第二章 烃化反应

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药物合成反应-3烃化反应

药物合成反应-3烃化反应
《药物合成反应》
第二章 烃化反应
(Hydrocarbylation Reaction,Alkylation)
一、概念
《药物合成反应》
用烃基取代有机物分子中的氢原子,包括某些 官能团或碳架上的氢原子,均称为烃化反应。
引入的烃基包括: 饱和的、不饱和的烃基 脂肪的、芳香的烃基 含有各种取代基的烃基 举例 NaOH
O CH2OCOC17H33
O
O
/KOH /H2 O
CH2OCOC17H33 O(CH2CH2O)p H
HO OH
OH (75.5%)
H(OCH2CH2)mO (13 )
(m、n、p均约为20)
O(CH2CH2O)nH
四、烯烃为烃化剂
《药物合成反应》
醇可与烯烃双键进行加成反应生成醚, 也可理解为烯对醇的O-烃化。但对烯烃双 键旁没有吸电子基团存在时,反应不易进 行。只有当双键的α-位有羰基、氰基、酯 基、羧基等存在时,才较易发生烃化反应。 例如醇在碱存在下对丙烯腈的加成反应。
HOOC NH
HX
CuSO4/NaOH,pH5~6
F3C NH2
HOOC Cl
Cu/无水K2CO3 HCl
F3C
HOOC NH
pH4
二、酯类为烃化剂
《药物合成反应》
1.硫酸酯为烃化剂
OH COOCH3 S O NH O
(CH3)2SO4/NaOH 25 ,10h
OH COOCH3 S O N CH3 O
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七、溶剂对烃化位置有较大影响:
《药物合成反应》
酚类在DMSO、DMF、醚类、醇类中烃化时,主要 得酚醚(O-烃化产物),而在水、酚或三氟乙醇中 烃化时,则主要得到C-烃化产物。

第二章 烃化反应

第二章   烃化反应

2
芳胺的N-芳烃化
U11mann反应
Cl
NH2 + Cl
COOH CuSO4/NaOH,PH=5-6
Cl
COOH NH (56%)

氯灭酸
3
O 7 65 1 NH HN 2 4 8 O N3 N 9 H (A)
杂环胺N-烃化
Me2SO4 / NaOH,PH=9-10 350C Me N O O Me2SO4 / NaOH,PH=4-8 HN O N
仲卤代烷按SN1和SN2历程;
RI>RBr>RCl (活性)
(2) 采用RO-、OH-试剂。溶剂:ROH、DMSO、DMF、
HMPT等;
MeONa + ClCH2COOMe MeOH/Ph=8~9 64~66 C,3h
0
MeOCH2COOMe + NaCl
(88.4%)
Ph Ph CHOH + ClCH2CH2NMe2
+ O C
+O C
CH3 C2H5
C2H5 CHNHCH C2H5
+ HCHO
73%
H2N C O
NH
HCHO/MeOH/H2/Ni r.t.4h
H2N C O
N CH3
(88%)

1
芳香胺及杂环胺的N-烃化
N-烷基及N,N-双烷基芳香胺的制备 (1) 苯胺与卤代烃反应
(2) 芳胺与脂肪伯醇反应
(3) 酰胺法 (4) 伯胺与羰基化合物反应
第二章
烃化反应
有机物分子中氢原子(包括-OH、-NH2、 -SH、-C上的氢原子)被烃基取代的反应
第一节 氧原子上的烃化反应

《药物合成反应》闻韧主编第二章烃化反应-知识点总结

《药物合成反应》闻韧主编第二章烃化反应-知识点总结

#2.10打卡# 李骅轩完成学习目标烃化反应定义:用烃基取代有机分子中的某些功能基上的氢原子得到烃化产物的反应都称为烃化反应。

烃基:饱和、不饱和、脂肪、芳香分类1)按被烃化物不同C-OH(醇或酚羟基)变为-OR醚;C-N(NH3) 变为伯、仲、叔胺;C-C2)按烃化剂的种类分类卤代烷:RX 最常用;硫酸酯、磺酸酯;醇;烯烃;环氧烃:发生羟乙基化;CH2N2:很好的重氮化试剂3)按反应历程分类:SN1 SN2 亲电取代一醇的O-烃化1 卤代烷为烃化剂2 磺酸酯3 环氧乙烷类作烃化剂4 烯烃作为烃化剂5 醇作为烃化剂6 其它烃化剂二酚的O-烃化1 烃化剂2 多元酚的选择性烃化一醇的O-烃化1 卤代烷为烃化剂在碱的条件下与卤代烷生成醚:SN1伯卤代烷RCH2X按SN2历程;随着与X相连的C的取代基数目的增加越趋向SN1。

