-N2+

O

I I

I I

OH2 / 催

+ -CH2N2+ -N2

反应机理不清

OH

I I

I I

CH2OH

（c）与重氮甲烷的反应


第七节醌

在单纯的乙醚中，与对苯醌发生1,3偶极环加成。

+ -CH2N2+

O

O

NN

O

O

NN

O

O

NN

O

O

NNN

NN

N

1,3偶极环加成

1,3偶极环加成

- CH 2N2+

互变异构

互变异构

O

O


第七节醌

氯也可以进行同样的反应。

（2）与对苯醌碳碳双键的加成

O

O

O

O

O

O

O

O

+ Br2HOAc Br2 / HOAc

H

HBr

BrO

O

H

HBr

BrBr

Br

H

H

Br

Br

Br

-HBr -HBrOH-

OH-

75


第七节醌

产物2,3,5,6-四氯-1,4-苯醌是一个常用的氧化剂

（3）对苯醌的1,4-加成反应

O

O

OH

OHCl

O

OCl

O

OCl

ClO

OCl

ClCl

OClH

OH

+ HCl

O

OCl

ClCl

Cl

2,3,5,6-四氯-1,4-苯醌

1,4-加成氧化， KClO4互变异构 H+

（a）与氯化氢的1,4-加成反应


第七节醌

反应机理

实例:O

OCl

ClCl

Cl

OH

OHCl

ClCl

Cl

O

OCl

ClCl

Cl

+OH

O-Cl

ClCl

Cl OH

OHCl

ClCl

Cl

+ 2 + 2

+

+

-

接受一个正氢

接受一个负氢


（b）与HCN的反应OH

OH

OH

OHCN

CN

OH

OHCN

CN

Cl

HCl

+ 2KCNH2SO4

C2H5OH+ + K2SO4

OH

OHCN

CN HNO3 HNO3

HNO3HCl DDQ常用来

作脱氢试剂

2

O

O

CN

CNCl

ClO

O

CN

CNCl

O

O

CN

CN

O

O

第七节醌

448

第一步反应的反应机理


+ KCNH2SO4 , C2H5OH

OH

OH

OH

OHCN

O O

+

+ KCNH2SO4 , C2H5OH

OH

OHCN

CN氧化

加成

加成

互变异构

互变异构

O

O

O

OCN

O

OCN

OHCN

CNO

H

第七节醌


（c）与甲醇的反应O

O

O

O

CH3O

OCH3

OH

OH

O

O O

OOCH3

O

O

CH3O

OCH3

OH

OHOCH3

OH

OOCH3

H

+ 2 CH3OH + 23

+ CH3OH

O O 氧化

1,4-亲核加成互变异构

互变异构CH3OH

CH3OH进攻电子密

度低的位置。

第七节醌

450

1．ZnCl2, MeOH, 回流, 64%。2．2.5 eq. NaHSO3, H2O, 回流, 78%。3．6.3 eq. Me2SO4, 0.2 eq. NaHSO3, 6.2 eq. NaOH,

EtOH/H2O, 80 oC, 86%。

1．ZnCl2, MeOH, 回流, 64%。2．2.5 eq. NaHSO3, H2O, 回流, 78%。3．6.3 eq. Me2SO4, 0.2 eq. NaHSO3, 6.2 eq. NaOH,

EtOH/H2O, 80 oC, 86%。

O

O3

1.

2.

3.

OMe

OMe

MeO

OMe

4


第七节醌

76

451

首先，甲醇与对苯醌（3）发生1,4-加成反应。生成的1,4-加成产物（14）自发重排得到氢醌 15，然后它被空气中的氧气和残余的苯醌氧化为一个新的苯醌16。第二次1,4-加成反应生成苯醌13。第二步反应利用还原剂亚硫酸氢钠将苯醌13还原，然后得到

