1、1二、 官能團化和官能團轉化的基本反應 1 烷基的官能團化烷基的官能團化2 烯烴的官能團化烯烴的官能團化3 炔烴的官能團化炔烴的官能團化4 芳烴的官能團化芳烴的官能團化 5 取代苯的官能團化官能團化 6 簡單雜環的官能團化官能團化 在分子中引入官能團和官能團的轉換是合成的重要方面。但我們應該指出，在一些實例中使某些位置官能團化相對比較容易，而在另一些實例中則不能官能團化，因而預期產物只能通過官能團轉換得到。 32.1 官能團化 2.1.1 烷烴的官能團化 烷烴對親電試劑和親核試劑都不活潑，可是在自由基反應中，特別是在鹵化反應里，烷烴卻很活潑。 42.1.2 烯烴的官能團化 烯烴與烷烴不同，進行

2、官能團化集中表現在碳碳雙鍵及雙鍵的鄰位烯丙位兩個位置上。 52.1 官能團化 2.1.2 烯烴的官能團化 親電加成是“Markovnikov”產物,而自由基加成一般得“反-Markovnikov”產物。 H3CCHCH2CH3CHVCH2W+ V-W+62.1 官能團化 2.1.2 烯烴的官能團化 CH2CH3CH2CH3OHSeO2SeO2CH3CH2C CHCH3CH3CH3CHC CHCH3CH3HO二氧化硒氧化烯丙位氫時，通常發生在取代基較多的雙鍵碳原子的-位72.1 官能團化 2.1.2 烯烴的官能團化 N-溴代丁二酰亞胺（NBS）在光催化反應條件下，可使多種甾烯的亞甲基發生氧化，具

3、有良好的區域選擇性 H3CCOOH3CCOOOhv/NBS/CaCO3THF/H2O81%82.1 官能團化 2.1.2 烯烴的官能團化 用NBS進行溴化,因為反應涉及烯丙基自由基中間體，所以得到溴代烴的混合物 92.1 官能團化 2.1.3 炔烴的官能團化CCHRX2(X=Cl, Br)FeX3HX(X=Cl, Br, I)H2OHg2+, H+OH-, H2ORCCHXXX2FeX3RCX2CHX2RCCH2XHXHgX2RCX2CH3CCH2OHRRCCH3OHCCHROHRCH2CHO親電加成D-A反應催化氫化RCH2CH3RROHOH-RCOOHHCNOH-CCH2RORCCH2RO

4、CORCCH2RCN親核加成HgX2B2H6102.1 官能團化 2.1.4 芳烴的官能團化D2SO4DArHO3SArN2+Cl-OH-SO3, H2SO4X2FeX3(X=Cl, Br)XHO氣相接觸催化水解NaOHRClAlCl3Friedel-CareftsRRCOClAlCl3Friedel-CareftsROCHZn-Hg/HClCH2RHNO3, H2SO4O2NHCHO/HClZnCl2ClH2C1.芳環上的親電取代反應112.1 官能團化 2.1.4 芳烴的官能團化1.芳環上的親電取代反應CH3H3CCH3COHClAlCl3CH3H3CCH3CHO+80%OHHOCH3CN

5、HClZnCl2OHHOCNH2CH3Cl-OHHOCOCH3H2O+70%練習：合成122.1 官能團化 2.1.4 芳烴的官能團化2側鏈上的反應132.1 官能團化 2.1.5 取代苯衍生物的官能團化 該反應有兩點要注意：第一，環上已有一個以上的取代基時，最強的供電子基團控制進一步取代的位置；第二，為了盡量減少在氮原子上取代的可能性，在進行取代之前，把芳胺轉變成乙酰苯胺。 OHOHNO2O2NNO2HNO3發煙H2SO4CH3NO2Cl2/FeCl3CH3NO2Cl5060 oC142.1 官能團化 2.1.5 取代苯衍生物的官能團化 152.1 官能團化 2.1.6 簡單雜環化合物的官能

