内容正文:
有机合成中5类关键信息整合
——成环、开环、α-H的反应、增长碳链、缩短碳链
一、有机合成中4种成环反应:
高中有机化学中的成环反应,核心是通过分子内 / 分子间的官能团作用,脱去小分子(如 H₂O、NH₃)或直接加成,形成五元环、六元环等。以下按反应类型系统整理。
1、脱水反应
①同一物质含有羟基和羧基(即为羟基酸的物质),自身脱水,生成内酯:
②二元酸与二元醇发生酯化反应,形成环酯:
③二元醇分子内脱水成环醚(条件是:浓硫酸、140℃):
例如:
④二元酸与二元氨发生脱水反应,形成环,类似于二元酸与二元醇发生酯化反应,形成环酯;
⑤2个氨基酸发生成肽反应,通过氨基和羧基间缩合脱去水,形成含有肽键的环状化合物;
2、Diels-Alder反应:共轭二烯烃(含有两个碳碳双键,且两个双键被一个单键隔开的烯烃,如1,3-丁二烯)与含碳碳双键的化合物在一定条件下发生第尔斯-阿尔德反应(Diels-Alder reaction),得到环加成产物,构建了环状碳骨架(目前在有机合成中出现频率很高,原文位于人教版选修3P85);
3、二氯代烃与Na成环:对于成环反应,关键在于卤代烃分子中需含有两个卤素原子(如氯原子),且这两个卤素原子不能连接在同一碳原子上,以确保反应中能通过C-X键的断裂和C-C键的形成构建环状结构;
4、形成杂环化合物
二、开环的3种反应
1、 环氧乙烷开环:
2、环状酯基在酸性或者碱性下的水解;
3、环状酰胺键或者叫肽键在酸性或者性的作用下的水解;
三、5类基团α-H的反应:在有机化学中,α-H通常指与官能团直接相连的碳原子(α-碳原子)上的氢原子。
1、羟醛缩合反应:醛分子中在醛基邻位碳原子上的氢原子(a—H)受羰基吸电子作用的影响,具有一定的活泼性。分子内含有a-H的醛在一定条件下可发生加成反应,生成β-羟基醛,该产物易失水,得到a,β-不饱和醛。这类反应被称为羟醛缩合反应,是一种常用的增长碳链的方法;
特别注意:羟醛缩合的本质是醛基之间的加成。要求至少其中有一种醛含有α-H,含有α-H的醛作为加成物质,没有α-H的醛作被加成物质。
如甲醛本身没有α-H,所以甲醛只能被加成,不能去加成其他醛基;
(条件都是在催化剂)
2、苯环侧链碳α-H取代反应(与苯环直接相连的碳原子 叫做α-C,这个 α-C 上连的 H 即为α-H):
3、烯烃α-H取代反应:烯烃双键易加成,但α-H 在高温下可发生取代;
4、羧酸α-H卤代反应:
5、酯基α-H取代反应:
四、增长碳链的7种反应:
1、两分子乙炔在氯化亚铜和氯化铵的酸性溶液催化下发生二聚反应,生成乙烯基乙炔,
2CH≡CH―→CH2=CH—C≡CH
2、卤代烃在金属钠的作用下可以发生偶联反应,生成更长链的烃或环状烃。
2R—Cl+2Na―→R—R+2NaCl
例如,溴乙烷与钠反应可以生成丁烷和溴化钠:
2CH3CH2Br + 2Na → CH3CH2CH2CH3 + 2NaBr
3、卤代烃和NaCN发生取代:R−X+NaCN ―→R−CN+NaX(醇/水条件);
4、格氏试剂:RMgX(X表示卤素原子),用RX与金属Mg制取。是有机合成中常用的一种试剂,起到增长碳链的作用
①格氏试剂(R′MgX)与醛或酮反应
格氏试剂与醛、酮反应时,格氏试剂的烃基进攻羰基碳,生成卤代烃氧基镁,酸化后得到醇。即:
②格氏试剂(R′MgX)与酯的反应:格氏试剂与酯的反应,从形式上可以看成二步:首先格氏试剂的烃基取代酯中的烷氧基(—OCH2CH3)生成醛或酮;生成的醛或酮再进一步与格氏试剂反应,最终生成醇:
5、炔烃和醛中的不饱和键与HCN发生加成反应生成含有氰基(—CN)的物质,再经水解生成羧酸,或经催化加氢还原生成胺。这样,在将羧基、氨基等官能团引人碳链的同时,产物较原料分子增加了一个碳原子。
6、加聚反应:
7、羟醛缩合反应:(前面有详细介绍,不做赘述)
五、缩短碳链的2种反应:
1、酯类水解、酰胺水解;
2、氧化反应等则可以使烃分子链缩短。例如,烯烃、炔烃及芳香烃的侧链被酸性高锰酸钾溶液氧化,生成碳链缩短的羧酸或酮。
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