的氢醌的两个酚羟基在第三步反应中都被硫酸二甲酯甲基化。这步甲基化过程中要额外加入亚硫酸氢钠的原因是为了防止氢醌被氧化6。

O

O3

MeOH

O

OH

H

OMe

14OH

OH

OMe

15

O

OOMe

O2

16


第七节醌


（d）对苯醌与苯胺的反应

NHNH2 OH

OH

O

O

+ 22NH

OO

O

O

NH

NH

NH22 NH

NHN

N

-2H2O

*1

*2

第七节醌

这里包括5步反应：

（1）苯胺与对苯醌发生亲核1,4-加成; （2）互变异构;（3）氧化;（4）苯胺与对苯醌再一次发生亲核1,4-加成;（5）互变异构

空阻太大，此时发生1,2-加成再消除反应。


第七节醌

（4）对苯醌与双烯体的环加成反应

O

O

O

O

+

O

O

CH3CO

O

O

O

NC

NC

CH3CO

O

CN

CNO

O

+


第七节醌

3 醌的取代反应

醌能与自由基发生取代反应

CH3COO-OOCCH3

在自由基链锁反应中，加入少量苯醌就足以使反应终止。

2 CH3COO .. 2 CH3

O

OH

H+ 2 CH3

. .O

O

CH3

CH3+ 2 H

H2

均裂 -CO2


第十八章第十八章

周周环环反反应应


第十八章第十八章周环反应周环反应

第一节周环反应和分子轨道对称守恒原理

第二节电环化反应第三节环加成反应第四节 σ-迁移反应

77



1. 定义

协同反应

协同反应是指在反应过程中有两个或两个以上的化学

键破裂和形成时，它们都相互协调地在同一步骤中完成。

周环反应

在化学反应过程中，能形成环状过渡态的协同反应。

+

环状过渡态

一周环反应概况简解


2. 周环反应的特点：

1. 反应过程中没有自由基或离子这一类活性中间体产生；

2. 反应速率极少受溶剂极性，酸和碱催化剂的影响，也

不受自由基引发剂和抑制剂的影响；

3. 反应条件一般只需要加热或光照，而且在加热条件下

得到的产物和在光照条件下得到的产物具有不同的立

体选择性，是高度空间定向反应。



电环化反应

环加成反应

σ-迁移反应

3. 周环反应的主要反应类别：



二分子轨道对称守恒原理简解


分子轨道对称守恒原理的中心内容及内涵：

化学反应是分子轨道重新组合的过程，分子轨道的对称性

控制化学反应的进程，在一个协同反应中，分子轨道对称性

守恒。（即在一个协同反应中，由原料到产物，轨道的对称

性始终保持不变）。因为只有这样，才能用最低的能量形成

反应中的过渡态。

包括两种理论：前线轨道理论，能级相关理论



1961年荷兰Leiden大学的哈文加（Havinga)

在研究VD的合成时发现

同期美国著名的有机化学家伍德沃德(Woodward)

在研究VB12的合成时发现

克莱森重排（1912年） D-A反应（1928年）科普重排（1940年）电环化反应（1960年）

美国著名的有机化学家伍德沃德(Woodward)年青的量子化学家霍夫曼（ Hoffmann)

“分子轨道对称守恒原理” (1965年)“分子轨道对称守恒” (1970年)



