第二章烃化反应2

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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

CH3I
OH
O-烃化与C-烃化 溶剂是烃化位置选择性的主要影响因素 1. 酚类在DMSO、DMF、醚类、醇类中烃化时,主要 得酚醚(O-烃化产物) 2. 水、酚或三氟乙醇中烃化时,则主要得到C-烃化产物。
第二节氮原子上的烃化反应
一、氨及脂肪胺的N-烃化
NH3
RX+NH3 RX+RNH2 RX+R2NH RX+R3N
DCC用于醇酚偶联,形成酚醚
N C N
DCC
PhOH+PhCH2OH
100℃
PhOCH2Ph+H2O
三 多元酚的选择性烃化


O HO HO
OH 2CH2N2 RT O H3CO HO O O
OCH3
分子内氢键在较温和条件下不易被破坏
OCH3 OH OH OH OCH2Ph OH PhCH2Cl/K2CO3 氯苄保护羟基 COOMe COOMe COOMe OH OH
O

反应机理:a 酸催化
a
H O
C
R H
O
C
H+ C H
H R H C
H O
b C H
H
C H
Na H
R H
a b
R H
C CH2-OH
+
Nu
OH
+
R为供电子基或苯,在a处断裂
RCH-CH2
R为吸电子基得b处断裂产物

反应机理: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
(RCH3 )2NH+RCH=NH
(RCH3)2NCH-R NH2

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

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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2烃化反应

2烃化反应

COOMe
COOH
COOMe
4、DCC
1)反应机理
H N C N HOR H N C N H O R HOAr
N C N H H O
+ ArOR
2)应用
PhOH + PhCH2OH DCC 100℃ PhOCH2Ph (96%)
5、烷氧磷盐(R3P+OR’X-)
1)反应机理
EtOOC-N=N-COOEt Ph3P
HO
O
MeO MeI/NaOH
O
O
H
O
OMe
O
H
O
OMe
2、解决方法
1)用氢化钠或烷基锂将酚变为盐类然后烃化 2)在剧烈的条件下烃化
O H O TsOH / MeOH 180℃, 20min. O O (100%) O OMe
3、有位阻的酚羟基较难烃化
OH CH2N2 反应很慢 N=NMe (60%) (30%) OMe + OMe
3、卤代烃的结构对氨化产物的影响
1)立体位阻较小的卤代烃,氨化易形成叔胺
CH3 CH3 CH3 CH NH CH3
2
EtOH CH I + NH3 100℃, 4.5h
CH3 CHCH2 Cl + NH3 CH3
EtOH CHCH2NH2 110℃, 3h CH 3
CH3
2)若用二卤代烃进行烃化,产物各有不同
O
O RX / DMF NR
O NH + RNH2 NH
KOH/EtOH
N K O
O
2)反应机理(水合肼的水解)
O NR O
O NR HO
NH2NH2
RHN

修改第二章烃化反应

修改第二章烃化反应

CH3OCH2COOMe
改进得Williamson醚合成法:将醇制成醇铊,再进行烃化
EtOTl
R-OH C6H6
R'X
ROTl
R-O-R'
CH3CN

CH3OCH2CH2OH + EtOTl
PhCH2CH2OCH2Ph
CH3OCH2CH2OTl
CH3CN
CH3OCH2CH2OCH2Ph
第一节 氧原子上的烃化反应
R
ONa
nH2C CH2
R
O(CH2CH2O)nH
O
聚乙二醇烷基苯醚
O
CH2OCOC17H33
HO
OH
HO
O KOH H2O Hm(OH2CH2C)O
O
CH2OCOC17H33
O(CH2CH2O)pH O(CH2CH2O)nH
第一节 氧原子上的烃化反应
一 醇的O-烃化
4 烯烃作为烃化剂

