第二章 烷基化反应
合集下载
烷基化反应
所以反应不易使用过量的R’X
醛酮以及羧酸衍生物α-C烃化
(1)反应式
O
-C CHR
O
X
活 性 小 于 -C C
活泼亚甲基化合物
Y
(2)机理
O
-C CH
B： O -C C
R-X O -C C
(3)影响因素
R
碱 : 三 苯 甲 基 钠 (锂 )Ph3CNa, 丁 基 锂 NaH、 NaNH2
二 异 丙 基 氨 基 锂 (i-Pr)2NLi
N
CH2CH=CH2
2)H2O
O
CH3 +
N H
N
+
CH3
90%
N CH3
10%
2.2 N-烃化
氨基上的氢原子被烃基取代的反应叫做N烃化反应。
烃化试剂：醇、卤代烷、酯、烯烃、醛和酮、 环氧乙烷等。
用途：（1）引入-CH2CH2OH、-CH2CH2CN极性、 非水溶性基团；
（2）制备季铵盐型阳离子化合物； （3）其它助剂、医药中间体。
（1）碱和溶剂的选择 a. 根据活泼亚甲基的化合物的酸性，常用醇钠、醇钾
b. 如醇钠为催化剂，则选醇为溶剂，对于在醇中难于烃化的 活性亚甲基化合物，可在苯、甲苯、二甲苯等油溶剂中加入 NaH或金属钠，生成烯醇盐再烃化
2）引入烃基的顺序 a 当R=R‘时,分步进行
b 当R≠R‘时， 当R、R‘ 为伯卤代烷，先大再小 当R、R‘ 为仲卤代烷，先伯后仲 当R、R＇ 为仲卤代烷，收率低，一般选用活性
R''X
O R2-CCCH2 R'
R' '
R''X
A
O
H3C
醛酮以及羧酸衍生物α-C烃化
(1)反应式
O
-C CHR
O
X
活 性 小 于 -C C
活泼亚甲基化合物
Y
(2)机理
O
-C CH
B： O -C C
R-X O -C C
(3)影响因素
R
碱 : 三 苯 甲 基 钠 (锂 )Ph3CNa, 丁 基 锂 NaH、 NaNH2
二 异 丙 基 氨 基 锂 (i-Pr)2NLi
N
CH2CH=CH2
2)H2O
O
CH3 +
N H
N
+
CH3
90%
N CH3
10%
2.2 N-烃化
氨基上的氢原子被烃基取代的反应叫做N烃化反应。
烃化试剂：醇、卤代烷、酯、烯烃、醛和酮、 环氧乙烷等。
用途：（1）引入-CH2CH2OH、-CH2CH2CN极性、 非水溶性基团；
（2）制备季铵盐型阳离子化合物； （3）其它助剂、医药中间体。
（1）碱和溶剂的选择 a. 根据活泼亚甲基的化合物的酸性，常用醇钠、醇钾
b. 如醇钠为催化剂，则选醇为溶剂，对于在醇中难于烃化的 活性亚甲基化合物，可在苯、甲苯、二甲苯等油溶剂中加入 NaH或金属钠，生成烯醇盐再烃化
2）引入烃基的顺序 a 当R=R‘时,分步进行
b 当R≠R‘时， 当R、R‘ 为伯卤代烷，先大再小 当R、R‘ 为仲卤代烷，先伯后仲 当R、R＇ 为仲卤代烷，收率低，一般选用活性
R''X
O R2-CCCH2 R'
R' '
R''X
A
O
H3C
（精品课件）烷基化反应
4 烷基化反应定义：一般而言，有机分子中的氢原子(包括某些官能团上的，如羟基和氨基等)被烷基取代，可称为烷基化反应。
意义：在药物分子中引入烷基可增加其脂溶性，或形成新的官能团赋予药物以特殊性能。
如丁卡因药效为普鲁卡因的10倍。
本章内容：醇、酚的氧烷化，胺的氮烷化，活泼亚甲基及芳烃的碳烷化等反应。
4.1 氧原子上的烷基化反应在氧原子上烷基化是获得醚，尤其是不对称醚的通用方法。
4.1.1 以卤代烃为烷基化试剂醇、酚的钠盐或醇、酚在碱(钠、氢氧化钠以及氢氧化钾等)的存在下与卤代烷生成醚的反应称为Williamson反应，是合成不对称醚的最常用方法。
