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一个人的夕阳的博客

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日志

 
 

有机化学反应机理  

2009-11-19 17:05:05|  分类: 化学 |  标签: |举报 |字号 订阅

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目           录
第一部分  有机化学重要反应和机理 - 1 -
Arbuzov 反应 - 1 -
Arndt-Eister 反应 - 2 -
Baeyer-Villiger 反应 - 2 -
Beckmann 重排 - 4 -
Birch 还原 - 4 -
Bouveault---Blanc 还原 - 5 -
Bamberger,E.重排 - 6 -
Berthsen,A.Y 吖啶合成法 - 7 -
Bucherer反应 - 8 -
Cannizzaro 反应 - 9 -
Chichibabin 反应 - 10 -
Claisen 酯缩合反应 - 11 -
Claisen—Schmidt 反应 - 12 -
Claisen 重排 - 13 -
Clemmensen 还原 - 15 -
Combes 喹啉合成法 - 15 -
Cope 消除反应 - 16 -
Cope 重排 - 17 -
Curtius 反应 - 18 -
Crigee,R 反应 - 19 -
Dakin 反应 - 20 -
Elbs 反应 - 21 -
Edvhweiler-Clarke 反应 - 21 -
Elbs,K.过硫酸钾氧化法 - 22 -
Favorskii 反应 - 23 -
Favorskii 重排 - 24 -
Friedel-Crafts 烷基化反应 - 24 -
Friedel-Crafts 酰基化反应 - 25 -
Fries 重排 - 26 -
Fischer,O-Hepp,E 重排 - 27 -
Gabriel 合成法 - 27 -
Gattermann 反应 - 28 -
Gattermann-Koch 反应 - 29 -
Gomberg-Bachmann 反应 - 29 -
Hantzsch 合成法 - 30 -
Haworth 反应 - 31 -
Hell-Volhard-Zelinski 反应 - 31 -
Hinsberg 反应 - 32 -
Hofmann  烷基化 - 32 -
Hofmann重排 - 33 -
Hofmann  消除反应 - 34 -
Houben-Hoesch 反应 - 35 -
Hunsdieecker 反应 - 35 -
Kiliani 氯化增碳法 - 36 -
Knoevenagel 反应 - 36 -
Koble 反应 - 37 -
Koble-Schmitt 反应 - 37 -
Kolbe,H.Syntbexis of Nitroparsffini 合成 - 38 -
Leuckart 反应 - 39 -
Lossen 反应 - 40 -
Mannich 反应 - 41 -
Meerwein-Ponndorf 反应 - 41 -
Michael 加成反应 - 42 -
Martius,C.A. 重排 - 42 -
Norrish Ⅰ和Ⅱ 型裂 - 43 -
Oppenauer 氧化 - 44 -
Orton,K.J.P 重排 - 45 -
Paal-Knorr 反应 - 46 -
Pschorr 反应 - 46 -
Prileschajew,N.反应 - 47 -
Prins,H.J 反应 - 48 -
Pinacol-Pinacolone Rearrangement 重排 - 49 -
Perkin,W.H 反应 - 50 -
Pictet-Spengler 合成法-异喹啉 - 51 -
Reformatsky 反应 - 51 -
Reimer-Tiemann 反应 - 52 -
Reppe 合成法 - 53 -
Robinson 缩环反应 - 53 -
Rosenmund 还原 - 54 -
Ruff 递降反应 - 54 -
Riley ,H.L.氧化法 - 54 -
Sandmeyer 反应 - 56 -
Schiemann 反应 - 56 -
Schmidt 反应 - 57 -
Skraup 合成法 - 58 -
Sommelet-Hauser 反应 - 59 -
Stephen 还原-氰还原为醛 - 60 -
Stevens 重排 - 60 -
Strecker 氨基酸合成法 - 61 -
Bischler-Napieralski 合成法 - 62 -
Schmidin,J.乙烯酮合成 - 63 -
Tiffeneau-Demjanov 重排 - 63 -
Tischenko,V.反应 - 64 -
Thorpe,J.F.缩合 - 65 -
Tollens,B.缩合 - 65 -
Ullmann 反应 - 66 -
Urech,F.羟腈合成法 - 67 -
Vilsmeier 反应 - 68 -
Van Ekenstein,W.A 重排 - 68 -
Williamson 合成法 - 69 -
Wacker 反应 - 69 -
Wagner-Meerwein 重排 - 70 -
Wittig 反应 - 70 -
Wittig-Horner 反应 - 71 -
Wolff-Kishner还原和黄鸣龙改进法 - 72 -
Wohl 递降反应 - 73 -
第二部分 有机化学知识总结 - 75 -
一 碳正离子的总结 - 75 -
二 立体化学选择性反应 - 75 -
三 络合金属氢化物还原 - 75 -
1氢化铝锂(LAH) - 76 -
2硼氢化钠(钾) - 80 -
四 金属有机化合物 - 82 -
五 各类化合物的鉴别方法 - 83 -
六 烯烃的氧化反应总结 - 84 -
七 羧酸衍生物还原成醛酮 - 85 -

第一部分  有机化学重要反应和机理
Arbuzov 反应
    亚磷酸三烷基酯作为亲核试剂与卤代烷作用,生成烷基膦酸二烷基酯和一个新的卤代烷:
 
    卤代烷反应时,其活性次序为:R'I >R'Br >R'Cl。除了卤代烷外,烯丙型或炔丙型卤化物、α-卤代醚、- 或β-卤代酸酯、对甲苯磺酸酯等也可以进行反应。当亚酸三烷基酯中三个烷基各不相同时,总是先脱除含碳原子数最少的基团。
本反应是由醇制备卤代烷的很好方法,因为亚磷酸三烷基酯可以由醇与三氯化磷反应制得:
 
    如果反应所用的卤代烷 R'X 的烷基和亚磷酸三烷基酯 (RO)3P 的烷基相同(即 R' = R),则 Arbuzov 反应如下:
 
    这是制备烷基膦酸酯的常用方法。 除了亚磷酸三烷基酯外,亚膦酸酯 RP(OR')2 和次亚膦酸酯 R2POR' 也能发生该类反应,例如:
 
【反应机理】
    一般认为是按 SN2 进行的分子内重排反应:
 
【反应实例】
 
Arndt-Eister 反应
    酰氯与重氮甲烷反应,然后在氧化银催化下与水共热得到酸。
 
【反应机理】
    重氮甲烷与酰氯反应首先形成重氮酮(1),(1)在氧化银催化下与水共热,得到酰基卡宾(2),(2)发生重排得烯酮(3),(3)与水反应生成酸,若与醇或氨(胺)反应,则得酯或酰胺。
 
【反应实例】
 
Baeyer-Villiger 反应
酮类化合物用过酸如过氧乙酸、过氧苯甲酸、间氯过氧苯甲酸或三氟过氧乙酸等氧化,可在羰基旁边插入一个氧原子生成相应的酯,其中三氟过氧乙酸是最好的氧化剂。这类氧化剂的特点是反应速率快,反应温度一般在10℃~40℃之间,产率高。
 
【反应机理】
过氧酸先与羰基进行亲核加成,然后酮羰基上的一个烃基带着一对电子迁移到-O-O-基团中与羰基碳原子直接相连的氧原子上,同时发生O-O键异裂。因此,这是一个重排反应:
 
具有光学活性的3-苯基丁酮和过酸反应,重排产物手性碳原子的构型保持不变,说明反应属于分子内重排:
 
不对称的酮氧化时,在重排步骤中,两个基团均可迁移,但是还是有一定的选择性,按迁移能力其顺序为:
 
    醛氧化的机理与此相似,但迁移的是氢负离子,得到羧酸。
 
【反应实例】 
  
Beckmann 重排
    肟在酸如硫酸、多聚磷酸以及能产生强酸的五氯化磷、三氯化磷、苯磺酰氯、亚硫酰氯等作用下发生重排,生成相应的取代酰胺,如环己酮肟在硫酸作用下重排生成己内酰胺:
 
【反应机理】
    在酸作用下,肟首先发生质子化,然后脱去一分子水,同时与羟基处于反位的基团迁移到缺电子的氮原子上,所形成的碳正离子与水反应得到酰胺。
 
    迁移基团如果是手性碳原子,则在迁移前后其构型不变,例如:
 
【反应实例】
 
Birch 还原
    芳香化合物用碱金属(钠、钾或锂)在液氨与醇(乙醇、异丙醇或仲丁醇)的混合液中还原,苯环可被还原成非共轭的1,4-环己二烯化合物。
 
【反应机理】
    首先是钠和液氨作用生成溶剂化点子,然后苯得到一个电子生成自由基负离子(Ⅰ),这是苯环的л电子体系中有七个电子,加到苯环上那个电子处在苯环分子轨道的反键轨道上,自由基负离子仍是个环状共轭体系,(Ⅰ)表示的是部分共振式。(Ⅰ)不稳定而被质子化,随即从乙醇中夺取一个质子生成环己二烯自由基(Ⅱ)。(Ⅱ)在取得一个溶剂化电子转变成环己二烯负离子(Ⅲ),(Ⅲ)是一个强碱,迅速再从乙醇中夺取一个电子生成1,4-环己二烯。
    环己二烯负离子(Ⅲ)在共轭链的中间碳原子上质子化比末端碳原子上质子快,原因尚不清楚。
【反应实例】
    取代的苯也能发生还原,并且通过得到单一的还原产物,倾向于生成遵守査衣切夫规则的烯烃,即生成取代基多的烯烃。若取代基R上有与苯环双键,则先还原的是双键。若双键不共轭,那么它就不受到影响。例如:
 