影响因素 a RX的影响ii)活性:RI>RBr>RCl>RFb 醇的影响苯海拉明合成可采用的两种方法。

可以看到,由于醇羟基氢原子的活性不同,进行烃化反应时所需的条件也不同。

前一反应醇的活性低,要先制成醇钠;而二苯甲醇中,由于苯基的吸电子效应,羟基中氢原子的活性增大,在反应中加入氢氧化钠作除酸剂即可。

显然后一反应优于前一反应,因此苯海拉明的合成采用了后一种方式c催化剂的影响催化剂:醇钠、Na、NaH、NaOH、KOH有机碱:六甲基磷酰胺(HMPA)、N,N-二甲基苯胺(DMA)有些有旋光活性的醇,如果加金属钠制成醇钠,再与卤代烃反应,产物比较复杂,如用氢化钠,则可立体专一性地得到相应的甲醚。

d溶剂影响溶剂: 过量醇(既是反应物又是溶剂)非质子溶剂:苯、甲苯(Tol)、二甲苯(xylene)、DMF、DMSO无水条件下质子性溶剂:有助于R-CH2X 解离,但是与RO-易发生溶剂化,因此通常不用质子性溶剂。

副反应消除反应2 磺酸酯为烃化剂:主要指芳磺酸酯,引入较大的烃基3环氧乙烷类作烃化剂:反应机理:a 酸催化R为供电子基或苯,在a处断裂R'为吸电子基得b处断裂产物b 碱催化SN2 双分子亲核取代,开环单一,立体位阻原因为主,反应发生在取代较少的碳原子上。

第二章 烃化反应

第二章 烃化反应

N
N
扑尔敏
烃基的异构化
n-Pr i-Pr
+ CH3CH2CH2Br
AlCl3
or
i-Pr
+
(CH3)2CHBr
AlCl3
烃基的异构化
烃基的异构化
试 解 释 之
烃基的异构化
所以傅-克反应时间不宜过长,AlCl3用量不宜过大。
Why? ??? ???
烃基的定位
用 BF3、H2SO4、FeCl3 得到对二烃基苯。
烯及醇用AlCl3催化易得树脂状副产物,产物有颜色, 用HF或BF3可以避免。但正醇用AlCl3不发生烃基异 构化,而H2SO4或BF3则发生异构化。
芳香族化合物:
影响因素
当环上存在释电子取代基时,反应较易进 行。故当苯环上连有一个烃基后,有利于 反应的进一步进行而得到多烃基衍生物。
??
影响因素
混合物
芳香胺的N-芳基化-Ullmann反应:
后二者均为非甾体抗炎药
杂环胺的N-烃化: 抗组胺
曲吡那敏
咖啡因
黄嘌呤
可可碱
注意选择性
COOH Cl
OMgBr C2H5OH H2SO 4 CO 2C2H5 Cl C6H5MgBr C Cl H2O H2SO 4
OH Cl C Cl SOCl2 C Cl N H N N C
第一节
氧原子上的烃化反应

一、醇的O-烃化
1、卤代烃为烃化剂 Williamson合成--醇在碱存在下与卤代 烃反应生成醚的反应--是制备混合醚的 有效方法。
卤代烃的结构不同,反应可以是单 分子亲核取代反应SN1,也可以是双 分子取代反应SN2。 通常伯卤代烃发生SN2反应

第二章 烃化反应

第二章 烃化反应

6
苄基卤化物,烯丙基卤化物活性较大,只要在 较弱的碱碳酸钾催化下与酚反应即得苄醚或烯 丙醚:
OH
K CO , KI 2 3 K K CO CO ,, KI KI K CO , KI 2 2 3 3 2 3 + ClCH CH=CH + 2CH=CH 2 2CH=CH + ClCH ClCH 2 Me CO 2 2 2 Me2CO Me Me CO CO 2 2 2 OH OH OH OH
NO 22 NO NO 2
OH OH OH OH
NO2
NO2
OCH3 OCH3OH OCH 3 OH NaOH OH NaOH NaOH
OCH3 OCH3ONa OCH 3 ONa ClCH2CHOHCH2OH ONa ClCH2CHOHCH CHOHCH2OH OH ClCH
2 2
OCH3 OCH OCH3 OCH2CHCH2OH 3 OCH 2OH OCH22CHCH CHCH OH 2OH OH OH 6 6
伯卤代烃:SN2机理 苄卤和烯丙卤:SN1或SN2的反应活性都很高; 不同卤素对反应活性有影响: R-I > R-Br > R-Cl。 亲核试剂对反应活性有影响,强亲核试剂对SN2反 应有利,但强碱对于易按SN1机理反应的叔卤烷影 响不大,却可引起它发生消除反应生成烯烃。
叔卤代烃作烷基化试剂:会发生消除反应,得不 到相应的醚; 要合成叔烷基混合醚时,需用叔醇与相应的卤代 烷进行反应;
OH + + R'X R-OH R'X
OH OH
R-O-R' R-O-R'
该反应为亲核取代反应(SN) 根据烃基的结构,可按SN1或SN2机理进行。