(1) 反应机理Williamson反应是典型的SN2反应。
此外，醇、酚与卤代烷的反应也可按SN1机理进行。
(2) 影响因素底物的影响：①伯卤代烷一般为SN2机理；叔卤代烷一般为SN1机理；而仲卤代烷可SN1也可SN2。
②由于芳环的吸电子作用，使得酚的活性一般弱于醇。
③底物的空间位阻对反应速率影响较大。
溶剂的影响：极性溶剂可促进反应。
SN2反应一般在碱性条件下进行；而SN1反应一般在酸性或近中性(可为弱碱性)条件下进行。
(3) 反应示例①苯海拉明的合成反应机理：双分子亲核取代(SN2)。
②糖环6-伯羟基的保护在极性溶剂中，Ph3CCl可形成非常稳定的碳正离子Ph3C+，此步为控制步骤，该碳正离子形成后迅速与伯羟基结合，生成醚。
反应机理：碳正离子历程(SN1)。
③卤代烃为芳卤的情况：对硝基苯乙醚(非那西丁中间体)的合成反应机理：加成-消除机理。
反应活性：I<Br<Cl<F；芳环上一定要有吸电子基。
4.1.2 以芳磺酸酯为烷基化试剂氧原子的吸电子作用使得芳磺酸酯成为很好的离去基团，当与其相连的碳原子受到醇的进攻时，芳磺酸基很容易离去。
常见的芳磺酸酯包括苯磺酸酯、对甲苯磺酸酯、对硝基苯磺酸酯、对卤苯磺酸酯以及对三氟甲基苯磺酸酯等。
反应示例：鲨肝醇的合成(SN2反应)。
烷基化反应的简介
07
烷基化反应研究前沿与挑战
研究现状概述
烷基化反应类型
目前已知的烷基化反应主要包括 Friedel-Crafts 烷基化、烯烃的烷 基化、芳烃的烷基化等，每种类 型都有其特定的反应条件和机理 。
催化剂研究
催化剂在烷基化反应中起着至关 重要的作用，目前研究主要集中 在寻找高效、环保的催化剂，如 固体酸催化剂、离子液体催化剂 等。
02 03
烯烃烷基化反应数据处理
通过测定反应前后烯烃和卤代烃的含量变化来计算反应的 转化率和选择性；通过气相色谱等手段对产物进行分离和 定量分析。
羧酸烷基化反应数据处理
通过测定反应前后羧酸和卤代烃的含量变化来计算反应的 转化率和选择性；通过红外光谱、核磁共振等手段对产物 进行结构鉴定。同时，还可以通过对比实验数据，优化反 应条件，提高反应的效率和产物的纯度。
05
烷基化反应在有机合成中的应用
药物合成中的应用
1 2 3
合成药物活性成分
通过烷基化反应，可以合成具有特定药理活性的 药物分子，如抗癌药物、抗病毒药物等。
改善药物性质
烷基化反应可用于改善药物的溶解性、稳定性以 及生物利用度等性质，从而提高药物的疗效和安 全性。
药物代谢研究
烷基化反应在药物代谢研究中也有重要应用，可 以通过模拟体内代谢过程，研究药物在体内的转 化和代谢途径。
天然产物合成中的应用
合成复杂天然产物
通过烷基化反应，可以合成具有复杂结构的天然产物，如萜类、 生物碱等，这些天然产物往往具有重要的生物活性。
天然产物结构修饰
烷基化反应可用于对天然产物的结构进行修饰，从而改变其生物活 性和药理作用，为药物设计和开发提供新的思路。
合成天然产物类似物
烃化_精品文档
O +
CH2Br
DMF OCH2Ph
CF3CH2OH CH2Ph OH
2.1.3醇、酚羟基的保护
在有醇、酚羟基的化合物中，同时存在其他的官 能团，这些官能团发生转换、氧化或还原反应 时，为了不使羟基发生变化，可先将羟基与某些 试剂反应，生成稳定的衍生物，待其他的官能团 转化完成后，再脱除保护基，恢复羟基。
叔卤代烃在强碱中优先发生消除反应，而不 是O-烃化反应。
CH3
CH3O C CH3 的合成
CH3
（1）CH3ONa
+ Cl
CH3 C CH3 CH3
消除 -HCl
CH3
碱