Bouveault---Blanc 还原
    脂肪族羧酸酯可用金属钠和醇还原得一级醇。α,β-不饱和羧酸酯还原得相应的饱和醇。芳香酸酯也可进行本反应,但收率较低。本法在氢化锂铝还原酯的方法发现以前,广泛地被使用,非共轭的双键可不受影响。         
【反应机理】
    首先酯从金属钠获得一个电子还原为自由基负离子,然后从醇中夺取一个质子转变为自由基,再从钠得一个电子生成负离子,消除烷氧基成为醛,醛再经过相同的步骤还原成钠,再酸化得到相应的醇。
 
【反应实例】
 
醛酮也可以用本法还原,得到相应的醇:  
Bamberger,E.重排
   苯基羟胺(N-羟基苯胺)和稀硫酸一起加热发生重排成对-氨基苯酚:
 
   在H2SO4-C2H5OH(或CH3OH)中重排生成对-乙氧基(或甲氧基)苯胺:
 
其它芳基羟胺,它的环上的o-p位上未被取代者会起类似的重排。例如,对-氯苯基羟胺重排成2-氨基-5-氯苯酚:
 
【反应机理】
 
【反应实例】
 
Berthsen,A.Y 吖啶合成法
   二芳基胺类与羧酸在无水ZnCl2存在下加热起缩合作用,生成吖啶类化合物。
 
【反应机理】
     反应的机理不详
【反应实例】
 
Bucherer反应
萘酚及其衍生物在亚硫酸或亚硫酸氢盐存在下和氨进行高温反应,可得萘胺衍生物,反应是可逆的。反应时如用一级胺或二级胺与萘酚反应则制得二级或三级萘胺。如有萘胺制萘酚,可将其加入到热的亚硫酸氢钠中,再加入碱,经煮沸除去氨而得。
 
【反应机理】
本反应的机理为加成消除过程,反应的第一步(无论从哪个方向开始)都是亚硫酸氢钠加成到环的双键上得到烯醇(Ⅱ)或烯胺(Ⅵ),它们再进行下一步互变异构为酮(Ⅲ)或亚胺(Ⅳ):

【反应实例】
 
Cannizzaro 反应
    凡α位碳原子上无活泼氢的醛类和浓NaOH或KOH水或醇溶液作用时,不发生醇醛缩合或树脂化作用而起歧化反应生成与醛相当的酸(成盐)及醇的混合物。此反应的特征是醛自身同时发生氧化及还原作用,一分子被氧化成酸的盐,另一分子被还原成醇:
 
    脂肪醛中,只有甲醛和与羰基相连的是一个叔碳原子的醛类,才会发生此反应,其它醛类与强碱液,作用发生醇醛缩合或进一步变成树脂状物质。
 
    具有α-活泼氢原子的醛和甲醛首先发生羟醛缩合反应,得到无α-活泼氢原子的β-羟基醛,然后再与甲醛进行交叉Cannizzaro反应,如乙醛和甲醛反应得到季戊四醇:
※由此可以看出,甲醛永远是被氧化为甲酸,而其它的醛则是被还原为醇。
  【反应机理】
    醛首先和氢氧根负离子进行亲核加成得到负离子,然后碳上的氢带着一对电子以氢负离子的形式转移到另一分子的羰基不能碳原子上。
【反应实例】
 
Chichibabin 反应
    杂环碱类,与碱金属的氨基物一起加热时发生胺化反应,得到相应的氨基衍生物,如吡啶与氨基钠反应生成2-氨基啶,如果α位已被占据,则得γ-氨基吡啶,但产率很低。
 
    本法是杂环上引入氨基的简便有效的方法,广泛适用于各种氮杂芳环,如苯并咪唑、异喹啉、丫啶和菲啶类化合物均能发生本反应。喹啉、吡嗪、嘧啶、噻唑类化合物较为困难。氨基化试剂除氨基钠、氨基钾外,还可以用取代的碱金属氨化物:
 
【反应机理】
   反应的机理还不是很清楚,可能是吡啶与氨基首先加成,(Ⅰ),(Ⅰ)转移一个负离子给质子给予体(AH),产生一分子氢气和形成小量的2-氨基吡啶(Ⅱ),此小量的(Ⅱ)又可以作为质子的给予体,最后的产物是2-氨基吡啶的钠盐,用水分解得到2-氨基吡啶:
 
【反应实例】
 
    吡啶类化合物不易进行硝化,用硝基还原法制备氨基吡啶甚为困难。本反应是在杂环上引入氨基的简便有效的方法,广泛适用于各种氮杂芳环,如苯并咪唑、异喹啉、吖啶和菲啶类化合物均能发生本反应。
【相关知识】
1)、亲电取代主要发生在吡啶环的β位;
2)若α或γ位有邻对位定位基,在β位进攻;
3)当β位有强的给电子基团(大于吡啶环上的吸电子效应),亲电取代反应主要在2位上;
4)、当β位是弱的给电子基团,则进攻的仍然是β位;
5)、此法可用于在吡啶的α位上卤素,同时也可以用于喹啉等物质。
Claisen 酯缩合反应 
含有α-氢的酯在醇钠等碱性缩合剂作用下发生缩合作用,失去一分子醇得到β-酮酸酯。如二分子乙酸乙酯在金属钠和少量乙醇作用下发生缩合得到乙酰乙酸乙酯。
 
二元羧酸酯的分子内酯缩合见Dieckmann缩合反应。
【反应机理】 
    乙酸乙酯的α-氢酸性很弱(pKa-24.5),而乙醇钠又是一个相对较弱的碱(乙醇的pKa-15.9),因此,乙酸乙酯与乙醇钠作用所形成的负离子在平衡体系是很少的。但由于最后产物乙酰乙酸乙酯是一个比较强的酸,能与乙醇钠作用形成稳定的负离子,从而使平衡朝产物方向移动。所以,尽管反应体系中的乙酸乙酯负离子浓度很低,但一形成后,就不断地反应,结果反应还是可以顺利完成。
 
    常用的碱性缩合剂除乙醇钠外,还有叔丁醇钾、叔丁醇钠、氢化钾、氢化钠、三苯甲基钠、二异丙氨基锂(LDA)和Grignard试剂等。
【反应实例】
    如果酯的α-碳上只有一个氢原子,由于酸性太弱,用乙醇钠难于形成负离子,需要用较强的碱才能把酯变为负离子。如异丁酸乙酯在3苯甲基钠作用下,可以进行缩合,而在乙醇钠作用下则不能发生反应:
    两种不同的酯也能发生酯缩合,理论上可得到四种不同的产物,称为混合酯缩合,在制备上没有太大意义。如果其中一个酯分子中既无α-氢原子,而且烷氧羰基又比较活泼时,则仅生成一种缩合产物。如苯甲酸酯、甲酸酯、草酸酯、碳酸酯等。与其它含α-氢原子的酯反应时,都只生成一种缩合产物。
 
    实际上这个反应不限于酯类自身的缩合,酯与含活泼亚甲基的化合物都可以发生这样的缩合反应,这个反应可以用下列通式表示:
Claisen—Schmidt 反应
    一个无??氢原子的醛与一个带有??氢原子的脂肪族醛或酮在稀氢氧化钠水溶液或醇溶液存在下发生缩合反应,并失水得到????不饱和醛或酮:
 
【反应机理】
 
【反应实例】 
※如反应实例中的产物,带羧基的大基团总是和另一大基团处于反式的位置。
Claisen 重排
   烯丙基芳基醚在高温(200°C)下可以重排,生成烯丙基酚。
   当烯丙基芳基醚的两个邻位未被取代基占满时,重排主要得到邻位产物,两个邻位均被取代基占据时,重排得到对位产物。对位、邻位均被占满时不发生此类重排反应。
 
    交叉反应实验证明:Claisen重排是分子内的重排。采用γ-碳 14C 标记的烯丙基醚进行重排,重排后 γ-碳原子与苯环相连,碳碳双键发生位移。两个邻位都被取代的芳基烯丙基酚,重排后则仍是α-碳原子与苯环相连。
【反应机理】
Claisen 重排是个协同反应,中间经过一个环状过渡态,所以芳环上取代基  的电子效应对重排无影响。
 