烃化反应

烃化反应
OMe HO O MeI/NaOH MeO O OMe
O
H
O
O
H
O
4 O-烃化和C-烃化
溶剂对烃化位置有较大的影响,酚类在DMSO、DMF、 醚类、醇类中烃化,主要的酚醚。 在水、酚或三氟乙醇中,主要的碳烃化产物。

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三、醇、酚羟基的保护
保护:当一个化合物有不止一个官能团,想在官能团A处 进行转换反应,又不希望影响分子中其他的官能团B、C, 这时常先使官能团B、C与某些试剂反应,生成其衍生物, 待达到目的之后再恢复为原来的官能团,此衍生物在下一 步官能团A的转换时是稳定的。此时引入的基团叫保护基。 理想保护基的要求: 1)引入保护基的试剂应易得、稳定及无毒; 2)保护基不带有或不引入手性中心; 3)保护基在整个过程中是稳定的; 4)保护基的引入及脱去,收率是定量的; 5)脱保护后,保护基部分与产物容易分离。

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ArOMe + BBr3 ArOBBr2 + 3H2O
Ar O Me Br2B Br
ArOBBr2 + MeBr
ArOH +H3BO3 + 2HBr
此外三溴化铝及三氯化铝的脱甲醚活性与三卤化硼相 类同。 还有两种较缓和的脱甲基条件:一是加入甲磺酸及蛋 氨酸,室温放置;二是用碘代三甲基硅烷在室温下反应。
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第二章 烃化反应
本章所要掌握的重点和难点内容如下: 1.Williamson醚合成法; 2.醇酚羟基和氨基的保护(烃化法); 3.伯、仲、叔胺的制备; 4.碳烃化反应中的Frieldel-Crafts反应,烯丙位、苄 位和羰基化合物 α-位的碳-烃化有机金属化合物 在碳烃化中的应用。
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第二章:烃化反应(1,2节)

第二章:烃化反应(1,2节)

CH2CH2NMe2
N
+ ClCH CH NMe . HCl
2 2 2
NaNH2 / Tol , 6h
N
80%
Na2CO3 145~159oC , 2 h 73%
CH3CH(CH3)3
Br
N
O
+
OMe
Na2CO3 CH3CH2(CH4)3
NH N O N
145~150 oC , 8h 93%
NH2
N
Meo
,6h
NH2NH2 (80%) / EtOH
CH3CH2(CH4 )3
NH N
H N N NH
O
CH3CH2 (CH4 )3
NH2 Cl COOH Cl HOOC
CuSO4 / NaOH + pH 5~6 ,
Cl NH
56%
NH2
COOH F3C Cl HOOC
+
CF3
Cu/ K2CO3 105~110oC 73%
HCl
NH
pH=4
3.杂环胺的N 3.杂环胺的N-烃化 杂环胺的 抗组胺药的合成
NHCH2Ph
PhH2CN
第二章
烃化反应
用烃基取代有机分子中的氢原子( 用烃基取代有机分子中的氢原子(官 能团上或碳骨架上) 能团上或碳骨架上)
烃化底物: 烃化底物:
)、酚 醇(ROH)、酚(ArOH) )、 ) 胺类 活性亚甲基 芳烃
反应位点
OH NH CH2 Ar-H
氧原子上的烃化反应
醇的O 一、醇的O-烃化
1. 卤代烃为烃化剂
2. 位阻及螯合对烃化的影响
H O O OH OH O
MeI / NaOH

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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

(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
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2.芳磺酸酯类为烃化剂
应用范围广,常用于引入分子量较大的烃基
(CH3)2SO4 ,
R O R O S
(C2H5)2SO4,
O O
SO3R ,
OH 3CSO3R来自很好的离去基团R O S
O
: TsO
制备方法: 1 2CH3OH+H2SO4 SO2Cl 2 CH3 + CH3OH
(CH3)2SO4+2H2O SO3CH3