（2）CH3Cl + HO C CH3
CH3
CH3 CH3 C CH2
稳定
CH3O
CH3 C CH3 CH3
在中性或弱碱性条件下，叔卤代烃也可以进 行单分子的亲核取代反应（SN1），也可得 到O-烃化产物。
ROH RCl / R2SO4
• 混合醚：
ROR
ROH + R'Cl
ROR'
• 醇进行O-烃化反应的烃化剂有：
卤代烃RX
硫酸酯（芳磺酸酯）R2SO4、R 环氧烷，如:环氧乙烷
SO3R'
其他的烃化剂
卤代烃RX为烃化剂：
醇在碱（钠、氢氧化钠、氢氧化钾）存在下与 卤代烃RX反应制备混醚，称为威廉森法 （Williamson）。
NO2 非那西丁的中间体
叔卤代烃在强碱中优先发生消除反应，而不是 O-烃化反应。
在中性或弱碱性条件下，叔卤代烃也可以进行 单分子的亲核取代反应（SN1），也可得到O-烃 化产物。
• （2） 醇的影响
烷基化反应ppt课件
2.1.3 用醇作烷化剂的C-烷化反应
反应历程
质 子 化 + +
R O H + H
R O H 2
解 离 +
R + H O 2
实例
（1）芳胺的C-烷化
N H 2
+ C H O H ,H O 4 9 2 Z n C l 2 2 1 0 C ,0 . 8 M P a
o
N H C H 4 9
异 构 化 Z n C l 2 o 2 4 0 C ,2 . 2 M P a
A r H 慢 离 子 对 烷 基 正 离 子
• 回顾
在Lewis酸催化作用下，芳烃及其衍生物与烯 烃、卤烷、酰卤、酸酐等活性组分反应形成新的 C-C键的反应，叫做傅氏反应。 引入烷基的反应叫做傅氏烷基化反应； 引入酰基的反应叫做傅氏酰基化反应。
反应的影响因素 （1）烷基化试剂的活性
1 R 1 R
O
O
（5）烯烃和炔烃：CH2=CH2, CH3CH=CH2, R-CH=CH2, CH2=CHCN, CH2=CHCOOCH3, CH≡CH; （6）羰基化合物：HCHO, CH3CHO, C3H7CHO, Ph-CHO, CH3COCH3, O
2.1 C-烃化
有机化合物分子中碳原子上的氢被烃 基所取代的反应叫做C-烃化反应。 F-C烷基化反应： R R 烃化剂：烯烃； 卤烷； H O H N 2 R 醇、醛、酮。 反应历程：酸催化的亲电取代反应。
A l C l 3
C C l
二 氯 二 苯 甲 烷
+ 2 H C l
2.1.2 H = C H + H 2
C H C H 2 3
羰基化合物的α-烷基化和催化烷基化反应
OH NH2
(S)-缬氨醇
1.LDA 2.R``X
R
+
O HOOC
R ONBiblioteka O1.LDA 2.R`XR O
N
R`
O
γ-酮酸
R O
N
双环内酰胺
R` R` ` H2SO4,BuOH
(R=Ph)
O R`` R`
Ph
CO2Bu
O
硝基烯胺能与多种亲核试剂反应，生成加成—消除产物。
立体中心的自我再生（SRS）体系：为了在手性分子的单个手性中心 上置换一个取代基而不发生外消旋，首先非对映选择性地生成一个 暂时的手性中心，通过脱除一个取代基使原先的四面体中心变为三 角形，然后非对映选择性地引入一个新的配体。
Evans型试剂：一种基于金属离子配位作用的，由脯氨醇型手性辅剂 衍生的两种形式的烯醇锂的非对映选择性烷基化，为合成α－取代羧 酸提供了一条有效的路线。对于烯醇体系16，烷基化反应优优先从 Si—面发生，而对于17，优先从Re—面发生。这个反应的特点是从 同一底物(16或17)开始，在烷基化产物酸水解以后，可以得到一对对 映体。
93％e.e.
