(完整版)药物合成反应规则总结,推荐文档
- 格式:pdf
- 大小:1.13 MB
- 文档页数:110
药物合成反应规则总结药物合成反应是各种药物从原料到最终成品的制备过程中最为重要的环节之一。
药物的质量、纯度、形态和特殊功能等都与药物合成反应直接相关联。
药物合成反应规则总结,则是对药物合成反应规律的科学分析和总结。
本文将重点介绍药物合成反应规则总结的相关理论知识、范例及其意义。
一、药物合成反应规则总结的理论基础在药物合成反应的实践中,立足于实验实践的经验总结是不可取的,有必要建立扎实的理论基础。
药物合成反应的规则总结所使用的理论工具包括有化学反应规律、有机合成化学、催化化学、生物化学等多个领域的知识。
以下列举了几个常用的理论基础:1、元素学说:元素学说认为物质组成与性质的不同是由于元素不同而产生的。
元素周期表对于各类元素的性质进行了分类和归纳。
药物原料中的元素分布情况,对于制备和改进反应的评价都有着重要的意义。
2、物质结构与反应规律:生物大分子,例如蛋白质、核酸和碳水化合物等,在药物研究中都扮演着重要角色,这些大分子的结构决定了它们的特殊功能,因而有诸多化学作用途径与药物相互作用。
分子结构与反应规律的研究可帮助合成出更加具有目的性质的药物。
3、催化反应学:催化作为一种提高化学反应速率和效果的方法,常被应用于药物合成过程中。
催化剂的选择、应用和性质对反应过程有着直接影响,这些因素的掌握是药物反应规律总结的理论基础之一。
以上列举的这些理论基础仅是药物合成反应规则总结理论体系中的一部分,药物合成反应规则总结需要还需结合实验反应过程进行深入分析,总结反应规律的基础。
二、药物合成反应规则总结的范例1、Friedel-Crafts反应:Friedel-Crafts反应是一种常用的芳香族烃的合成方法,可以制备出范围广泛的芳香族化合物中的化合物。
具体实践过程如下:将芳香族烃用Lewis酸催化剂(通常为铝三氯化物)与烷基卤化物反应,制备出烷基芳香族化合物。
化学方程式如下:Ar-H + R-X → Ar-R + HX其中,Ar表示的是烷基与芳香族烃两种基团间的连接,R 则表示烷基。
药物合成反应简介在药物研发和生产过程中,合成反应是一个非常重要的环节。
药物合成反应可以通过不同的化学方法来合成出具有特定生物活性的分子。
本文档将介绍药物合成反应的基本原理及常用的合成方法,并提供相应的参考文献和合成路线图。
基本原理药物合成反应的基本原理是通过有机合成化学手段将简单的化合物转化为目标化合物。
这些化合物通常是具有特定生物活性的分子,例如用于治疗疾病的药物。
在药物的合成过程中,需要考虑到反应的选择性、收率和高纯度的产物。
常见的合成方法以下是一些常见的药物合成反应方法:反应类型•取代反应:取代反应是通过将一个官能团替换为另一个官能团来合成目标化合物。
常见的取代反应包括烷基化反应、烷基氧化反应等。
•加成反应:加成反应是指将两个或多个物质结合在一起形成新的化合物。
例如,Michael加成反应和Diels-Alder反应等。
•消除反应:消除反应是指通过去除分子中的某个官能团来合成目标化合物。
常见的消除反应包括脱水反应和脱氢反应等。
催化剂•金属催化剂:金属催化剂在药物合成反应中起到催化剂的作用,加速反应速率。
常见的金属催化剂包括钯、铂、铑等。
•酶催化:酶催化是利用生物催化剂酶来加速反应过程。
酶催化具有高立体选择性和高效率的特点。
反应条件•温度和压力:不同的反应需要不同的反应温度和压力条件。
有些反应需要高温、高压条件,而有些反应则需要低温、低压条件。
•溶剂选择:选择合适的溶剂对反应的结果和产率有重要影响。
常用的溶剂包括水、有机溶剂和无机溶剂等。
参考文献1.Smith, M.B., & March, J. March’s Advanced OrganicChemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure. Wiley, 2001.2.Carey, F.A., & Sundberg, R.J. Advanced OrganicChemistry: Part A: Structure and Mechanisms. Springer,2007.3.Katritzky, A., & Rees, C.W. Comprehensive OrganicChemistry Experiments for the Laboratory Classroom.Elsevier, 2011.合成路线图下图展示了一种常用的药物合成路线图,供参考:合成路线图合成路线图结论药物合成反应是药物研发和生产过程中的核心步骤之一。