大多数的烃化反应是通过亲核取代反应完
成的。根据亲核试剂结构的不同,可分为
杂原子的亲核取代反应和碳负离子的亲核
取代反应。
烃化反应的类型

单分子的SN1亲核取代反应; 双分子的SN2亲核取代反应;
带负电荷或未共用电子对的氧、氮、碳原子向
烃化剂带正电荷的碳原子做亲核进攻;

催化剂存在下,芳环上引入烃基的亲电性取 代反应及芳环自由基进攻的取代反应机理。
NaOH
+ NaCl + H2O CH3
例如:鲨肝醇的合成 :促进白细胞增生药
以甘油为原料,异亚丙基保护两个羟基后;
用对甲苯磺酸十八烷酯对未保护的羟基进行
O-烃化反应;
再脱去异亚丙基保护基,可得鲨肝醇。
3. 环氧乙烷类作烃化剂
非常活泼,开环是环氧乙烷的主要反应。
环氧乙烷可作为烃化剂与醇反应,在氧原子上



酚的O-烃化反应 由于酚的酸性比醇强,所以反应更容易 进行,需要的碱相对醇的反应也较弱。 反应通常是通过SN2机理完成
2.碳负离子的亲核取代反应

碳负离子带有负电荷,具有很强的碱性
和亲核能力,可以和卤代烃等烃化试剂
发生取代反应,延长碳链。

其中碳负离子可以是炔基负离子,格氏 试剂中的烷基负离子及活泼亚甲基在碱 作用形成次甲基负离子。
SN2双分子亲核取代, 由于位阻原因, R'O-通常进攻环氧取代较少的碳原子上, 开环单一。

实例
副反应及其利用

副反应 生成的产物仍有羟基,如环氧乙烷过量,易与
环氧乙烷继续反应生成聚醚衍生物;

副反应的避免办法;使用大大过量的醇
副反应的应用 制备相应的聚醚类产物,如吐
温-80。

b. 卤代烃的影响
卤代烃中随着烷基与卤素相连碳原子上取
代基的增加,反应逐渐按SN1机理进行。 不同的卤素影响C-X键之间的极化度, 极化度大,反应速度快。 卤代烃的活性 烃基相同时:RF<RCl<RBr<RI; 卤原子相同时:随烃基分子量的增大, 活性逐渐降低。


影响因素 b RX的影响
质子性溶剂: 有助于R-CH2X 解离,但是与RO易发生溶剂化,因此通常不用其它质子性溶剂.
代表性反应:
有些有旋光活性的醇,如果加金属钠制成醇钠,再与卤 代烃反应,产物比较复杂,如用氢化钠,则可立体专一 性地得到相应的甲醚( 2 )或( 4 )
用ROTl作试剂(改进的williamson合成法)
产物
变为-OR醚:烃化反应发
生在羟基氧上
C-N(NH3)
变为伯、仲、叔胺:在氨基氮上引入
烃基
活性亚甲基:在碳原子上引入烃基
分类 2)按烃化剂的种类分类
1. 卤代烷 : RX 最常用
2. 硫酸酯、 磺酸酯
3. 醇
O HO S OH O
O RO S OR O
O Ar S OR O
4. 烯烃
5. 环氧烃:发生羟乙基化
(m、n、p均约为20)
4. 烯烃为烃化剂
醇可与烯烃双键进行加成反应生成醚, 但对烯烃双键旁边没有吸电子基团存在时,反应 不易进行。 只有当双键的位有羰基、氰基、酯基、羧基等存 在时,才较易发生烃化反应。
芳香卤化物作为烃化剂时,一般不易反应。但当芳
环上在卤素的邻对位有吸电基存在时,可增强卤原 子活性,能顺利地与醇羟基进行亲核取代反应而得 到烃化产物。
对硝基苯乙醚(非那西丁中间体)的合成
H3C
欲制备
CH O A B
C2H5
从A、B哪一处切断好?
CH3 A: C6H5 C H Cl + C2H5OB: CH OCH3 + C2H5 Br
b H H
R H
O C C
H H
H
+
R H
H O C C
a b
H H
R H