双环脯氨酸类似物衍生的光学活性β-氨基128，催化二乙基锌对醛的 对映选择性加成，光学产率高达100％。比(S)-脯氨酸衍生物(S)-129 效果好。
在同环桥键羟基氨基二茂铁(—)—130存在下，11种芳族和脂族醛与 Et2Zn进行烷基化反应。生成的醇具有67％一97％的e．e．值。这种 二茂铁催化剂成功地用于使芳族醛和直链或支链脂族醛的烷基化，
亲电试剂进攻发生在烯醇的二个非对映面上，即，A进攻和E进攻， 产生酮产物13A和13E。通过假定的椅型过渡态得到的酮13A，可以 认为比酮13E优先形成，后者是由船型过渡态生成的。通过椅型过渡 态形成13A的“坚键烷基化”的能垒相对铰小。
第二节烷基化反应的基本原理
第二节 烷基化反应的基本原理
以烯烃、醇、醛、和酮为烷化剂时，广泛应用硫酸 作催化剂。在硫酸作催化剂时，必须特别注意选择适宜 的硫酸浓度。因为当硫酸浓度选择不当时，可能会发生 芳烃的磺化，烷化剂的聚合、酯化、脱水和氧化等副反 应。如对于丙烯要用 90% 以上的硫酸，乙烯要用 98% 硫 酸，即便如此，这种浓度的硫酸也足以引起苯和烷基苯 的磺化反应，因此苯用乙烯进行乙基化时不能采用硫酸 作催化剂。
第二节 烷基化反应的基本原理
（3）用醇烷基化的反应历程 当以质子酸作催化剂 时，醇先被质子化，然后解离为烷基正离子和水：
如用无水AlCl3为催化剂，则因醇烷基化生成的水会 分解三氯化铝，所以需用与醇等物质量之比的三氯化铝：
烷基化反应的活泼质点是按下面途径生成的：
第二节 烷基化反应的基本原理
（4）用醛、酮烷基化的反应历程 催化剂常用质子 酸。醛、酮首先被质子化得到活泼亲电质点，与芳烃加 成得产物醇；其产物醇再按醇烷基化的反应历程与芳烃 反应，得到二芳基甲烷类产物：
磷酸是较缓和的催化剂，无水磷酸（H3PO4）在高 温时能脱水变在焦磷酸。
第二节 烷基化反应的基本原理
工业上使用的磷酸催化剂多是将磷酸沉积在硅藻土、 硅胶或沸石载体上的固体磷酸催化剂，常用于烯烃的气 相催化烷基化。由于磷酸的价格比三氯化铝、硫酸贵得 多，因此限制了它的广泛应用。 阳离子交换树脂也可作为烷基化反应催化剂，其中 最重要的是苯乙烯-二烯乙苯共聚物的磺化物。它是烯烃、 卤烷或醇进行苯酚烷基化反应的有效催化剂。优点是副 反应少，通常不与任何反应物或产物形成络合物，所以 反应后可用简单的过滤即可回收阳离子交换树脂，循环 使用。缺点是使用温度不高，芳烃类有机物能使阳离子 交换树脂发生溶胀，且树脂催化活性失效后不易再生。
烷基化反应PPT培训课件
OH CH3I/NaH/THF
CH3 trans
50℃, 1 h
OCH3
CH3 trans (100%)
多卤代物的醚化
CHCl3 +
3 CH3ONa
CCl4
+
4 CH3ONa
分子内醚化，制备环氧
OH Br
NaOH
CH(OCH3)3 C(OCH3)4
O
2.磺酸酯为烃化剂
CH2OH CHOH CH2OH
OR
OH + ROH
EtOOCN=NCOOEt PPh3
ArOH +Ph3PN NCOOEt
COOEt
ROH
EtOOCNHNHCOOEt
+ Ph3P O R ArO-
ArOR + Ph3PO
第二节 氮原子上的烷基化反应
一.氨及脂肪胺的N-烷基化反应
（一）氨及胺和卤代烃的反应
RX + NH3
RNH3+X-
1(1)4选)择任一部分有并权按对合承同包条方件根和据价情C格况H执及O行考和核交标货准；进行奖M励e和2处S罚O。4/NaOH
1．面对抱怨要有正确的态度
CHO
（5）第三方出具的2014年度及2015年度财务审计报告，2015年7月-2015年12月期间任意3个月的依法缴纳税收及社会保障资金证明
， （不1）能实提施供或的监应督提货供物相的关运主输管、部现门场出移具动的O、证安H明装材和料调；试；
RNH2 + R'OP+PPh3
DMF
RR'NH + PPh3PO
R'R''NH2 + ROP+PPh3
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
R 'X /N a O H
R' R N P O (O E t) 2
HCl R R 'N H
c:苯磺酰胺法（Hinsberg)反应