    从烯丙基芳基醚重排为邻烯丙基酚经过一次[3,3]σ迁移和一次由酮式到烯醇式的互变异构;两个邻位都被取代基占据的烯丙基芳基酚重排时先经过一次[3,3]迁移到邻位(Claisen 重排),由于邻位已被取代基占据,无法发生互变异构,接着又发生一次[3,3]σ迁移(Cope 重排)到对位,然后经互变异构得到对位烯丙基酚。
    取代的烯丙基芳基醚重排时,无论原来的烯丙基双键是Z-构型还是E-构型,重排后的新双键的构型都是E-型,这是因为重排反应所经过的六员环状过渡态具有稳定椅式构象的缘故。
 
【反应实例】
 
   Claisen 重排具有普遍性,在醚类化合物中,如果存在烯丙氧基与碳碳相连的结构,就有可能发生Claisen 重排。
 
Clemmensen 还原
    醛类或酮类分子中的羰基被锌汞齐和浓盐酸还原为亚甲基:
    此法只适用于对酸稳定的化合物。对酸不稳定而对碱稳定的化合物可用Wolff-Kishner-黄鸣龙反应还原。
【反应机理】
    本反应的反应的机理较复杂,目前尚不很清楚。
【反应实例】
 
Combes 喹啉合成法
    Combes合成法是合成喹啉的另一种方法,是用芳胺与1,3-2羰基化合物反应,首先得到高产率的β-氨基烯酮,然后在浓硫酸作用下,羰基氧质子化后的羰基碳原子向氨基邻位的苯环碳原子进行亲电进攻,关环后,再脱水得到喹啉。
 
【反应机理】
 
   在氨基的间位有强的邻、对位定位基团存在时,关环反应容易发生;但当强邻、对位定位基团存在于氨基的对位时,则不易发生关环反应。
【反应实例】
 
Cope 消除反应
   
叔胺的N-氧化物(氧化叔胺)热解时生成烯烃和N,N-二取代羟胺,产率很高。
    实际上只需将叔胺与氧化剂放在一起,不需分离出氧化叔胺即可继续进行反应,例如在干燥的二甲亚砜或四氢呋喃中这个反应可在室温进行。此反应条件温和、副反应少,反应过程中不发生重排,可用来制备许多烯烃。当氧化叔胺的一个烃基上二个β位有氢原子存在时,消除得到的烯烃是混合物,但是 Hofmann产物为主;如得到的烯烃有顺反异构时,一般    以 E-型为主。例如:
 
【反应机理】
    这个反应是E2顺式消除反应,反应过程中形成一个平面的五员环过度态,氧化叔胺的氧作为进攻的碱:
    要产生这样的环状结构,氨基和β-氢原子必须处于同一侧,并且在形成五员环过度态时,α,β-碳原子上的原子基团呈重叠型,这样的过度态需要较高的活化能,形成后也很不稳定,易于进行消除反应。
【反应实例】
             
Cope 重排
     1,5-二烯类化合物受热时发生类似于 O-烯丙基重排为 C-烯丙基的重排反应(Claisen 重排)反应称为Cope重排。这个反应30多年来引起人们的广泛注意。1,5-二烯在150℃—200℃单独加热短时间就容易发生重排,并且产率非常好。
 
 
    Cope重排属于周环反应,它和其它周环反应的特点一样,具有高度的立体选择性。例如:内消旋-3,4-二甲基-1,5-己二烯重排后,得到的产物几乎全部是(Z, E)-2,6辛二烯:
 
【反应机理】
    Cope重排是[3,3]s-迁移反应,反应过程是经过一个环状过渡态进行的协同
反应:
 
    在立体化学上,表现为经过椅式环状过渡态:
 
【反应实例】
                  
              
Curtius 反应
      酰基叠氮化物在惰性溶剂中加热分解生成异氰酸酯: 
     异氰酸酯水解则得到胺:
 
【反应机理】
【反应实例】
Crigee,R 反应
    1,2-二元醇类的氧化产物因所用的氧化剂的种类而不同。用K2Cr2O7或KMnO4氧化时生成酸类。用特殊氧化剂四乙醋酸铅在CH3COOH或苯等不活泼有机溶剂中缓和氧化,生成二分子羰基化合物(醛或酮)。氧化反应也可以在酸催化剂(三氯醋酸)存在下进行。本反应被广泛地应用于研究醇类结构及制备醛、酮类,产率很高。
 
【反应机理】
    反应过程中先生成环酯中间产物,进一步C--C键裂开成醛或酮。 
 
    酸催化的场合,反应历程可以用下式表示:
 
【反应实例】
 
Dakin 反应
    酚醛或酚酮类用H2O2在NaOH存在下氧化时,可将分子中的-CHO基或CH2CO-基被-OH基置换,生成相对应的酚类。本反应可利用以制备多员酚类。
【反应机理】
 
【反应实例】
 
Elbs 反应
    羰基的邻位有甲基或亚甲基的二芳基酮,加热时发生环化脱氢作用,生成蒽的衍生物:
 
    由于这个反应通常是在回流温度或高达400-450 °C的温度范围内进行,不用催化剂和溶剂,直到反应物没有水放出为止,在这样的高温条件下,一部分原料和产物发生碳化,部分原料酮被释放出的水所裂解,烃基发生消除或降解以及分子重排等副反应,致使产率不高。
【反应机理】
    本反应的机理尚不清楚。
【反应实例】
 
Edvhweiler-Clarke 反应
    在过量甲酸存在下,一级胺或二级胺与甲醛反应,得到甲基化后的三级胺(甲醛在这里作为一个甲基化试剂):
 
【反应机理】
【反应实例】
 
Elbs,K.过硫酸钾氧化法
    将一元酚类或类似化合物用过硫酸钾在碱性溶液中氧化羟基引入在原有羟基的对位或邻位,生成二元酚类。分子中的醛基或双键等都不影响。产率约20%~48%。过硫酸钾的水溶液在加热时放出氧(芳伯胺类如用本试剂氧化时,变成硝基化合物):
 
【反应机理】
 
【反应实例】
 
 
Favorskii 反应
    炔烃与羰基化合物在强碱性催化剂如无水氢氧化钾或氨基钠存在下于乙醚中发生加成反应,得到炔醇(液氨、乙二醇醚类、四氢呋喃、二甲亚砜、二甲苯等均能作为溶剂):
 
【反应机理】
 
【反应实例】
Favorskii 重排
    α-卤代酮在氢氧化钠水溶液中加热重排生成含相同碳原子数的羧酸(如用醇钠的醇溶液,则得羧酸酯);如为环状α-卤代酮,则导致环缩小。
 
 
     ※此法可用于合成张力较大的四员环。
【反应机理】
【反应实例】
 
Friedel-Crafts 烷基化反应
    芳烃与卤代烃、醇类或烯类化合物在Lewis催化剂(如AlCl3,FeCl3, H2SO4, H3PO4, BF3,  HF等)存在下,发生芳环的烷基化反应。       
    卤代烃反应的活泼性顺序为:RF>RCl>RBr>RI,当烃基超过三个碳原子时,反应过程中易发生重排。
反应机理
    首先是卤代烃、醇或烯烃与催化剂如三氯化铝作用形成碳正离子:
 
    所形成的碳正离子可能发生重排,得到较稳定的碳正离子:
 
    碳正离子作为亲电试剂进攻芳环形成中间体s-络合物,然后失去一个质子得到发生亲电取代产物:       
反应实例
 
Friedel-Crafts 酰基化反应
    芳烃与酰基化试剂如酰卤、酸酐、羧酸、烯酮等在Lewis酸(通常用无水三氯化铝)催
化下发生酰基化反应,得到芳香酮:
 
    这是制备芳香酮类最重要的方法之一,在酰基化中不发生烃基的重排。
【反应机理】
 
【反应实例】
 
 
Fries 重排
    酚酯在Lewis酸存在下加热,可发生酰基重排反应,生成邻羟基和对羟基芳酮的混合物。重排可以在硝基苯、硝基甲烷等溶剂中进行,也可以不用溶剂直接加热进行。
 
    邻、对位产物的比例取决于酚酯的结构、反应条件和催化剂等。例如,用多聚磷酸催化时主要生成对位重排产物,而用四氯化钛催化时则主要生成邻位重排产物。反应温度对邻、对位产物比例的影响比较大,一般来讲,较低温度(如室温)下重排有利于形成对位异构产物(动力学控制),较高温度下重排有利于形成邻位异构产物(热力学控制)。 
【反应机理】
 
【反应实例】
 
Fischer,O-Hepp,E 重排
N-亚硝基芳胺用盐酸或氢溴酸或其乙醇溶液处理时氨基氮上的亚硝基转移到芳核上去形成p-亚硝基芳胺(对位重排):
 
    通常发生对位重排,但在奈系化合物中如N-亚硝基-N-加基-2-奈胺则发生邻位重排成1-亚硝基化合物: 
 
【反应机理】
    在HCl存在下,N-亚硝基化合物首先解离成仲胺及NOCl然后进行亚硝基化:
 