期末药物合成总结一、药物合成的基本原理和方法药物合成的基本原理是根据目标药物的结构和活性,合理设计合成路线和反应条件,从而实现目标化合物的合成。
合成路线通常包括若干个中间体,以及一系列反应步骤。
药物合成的方法多种多样,常见的包括有机合成、糖化学合成、无机合成等。
1. 有机合成:有机合成是药物合成中最常见的方法之一。
它利用有机化学反应,通过建立碳-碳、碳-氧、碳-氮等键进行分子的合成。
常用的有机合成反应包括酯化、酰化、醚化、烯烃加成等。
2. 糖化学合成:糖化学合成是合成天然产物和药物中不可或缺的一部分。
它通过利用糖的化学性质和反应特点,合成具有生物活性的化合物。
糖化学合成常用的反应有保护基的加入与脱除、糖苷键的形成与断裂等。
3. 无机合成:无机合成主要利用无机化学原理,在药物合成中也有一定的应用。
例如,无机合成可以用于合成金属配合物药物,通过改变配体结构和金属中心的性质,调控药物的活性和稳定性。
二、药物合成的新技术与挑战随着科学技术的不断进步,药物合成领域也出现了一些新的技术和挑战。
1. 绿色合成:绿色合成是近年来的研究热点之一。
它通过减少或消除有毒、有害的反应物和副产物的生成,减少对环境的污染,实现药物的可持续合成。
常见的绿色合成方法包括微波辐射、超声波辐射、催化反应等。
2. 生物合成:生物合成是利用生物体自身的代谢途径合成目标化合物。
它通过工程化生物体的基因组和代谢途径,调控药物合成中的关键酶和途径,实现高效、可控的合成。
生物合成可以利用真菌、细菌、植物等各种生物体,也可以利用合成生物学的方法构建新的微生物生产系统。
3. 多步合成:多步合成是合成复杂化合物和天然产物的一种常用方法。
它需要经过多个反应步骤,对反应条件和中间体的控制要求较高。
由于步骤较多,不同反应的耐受性和选择性可能产生问题,因此需要合理设计合成路线和优化条件。
三、总结药物合成是药学研究的重要内容之一,通过合理设计合成路线和反应条件,人工合成目标药物,并不断改进合成方法和开发新的技术,是实现药物研发和临床应用的关键。
缩略词基团类:Me 甲基 Et 乙基 Ac 乙酰基 Ar 芳基 Ph 苯基 i-Pr 异丙基 i-Bu 异丁基 s-Bu 仲丁基 t-Bu 叔丁基反应条件类:r.t. 室温 hv 光照或紫外线 Cat. 催化剂 催化剂或特殊反应物: NBA :N-溴-乙酰胺NBS : N-溴-丁二酰亚胺NCS :N-氯丁二酰亚胺NIS :N-碘丁二酰亚胺DMSO : 二甲基亚砜DMAP : 4-二甲氨基吡啶H 2C H 2C C C O O NBr N HO Br H 2C H 2C C C O O NI H 2C H 2C C C O O NCl SODMF :N,N-二甲基甲酰胺THF :四氢呋喃PCC :氯铬酸吡啶鎓盐DCC :N,N-二环己基碳二亚胺CAN :硝酸铈铵 (NH4)2Ce (NO3)6LTA :四乙酸铅 Pb(OAc)4LDA 二异丙基(酰)氨基锂 ((CH3)2CH)2N-LiEDTA : 乙二胺四乙酸Py :吡啶NO HOTsCl:对甲苯磺酰氯Ac2O:乙酸酐DPPA:二苯基磷酰叠氮THF:四氢呋喃硫酸二甲酯:七、名词解释1、特殊名词:化学选择性:不同官能团,或处于不同化学环境中的相同官能团,在不采用保护或活化手段时,区别反应的能力;或同一官能团在同一反应体系中可能生成不同官能团产物的控制情况。
逆合成分析:由靶分子出发,用逆向切断、逆向重接、逆向重排及逆向官能团变换、添加、去除等方法,将靶分子变换成若干中间体或原料。
重复上述分析,直到所有的中间体都变换成了价廉易得的原料。
合成子:是指组成靶分子或中间体骨架的各个单元结构的活性形式。
等价物:与合成子相对应的,实际存在的分子(原料、试剂或中间体分子),等价试剂在反应过程中转化成合成子Lindler催化剂:把钯负载到碳酸钙或硫酸钡上,并加入铅或喹啉等抑制剂调节钯的催化活性,主要用于炔烃还原生成烯烃。
