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有机合成课件 第3章基于金属有机试剂的碳-碳键形成方法_图文

时间:2018-11-24

第3章 基于金属有机试剂的碳-碳键 形成方法
【基本要求】
? 了解有机金属试剂 ? 明确有机金属试剂的反应性 ? 掌握重要有机金属试剂的制备及其 在有机合成中的应用

【重点难点】
? 重要有机金属试剂的制备及其 在有机合成中的应用

第3章 基于金属有机试剂的碳-碳键 形成方法

C碳-碳键C
C
?

离子型切断

碳亲核体
?+ ??

C

?

? ?

+ C

?

碳亲电体
+ L?
O?

+
O
??

C

L

C
O? C C R R'(H)

C

C?

C ?+ R R'(H)

H+ C R

C

R'(H)

碳亲核体

碳 负 离 子

稳定碳负离子

非稳定碳负离子

有机金属化合物 (RM)

有机金属化合物 (RM)

C

??

M
?+

M: Li、Na、K、Mg、Al、Zn、Cu、Hg 等

反应活性: RK > RNa > RLi > RMg > RAl > RZn > RCu > RHg
K Na Li Mg Al Zn Cu Hg 0.82 0.93 0.98 1.31 1.61 1.65 1.90 2.00 M 的电负性 18% C―M 的离子性 51% 47% 43% 35%

3.1 有机镁和有机锂试剂的制备
3.1.1 有机镁试剂(Grignard 试剂, RMgX )
一、RX 与 Mg 反应
RX + Mg Et2O or THF RMgX

? 活泼卤代烃一般在乙醚溶剂中反应,活性较差的卤代烃在 四氢呋喃中反应,活性很差的卤代烃还要使用活性镁 ? 卤代烃的反应活性为:RI > RBr > RCl;1o > 2o > 3o RX

例如

Cl

Br + Mg

Et2O

Cl

MgBr

+ Cl

Mg*

THF MgCl

二、氢-镁交换反应

RH

+

R'MgX

RMgX

+

R'H

? 只有酸性较强的烃基氢才可以与格氏试剂进行交换

例如
HC CH
H H

+
+

EtMgBr
EtMgBr

HC

CMgBr
MgBr H +

+

C2H6
C2H6

3.1.2 有机锂试剂
一、RX 与 Li 反应

RX + 2 Li
例如
CH3CH2CH2CH2Cl + 2 Li n-C6H14

RLi + LiX

CH3CH2CH2CH2Li + LiCl

Br

+ Li

Et2O

Li

? CH2=CHCH2X、PhCH2X 不宜用此法制备相应的锂 试剂 (容易发生偶联反应 )

二、锂-氢交换反应

RH + R'Li
例如
n-BuLi

RLi + R'H

Li

n-C4H9

C

CH
+

n-BuLi

n-C4H9

C

CLi

PhLi N CH2Li

N

CH3

CH3

+ n-BuLi

TMEDA THF

CH2Li

S
S

+

n-BuLi

Et2O S
S

Li

+ n-BuLi S S

Li

OCH3 + n-BuLi

OCH3 Li

三、锂-卤交换反应

RX + R'Li
例如
H3CO Br + n-BuLi

RLi + R'X
H3CO THF ?78 C
o
o

Li

Br + n-BuLi

THF ?70 C

Li

+ N Br

n-BuLi

Et2O ?18 oC N Li

? 该法主要适用于烯基锂和芳基锂的制备。因为其它卤 代烃在交换时容易发生偶联等副反应

3.2 格氏试剂和有机锂试剂在有机合成中的应用
3.2.1 与烃基化试剂反应——Wurtz 反应 R Li + R' X R R' + LiX R MgX + R' X R R' + MgX2
用途:增长碳链或增加支链
? 该反应是典型的 SN2 反应
CH2CH3 PhCH2Li + H3C H C Br PhH2C CH2CH3 C H CH3 + LiBr

Li Br Et2O Li

n-C8H17I THF, 0 oC C8H17-n

? 苄基型、烯丙型以及一级卤代烃效果较好; 乙烯型卤代烃不反应
MgBr +
Li + S Br S

Cl Cl Cl

? 烯丙型金属试剂有两个反应中心:α-位和γ-位。 反应的选择性受空间因素和电子因素的影响
Li t-BuOCHCH=CH2 + CH3(CH2)5I H t-BuO H CH2(CH2)5CH3

H CH3MgI N H CN N H N MgI OH?, H2O H3O+ N H ClCH2CN N COOH CN

☆ 对切断的启示

Ar

CH 2 CH 2

R R

3.2.2 与醛、酮反应
RMgBr or RLi + C O Et2O or THF H3O + R C OH

用途:合成醇

☆ 对切断的启示
R' R CH2 OH R CH OH R R' C R'' OH

注意:了解格氏试剂与醛、酮反应的复杂性
O (CH3)2CH C CH(CH3)2 (1) (CH3)2CHMgBr (2) H3O
+

OH (CH3)2CH C H CH(CH3)2 + CH3CH=CH2

R1 C R2 R

O Mg X Mg

R

R1 C R2 H

O Mg C C

X

O C C H Mg R

X

X 醛、酮被还原 格氏试剂被酸解 格氏试剂与醛、酮加成 (与格氏试剂的?-氢作用) (与醛、酮的?-氢作用)