Gabriel 合成法
邻苯二甲酰亚胺与氢氧化钾的乙醇溶液作用转变为邻苯二甲酰亚胺盐,此盐和卤代烷反应生成N-烷基邻苯二甲酰亚胺,然后在酸或碱性条件下水解得到一级胺和邻苯二甲酸,
这是制备纯净的一级胺的一种方法。
 
    有些情况下水解很困难,可以用肼解来代替:
【反应机理】
    邻苯二甲酰亚胺盐和卤代烷的反应是亲核取代反应,取代反应产物的水解过程与酰胺的水解相似。
【反应实例】
 
Gattermann 反应 
重氮盐用新制的铜粉代替亚铜盐(见Sandmeyer反应)作催化剂,与浓盐酸或氢溴酸发生置换反应得到氯代或溴代芳烃:
 
   本法优点是操作比较简单,反应可在较低温度下进行,缺点是其产率一般较Sandmeyer反应低。
【反应机理】
    见Sandmeyer反应
【反应实例】
 
Gattermann-Koch 反应
    芳香烃与等分子的一氧化碳及氯化氢气体在加压和催化剂(三氯化铝及氯化亚铜)存在下反应,生成芳香醛:
 
【反应机理】
 
【反应实例】
 
Gomberg-Bachmann 反应
芳香重氮盐在碱性条件下与其它芳香族化合物偶联生成联苯或联苯衍生物:
  
【反应机理】
 
【反应实例】
 
※刑其毅说:若苯环上有取代基,不论是什么取代基,反应主要都是发生在取代基的邻、对位。
Hantzsch 合成法
    两分子β-羰基酸酯和一分子醛及一分子氨发生缩合反应,得到二氢吡啶衍生物,再用氧化剂氧化得到吡啶衍生物。这是一个很普遍的反应,用于合成吡啶同系物。
  
【反应机理】
    反应过程可能是一分子β-羰基酸酯和醛反应,另一分子β-羰基酸酯和氨反应生成β-氨基烯酸酯,所生成的这两个化合物再发生Micheal加成反应,然后失水关环生成二氢吡啶衍生物,它很溶液脱氢而芳构化,例如用亚硝酸或铁氰化钾氧化得到吡啶衍生物:
【反应实例】
 
Haworth 反应
   
萘和丁二酸酐发生Friedel-Crafts酰化反应然后按标准的方法还原、关环、还原、脱氢得到多环芳香族化合物。  
【反应机理】
    见Friedel-Crafts酰化反应
【反应实例】
 
Hell-Volhard-Zelinski 反应
    羧酸在催化量的三卤化磷或红磷作用下,能与卤素发生α-卤代反应生成α-卤代酸:
 
    本反应也可以用酰卤作催化剂。
【反应机理】
 
【反应实例】
 
Hinsberg 反应
伯胺、仲胺分别与对甲苯磺酰氯作用生成相应的对甲苯磺酰胺沉淀,其中伯胺生成的沉淀能溶于碱(如氢氧化钠)溶液,仲胺生成的沉淀则不溶,叔胺与对甲苯磺酰氯不反应。此反应可用于伯、仲、叔胺的分离与鉴定。
 
Hofmann  烷基化
卤代烷与氨或胺发生烷基化反应,生成脂肪族胺类:
由于生成的伯胺亲核性通常比氨强,能继续与卤代烃反应,因此本反应不可避免地产生仲胺、叔胺和季铵盐,最后得到的往往是多种产物的混合物。
 
    用大过量的氨可避免多取代反应的发生,从而可得到良好产率的伯胺。
【反应机理】
    反应为典型的亲核取代反应(SN1或SN2)
【反应实例】
 
Hofmann重排
酰胺用溴(或氯)在碱性条件下处理转变为少一个碳原子的伯胺:
 
【反应机理】
该重排反应的动力是氮原子要满足八隅体结构。
 
当手性酰胺发生反应时,其手性构型不变。这说明反应中生成了三元环的过渡态限制了手性碳原子构型转化的可能性,结果是构型保持。
 
重排基团的活性:芳香酰胺重排可得到芳胺。当酰胺芳环上连有不同的取代基时,重排就会受到影响。由反应重排的动力可知,该反应对于迁移基团而言是富电子重排。因此连有给电子基团会加速反应的进行,而吸电子基团会减缓反应的进行。芳环的重排是经由三元环的过渡态,从这个过渡态亦可知:过渡态的苯环上分散着正电荷,苯环上连有给电子基团会增强它的稳定性,即正电荷得到很好的分散。

【反应实例】
 
Hofmann  消除反应
季铵碱在加热条件下(100℃--200℃)发生热分解,当季铵碱的四个烃基都是甲基时,热分解得到甲醇和三甲胺:
 
【反应原理】
霍夫曼消除规律的本质是一个体积效应的问题。季胺碱消除反应是E2机理。反应是通过氢氧根负离子进攻β-氢的过渡态,结果脱去水和胺生成烯烃。 
 
如果季铵碱的四个烃基不同,则热分解总是得到含取代基最少的烯烃和叔胺:
 
【反应实例】
Houben-Hoesch 反应
    酚或酚醚在氯化氢和氯化锌等Lewis酸的存在下,与腈作用,随后进行水解,得到酰基酚或酰基酚醚:
 
【反应机理】
    反应的机理较复杂,目前尚未完全阐明
【反应实例】
 
Hunsdieecker 反应
    干燥的羧酸银盐在四氯化碳中与卤素一起加热放出二氧化碳,生成比原羧酸少一个碳原子的卤代烃:
 
【反应机理】
【反应实例】
 
Kiliani 氯化增碳法
    糖在少量氨的存在下与氢氰酸加成得到α-羟基腈,经水解得到相应的糖酸,此糖酸极易转变为内酯,将此内酯在含水的乙醚或水溶液中用钠汞齐还原,得到比原来的糖多一个碳原子的醛糖。
 
【反应实例】
Knoevenagel 反应
   含活泼亚甲基的化合物与醛或酮在弱碱性催化剂(氨、伯胺、仲胺、吡啶等有机碱)存在下缩合得到α,β-不饱和化合物。  
【反应机理】
【反应实例】
 
Koble 反应
    脂肪酸钠盐或钾盐的浓溶液电解时发生脱羧,同时两个烃基相互偶联生成烃类:
 
    如果使用两种不同脂肪酸的盐进行电解,则得到混合物:
【反应机理】
 
【反应实例】
 
Koble-Schmitt 反应
    酚钠和二氧化碳在加压下于125℃-150℃反应,生成邻羟基苯甲酸,同时有少量对羟基苯甲酸生成:
 
    反应产物与酚盐的种类及反应温度有关,一般来讲,使用钠盐及在较低的温度下反应主要得到邻位产物,而用钾盐及在较高温度下反应则主要得对位产物:
    邻位异构体在钾盐及较高温度下加热也能转变为对位异构体:
【反应机理】
    反应的机理目前还不太清楚。
【反应实例】
 
Kolbe,H.Syntbexis of Nitroparsffini 合成
将含等摩尔的α-卤代羧酸与亚硝酸钠或钾的水溶液加热时,生成-硝基脂肪酸钠中间体,继续加热起分解作用,失去CO2转变成硝基烷类及NaHCO3.本方法仅可适用于小量制备碳原子数在以下的硝基烷类(特别适宜于制备硝基甲烷及硝基乙烷).而β-卤代羧酸与亚硝酸钾作用生成产物不能放出CO2,故不能发生此反应.
 
【反应机理】
 
【反应实例】
 
Leuckart 反应

醛或酮在高温下与甲酸铵反应得伯胺: 
    除甲酸铵外,反应也可以用取代的甲酸铵或甲酰铵。
【反应机理】
    反应中甲酸铵一方面提供氨,另一方面又作为还原剂。
【反应实例】
 
Lossen 反应
    异羟肟酸或其酰基化物在单独加热或在碱、脱水剂(如五氧化二磷、乙酸酐、亚硫酰氯等)存在下加热发生重排生成异氰酸酯,再经水解、脱羧得伯胺:
 
    本重排反应后来有过两种改进方法。
【反应机理】
    本重排反应的反应机理与 Hofmann 重排、Curtius 反应、Schmidt 反应机理相类似,也是形成异氰酸酯中间体:
 
    在重排步骤中,R的迁移和离去基团的离去是协同进行的。当R是手性碳原子时,重排后其构型保持不变:
 
【反应实例】
 
Mannich 反应
    含有α-活泼氢的醛、酮与甲醛及胺(伯胺、仲胺或氨)反应,结果一个α-活泼氢被胺甲基取代,此反应又称为胺甲基化反应,所得产物称为Mannich碱。 
【反应机理】
 
【反应实例】
 
Meerwein-Ponndorf 反应
    醛或酮与异丙醇铝在异丙醇溶液中加热,还原成相应的醇,而异丙醇则氧化为丙酮,将生成的丙酮由平衡物中慢慢蒸出来,使反应朝产物方向进行。这个反应相当于Oppenauer氧化的逆向反应。
 