A r S O 2 C l/N a O H RNH2 R N H S O 2A r
R 'X /N a O H
R' R N P S O 2A r
酸 或 碱 /H 2 O R R 'N H
4.烯烃为烃化剂
C H 3O N a CN H 3C O
CN
H H
OH H 3P O 4 + H BF3 -2 0 C -0 C
o o
H
O
O
O
叔丁基醚制备
5.氟硼酸三烷基傟盐为烃化剂
O OH NH2 L -v a lin e N a N O 2 /H B r H 2O O OH Br Br OH
R O R' + 2HCO O NH4 2) H3 O
+
1) heat R NH2 R'
Eschweiler-Clarke反应
RNH2 + HCHO + H C O 2H R N M e2
二.芳香胺的N-烷基化反应
1.卤代烃为烃化剂
NH2 NHMe NM e2
2.原甲酸乙酯为烃化剂
N H 2 C H (O E t) /H S O 3 2 4 Cl 120
5.还原胺化法
NH2 C H 3C H O N=CHM e N H C H 2C H 3
6.Ullmann反应，N-芳基化反应
P h B r/K 2 C O 3 /C u /P h N O 3 PhNHCO CH3 P h 2N H
CF3 COOH + NH2 Cl 110
o
K 2 C O 3 /C u C
R 'R ''N H 2
+
RO P PPh3
+
DMF R R 'R ''N + PPh PO 3
（二）还原胺化反应
NH2 + N CH 3
N 1 ) T o lu e n e 2) N aB H 4 H N N N O O
BOC
CHO
分步法可以控制无副产物
Leuckart-Wallach 反应
-
RNH2
N + N N N O 2N
C O C H 2B r C 6H 5C l 33~38
o
N O N N N+ C H 2C NO2
C ,1 h
C 2 H 5 O H ,H C l 33~35
o
C O C H 2 N H 2 .H C l O 2N
C ,1 h
氯霉素中间体
反应条件温和， 思考：该中间体能否):酰胺间接法 a:三氟甲磺酰胺法
(C F 3 S O 2 ) 2 O RNH2 R N H S O 2C F 3 R 'X /N a O H
R' R N S O 2C F 3
L iA lH 4
R' RNH
b:膦酰胺法
(E tO ) 2 P O H /C C 4 RNH2 R N H P O (O E t) 2
CH3 + A lC l 3 H 3C C
+
CH3 H 3C C Cl
CH3 A lC l 4 H 3C C + + A lC l 4 CH3
CH3
CH3
H
C H (C H 3 ) 2 C H (C H 3 ) 2 A lC l 4 + HX + A lC l 3
2.影响因素 (1) RX (ROH、烯烃也可作烃化试剂） • a 当R相同时: RF>RCl>RBr>RI 一般来说, 卤代芳烃不反应 • b 当X相同时 RCH=CHCH2X≈ PhCH2X>(CH3)3X> R2CHX>RCH2X>CH3X
N a H /D M F
1 0 % H C l/T H F PhCH =N C 7 H 1 5 -n h e a t/3 h
n -C 7 H 1 5 N H 2 80%
2.仲氨，叔胺的常用制备方法
(1):直接卤代烃的反应
M e N H 2 /E tO H Br 110
o
NHMe C , 18h 78%
OH P h -C H -C H -O M e (1 0 % )
C H 3O N a P h -C H -C H 2 + O M eO H , 5 h
OH P h -C H -C H -O M e + (2 5 % )
OMe P h -C H -C H -O H (7 5 % )
酸碱下的不同位点，易聚合
OH
C H 3 I/K 2 C O 3 /a c e to n e heat
OCH3
低沸点卤代烃
NaH
OH + Br N a H /T H F r e flu x OBn
OH + C lC H 2 O C H 3
N a H /T H F r .t.
