高等有机合成化学_02.3_偶合反应
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偶合反应原理
偶合反应是一种化学反应,通常是指芳伯胺的重氮盐与酚或芳胺等作用生成偶氮化合物的过程。
这个反应过程可以用以下通式表示:Ar-N=X-+H-Ar′─→Ar-N=N-Ar′+HX,其中Ar为芳基,X-为酸根,H-Ar′为酚或芳胺。
偶合反应的原理主要是基于反应的标准吉布斯自由能变。
当反应的标准吉布斯自由能变为负值时,该反应就有可能发生。
在偶合反应中,重氮盐和酚或芳胺等物质作为反应的组分,通常将重氮盐称为重氮组分,将与重氮盐偶合的酚或芳胺称为偶合组分。
偶合反应的特点是放热反应,反应速率很快,重氮盐很活泼。
为了避免副反应的发生,偶合反应通常需要在0~15℃下进行,并控制偶合组分过量,使重氮组分完全反应。
偶合反应一般在水介质中进行,不同类型的偶合组分对介质要求的pH值也不同。
例如,酚类偶合时在弱碱性介质中速率较快;芳胺偶合时在弱酸性介质中速率较快。
偶合反应是亲电取代反应,偶氮基(-N=N-)通常进入羟基、氨基的邻位或对位。
在偶合反应完成后,有时还需要对生成的偶氮染料进行后处理,如加热等操作。
偶合反应在生产中有重要应用,如偶氮染料和有机颜料的生产。
偶联反应[编辑]偶联反应,也写作偶合反应或耦联反应,是两个化学实体(或单位)结合生成一个分子的有机化学反应。
狭义的偶联反应是涉及有机金属催化剂的碳-碳键形成反应,根据类型的不同,又可分为交叉偶联和自身偶联反应。
在偶联反应中有一类重要的反应,RM(R = 有机片段, M = 主基团中心)与R'X的有机卤素化合物反应,形成具有新碳-碳键的产物R-R'。
[1]由于在偶联反应的突出贡献,根岸英一、铃木章与理查德·赫克共同被授予了2010年度诺贝尔化学奖。
[2]偶联反应大体可分为两种类型:•交叉偶联反应:两种不同的片段连接成一个分子,如:溴苯(PhBr)与氯乙烯形成苯乙烯(PhCH=CH2)。
•自身偶联反应:相同的两个片段形成一个分子,如:碘苯(PhI)自身形成联苯(Ph-Ph)。
反应机理[编辑]偶联反应的反应机理通常起始于有机卤代烃和催化剂的氧化加成。
第二步则是另一分子与其发生金属交换,即将两个待偶联的分子接于同一金属中心上。
最后一步是还原消除,即两个待偶联的分子结合在一起形成新分子并再生催化剂。
不饱和的有机基团通常易于发生偶联,这是由于它们在加合一步速度更快。
中间体通常不倾向发生β-氢消除反应。
[3]在一项计算化学研究中表明,不饱和有机基团更易于在金属中心上发生偶联反应。
[4]还原消除的速率高低如下:乙烯基-乙烯基> 苯基-苯基> 炔基-炔基> 烷基-烷基不对称的R-R′形式偶联反应,其活化能垒与反应能量与相应的对称偶联反应R-R与R′-R′的平均值相近,如:乙烯基-乙烯基> 乙烯基-烷基> 烷基-烷基。
另一种假说认为,在水溶液当中的偶联反应其实是通过自由基机理进行,而不是金属-参与机理。
[5]§催化剂[编辑]偶联反应中最常用的金属催化剂是钯催化剂,有时也使用镍与铜催化剂。
钯催化剂当中常用的如:四(三苯基膦)钯等。
钯催化的有机反应有许多优点,如:官能团的耐受性强,有机钯化合物对于水和空气的低敏感性。
二.偶合和偶氮化合物1.偶合反应概述 偶合反应是指重氮盐与含活泼氢原子的化合物发生的以偶氮基取代氢原子的反应。
如 这一反应是重氮正离子的亲电取代反应,不论A-H是芳香族或脂肪族化合物,只要A 有足够的电子云,都可发生亲电取代反应。
反应时重氮盐正离子进攻偶合组分核上电子云较高的碳原子,形成中间产物,这是一步可逆反应。
该中间产物迅速失去一个氢质子,不可逆地转化为偶氮化合物。
2.芳胺和酚的偶合反应 芳胺和酚的对位(和邻位)电子云密度较大,易发生偶合反应,但一般仅进攻对位,这是因为重氮正离子受羟基或氨基的位阻影响,不易对邻位进攻。
若对位被其它基团占据,则视该基团的性质,或进入其邻位,或是芳偶氮基取代该基团(-SO3H,-COOH),生成对羟基偶氮化合物。
若对位和两个邻位均被占据,则不发生偶合。
由各种酚和芳胺经重氮盐形成的偶合化合物,色彩鲜艳,经常做染料使用,称为偶氮染料。
以上反应是偶氮染料化学的基本反应,酚和重氮盐的偶合,必须在弱碱性溶液中进行。
在强酸性的溶液中,偶合反应一般不发生。
在弱酸性介质中,重氮组分与芳胺反应有三种情况: (1).与芳环活性强的胺,如间甲苯胺、间苯二胺、N,N-二甲基苯胺、α-萘胺等反应,直接生成偶氮化合物。
(2).与芳环活性弱的胺,如苯胺,对甲苯胺、邻甲苯胺、N-甲基苯胺等反应,先生成重氮胺基化合物,然后在一定条件下重排为偶氮化合物。
(3).与易生成难重排的重氮胺基化合物的伯胺偶合时,应将氨基保护起来,待偶合反应完成后再把它水解释放出来。
保护氨基常用的方法是: 苯二胺(酚)作偶合组分时,通常只有间位化合物易偶合,偶合产物主要在4-位。
若4-位被占据,偶合产物则主要在6-位。
3.萘系化合物的偶合反应(1).α-萘胺(酚)作偶合组分时,偶氮产物主要在4-位。
若4-位被占据,则进入2-位:(2).β-萘酚(胺)作偶合组分时,芳偶氮基进入α-位。
若α-位被占据,一般不发生偶合或在个别情况下发生偶合时,α-位原基团脱掉。