【反应机理】
 
【反应实例】
 
Michael 加成反应
    一个亲电的共轭体系和一个亲核的碳负离子进行共轭加成,称为Micheal加成:
 
【反应机理】
 
【反应实例】
 
Martius,C.A. 重排
    N-烷基苯胺类的卤氢酸在长时间加热时(200℃~300℃),则烷基易起重排(转移到芳核上的邻或对位上)而生成收率极高的C-烷基苯胺的卤酸盐类(C-alkyl-aniline hydrochlorides).本反应在理论和实际上均属重要:
 
【反应机理】
    麦克尔(Michael)认为N-烷基苯胺-盐酸盐在加热时离解成卤代烷类及苯胺,然后在氨基的对位起烷基化(分子间重排)。郝金勃登反对此说:
 
【反应实例】
  
Norrish Ⅰ和Ⅱ 型裂
   饱和羰基化合物的光解反应过程有两种类型,Norrish I型和Norrish II型裂解。 Norrish I型的特点是光解时羰基与α-碳之间的键断裂,形成酰基自由基和烃基自由基:
 
   不对称的酮发生I型裂解时,有两种裂解方式,一般是采取形成两个比较稳定自由基的裂解方式。
   环酮在裂解后不发生脱羰作用,而是发生分子内的夺氢反应,生成不饱和醛:
 
   羰基旁若有一个三碳或大于三碳的烷基,分子有形成六员环的趋势,在光化反应后,就发生分子中夺氢的反应,通常是受激发的羰基氧夺取g-形成双自由基,然后再发生关环成为环丁醇衍生物或发生-碳碳键的断裂,得到烯烃或酮。光化产物发生α,β-碳碳键的断裂称为Norrish II型裂解反应:
 
Oppenauer 氧化
    仲醇在叔丁醇铝或异丙醇铝和丙酮作用下,氧化成为相应的酮,而丙酮则还原为异丙醇。这个反应相当于Meerwein-Ponndorf反应的逆向反应。
【反应机理】
 
【反应实例】
 
Orton,K.J.P 重排
   将乙酰苯胺的冷却饱和水溶液用HOCl处理时得N-氯代乙酰苯胺,后者在干燥状态及避光的条件下可以长期放置。N-氯代乙酰苯胺的水溶液在低温时暗处放置时也是稳定的,如果将溶液暴露于光线下则慢慢地转变为p-邻氯代乙酰苯胺,两种异构体的产率比为60-80%;40-20%。如果将N-氯代物和盐酸一起加热,则几乎定量地转变成p-氯代物及少量o-氯代物的混合物。
 
    又如将N-溴代-2,6-二甲基-乙酰苯胺溶于醋酸、氯苯等溶液中也会发生重排成p-位及m-位溴代异构体:
 
【反应机理】
 
Paal-Knorr 反应

1,4-二羰基化合物在无水的酸性条件下脱水,生成呋喃及其衍生物。1,4-二羰基化合物与氨或硫化物反应,可得吡咯、噻吩及其衍生物。
 
【反应机理】
 
【反应实例】
 
 
Pschorr 反应
    重氮盐在碱性条件下发生分子内的偶联反应:
【反应机理】
     一般认为,本反应是通过自由基进行的,在反应时,原料的两个苯环必须在双键的同一侧,并在同一个平面上。
【反应实例】
 
Prileschajew,N.反应
    烯属烃类用一定量的有机过氧酸在无水的惰性有机溶剂中(CHCl3,乙醚等)低温处理,则生成1,2-环氧化合物.通常的有机过氧酸有过苯甲酸、过乙酸、过甲酸及过三氟乙酸。本反应也称为“环氧化反应”。
 
【反应机理】
 
【反应实例】
 

Prins,H.J 反应
   普林斯发现在酸催化剂下,烯烃和甲醛水溶液一起加热反应生成1,3-二恶烷,1,3-二醇及烯丙醇等.
 
【反应机理】
    1) 金属卤化物催化反应:烯烃和醛在无水条件下反应,生成不饱和醇或1,3-二恶烷.其中以第三烯(如异丁烯)和聚甲醛或三氯乙醛等在AlCl3,SnCl4存在下的反应最为重要得到不饱和醇.例如:
 
2) 酸催化反应:在无机酸存在下,烯烃和醛加成生成1,3-二恶烷和1,3-二醇,二者的比例因酸的浓度和温度而异.
 
【反应实例】
Pinacol-Pinacolone Rearrangement 重排
    当频哪醇类在稀H2SO4存在下加热脱水时发生特殊的分子内部的重排反应生成频哪酮。如用盐酸、草酸、I2/CH3COOH、CH3COOH等脱水-转位剂以代替H2SO4可得相同的结局:
 
【反应机理】
    反应的关键是生成碳正离子,结构不对称的邻二叔醇再酸的催化下起频哪醇重排,产物的结构主要取决于第一步中羟基质子化脱水后形成的碳正离子的稳定性,而于迁移基团的迁移能力的大小无关。但是结构对称的邻二叔醇,由于任何一个羟基质子化脱水后都生成相同的碳正离子,因此重排产物的结构主要取决于第二步中迁移基团迁移能力的大小。富电子基团的迁移能力较强。
※两个羟基处于aa键和ae键的环己邻二叔醇分别起频哪醇重排反应,生成的重排产物完全不同,由此可以看出,重排是经过一个三元环的非经典碳正离子过渡态,离去基团和迁移基团处于反式位置。
 
【反应实例】
Perkin,W.H 反应
    芳醛类不单能和醛、酮或酯类缩合,也能和(RCH3CO)2O型脂酸酐(α-位碳上有二个活泼氢原子者)在此酸的钠盐(或叔胺)存在起“醇醛型缩合”反应生成α,ß不饱和酸类。若干脂肪蔟醛也会起这种缩合。
 
【反应机理】
    现在通常认为碱性催化剂(CH3COO- 或叔胺)夺取酸酐的氢,生成一个酸酐负离子,后者和醛发生亲核加成,生成中间体ß-羟基酸酐,然后经脱水和水解成α,ß不饱和酸(若将碳酸盐代替醋酸盐,不仅操作方便而且反应周期可明显缩短-Kalnin方法——《有机实验》、麦禄根、P143):
 
 
【反应实例】
(1)苯甲醛与乙酐及乙酸钾加热缩合,最后生成 -苯丙稀酸
 
(2)苯甲醛与丙酐及丙酸钠缩合,生成α-甲基-ß-苯丙稀酸: 
Pictet-Spengler 合成法-异喹啉
    由苯乙胺与醛在酸催化下反应得到亚胺,然后关环,所得四氢异喹啉很容易脱氢生成异喹啉。
 
    芳环上需有活化基团,才有利于反应,如活化基团在间位,关环在活化基团的对位发生,活化基团在邻位或对位则不发生关环反应。本合成法是Bischler-Napieralski合成法的改进方法,广泛用于合成四氢异喹啉。
【反应机理】
 
【反应实例】
 
Reformatsky 反应
     醛或酮与α-卤代酸酯和锌在惰性溶剂中反应,经水解后得到β-羟基酸酯。
【反应机理】
首先是α-卤代酸酯和锌反应生成中间体有机锌试剂,然后有机锌试剂与醛酮的羰基进行加成,再水解:
 
【反应实例】
Reimer-Tiemann 反应
    酚与氯仿在碱性溶液中加热生成邻位及对位羟基苯甲酸。含有羟基的喹啉、吡咯、茚等杂环化合物也能进行此反应。
 
    常用的碱溶液是氢氧化钠、碳酸钾、碳酸钠水溶液,产物一般以邻位为主,少量为对位产物。如果两个邻位都被占据则进入对位。不能在水中起反应的化合物可吡啶中进行,此时只得邻位产物。
【反应机理】
    首先氯仿在碱溶液中形成二氯卡宾,它是一个缺电子的亲电试剂,与酚的负离子(Ⅱ)发生亲电取代形成中间体(Ⅲ),(Ⅲ)从溶剂或反应体系中获得一个质子,同时羰基的α-氢离开形成(Ⅳ)或(Ⅴ),(Ⅴ)经水解得到醛。
 
【反应实例】
    酚羟基的邻位或对位有取代基时,常有副产物2,2-或4,4-二取代的环己二烯酮产生。例如:
 
Reppe 合成法
   烯烃或炔烃、CO与一个亲核试剂如H2O, ROH, RNH2,RSH,RCOOH等在均相催化剂作用下形成羰基酸及其衍生物。
 
    许多过渡金属如Ni,Co,Fe,Rh,Ru,Pd等的盐和络合物均可作催化剂。反应过程首先形成酰基金属,然后和水、醇、胺等发生溶剂解反应形成酸、酯、酰胺:
Robinson 缩环反应
    含活泼亚甲基的环酮与α,β-不饱和羰基化合物在碱存在下反应,形成一个二并六员环的环系:
 
【反应机理】
    本反应分为两步,第一步是Micheal加成反应,第二步是羟醛缩合反应。
【反应实例】
 
Rosenmund 还原
   酰氯用受过硫-喹啉毒化的钯催化剂进行催化还原,生成相应的醛:
 