6、團化162.1 官能團化 2.1.6 簡單雜環化合物的官能團化172.1 官能團化 2.1.6 簡單雜環化合物的官能團化SSSSSSSSCH2ClCOCH3NO2NO2+HCHOHCl(CH3CO)2OH3PO4CH3COONO2痕量BrSO3HII2/HgOH2SO4NBSC6H6,1025 Co182.1 官能團化 2.1.6 簡單雜環化合物的官能團化192.1 官能團化 2.1.6 簡單雜環化合物的官能團化NNNSO3SO3RXNRX-NRRHHX-X-RCO3HPCl3NOPCl5(CH3CO)2ONN ONClO2NOCOCH3高溫重排HNO3H2SO4NNO2PCl3CHCl3,+

7、202. 2 官能團的轉換 在有機合成中，通過官能團之間的轉換實現目標分子的合成是具有普遍意義的。 1 羥基的轉換羥基的轉換2 氨基的轉換氨基的轉換3 含鹵化合物的轉換含鹵化合物的轉換4 硝基的轉換硝基的轉換5 氰基的轉換轉換6 醛酮的轉換轉換7 羧酸衍生物的轉換轉換212. 2 官能團的轉換 2.2.1 羥基的轉換HOHHOCORRCOCl, (RCO)2ONR3HORHClHOCCOH2(RO)2SO2或RX, OH-H+SOCl2OLewis酸或OH+H+222. 2 官能團的轉換 2.2.2 羥基的轉換ArOH(RO)2SO2或RX, OH -ArOR(RCO)2Oor RCOCl,

8、R3NArOCORArOCH3CH2N2NH4HSO4SnCl4高溫,高壓ArNH2232. 2 官能團的轉換 2.2.2 氨基的轉換ArNHCOR(R)(R)ArNH2ArN2+HSO4-RCOClor (RCO)2ORXArSO2ClArNHSO2Ar(R)ArNHR(R)RXArNR2(R)ArNR3 X(R)RXHONONNOArRHNNH2ArRPhHOH-PhArKCNArCNKIArINaBF4ArN2BF4NaNO2ArNO2熱解ArFHXArX(X=Cl, Br)ArHH3PO2沸水煮ArOHPhOH, OH-ArN NOHNaNO2H2SO4Cu2(CN)2Cu2X2ArS

9、 SArNa2S2(R)(R)242. 2 官能團的轉換 2.2.3 含鹵化合物的轉換H2CCHRRMgXMg乙醚LiN2H2CCHRRXH2CCHRRLiH2CCHRR2KOH-C2H5OHLiAlH4RCH2CH2RHCCHRRRCH2CHROHRCH2CHRCNRCH2CHRORCH2CHRCRCH2CHRNH2RCH2CHRRCH2CHRCH(CO2Et)2RCH2CHRSHRCH2CHRSRCRRNaOHH2ONaCNRONaNH3RCCNaRMgXNaCH(CO2Et)2NaSHRSNa(Saytzeff烯烴)R2Na252. 2 官能團的轉換 2.2.3 含鹵化合物的轉換ArCN

10、NaCNArSO3NaNa2SO3ArSHNa2SArX (Cl, Br)ArNH2ArNHR(Ar)ArOHNH4OH或NH3加壓/CuCl/200 CoRNH2(催化,高溫)(Ar)NaOH/H2ORONa(Ar)ArOR(Ar)262. 2 官能團的轉換 2.2.4 硝基的轉換ArNO2ArNH2NaOHZnNaOH水溶液NH4ClNNArArOArNHNHArHNO2ArN2+ArNHOHArNOH2SO5NNArArArNH2Zn, NaOH水溶液Zn, NaOH/CH3OHCF3CO3HFe/HCl或H2/NiZnH2SO4oAs2O3Na2Cr2O70 C272. 2 官能團的轉