OMOM
分子内氢键的影响
O H O OH 1 e q C H 3 I/N a O H O H O OCH3
HCl pH=4
F 3C
H N
C O 2H
NH2 O OH + PhBr
C u I/t-B u O K D M F, 120
o
PhHN C
O OH
常用催化剂：铜粉，或碘化亚铜
第三节 碳原子上的烷基化反应
一.芳烃的烷基化：Friedel-Crafts反应 应用广泛
C C l 4 /A lC l 3 1 0 -3 0
+
RX
R 3N
跟卤代烃的反应是主要方法之一， 缺点：易得到混合胺
1.伯氨的常用制备方法
(1):氨水和卤代烃的反应
O OH Br 70% NH2 N H 3 (7 0 m o l) O OH
用大大过量的氨水，抑制进一步反应， 该方法在工业中应用广泛
NO2 Cl O 2N N H 3 /A c O N H 4 170
d:三氟乙酰胺法
O O H 2N NO2 N 2 .T B A C l,M e 2 S O 4 10% N aO H O 1 .T F A A ,C H 2 C l 2 N H O N NO2
O O
e:鏻鎓盐法
RNH2
+
R 'O P P P h 3
+
DMF R R 'N H + PPh PO 3
第二章
烷基化反应 (Alkylation Reaction)
C-O键的形成 C-N键的形成
C-C键的形成
第一节 氧原子上的烷基化反应 （醇和酚的烷基化）
一、醇的O-烷基化
C a t. H 2 S O 4 OH heat O
简单醚或对称醚的制备
混合醚常用制备方法
1.卤代烃为烃化剂
Base ROH + R' X W illia m s io n R e a c tio n ROR'
+ P h 3P O R
A rO -
A rO R
+
P h 3P O
第二节 氮原子上的烷基化反应
一.氨及脂肪胺的N-烷基化反应 （一）氨及胺和卤代烃的反应
B ase RX + NH3 RNH3 X
+ -
RNH2
R N H 3+X -
+
NH3
RNH2
+
N H 4+X -
RNH2
+
RX
R 2N H
R 2N H
o
Et N CHO Cl 8 0 -8 6 %
HCl
Et NH Cl 6 5 -7 0 %
C
3.脂肪伯醇为烃化剂
NH2 R O H /R a n e y N i h e a t,1 6 h NHR
4.酰胺法
NHCOCH3 1 )N a H 2 )C H 3 I 90% Me NCOCH3 HCl or KOH Me NH
o
NO2 NH2 O 2N
C , 6h
制备芳香胺
(2):Gabriel 反应
O K O H /E tO H NH O O R X /D M F N -K + O O N H 2N H 2 O N R H C l/H 2 O O 180
o
NH NH O COOH COOH
+
RNH2
C
+
RNH2
应用范围较广，除少数活性较差的 卤代芳烃之外，适于各种带伯卤代 烃的取代基
C H 2O C 18H 37 C H -O C (C H 3 ) 2 C H 2 -O
E tO H /H C l , 2 h
C H 2O C 18H 37 CHOH C H 2O H
对甲苯磺酸酯，甲磺酸酯，三氟甲磺酸酯
3.环氧乙烷为烃化剂
OMe H 2S O 4 P h -C H -C H 2 + O M eO H P h -C H -C H -O H , 5 h (9 0 % ) +
+
N Me tr a c e
Cl
Cl NO2
40% aq M eN H 2 D M S O , 2 5 -3 5
o
Cl
NHMe NO2
C
适用范围：a:位阻较大的卤代烃 b: 活性较低芳香胺的制备
叔胺的制备