    反应物分子中存在硝基、卤素、酯基等基团时,不受影响。
【反应实例】  
 
Ruff 递降反应
   糖酸钙在Fe3+存在下,用过氧化氢氧化,得到一个不稳定的a-羰基酸,然后失去二氧化碳,得到低一级的醛糖:
 
Riley ,H.L.氧化法
含有活泼甲基化合物(特别是羰基化合物,它的羰基的邻位具有活泼亚甲基者)在适当溶剂中(水、乙醇、乙酸、乙酐、硝基苯、苯、2甲苯等)在100℃左右温度时,用SeO2(或H2SeO3)氧化则亚甲基(>CH2)转变成羰基(>C=O)。
 
【反应机理】
    其机理有争议,但是一般都认为此机理最为合理。
 
【反应实例】
  (1)醛类氧化
 
  (2)酮类氧化
 
  (3)酯类氧化
 
 (4)烃类氧化
 
Sandmeyer 反应
    重氮盐用氯化亚铜或溴化亚铜处理,得到氯代或溴代芳烃: 
 
    这个反应也可以用新制的铜粉和HCl或HBr来实现(Gattermann反应)。
【反应机理】
【反应实例】
 
Schiemann 反应
    芳香重氮盐和氟硼酸反应,生成溶解度较小的氟硼酸重氮盐,后者加
热分解生成氟代芳烃(此反应与Sandmeyer反应类似):
 
【反应机理】
    本反应属于单分子芳香亲核取代反应,氟硼酸重氮盐先是分解成苯基正离子,受到氟硼酸根负离子进攻后得到氟代苯。
 
另外关于氟硼酸重氮盐的分解机理,尚不十分明确,有三种不同的解释:
 
(1)正碳离子学说:
 
(2)游基学说:
 
(3)分子重排
 
【反应实例】
 
Schmidt 反应
    羧酸、醛或酮分别与等摩尔的叠氮酸(HN3)在强酸(硫酸、聚磷酸、三氯乙酸等)存在下发生分子内重排分别得到胺、腈及酰胺: 
其中以羧酸和叠氮酸作用直接得到胺的反应最为重要。羧酸可以是直链脂肪族的一元或二元羧酸、脂环酸、芳香酸等;与Hofmann 重排、Curtius 反应和Lossen 反应相比,本反应胺的收率较高。
【反应机理】
    本反应的机理与Hofmann 重排、Curtius 反应和Lossen 反应机理相似,也是形成异氰酸酯中间体,当R为手性碳原子时,重排后手性碳原子的构型不变:
 
【反应实例】
 
Skraup 合成法
    苯胺(或其它芳胺)、甘油、硫酸和硝基苯(相应于所用芳胺)、五氧化二砷(As2O5)或三氯化铁等氧化剂一起反应,生成喹啉。本合成法是合成喹啉及衍生物最重要的合成法。
 
    苯胺环上间位有给电子取代基时,主要在给电子取代基的对位关环,得7-取代喹啉;当苯胺环上间位有吸电子取代基团时,则主要在吸电子取代基团的邻位关环,得5-取代喹啉。很多喹啉类化合物,均可用此法进行合成。
【反应机理】
 
【反应实例】
    也可用α,β-不饱和醛或酮代替甘油,或用饱和醛发生羟醛缩合反应得到α,β-不饱和醛再进行反应,其结果是一样的。
 
【相关知识】
一、亲电取代反应:1)亲电取代反应在C-5和C-8位;2)喹啉、异喹啉是三级胺。可以成盐。喹啉的碱性比吡啶还弱,异喹啉的碱性比吡啶稍强。他们在强酸的作用下,杂环氮上能接受质子,若带有正电荷,故杂环上发生亲电取代反应比较困难。在苯环上可以发生,但是反应性不苯和萘慢。
二、亲核取代反应:他们的亲核取代反应比吡啶容易。喹啉是在C-2位反应,C-4上较少。异喹啉主要是在C-1位上,C-3位上很少。
Sommelet-Hauser 反应
    苯甲基季铵盐用氨基钠(或氨基钾)处理时得到苯甲基三级胺:
 
    苯甲基硫Yilide重排生成(2-甲基苯基)-2甲硫醚:
 
【反应机理】
 
    一般认为反应先是发生[2,3]σ迁移,然后互变异构得到重排产物:
 
【反应实例】
 
Stephen 还原-氰还原为醛
    腈与氯化氢反应,再用无水氯化亚锡的乙醚悬浮液还原,水解生成醛:
 
【反应实例】
 
Stevens 重排
    季铵盐分子中与氮原子相连的碳原子上具有吸电子的取代基Y时,在强碱作用下,得到一个重排的三级胺:
 
   Y = RCO , ROOC , Ph等,最常见的迁移基团为烯丙基、二苯甲基、三-苯基丙炔基、苯甲酰甲基等。硫Ylide也能发生这样的反应:
 
【反应机理】
    反应的第1步是碱夺取酸性的a-氢原子形成内鎓盐,然后重排得三
级胺。
 
    硫Ylide的反应是通过溶剂化的紧密自由基对进行的,重排时,与硫原子相连的苯甲基转移到硫的a-碳原子上。
 
    由于自由基对的结合非常快,因此,当苯甲基的碳原子是个手性碳原子时,重排后其构型保持不变。
 
【反应实例】
 
Strecker 氨基酸合成法
    醛或酮用与氰化钠、氯化铵反应,生成α-氨基腈,经水解生成α-氨基酸。这是制备α-氨基酸的一个简便方法。
 
【反应机理】
 
【反应实例】
 
Bischler-Napieralski 合成法
    苯乙胺羧酸或酰氯反应形成酰胺,然后在脱水剂如五氧化二磷、三氯氧磷、五氯化磷等作用下,脱水关环,再脱氢得1-取代异喹啉化合物。本合成法是合成1-取代异喹啉化合物最常用的方法。
 
    关环是芳环的亲电取代反应,芳环上有活化基团存在时反容易进行,如活化基团在间位,关环发生在活化基团的对位,得6-取代异喹啉。芳环上如有钝化基团,则反应不易进行。
 
【反应机理】
 
【反应实例】
 
Schmidin,J.乙烯酮合成
    RCH=C=O型气态烯酮类系高度不饱和的化合物反应性能很活泼,其中以CH2=C=O乙烯酮为最简单。其合成方法如下(此方法不宜制备高级烯酮):
【反应机理】
 
【反应实例】
 
Tiffeneau-Demjanov 重排
1-氨甲基环烷醇与亚硝酸反应,得到扩大一个碳原子的环酮。产率比Demjanov重排反应要好。本反应适合于制备5-9个碳原子的环酮,尤其是5-7个碳原子的环酮。
 
【反应机理】 
 
【反应实例】(本反应用于环扩大反应,可由环酮制备高一级的环酮)
 
Tischenko,V.反应
    二分子的纯粹无水醛类(不论有无α氢的脂肪族或芳香族醛类)在少量纯钠(醇铝最有效)类催化剂存在下室温放置,即起分子间氧化-还原反应(类似卡尼查罗反应),其主要产物为酯类。
 
【反应机理】(反应过程还不十分清楚)
 
 
【反应实例】
 
Thorpe,J.F.缩合
    当含有活泼亚甲基的腈(R-CH2CN)用强碱性催化剂(Na、NaNH2等)处理时起两种反应:一分子腈先生成金属衍生物然后与另一分子腈起加成反应,生成亚氨基腈的金属衍生物。二分子腈类可能相同,可能不相同:  
   这种二分子腈的缩合物如用稀H2SO4加热水解成不安定的ß-酮酸,后者经脱羧基作用得到酮。
【反应机理】
 
【反应实例】
 
Tollens,B.缩合
    甲醛(不含α氢)与含有α氢的醛或酮类在Na2CO3或Ca(OH)2催化剂存在下作用,生成多元醇类。此反应实际上是醇醛缩合与交叉-卡尼查罗反应的合并反应。利用本反应可制备多元醇类。
【反应机理】
(1) 第1步醛(或酮)分子中的活泼氢原子与甲醛的羰基起醇醛缩合反应:
 
    (2).第2步生成的醇醛中间物(不含α氢)与甲醛(不含α氢)起交叉-卡尼查罗反应,产生甲酸及多元醇:   
【反应实例】
 
Ullmann 反应
    卤代芳烃在铜粉存在下加热发生偶联反应生成联苯类化合物。这个反应的应用范围广泛,可用来合成许多对称和不对称的联苯类化合物。芳环上有吸电子取代基存在时能促进反应的进行,尤其以硝基、烷氧羰基在卤素的邻位时影响最大,邻硝基碘苯是参与Ullmann反应中最活泼的试剂之一。如碘代苯与铜粉共热得到联苯:
 
【反应机理】
    本反应的机理还不肯定,可能的机理如下:
 
    另一种观点认为反应的第二步是有机铜化合物之间发生偶联:
 