11、換 2.2.5 氰基的轉換CNRH2/Ni或LiAlH4RMgX/ 醚H3+OH2OH+或OH -ROH/H+RCH2NH2RCORRCONH2RCOOR282. 2 官能團的轉換 2.2.6 醛和酮的轉換COH2C(R)HRHCHO, (CH3)2NHHClCOHC(R)HRCH2N(CH3)2HCXYNH3或RNH2或NH 4+C(R)HRCH2NH2HCXYCCH2(R)HRCCCH2(R)HRXY- NH3CCH2(R)HRCH2CO2EtOHXCH2CO2Et/ZnH3O+-H2OCCHCO2EtRH2C(R)HRCHCO2EtXRONaRCO2EtCH2CO2EtRONaCCCH2

12、(R)HRCOOEtCH2COOEtCH2CH2(R)HRC OCH2(R)HRCOCHH(R)RC(R)HOHH2CRCOCH(R)RC(R)HH2CR-H2OCCR2CH2(R)HRCCH2(R)HROHRCRCH2(R)HOHCNCRCH2(R)HOHCO2HCRCH2(R)HNYY: OH, NH2, NHPh, NHCONH2等CRCH2(R)HOHSO3NaCRCH2(R)HOHORCRCH2(R)HORORROH/H+ROH/H+CHCH2(R)HROHH2/Ni或LiAlH4Zn-Hg/HClCOCH2CO2EtPh3P=CR2RMgXH3O+HCNNH2-YNaHSO3H3O

13、+稀 OH-H3O+292. 2 官能團的轉換 2.2.7 羧酸及其衍生物的轉換RCOOHRCOX(RCO)2ORCONH2RCOONaNH3NH3H2OAC2ONH3,LiAlH4RCH2OHRCOORROHPCl3或PCl5或SOCl2H2O/H+ 或 OH -ROH/H+H2O/OH -ArHAlX3ArCORRCHORCH2OHRCORRCROHR12H2Pd-BaSO412LiAlH4H3+ORMgX醚，低溫RMgX2醚，室溫Na/C2H5OHLiAlH4RCH2OH + ROH2RMgXH2ORCROHRROH/H+或 RONaRCOOR + ROHRCH2COREtONaEtON

14、aRCOCHCORRRCOCHCOOR RRCH2COOR ArHAlX3RCOArLiAlH4P2O5- H2OX2/NaOH(NaOX)RNH2RCH2NH2RCN或 30保護基應滿足下列三點要求：保護基應滿足下列三點要求：1. 它容易引入所要保護的分子（溫和條件）它容易引入所要保護的分子（溫和條件）;2. 它與被保護基形成的結構能夠經受住所要發生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的反應的條件;3. 它可以在不損及分子其余部分的條件下除去（它可以在不損及分子其余部分的條件下除去（溫和條件）溫和條件）;（三）（三） 保護基團保護基團313.1 3.1 羥基的保護基團羥基的保

15、護基團保護醇類保護醇類 ROH 的方法一般是制成醚類的方法一般是制成醚類 (ROR) ) 或酯或酯類類(ROCOR)(ROCOR)，前者對氧化劑或還原劑都有相當的穩定性。，前者對氧化劑或還原劑都有相當的穩定性。1. 形成甲醚類形成甲醚類 ROCH3322. 形成叔丁基醚類形成叔丁基醚類 ROC（CH3）3醇與異丁烯在Lewis 酸催化下制備。叔丁基為一巨大的取代基（bulky group），脫去時需用酸處理：ROH+ROBF3 Et2O CatN HCl,MeOH,23. 形成芐醚形成芐醚 ROCH2Ph：制備時，使醇在強堿下與芐溴 (benzyl bromide)反應，通常以加氫反應或鋰金屬