Collins催化剂:是CrO3(Py)2结晶溶解在CH2Cl2中的溶液,可选择性将烯位亚甲基氧化成酮,对双键、硫醚等不作用。
药物合成反应规则总结为了使大家能更快了解与掌握药物合成反应规律,我将其总结如下,希望大家探讨提议。
共同进步!互相交流!1 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、a-卤代醚、a- 或 b-卤代酸酯、对甲苯磺酸酯等也可以进行反应。
当亚磷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 S N2 进行的分子内重排反应:反应实例2 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3 Baeyer----Villiger 反应反应机理过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枸型保持不变,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。
药物有机合成知识点总结一、化学反应1. 反应种类:药物有机合成的化学反应主要包括加成反应、消除反应、重排反应、取代反应、氧化反应和还原反应等。
2. 加成反应:通过添加两个或多个原子或原子团,使得双键或三键饱和的反应称为加成反应,例如氢化反应。
3. 消除反应:通过去除两个或多个原子或原子团,使得分子内双键或三键形成,反应称为消除反应,例如脱氢反应。
4. 重排反应:通过原子或原子团的重排,形成结构不同的产物,反应称为重排反应。
5. 取代反应:通过原子或原子团的替换,进行化学反应,形成新的化合物,反应称为取代反应。
6. 氧化反应:有机物氧化反应是指有机物中的含氢原子转移到氧中,使氧化物中的氢原子转移到有机物中,并且有机物的氢原子与氧结合,氧化成羟基,这样的反应叫做氧化反应。
7. 还原反应:还原反应是指化合物中的氧原子减少,或者氢原子增加,或者两者兼有的化学反应。
二、有机反应1. 羟基化反应:羟基化反应是一类经醛或酮为中间体的羰基化合物化学反应,也即一种有机物中的某一碳原子上的氢原子替换为羟基作用,相应的C-O键相形成的反应。
2. 脱羧反应:脱羧反应是指有机酸中的羧基脱除而得到与之相应的碳链低一级的化合物。
3. 缩合反应:缩合反应是指两个或多个分子相互作用生成较大的分子或有机化合物。
4. 还原反应:还原反应是指化合物中的氧原子减少,或者氢原子增加,或者两者兼有的化学反应。
5. 氧化反应:有机物氧化反应是指有机物中的含氢原子转移到氧中,使氧化物中的氢原子转移到有机物中,并且有机物的氢原子与氧结合,氧化成羟基,这样的反应叫做氧化反应。
三、有机合成1. 重要合成反应:有机合成中一些重要的反应有:氢化反应、酯化反应、醚化反应、醋酸酯化和酚醚化等。
2. 合成方法:药物的有机合成方法主要包括通过酸碱中和、氧化还原、消除反应、加成反应、取代反应、重排反应等方法。
3. 合成条件:有机合成的条件包括温度、压力、反应时间、反应物浓度、反应溶剂、酸碱性等。
药物合成反应知识点总结药物合成是一门综合化学、生物学、医学等学科知识的交叉学科,在药物研发、制备方面有着重要的地位。
掌握合成反应知识对于开发新药物、改进药物生产工艺以及合成新型医用化合物有着重要的意义。
下面将对药物合成反应知识点进行总结。
一、酯化反应酯化反应是一种醇和酸酐进行酯键形成的反应,常用于制备药物中的酯类化合物。
酯化反应通常需要酸性催化剂,如硫酸、氯化锌等。
常见的酯化反应包括醋酸乙酯和苯酚反应,以及异丁酸和异丁醇反应等。
酯化反应在药物合成中具有重要的应用价值,可以制备许多重要的药物原料和药物分子。
二、取代反应取代反应是指一种功能团被另一种功能团取代的化学反应。
在药物合成中,取代反应可用于引入新的官能团或者进行位置选择性修饰。
常见的取代反应包括亲电取代反应、芳香核烷基取代反应、核烷基取代反应等。
取代反应技术在药物合成中的应用广泛,可以实现对目标分子的精准调控。
三、溴化反应溴化反应是一种以溴化试剂为催化剂,将氢原子直接溴化的反应。
在药物合成中,溴化反应通常用于芳香环的溴化,在合成多种药物原料和中间体中具有重要应用价值。
溴化反应可以通过光化学、热化学等多种途径进行,是药物合成中不可或缺的反应类型。