三前线轨道理论的概念和中心思想

1. 前线轨道和前线电子

已占有电子的能级最高的轨道称为最高占有轨道，用HOMO表示。未占有电子的能级最低的轨道称为最低未占有轨道，用

LUMO表示。HOMO、LUMO统称为前线轨道，处在前线轨道

上的电子称为前线电子。

有的共轭体系中含有奇数个电子，它已占有电子的能级最高

的轨道中只有一个电子，这样的轨道称为单占轨道，用SOMO表

示，单占轨道既是HOMO，又是LUMO。

78


2. 前线轨道理论的中心思想

前线轨道理论认为：分子中有类似于单个原子的“价电子”的电子存在，分子的价电子就是前线电子，因此在分子之间的

化学反应过程中，最先作用的分子轨道是前线轨道，起关键作

用的电子是前线电子。

这是因为分子的HOMO对其电子的束缚较为松弛，具有电

子给予体的性质，而LUMO则对电子的亲和力较强，具有电子

接受体的性质，这两种轨道最易互相作用，在化学反应过程中

起着极其重要作用。



1. π分子轨道的数目与参与共轭体系的碳原子数是一致的。

2. 对镜面（ δv）按对称--反对称--对称交替变化。对二重对

称轴（C2）按反对称--对称--反对称交替变化。

3. 结（节）面数由0→1→2…逐渐增多。

4 轨道数目n为偶数时，n /2为成键轨道，n /2为反键轨道。n

为奇数时，(n-1)/2为成键轨道，(n-1)/2为反键轨道，1个为

非键轨道。

四直链共轭多烯的π分子轨道的一些特点



第二节电环化反应

一电环化反应定义

共轭多烯烃末端两个碳原子的π电子环合成一个σ

键，从而形成比原来分子少一个双键的环烯的反应及其

逆反应统称为电环化反应。

CH3

CH3

H

H CH3CH3

HH

CH3

CH3H

H

hν


外向对旋

二电环化反应描述立体化学过程的方法

R

R

R

R

R

R

R

R

顺时针顺旋反时针顺旋内向对旋



三电环化反应的选择规则

允许

Δ

Δ

Δ

Δ

hν hν

hν hν

共轭体系π电子数 4n+2 4n

禁阻禁阻

禁阻禁阻

允许

允许允许

顺旋

对旋

共轭体系π电子数是指链型共轭烯烃的π电子数。

允许是指对称性允许，其含义是反应按协同机理进行时活化能较低。

禁阻是指对称性禁阻，其含义是反应按协同机理进行时活化能很高。



（1）电环化反应中，起决定作用的分子轨道是共轭多烯的

HOMO，反应的立体选择规则主要取决于HOMO的

对称性。

（2）当共轭多烯两端的碳原子的P轨道旋转关环生成σ键

时，必须发生同位相的重叠（因为发生同位相重叠使

能量降低）。

四前线轨道理论对电环化反应选择规则的证明

前线轨道理论认为：

一个共轭多烯分子在发生电环合反应时，必须掌握二项原则：


79










实例二：完成下列反应式

五电环化反应选择规则的应用实例

实例一：完成下列反应式

CH3

H3C

H

H175 oC

CH3

CH3

H

H

CH3

H3C

HH

CH3

CH3

H

H

CH3

CH3

H

H +

主要产物



实例三：完成反应式

H

H

(CH2)m

HH

m > 6 对正反应有利

m < 6 对逆反应有利

(Z,E)-1,3-环辛二烯

m = 4

(7Z,顺)-二环[4.2.0]辛-7-烯

H

H

(CH2)m

E

Z


80


实例四：如何实现下列转换

CH3

CH3

H

H

CH3

CH3

H

H

CH3

CH3

H

HCH3H3C

H

HCH3

CH3

H

H

？

Δ

对

hν

顺



H

H

HH H

H

O

O

O OO

O

HH

hν

hν

hν

不能存在

热

顺

Pb(OAc)2

实例五：完成反应式并对反应情况作出解释

杜瓦苯



实例六完成反应式并对反应情况作出解释

Ph H

N NH+

+

Ph

HH C CH

CH2+

Ph

H

H

HPh

CH2OCH3

+H

HPh

CH2

+H

HPh

CH2

CH3O --N2

Δ

-N2

CH3O -



实例七完成反应式并对反应情况作出解释

HH

BrCl

12

3

4 5

6

7

H2OBr

OH

HH

BrCl

12

3

4 5

6

7

H

H+ Cl

Br

OHH2OBr

H

H

Br

H

H

+

+

Br

H

H

+内向对旋

外向对旋

-H+

+

+



第三节环加成反应

环加成反应的逆反应为环消除反应。

一环加成反应的定义、分类和表示

两个或多个带有双键、共轭双键或孤对电子的分子相互

作用，形成一个稳定的环状化合物的反应称为环加成反应。

根据每一个反应物分子所提供的反应电子数来分类

π4s + π2s

π2s

π2a

+

异面

同面



二环加成反应的选择规则

环加成反应的Woodward-Hoffmann选择规则

hν

参与反应的π电子数 4n + 2 4n

同面----同面

同面----异面

允许允许

允许允许

Δ Δ

Δ Δ

禁阻

禁阻禁阻

禁阻

hν

hν hν

81



（1）两个分子发生环加成反应时，起决定作用的轨道是一个分子的HOMO和另一个分子的LUMO，反应过程中电子由一个分子的HOMO流入另一个分子的LUMO。

三前线轨道理论对环加成反应选择规则的证明

前线轨道理论认为：两个分子之间的协同反应按照下列三项原则来进行：

HOMO

HOMO

HOMO

LUMO

α

α’