16、還原，使芐基脫除，并回復到醇類。ROHROCH2PhNaH,PhCH2BrLi,NH3334. 形成三苯基甲醚形成三苯基甲醚 (ROCPh3)制備時，以三苯基氯甲烷在吡啶中與醇類作用，而以 4-二甲胺基吡啶（4-dimethyl aminopyridine, DMAP）為催化劑。三苯甲基（trityl group）是一巨大基團，脫去時用加氫反應，或鋰金屬處理。因為有位阻的醇進行三苯甲基化被因為有位阻的醇進行三苯甲基化被一級醇慢得多，所以能夠選擇性的保護。一級醇慢得多，所以能夠選擇性的保護。345. 形成甲氧基甲醚 ROCH2OCH3制備時，使用甲氧基氯甲烷與醇類作用，并以三級胺吸收生成的HCl

17、。甲氧基甲醚在堿性條件下和一般質子酸中有相當的穩定性，但此保護基團可用強酸或Lewis酸在激烈條件下脫去。ROHROCH2OCH3ClCH2OCH3,iPr2NEtTiCL4 or CF3CO2H6. 形成二甲硅醚形成二甲硅醚 ROSi（CH3）3制備時，用三甲基氯硅烷與醇類在三級胺中作用。此制備時，用三甲基氯硅烷與醇類在三級胺中作用。此保護基在酸中不太穩定，也可以用氟離子保護基在酸中不太穩定，也可以用氟離子F-脫去脫去ROHMe3SiCl,Et3NHF,or n Bu4N+F-ROSiMe3357. 形成四氫吡喃形成四氫吡喃 ROTHP 制備時，使用二氫吡喃與醇類在酸催化下進行加成制備時，使

18、用二氫吡喃與醇類在酸催化下進行加成作用。欲回收恢復到醇類時，則在酸性水溶液中進行水解作用。欲回收恢復到醇類時，則在酸性水溶液中進行水解，即可脫去保護基團。有機合成中常引用這種保護基團。，即可脫去保護基團。有機合成中常引用這種保護基團。CH CCH2OHHOCH2CCCO2HOOCH2C CHOOCH2C CMgBr(64%)OH+(90%)C2H5MgBrTHF(i) CO2(ii) H+,H2OROHOROHOAc,H2O,TsOH,PyrO368. 形成叔丁基二甲硅醚形成叔丁基二甲硅醚 ROSiMe2（t-Bu）制備時，用叔丁基二甲基氯硅烷與醇類在三級胺中制備時，用叔丁基二甲基氯硅烷與醇類

19、在三級胺中作用，此保護基比三甲基硅基穩定，常運用在有機合成作用，此保護基比三甲基硅基穩定，常運用在有機合成反應中，一般是反應中，一般是F-離子脫去。離子脫去。ROHROSi(tBu)Me2SiCl,imidazolenBu4N+F-9. 9. 形成乙酸酯類形成乙酸酯類 ROCOCHROCOCH3 3ROHROCCH3O(CH3CO)2O,PyrK2CO3,aq MeOH3710 形成苯甲酸酯類 ROCOPh 制備時，用苯甲酰氯與醇類的吡啶中作用。苯甲酸酯較乙酯穩定，脫去苯甲酸酯需要較激烈的皂代條件。ROHROCOPhPhCOCl,PyrKOH,aq MeOH383.2 3.2 二羥基的保護基團

20、二羥基的保護基團1. 縮醛或縮酮縮醛或縮酮在這種反應中，一般使用的羰基化合物是丙酮或苯甲在這種反應中，一般使用的羰基化合物是丙酮或苯甲醛，丙酮在酸催化下與順式醛，丙酮在酸催化下與順式1,2二醇反應，二醇反應，苯甲醛往往在氯化鋅存在下與苯甲醛往往在氯化鋅存在下與1,3二醇反應。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，氧應可以堿性條件下進行，則它們在烷基化，?；趸瓦€原時用于保護二醇?；瓦€原時用于保護二醇。 二醇可用稀酸處理再生。芐叉基可用氫解方法除去。二醇可用稀酸處理再生。芐叉基