【反应实例】   
 
    当用两种不同结构的卤代芳烃混合加热时,则有三种可能产物生成,但常常只得到其中一种。例如,2,4,6-三硝基氯苯与碘苯作用时主要得到2,4,6-三硝基联苯:
 
Urech,F.羟腈合成法
    将等当量的酮及KCN(或NaCN)混合物用醋酸处理,则生成的HCN与酮的羰基起加成反应,生成羟腈:  
 
    如将醛、酮类与无水HCN在微量NaCN(KCN)或碱性催化剂(KOH)存在下,低温(0℃)时作用,则得相同的产物。
【反应机理】
     酸的存在下形成正碳离子,容易和弱亲核试剂HCN进行亲核反应:
 
     碱的存在,促使活性的亲核试剂CN-的形成:
 
【反应实例】
 
Vilsmeier 反应
    芳烃、活泼烯烃化合物用二取代甲酰胺及三氯氧磷处理得到醛类:
 
    这是目前在芳环上引入甲酰基的常用方法。N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基-N-苯基甲酰胺是常用的甲酰化试剂。
【反应机理】   
 
【反应实例】 
 
Van Ekenstein,W.A 重排
    将单糖类用淡碱液处理则引起重排作用生成醛糖、酮糖的平衡混合物:
 
【反应机理】
 
【反应实例】
 
Williamson 合成法
    卤代烃与醇钠在无水条件下反应生成醚:
 
    如果使用酚类反应,则可以在氢氧化钠水溶液中进行:
 
    卤代烃一般选用较为活泼的伯卤代烃(一级卤代烃)、仲卤代烃(二级卤代烃)以及烯丙型、苄基型卤代烃,也可用硫酸酯或磺酸酯。本法既可以合成对称醚,也可以合成不对称醚。
【反应机理】(反应一般是按SN2机理进行的)
 
【反应实例】
 
Wacker 反应
    乙烯在水溶液中,在氯化铜及氯化钯的催化下,用空气氧化得到乙醛:
 
【反应机理】
 
Wagner-Meerwein 重排
当醇羟基的b-碳原子是个仲碳原子(二级碳原子)或叔碳原子(三级碳原子)时,在酸催化脱水反应中,常常会发生重排反应,得到重排产物:
【反应机理】       
 
【反应实例】
 
Wittig 反应
   Wittig 试剂与醛、酮的羰基发生亲核加成反应(wittig试剂与醛基反应最快,酮次之,酯最慢),形成烯烃:
该反应没有立体选择性,若α碳上有一个羰基时,产物的取向则有一定的立体选择性,往往是含羰基的基团和β碳原子上较大基团成为反式的。
 
【反应机理】
 
【反应实例】
 
Wittig-Horner 反应
用亚磷酸酯代替三苯基膦所制得的磷Ylide与醛酮反应称为Wittig-Horner反应:
 
该反应有两个优点:一是它容易和醛酮反应。有些有三苯膦制备的磷叶立德,特别是当α碳上带有羰基时,比较稳定,不容易和酮带有,有时需加入苯甲酸作为催化剂。二是反应中的另一产物,O,O-二乙基磷酸钠溶于水,无需像三苯膦的叶立德时,还需要分离三苯氧膦。除此外,膦酸酯的反应,立体选择性很强,产物主要是反式。
【反应机理】 (与Wittig反应类似,加成后的消除步骤略有差别)
 
【反应实例】 
 
Wolff-Kishner还原和黄鸣龙改进法
Wolff-Kishner还原和黄鸣龙改进法与克来门森还原正好形成了互补,克-反应运用于对酸稳定的物质,而W-K-黄反应是用于对碱稳定的。Wolff-Kishner还原:醛或酮,肼,KOH和乙二醇(或二乙二醇)在高温(180-200℃),高压釜或封管条件下还原羰基成亚甲基:
 
黄鸣龙改进法: 醛或酮, 过量的水合肼, KOH(或NaOH)和二乙二醇回流反应, 原料便宜, 常压, 短时间, 高产率(该反应对-OH;羧基;酯基;卤素等不起作用,但能还原硝基):
 
【反应实例】
1)黄鸣龙改进法用于硝基化合物的还原,产率不高, 在加入钯或Raney Ni催化后(即肼催化还原法)反应加快,产率提高(可用于制备重氮盐的反应查记):
 
2)黄鸣龙改进法也适用于醛类化合物的还原:
 
Wohl 递降反应
    醛糖首先与羟胺反应转变成肟,将所形成的肟与乙酸酐共热发生乙酰化,再失去分子乙酸得到五乙酰的腈,然后在甲醇钠的甲醇溶液中进行酯交换反应,并消除一分子氰化氢得到减少一个碳原子的醛糖。例如由葡萄糖得到阿拉伯糖:
【反应实例】
  
第二部分 有机化学知识总结
一 碳正离子的总结
一个碳正离子可以发生一下反应:
1)重排成更稳定的碳正离子;
2)消去一个氢离子形成烯烃;
3)与负离子或其它的碱性分子结合;
4)与烯烃加成形成一个更大的碳正离子;
5)使芳香烃烷基化;
6)从烷基中夺取一个氢负离子。
二 立体化学选择性反应
1)炔的催化氢化(催化剂有P-2、Pd-BaSO4等)是顺式加氢,而在液氨中以金属钠为还原剂是反式加成;
2)烯烃与卤素的加成是反式加成;
3)烯烃被KmnO4的中性溶液在室温下氧化,或被OsO4氧化的顺式二羟基化合物;
4)环氧化合物的开环
三 络合金属氢化物还原
表1  各类化合物还原的试剂及产物(摘自《基础有机》P613)

化合物 还原产物 NaBH4
/EtOH LiBH4
/THF LiAlH4
/Et2O 催化氢化 B2H6
/THF
RCHO RCH2OH + + + + +
R2C=O R2CHOH + + + + +
 
RCHO    罗森孟法 
 RCH2OH + + + + +
RCOOR’ RCH2OH+R’OH  + + + +
 
HO(CH2)nCH2OH  + + + +
 
RCHOHCHR2    + +
 RCH2CR2OH  + + + 
RCOOH RCH2OH   + 钌 +
RCOOCOR 2RCH2OH   + + +
RCONH2(R) RCH2NH2(R)    铜铬氧化物/高温高压 +
RCN RCH2NH2   + + 
RNO2 RNH2   + + 
RCH=NOH RCH2NH2   + + 
RCH2X RCH3   + + 
R2CHX R2CH2 +  + + 
【总结】
1)催化氢化的缺点:不能选择还原同时有C-C双键的酮,酸,酯和酰胺中的羰基。络合金属氢化物就有其重要性;
2)络合金属氢化物:氢化铝锂和硼氢化物的一些碱金属衍生物;
3)络合金属氢化物:亲核试剂,还原时从络合负离子转移负氢到分子中的缺电子中心上;
4)络合金属氢化物能对分子的C=C键和极性基团(如COOH,OH, COOR,CONH2,CN等)选择还原,加其它试剂(无水AlCl3, BF3)或改型(如烷氧基铝氢锂),对特定基团选择还原;
5)络合金属氢化物还原剂:简便,快速,副反应少和产率高;
6)LAH:要求惰性气氛并冷却下进行;NaBH4反应介质须为中性或碱性,酸使其产生乙硼烷,剧毒且易燃;
【反应机理】
以硼氢化钠为例的还原机理(经过一个四元环的过渡态,它还原双键是顺式加成,而且最终产物是反马氏加成):
 
【反应实例】
1氢化铝锂(LAH)
LAH易吸潮白色粉末,溶剂为乙醚和THF,必须绝对无水,还原能力很强。应用广泛,可还原多种官能团(LAH是亲核试剂,实际上是H-进攻,所以对双键等不反应,从本质上说就是不发生亲电反应):酰氯>醛>酮>酯>氰>酰胺>羧酸>环氧化物>烯。

 (1)  LAH温和条件下快速高产还原醛和酮:
 
※空间位阻影响小:
 
※不饱和醛酮在双键离羰基远时,只还原羰基;但a, b -对不饱和醛酮,状态LAH用量对产物有影响:
 
(2)  羧酸及其衍生物的还原:羧酸,酸酐,酯(内酯)可被LAH直接还原成醇,手性羧酸的还原不影响手性:
 
※羧酸一般难还原,通常转换为酰氯或酯再还原:
 
※分子中同时有酯基和醛基且只需要还原酯基时,将醛基转化为缩醛保护,然后还原酯基,再去保护:
 
※酰胺难还原,特别是氮原子含活性氢,需加热,产物一般为胺:
 
※N-取代酰胺和无取代酰胺被还原活性次序:
 
※N-无取代胺可被还原成伯胺, 用半酰胺-半羧酸化合物制备氨基醇类:
 
(3)  环氧化合物的还原: LAH还原环氧化合物成醇, 不对称环氧化合物的还原H主要进入取代基较少的碳原子, OH进入取代基较多的碳原子:
 
(4)  氰的还原比较困难, 需在沸腾的乙醚中进行, 产物为伯胺或醛:
 
(5)  硝基化合物的还原:
 
(6)  含硫化合物的还原: 产物一般为硫醇
 
(7) 卤代物的还原:
 
※伯醇,仲醇的磺酸酯可被LAH迅速还原为烃, 是转化羟基为氢的好方法, 在乙醚中反应可只还原磺酸酯而卤素不受影响:
 
2硼氢化钠(钾)
NaBH4, 白色结晶, 高选择性和异常温和的还原剂 能还原醛, 酮及酰氯, 通常条件下不能还原双键和硝基, 不脱卤及脱硫, 可选择性还原内酯但较慢. 在金属盐的作用下可还原烯烃, 酯及含氮化合物.价廉.
影响还原的因素: 反应温度, 反应体系的PH值, 溶剂, 催化剂, 其它金属离子, NaBH4在介质中的分散程度, 被还原分子的活性基团的影响.
(1)  羰基化合物的还原: 室温下还原成醇且不影响羧基, 酯基, 酰胺基, 硝基, 卤素, 醚及烯键.
 