O (CH3)2CH C CH(CH3)2

(1) (CH3)2CHLi (2) H3O
+

OH (CH3)2CH C CH(CH3)2 CH(CH3)2

3.2.3 与羧酸衍生物反应
一、合成醇
O R' C OR'' (1) 2 RMgBr (2) H3O
+

OH R' C R R

二、合成醛、酮 1、与酰胺反应
O R1 C N R
3

R2

(1) RMgBr (2) H3O+ R
1

O C R

N CHO

PhCH2CH2MgCl

H 3O +

PhCH2CH2CHO

2、与腈反应
R' C N (1) RMgBr (2) H3O+ R' O C R

C

N

(CH3)3CMgBr

H3O+

O C C(CH3)3

3、格氏试剂与原甲酸酯反应合成醛
OEt EtO C H OEt OEt RMgBr R C H
O R' C OH OLi RLi R' C R OLi

OEt

H3O

+

O R C H

4、有机锂试剂与羧酸反应合成酮
H3O
+

O R' C R

3.2.4 格氏试剂与CO2反应
RMgBr + CO2
Mg Br CO2

用途:合成羧酸

H3O+
H3O
+

RCOOH
COOH

Br

NaCN

CN

OH?

H3O+

COOH

2.2.5 格氏试剂与亚胺反应
Ph N H CH3 PhCH2MgX H3O
+

用途:合成胺
PhCH2 Ph NH H CH3

? 亚胺中C=N的活性比C=O低,与格氏试剂加成时,亚 胺的α-H会发生竞争反应,不利于加成

3.2.6 与环氧化物反应
RMgX + O

用途:合成醇
H3O+ R OH

反应的选择性:有机金属试剂一般进攻位阻较小的碳
O RMgX + R' H3O+ R R' OH

注意 RMgX 反应的复杂性,而有机锂试剂的副反应少
O PhCH2MgBr H3O
+

OH Ph
OH CH2Ph



O

PhCH2Li

H3O

+

3.2.7 Barbier 反应
1899 年 P. A. Barbier
O + CH3I + Mg THF

“一瓶反应”
H3O+ OH

I

CN

Mg

H3O

+

O

I

O

Mg

H3O+

OH

O Cu*, THF Br

H3O

+

OH

O

+

Br

Zn, DMF rt, 30 min

H3O+

OH

3.3 有机锌试剂
3.3.1 有机锌试剂的制备
一、RX与Zn反应

RX + Zn
二、金属交换反应

RZnX

RLi + ZnX2 RMgX + ZnX2

RZnX + LiX RZnX + MgX2

3.3.2 有机锌试剂在有机合成中的应用 ——Reformatsky反应
(H)R' C R
O H + Br COOEt Zn, Et2O H3O+ OH COOEt

O

+ Zn .+ Br

C

COOEt

H3O+

OH (H)R' C R C COOEt

O

+

Br

COOEt

Zn, C6H6

H3O+

OH COOEt

3.4 有机铜试剂——二烃基铜锂(Gilman试剂)
O R1 CH CH C R2 RLi H3O+ OH R1 CH CH C R
O R
1 2

R2

CH

CH

C R

RMgX

H3O

+

OH R1 CH CH C R R2 + R1 CH R CH2

O C R2

O R
1

CH

CH

C R

2

RMgX CuX

H3O

+

O R1 CH R CH2 C R2

3.4.1 二烃基铜锂的制备
一、RLi 与 CuX 反应

2 RLi + CuX
二、与末端炔烃加成

R2CuLi

HC

CH + R2CuLi

R

Li Cu

R

3.4.2 二烃基铜锂在有机合成中的应用
一、偶联反应——增长碳链

R2CuLi + R'X

R

R' + RCu + LiX

(1)R’X:CH3X, 1o, 2o, C=C—X, ArX (X:Br, I) (2)酮羰基不需保护,R’X中允许有—COOEt、 —CN、>CO。

合成

O

(3)立体化学:卤代烷烃构型翻转(SN2),卤代烯烃构 型保持,烯丙型卤代烃构型翻转并发生双键位移。 Br Me Me 2CuLi Ph Ph
OH OH

Br

+ Me 2CuLi

Et2O 25 oC
CH 3

CH3(CH2)6CH2I

H3C +
CH3

H 2 CuLi

H3C H
CH3 Me 2CuLi

H
CH 2(CH 2)6CH 3

H

OCOMe

H3C

二、与环氧化物反应合成醇
Me 2CuLi O H3O+ OH

O

R2CuLi

H3O+

OH R

OH Me 2CuLi
O CH3 CH CH COOEt + Me 2CuLi

+

O
OH CH3 CH CH COOEt CH3

三、与酰氯反应合成酮

R'COCl + R2CuLi
O O CH3(CH2)4C(CH2) 4CH2CCl + Me 2CuLi ?78 oC

R'COR
O O CH3(CH2)4C(CH2)4CH2CCH3

O Br Cl

R2CuLi, Et2O,

?70 oC

O Br R

O

合成
NO2

四、共轭加成
O CH3(CH2)5CH=CHCCH3
O Me2CuLi H3O+ 98 %

O Me2CuLi H3O+ CH3(CH2) 5CHCH2CCH3 CH3
O

96 %

O Me2CuLi

O? MeI

O

O Me2CuLi

O? I2

O I


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