α’+ Δ E*α’+ Δ E*

α -tE α -tE

α

α’

Δ E* > Δ E Δ E* > Δ E



（2）当两个分子相互作用形成σ键时，两个起决定作用的轨

道必须发生同位相重叠。

（3）相互作用的两个轨道，能量必须接近，能量越接近，

反应越易进行。（因为互相作用的分子轨道能量越接

近，ΔE越大，体系能量降低越多）。



+hv



基态的HOMO

基态的LUMO

波相不同,异相重叠,反键

所以同面—同面环加成是

对称禁阻的

基态的HOMO

基态的LUMO

轨道扭转后再重叠，对称性

合适，但扭转的张力太大



+



82



实例一：写出下列反应的反应条件：

四环加成反应选择规则的应用实例

1

3

4

O ++

hν O

O

hν

hν

hν

O2

π4s+π4s

1,2,3均为π2s +π2s



实例三：完成反应式：

实例二：写出下列反应的产物：

+ O

O

EtOOCH

COOCH3

COOCH3

EtOOCH

COOCH3

COOCH3

Δ

t+

π4s+π6s

π2s+π4s



OO

O

HH

O

O

实例四：完成反应式：

O

O

O

O

OO

O

O

+Δ

π4s+π2s

+ O=C=O

140 oC

逆向π4s+π2s



实例五写出下列反应的机理

CH2I +Cl3CCO2Ag

CH2Cl2 / SO2

CH2+

CH3

+ CH2CH2+

-H+



实例六写出下列反应的机理

OO

H3PO4

-H+

OCH3

O

CH3

+OH

H 3PO 4

+

OH

+

OH

O

OCH3

O

CH3

OCH3

+

OH

CH3



五 1,3-偶极环加成反应

1. 1,3-偶极化合物的结构和分子轨道

定义：能用偶极共振式来描述的化合物称为1,3-偶极化合物

例如：

a=b-c a-b-c+ +

a=b-ca b-c+ +

N=N-C N N-C+ +

-C=N-O-C N-O+ +

-C=N-C-C N-C+ +

（腈叶利德）

（氧化腈）

（重氮烷）

83



1,3-偶极化合物的结构特点

这类化合物都具有“在三个原子范围内包括4个电子的π体系”

1,3-偶极化合物的π分子轨道的特点：

与烯丙基负离子具有类似

的π分子轨道的特点。

LUMO

HOMO

O3 O-O-O CH2N2 H2C-N-N RN3 R-N-N-N



1,3-偶极化合物和烯烃、炔烃或相应衍生物生成五元环状化合物的环加成反应称为1,3-偶极环加成反应。

2. 1,3-偶极环加成反应

OO

O

O

O

O

O

O

O+ +



（1）1,3-偶极体的HOMO控制反应（简称HOMO控制反应）

1,3-偶极体出HOMO，烯烃出LUMO（正常）

（2）1,3-偶极体的LUMO控制反应（简称LUMO控制反应）

1,3-偶极体出LUMO，烯烃出HOMO（反常）

（3）1,3-偶极体的HOMO-LUMO控制反应

（简称HOMO-LUMO控制反应）（中间）。

分类：与D-A反应一样，也是4+2环加成，分成三类



如果用前线轨道理论来处理1,3-偶极环加成反应，

基态时具有如下的过渡态。

基态时，同面--同面加成是分子轨道对称守恒原理允许的。

1,3-偶极体 HOMO LUMO



3. 1,3-偶极环加成反应的实例

1,3-偶极环加成反应提供了许多极有价值的五元杂环新合成法。

S

NR R'

S

NR R'

R"

O

NR R'

C6H5O N

NR R'

C6H5

R R'

R"

N

R"

R-C N-CH-R+ - S=C=SCH2=CHR

C6 H

5 CH=OC6H5N=OR”C

≡C R”