R-OH + CH2=CH-R
反应机理:SN1

R-X
R +X
R + R'OH
决定反应速率

R-O-R'
R-O-R' + H
H
消旋产物
叔卤代烷、 Ph-CH2X、 R-CH=CH-CH2X 按SN1历程
第一节 氧原子上的烃化反应
一 醇的O-烃化
1 卤代烷为烃化剂:醇在碱的条件下与卤代烷生成醚
反应机理:SN2
R'O + R-CH2-X 从 X的 背 面 进 攻
注意事项:
① 磺酸酯只用于甲基化和乙基化,且只有R基参与反应,磺酸酯应用广,但磺酸为强酸,三废污染
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(5)胺的制备-还原烃化法 醛或酮在还原剂存在下,与氨或伯胺、仲胺反应, 使氮原子上引进烃基的反应称为还原烃化反应。
第二节 氮原子上的烃化反应
醛或酮与氨在Raney镍催化下还原烃化:
第二节 氮原子上的烃化反应
二、芳香胺的N-烃化 芳香胺碱性比较弱,需要更强的条件N-烃化, RL可以是卤代烷、硫酸烷基酯、芳基磺酸烷基 酯
不易与芳香伯胺反应。如加入铜或碘化铜以及碳酸钾并加 热,可得二苯胺及其同系物, 这叫Ullmann反应。
氯灭酸
第二节 氮原子上的烃化反应
三、杂环胺的N-烃化 (1)卤代烃为烃化剂
含氮六元杂环胺中,当氨基在氮原子邻或对位时,碱性较 弱,可用NaNH2先制成钠盐再进行烃化。
第二节 氮原子上的烃化反应
RL ArNH2 ArN H2RL
+ -
RL
ArN+HR2L-
第二节 氮原子上的烃化反应
(1)卤代烃为N-烃化剂 苯胺与卤代烃反应,生成仲胺,进一步反应得叔 胺,因此得到混合物。通过酸酐酰化,或苯磺酰 氯苯磺酰化,可得到较纯的产物。
第二节 氮原子上的烃化反应
(2)原甲酸乙酯为N-烃化剂 在硫酸存在下,用原甲酸乙酯烃化
第二节 氮原子上的烃化反应
R-X + NH3(过量) R+NH3XNaOH ,氨和胺亲核能 力较强,比羟基更容易烃基化。 注意区别“氨”、“胺”和“铵”三个字的不同用法
一、氨和脂肪胺的N-烃化
氨的三个氢都可以被烃基取代,生成物为伯、仲、叔 胺和季铵盐的混合物。生成的伯胺、仲胺、叔胺仍是 好的亲核试剂,因此,还会进一步反应。
O
邻苯二甲酰亚胺与卤代烃反应(盖布瑞尔(Gabriel)反应)
O NH O KOH O NK O RX O NH2NH2 NR O HCl/H2O NH + RNH 2 NH O O OH OH + RNH2 O
第二节 氮原子上的烃化反应
如在Gabriel合成中,所用卤代烃中有两个活性官能团,得 结构较为复杂的产物,抗疟药伯胺喹的合成
第二节 氮原子上的烃化反应
(1)仲胺的制备 如用仲卤代烷与氨或伯胺反应,由于立体位阻, 主要得到仲胺和少量叔胺。
第二节 氮原子上的烃化反应
(1)仲胺和叔胺的制备 阿的平的合成:以苯酚、苄醇、乙二醇为溶剂可 加快反应速度,提高反应效率
第二节 氮原子上的烃化反应
仲胺与卤代烷作用可得叔胺,如降压药优降宁中 间体的合成。
(2)多个氮原子的选择性烃化 选择性N-烃化
(1)胺碱性大小:氮原子上电子云密度的大小 (2)氮原子连接烃基的立体效应 1. R2NH>RNH2>R3N>NH3>ArNH2
NH2
第二节 氮原子上的烃化反应
选择性N-烃化
咖啡因
可可碱
第二节 氮原子上的烃化反应
(3)脂肪伯醇为N-烃化剂 苯胺与脂肪伯醇也可以N-烃化
第二节 氮原子上的烃化反应
(6)还原烃化法:伯胺与羰基化合物生成Schiff 碱,再用Raney镍或铂催化氢化,得到收率较好 的仲胺
第二节 氮原子上的烃化反应
(7) Ullmann反应:由于卤代芳烃活性较低,又有位阻,
第二节 氮原子上的烃化反应
(3)伯胺的制备-Dé pine反应 lé 抗菌药氯霉素的合成,用卤代烃与环六亚甲基四 胺(14)反应得到季铵盐(15)
第二节 氮原子上的烃化反应
(4)伯胺的制备:三氟甲磺酰胺法(Hinsberg反 应)

Hinsberg反应可用于鉴别伯、仲、叔胺
第二节 氮原子上的烃化反应
也可降仲胺转变成锂盐,一锅得叔胺。
第二节 氮原子上的烃化反应
叔胺的制备 仲胺与卤代烃作用可得叔胺
鏻鎓盐与仲胺作用,可以得到较纯的叔胺。
第二节 氮原子上的烃化反应
(2)伯胺的制备
用大大过量的氨与卤代烃反应,可抑制氮上进一步烃化;
CH3CHCOOH NH3(70mol) CH3CHCOOH Br NH2
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