R为供电子基或苯,在a处断裂 R为吸电子基得b处断裂产物
酸催化机理
酸性开环的方向比较复杂:
质子化的环氧化合物的活性比较高,离去基团 较好,而亲核试剂比较弱时,反应从C-O键断 裂开始。 在断裂过程中,亲核试剂逐渐与中心环碳原 子接近。 键的断裂优于键的形成,所以环碳原子显示 部分正电荷,反应带有一定的SN1性质。
第二章 烃化反应
定义:
用烃基取代有机分子中的氢原子,包括在 某些官能团(如羟基、氨基、巯基等)或 碳架上的氢原子,均称为烃化反应。
此外,有机金属化合物的金属部分被烃基 取代的反应,也属于烃化反应的范畴。
烃基的引入方式主要是通过取代反应,也可以通过
双键加成实现烃化。 发生烃化反应的化合物称为被烃化物。
R +X
决定反应速率 R-O-R' H 快 R-O-R'
消旋产物
R + R'OH
+ H
叔卤代烷、 Ph-CH2X、 R-CH=CH-CH2X 按SN1历程

反应机理:SN2
R
R'O
+
R-CH2-X
R'O H
C H
X
R'O-CH2R + 构型翻转
X
从 X的 背 面 进 攻

伯卤代烷RCH2X按SN2历程
反应的难易及应用:

不仅决定于被烃化物的结构; 也决定于烃化剂的结构及其离去基团的性质;
溶剂的影响等。
应用:
永久性烃化:即制备含有某些官能团的化合物
(如醚类、胺类)或构建分子骨架;
充当保护基:即保护性烃化。
如:局部浸润麻醉药
O NH2 C-O-CH-CH2N(C2H5)2
普鲁卡因
举例
引入的烃基包括:


饱和的、不饱和的烃 CH CH Br NH 基 脂肪的、芳香的烃基 含有各种取代基的烃 基 AlCl3 C2H5Cl
3 2 3 (过量)
CH3CH2NH2
HBr
C2H5OH
CH3I
C2H5
NaOH
C2H5OCH3
HI
HCl
分类 1)按烃化物不同
烃化物+烃化剂
C-OH(醇或酚羟基)
环氧乙烷属于小环化合物,三元环的张力很大,
引入羟乙基,称为羟乙基化反应。
反应一般用酸或碱催化,条件温和,速度快。
碱催化属于双分子亲核取代反应;
酸催化属于单分子亲核取代反应;
3.环氧乙烷类作烃化剂

反应机理:a 酸催化
R'OH +
R H
O
C
C H
a
H
R'OCHRCH2OH
H O C C Nu R + CH2-OH H C OH + RCH-CH2

二 、酚的O-烃化
1 烃化剂 2 多元酚的选择性烃化
一、醇的O-烃基化
1 卤代烷为烃化剂:

通式
ROH + B R' X + OR RO + HB R' OR + X
(Williamson 1850)
结论:醇在碱的条件下与卤代烷生成醚
一、醇的O-烃基化
一、醇的O-烃化
在醇的氧原子上进行烃化反应可得醚。
随着与X相连的C的取代基数目的增加越 趋向SN1

说明:

反应为亲核取代反应,可以是单分子,也 可以是双分子;取决于卤代烃的结构。 通常伯卤代烃发生双分子亲核取代反应。

影响因素. 醇 (ROH) 的影响
醇的活性一般较弱,不易与卤代烃反应。 需在反应中加入碱金属或氢氧化钠、氢氧化 钾以生成亲核试剂RO-。 活性小的醇:先与金属钠或氢氧化钠作 用制成醇钠,再烃化; 活性大的醇:可在反应中加入氢氧化钠 等碱作为去酸剂。
O
6. CH2N2:很好的重氮化试剂
分类 3)按反应历程分类
由于反应是亲核试剂进攻正电荷或部分正电荷的 碳原子,所以称为亲核取代反应,用SN表示。


SN1
SN2

亲电取代
应 用
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。
第一节 烃化反应机理
O n-C4H9-HN C-O-CH-CH2 N(C2H5)2
丁卡因
丁卡因药效为普鲁卡因的10倍
1.杂原子的亲核取代
(1)氧原子的亲核取代反应

主要是指醇类和酚类化合物羟基氧上发生 的烃化反应。 醇羟基和酚羟基的酸性有较大的差别,和 不同烃化剂反应时,机理和条件不同。

① 醇的O-烃化反应

根据烃化剂结构的不同,醇羟基的 烃化可以发生单分子和双分子两种 亲核取代反应(SN1和SN2)

应用特点
由于醇羟基氢原子的活性不同,进行烃化反应时所需的 条件也不同。前一反应醇的活性低,要先制成醇钠;而 二苯甲醇中,由于苯基的吸电子效应,羟基中氢原子的 活性增大,在反应中加入氢氧化钠作除酸剂即可。显然 后一反应优于前一反应,因此苯海拉明的合成采用了后 一种方式。
糖环6-伯羟基的保护
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