498

NN

CH3CH3CO2CH3CH3O2C



分子内也能发生1,3-偶极环加成反应

-O-N C-CH2-S+

-ON

S

+

ON

S1,3-偶极环加成反应是立体专一的同向反应

CH2N2

CH3CH3

CH3O2C CO2CH3

CH3

CH3

CH3O2C

CO2CH3

NN

CH3

CH3 CO2CH3

CH3O2C

84



阐明下列1,3-偶极环加成反应的反应机理

C=CH

H

COOCH3

H3COOCN

OO

C6H5H

C6H5 +

NH

OO

C6H5

H

C6H5

H3COOC H

COOCH3

-CO2

HH3COOC H

COOCH3

N

C6H5

HC6H5


N

OO

C6H5H

C6H5+N

OO

C6H5H

C6H5+N

OO

C6H5H

C6H5

H+转移

HH3COOC H

COOCH3

N

C6H5

HC6H5

+

HH3COOC H

COOCH3

NC6H5

H

C6H5-

H+转移

逆向1,3-偶极

环加成反应

-O=C=O

+N

OO

C6H5H

C6H5 C=CH

H

COOCH3

H3COOC

NH

OO

C6H5

H

C6H5

H3COOC H

COOCH3

正向1,3-偶极

环加成反应+



第四节 σ-迁移反应

在化学反应中，一个σ键沿着共轭体系由一个位置转移到另一个位置，同时伴随着π键转移的反应称为σ-迁移反应。

在σ-迁移反应中，原有σ键的断裂，新σ-键的形成以及π

键的迁移都是经过环形过渡态协同一步完成的。

一 σ-迁移反应的定义、命名和立体化学表示方法



命名方法

X

CH2-CH=CH-CH=CH-CH=CH2

1

1 2 3 4 5 6 7

X

CH2=CH-CH-CH=CH-CH=CH2

1

1 2 3 4 5 6 7

X

CH2=CH-CH=CH-CH-CH=CH2

1

1 2 3 4 5 6 7

[1,5] σ-迁移

[1,3] σ-迁移



CH2-CH=CH-CH=CH-CH=CH21 2 3 4 5 6 7

CH2-CH=CH-CH=CH-CH=CH21 2 3 4 5 6 7

CH2=CH-CH-CH=CH-CH=CH21 2 3 4 5 6 7

CH2=CH-CH=CH-CH-CH=CH21 2 3 4 5 6 7

1 2 3 4 5 6 7

CH2=CH-CH=CH-CH-CH=CH21 2 3 4 5 6 7

CH2=CH-CH=CH-CH-CH=CH2

[3,5] σ-迁移

[5,5] σ-迁移

504

异面-异面迁移



立体化学的表示方法

H

H

同面迁移

异面迁移

同面-同面迁移

同面-异面迁移

85

505

CH2=CH-CH2

BCA C



CA BC

CH2-CH=CH2

CA BC

CH2=CH-CH2

构型翻转

构型保持



二 σ-迁移反应的选择规则

参与环型过渡态的π电子数(1+j ) or (i+j ) 4n+2 4n反应分类

H[1,j] δ-迁移

C [1, j ] δ -迁移C [i , j ] δ -迁移

允许允许

允许允许

hνΔ Δ

Δ Δ

hν

hν hν

禁阻禁阻

禁阻禁阻

构型保持构型翻转

同面迁移同面迁移

同面迁移

同面-同面迁移

异面迁移异面迁移

异面迁移异面-异面迁移

同面-异面迁移



三前线轨道理论对σ迁移反应选择规则的证明

处理[1, j] σ迁移的方法:

（1）让发生迁移的σ键发生均裂，产生一个氢自由基（或碳自

由基）和一个奇碳共轭体系自由基，把[1, j] σ迁移看作是

一个氢自由基（或一个碳自由基）在一个奇碳共轭体系自

由基上移动完成的。



（3）在 σ-迁移反应中，新 σ键形成时必须发生同位相重迭。

（2）在[1, j ] σ迁移反应中，起决定作用的分子轨道是奇碳

共轭体系中含有单电子的前线轨道，[1, j ] σ迁移反应

的立体选择规则完全取决于奇碳共轭体系自由基中含

有单电子的轨道的对称性。



CH2-CH=CH2

D

激发态

CH2=CH-CH2

D

基态激发态

基态

D[1,3] σ-迁移

D[1,3] σ-迁移

D[1,3] σ-迁移

加热

光照



实例一：写出下列反应中H*[1,j]-迁移的反应产物

四 σ-迁移反应选择规则的应用-反应实例

H

CH3C2H5

CH3DD CH3

C2H5H

CH3D

CH 3C2H5

H

CH 3 +

(2E, 4Z, 6R)-2-氘代-6-甲基-2,4-辛二烯

(2E, 4Z, 6R)-2-氘代-6-甲基-2,4-辛二烯

(2S, 3Z, 5E)-2-氘代-6-甲基-3,5-辛二烯

(2S, 3Z, 5E)-2-氘代-6-甲基-3,5-辛二烯

(2R, 3Z, 5Z)-2-氘代-6-甲基-3,5-辛二烯

(2R, 3Z, 5Z)-2-氘代-6-甲基-3,5-辛二烯

* **

86



实例二完成反应式（写出下列反应的反应条件）

CH3

H

CH3

H

D

1

23

456

7

8 9 R

S

CH3 H

CH3 H

D

1 2

3

45

6

7

8

9

R

S

CH3H

CH3H

D

1 2

3

456

7

8

9

R

S CH3H

CH3H

D

1 2

3

456

7

8

9

R

S

HCH3H

CH3H

D

1 2

3

456

7

8

9

R

S

H

同面迁移

C [1,5] δ -迁移

构型保持

C1-C9键迁移

C [1,5] δ -迁移

C1-C6键迁移构型保持

H [1,5] δ -迁移

D [1,5] δ -迁移同面迁移512



实例三写出下列反应的反应产物

HH

OAcD

12

34 5

H H

OAc D

312

45

H

HOAc

D3

1

2

4

5C[1,3] σ-迁移

100 oC

HDH OAc

H

D

HOAc

HD

H

OAc迁移碳原子构型翻转

过渡态的轨道图形



实例四完成反应式

COOEtCOOEt

COOEtCOOEt

100%

O O

理论上[3,3] σ-迁移是可逆的，实际上反应停留在较稳定的产物上。

Claisen重排

Cope重排

推广到C.N.S

Δ



实例五：解释下列实验事实

O

E型 E型CH3

CH3

H

H CHO

CH2=CH

CH3

CH3

H

HOHC

CH2=CH

+

+ +

苏型产物97%经椅型过渡态

经船型过渡态

CH3

CH3

H

HOHC

CH=CH2

CH3

CH3

H

H CHO

CH=CH2



O

HH

CH3

CH3

O

CH3

CH3H

H

CH3

CH3

H

H CHO

CH2=CH

CH3

H

H

CHO

CH=CH2

实例五分析

CH3

H

H

H3C

Os s



[3,3] σ-迁移反应要经过一个六元环状过渡态，该过渡

态不是以平面结构形式存在的，一般都是取比较稳定的椅型结构形式为过渡态。

实例六：解释下列实验事实

CH3CHCH=CH2

CH3CHCH=CH2

CH3CH=CHCH2

CH3CH=CHCH2

Meso 99.7%(Z,E) + 0.3%(E,E),(Z,Z)

外消旋体 0%(Z, E) + 90.0%(E, E) + 10.0%(Z, Z)

225 oC 6小时

100 oC18小时

87



实例六分析

CH=CH2

H CH3

CH=CH2

HCH3

CH=CH2

H CH3

CH=CH2

HCH3（2）

（1）

CH3

H

HCH3

H

HCH3

CH3

CH3

CH3

H

H

CH=CH2

H CH3

CH=CH2

HCH3

（2）

如果甲基处在直立键，得ZZ构型产物。如果经船型过渡态，得ZE构型产物。518

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基础有机化学-2...1 1 基础有机化学−2 裴 坚 北京大学化学与分子工程学院 2010年春 Basic Organic Chemistry - 2, Jian Pei, College of Chemistry, Peking University

基础有机化学-2...1 1 基础有机化学−2 裴坚北京大学化学与分子工程学院 2010年春 Basic Organic Chemistry - 2, Jian Pei, College of Chemistry, Peking University