21、可用氫解方法除去。39OHOHOHOOHOOTHPabcOHOTHPC6H13nOHOHC6H13nd(a)H+, (b) PCC,NaOAc (c)i.n C6H13MgBr ii.H3+O (d)MeOH,H+O40CH2OHCHOHCH2OHCH2OHCHOCO(CH2)14CH3CH2OHCH2OHCHOHCH2OC(CH2)14CH3OOOHOHPhHOOCH2OHCH3CH3PhCHOHCl(20%)CH3COCH3HCl(80%)CH3(CH2)14COClH2/Pd(40%)(1)(2)CH3(CH2)14CO2Hdry HClH2O(43%)(1)(2)412. 碳酸酯碳酸酯

22、 在吡啶存在下，光氣與順式 1,2二醇反應，給出在中性和溫和酸性條件下穩定的碳酸酯，當在這種條件下進行氧化，還原時，能保護1,2二醇。 用堿性試劑處理，則二醇從碳酸酯再生。OOHOHPhCH2OCH2OCH3OPhCH2OCH2OCH3COCl2Pyridine(1) HBr(2) (PhCH2O)2PO2N(C2H5)4OOO42OPhCH2OCH2OOOOP(O(O)CH2Ph)2OHOCH2OOOOP(O(O)CH2Ph)2H2, PdOHOCH2HOOHOP(O(O)CH2Ph)2LiOHH2O433.3 3.3 羰基的保護羰基的保護保護羰基的方法可分為二種：一是形成縮酮或其對等物RC

23、 ORRCYXR一般說來，反應性是：一般說來，反應性是： 醛基醛基 鏈狀羰基（環已酮）鏈狀羰基（環已酮） 環戊酮環戊酮 ，-不不飽和酮飽和酮 苯基酮。苯基酮。 縮酮的保護基不與堿，氧化劑或親核劑（如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。）作用，而通常以酸水解回復到羰基。44X=OH， Y=OHKetal (acetal)X=SH， Y=SHDithioketalX=OH， Y=SHOxothioketalX=OH， Y=CNCyanohydrin 羥腈X=NH2， Y=CNAminonitrileX，Y=O-(CH2)2-ODioxolane

24、二氧戊環X，Y=O-(CH2)2-NOxazolidine 咪唑烷X，Y=N-(CH2)2-NImidazolidineX，Y=S-(CH2)2-NThiazolidine 噻唑烷X，Y=S-(CH2)2-SDithiolane 二硫戊烷X，Y=S-(CH2)3-SDithiane 二噻烷453.3 3.3 羰基的保護羰基的保護1. 形成二甲醇縮酮形成二甲醇縮酮 R2C(OCH3)2制備：以甲醇在酸催化下與醛，酮類進行脫水作用。制備：以甲醇在酸催化下與醛，酮類進行脫水作用。 一般的酸催化可用鹽酸氣一般的酸催化可用鹽酸氣HCl(g)，甲苯磺酸或酸性，甲苯磺酸或酸性離子交換等。常用的脫水方法有加苯

25、共沸，利用分離子交換等。常用的脫水方法有加苯共沸，利用分子篩吸水，或加過量的甲醇。子篩吸水，或加過量的甲醇。R2C=OR2COCH3OCH3CH3OH,H+N H2SO4246將縮酮回復到酮類（即除去保護基團），可以在酸將縮酮回復到酮類（即除去保護基團），可以在酸性溶液中水解，或以丙酮進行置換，或以三甲碘硅烷作性溶液中水解，或以丙酮進行置換，或以三甲碘硅烷作用（軟硬酸堿原理）。用（軟硬酸堿原理）。CHOMeClMeOMeOMeCHOMe(i)MeOH,H+(ii) tBuOK,DMSOpTsOH,H2O472. 形成乙二醇縮酮R2C(OCH2)2 制備時，在乙二醇酸催化下與酮類進行作用。 此縮酮比二甲縮酮穩定，但也可在酸性溶液中水解。 HNEtHOOHNEtHOOOHNEtHOpTsOH,PhHHOCH2CH2OH85%(i)LiAlH4,THF(ii)aq.NaOH(iii) N HCl1R2C=OR2COOCH2CH2HOCH2CH2OH,H+H3O+483.3 3.3 羰基的保護羰基的保