※惰性载体和溶剂可提高硼氢化钠还原醛酮的能力,可把脂肪族虾 芳香族的醛酮还原为醇,快速高效,室温下几分钟即可还原完成。在乙醇中可将二卤环丙烷区域性还原得到醇:
 
※酸性溶剂也能提高硼氢化钠还原能力,产量特别是CF3COOH (TFA), 可以将硼氢化钠作为新型实用的手性还原剂:
 
※此反应有极好的选择性,芳环上的取代基如CH3,OH,OCH3,F,Br, NO2, N(CH3)2, COOH, NHCOC6H5, COOCH3等均不被还原;
a,b-不饱和酮的活性比饱和酮差,NaBH4可选择还原饱和酮羰基:
(2)  酯基的还原:芳环酯基的邻位有X,OH,NH2等电负性基团,NaBH4可把酯基选择还原为羟基:
 
※酸酐易于被还原, 而CN和CONH2需较高温和过渡金属盐催化下才被还原:
 
※酰氯可被还原为伯醇(如NaBH4/Al2O3, NaBH4/PEG400)和醛:
 
(3)  卤化物的还原: 伯仲叔, 烯丙基,点苄基等在DMSO, HMPA, DMF和二甘醇中可被NaBH4还原, 二卤化物需在较高温度:
 
(4)  硝基化合物的还原: 一般不被还原, 在过渡金属盐存在下还原为氧偶氮化合物:
 
※NaBH4/TiCl4还原硝基或肟为氨基, NaBH4/TiCl4或NaBH4/NiCl2还原亚硝胺为仲胺, 常温下NaBH4可还原N-亚硝基酰胺为醇:
 
四 金属有机化合物
表2 金属有机化合物的反应和其产物(摘自《基础有机P599》)
 R’MgX RLi R2CuLi
HCHO R’CH2OH R’CH2OH R’CH2OH
RCHO RR’CHOH RR’CHOH RR’CHOH
RCOR¬’’ RR’R’’COH RR’R’’COH RR’R’’COH
 
 或
 
 

RCOOH R’COOMgX R’COOLi ――
 
RCOR’或RR’R’COH R’COOLi RCOR’
RCN RCOR’ R’COR ――
CO2 R’COOH R’COOH ――
 
R’CH2CH2OH R’CH2CH2OH ――
RCH2X ―― ―― RCH2R’
R2CHX ―― ―― ――
R3CX R3CR’ R3CR’ ――
※附:1)、R’MgX 与RCOOEt等酯反应可以得到叔醇;
  2)、用被烷氧基取代的LAH,如:LiAlH(Obu-t)3,可以将羧酸衍生物还原为醛。它与醛、酮反应很慢,而与氰基、硝基、酯基等不反应。双键亦不受影响。
3)、由于有机镉的反应性低,能与格氏试剂反应的基团,如:醛、酮、氰、酯、硝基等,不与有机镉发生反应。因此可用酰氯与之合成酮。
4)、二烃基铜锂于酰氯反应得到酮。在低温时,与酮反应慢,而与酯、氰、卤代烷不反应。
5)、酰氯与不饱和烃反应得到酮。
五 各类化合物的鉴别方法
    1.烯烃、二烯、炔烃:
    (1)溴的四氯化碳溶液,红色褪去
    (2)高锰酸钾溶液,紫色褪去。
    2.含有炔氢的炔烃:
    (1) 硝酸银,生成炔化银白色沉淀
(2) 氯化亚铜的氨溶液,生成炔化亚铜红色沉淀。
    3.小环烃:三、四元脂环烃可使溴的四氯化碳溶液腿色
    4.卤代烃:硝酸银的醇溶液,生成卤化银沉淀;不同结构的卤代烃生成沉淀的速度不同,叔卤代烃和烯丙式卤代烃最快,仲卤代烃次之,伯卤代烃需加热才出现沉淀(以沉淀的快慢或有无为依据查记)。
    5.醇:
    (1) 与金属钠反应放出氢气(鉴别6个碳原子以下的醇);
    (2) 用卢卡斯试剂(ZnCl2/HCl查记)鉴别伯、仲、叔醇,叔醇立刻变浑浊,仲醇放置后变浑浊,伯醇放置后也无变化(与卤代烃联系记忆查记)。
    6.酚或烯醇类化合物:
    (1) 用三氯化铁溶液产生颜色(苯酚产生兰紫色)。
    (2) 苯酚与溴水生成三溴苯酚白色沉淀。
    7.羰基化合物:
    (1) 鉴别所有的醛酮:2,4-二硝基苯肼,产生黄色或橙红色沉淀;
    (2) 区别醛与酮用托伦试剂,醛能生成银镜,而酮不能;
    (3) 区别芳香醛与脂肪醛或酮与脂肪醛,用斐林试剂,脂肪醛生成砖红色沉淀,而酮和芳香醛不能;
    (4) 鉴别甲基酮和具有 (CH3CHOH-)结构的醇,用碘的氢氧化钠溶液,生成黄色的碘仿沉淀(卤仿反应)。
    8.甲酸:用托伦试剂,甲酸能生成银镜,而其它酸不能。
    9.胺:区别伯、仲、叔胺有两种方法
    (1)用苯磺酰氯或对甲苯磺酰氯,在NaOH溶液中反应,伯胺生成的产物溶于NaOH;仲胺生成的产物不溶于NaOH溶液;叔胺不发生反应(伯胺反应后有一个H,它有一定的酸性故可以溶于Base,仲胺反应后则没有这样的H)。
    (2)用NaNO2+HCl:
    脂肪胺:伯胺放出氮气,仲胺生成黄色油状物,叔胺不反应。
    芳香胺:伯胺生成重氮盐,仲胺生成黄色油状物,叔胺生成绿色固体。
    10.糖:
    (1) 单糖都能与托伦试剂和斐林试剂作用,产生银镜或砖红色沉淀(有醛基);
    (2) 葡萄糖与果糖:用溴水可区别葡萄糖与果糖,葡萄糖能使溴水褪色,而果糖不能。
    (3)麦芽糖与蔗糖:用托伦试剂或斐林试剂,麦芽糖可生成银镜或砖红色沉淀,而蔗糖不能。
六 烯烃的氧化反应总结
 

七 羧酸衍生物还原成醛酮
1. 有酰氯还原
(1)罗森孟(Rosenmund K W)还原法
(2)用被烷氧基取代的氢化锂铝还原
勃朗(Brown H C)用三(三级丁氧基)氢化锂铝可以把很多羧酸衍生物还原为醛,它与醛、酮反应很慢而与氰基、硝基和酯基不反应,因此如用1mol试剂于酰氯反应,能得到产率很高的醛,是间位或对位取代的芳香酰氯制备相应的芳香醛的一个很好的办法,当试剂过量,可以进一步还原为醇,但反应很慢。
(3)用有机镉化合物还原:格氏试剂和二氯化镉作用,生成有机镉化合物,当烃基是芳基会一级烷基时,和酰氯反应,得到高产量的酮。若用两分子的格氏试剂,则得到二元镉化合物,和两分子酰氯反应得到同样的酮。
由于有机镉的反应性低,能于格氏试剂反应的基团如醛、酮、氰基、酯基、硝基等不与有机镉化合物反应,因此是很好的合成酮的方法。
(4)用二烃基铜锂还原:二烃基铜锂于酰氯反应得到酮,在低温于酮反应很慢,于酯基、氰基、卤代烷不反应。
(5)于不饱和烃反应得到酮:酰氯与烯烃在AlCl3作用下可以发生与芳烃发生的F-C反应类似的反应。
(6)将芳香酰氯转化为酰胺还原:将芳香酰氯转化为酰胺,然后用PCl5处理,将酰胺转化为亚胺氯,后者经SnCl2的还原,得到亚胺,最后水解,即得到芳香醛。次法不使用于脂肪族化合物,因为脂肪族的亚胺氯不稳定。
2. 用氰合成
(1)斯諦芬还原

 

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