四、氢化反应氢化反应是指将双键或者芳香环上的芳香核加氢生成饱和化合物的化学反应。
在药物合成中,氢化反应通常用于去除分子中的双键或者芳香环,改变化合物的性质和活性。
常见的氢化反应包括氢气加压氢化反应、催化氢化反应等。
氢化反应在药物合成中应用广泛,可以制备众多的药物原料和合成中间体。
五、缩合反应缩合反应是指将两个或者更多的分子通过断裂键和形成新键,生成较大的分子的化学反应。
在药物合成中,缩合反应可以用于合成多种多样的药物原料和药物分子。
常见的缩合反应包括醛缩合、酮缩合、酰胺缩合等。
缩合反应技术在药物合成中的应用非常广泛,是药物研发和制备的重要手段之一。
六、水解反应水解反应是指利用水分子将化合物中的官能团断裂,生成新的化合物的化学反应。
药物合成反应知识点总结
1. 反应类型:药物合成反应包括的主要反应类型有酯化反应、烷基化反应、脱水反应、氧化反应、还原反应、加成反应、消除反应等。
2. 催化剂:药物合成反应中的催化剂通常有酸、碱、酶、金属催化剂等,催化剂的选择需考虑反应条件和底物的特性。
3. 反应条件:药物合成反应的反应条件包括温度、压力、溶剂、反应时间等。
合适的反应条件能够促进反应的进行并提高产率和选择性。
4. 底物结构:药物合成反应的底物结构对反应的结果具有决定性作用。
在合成过程中需要考虑控制底物的反应平衡、控制副反应的发生等。
5. 反应机理:药物合成反应的反应机理能够解释反应的过程和产物的形成。
熟悉反应机理有助于合理设计反应方案和优化反应条件。
6. 优化:药物合成反应需要在保证质量的前提下,尽可能提高产率和选择性。
反应过程中常用的优化手段包括溶剂优化、催化剂优化、反应条件优化、步骤优化等。
7. 安全:药物合成反应过程中需要注意安全问题,防止操作失误、燃爆等危险事故的发生。
正确选择催化剂、控制反应条件、严格执行实验操作规程等都是提高反应安全的措施。
药物合成反应知识点总结
药物合成反应是化学制药领域中的重要知识点,以下是一些可能有用的药物合成反应知识点总结:
1. 卤化反应:卤化反应是药物合成中常用的反应之一,主要用于将药物分子中的醇或酮羟基转化为卤代烃。
卤代烃的优点是具有广泛的药物合成应用,可以用于制备多种药物分子。
2. 烃化反应:烃化反应是将药物分子中的羟基或酮基转化为烃基的反应。
烃化反应可以用于制备多种药物分子,例如甾体激素、抗癌药物等。
3. 缩合反应:缩合反应是药物合成中常用的反应之一,主要用于将两个或多个分子缩合成为一个分子。
缩合反应可以用于制备多种药物分子,例如甾体激素、抗生素等。
4. 氧化反应:氧化反应是药物合成中常用的反应之一,主要用于将药物分子中的不饱和键氧化为饱和键。
氧化反应可以用于制备多种药物分子,例如杀虫剂、抗生素等。
5. 还原反应:还原反应是药物合成中常用的反应之一,主要用于将药物分子中的氧化剂还原为还原剂。
还原反应可以用于制备多种药物分子,例如维生素、甾体激素等。
6. 重排反应:重排反应是药物合成中常用的反应之一,主要用于将药物分子中的官能团进行重排。
重排反应可以用于制备多种药物分子,例如甾体激素、抗癌药物等。
7. 官能团保护反应:官能团保护反应是药物合成中常用的反应
之一,主要用于保护药物分子中的某些官能团,避免在合成过程中受到破坏。
官能团保护反应可以用于制备多种药物分子,例如甾体激素、抗生素等。
药物合成反应是化学制药领域中的重要知识点,掌握这些反应可以有助于更好地理解和设计药物合成路线。
药物合成反应规则总结为了使大家能更快了解与掌握药物合成反应规律,我将其总结如下,希望大家探讨提议。
共同进步!互相交流!1 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、a-卤代醚、a- 或 b-卤代酸酯、对甲苯磺酸酯等也可以进行反应。
当亚磷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 S N2 进行的分子内重排反应:反应实例2 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3 Baeyer----Villiger 反应反应机理过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枸型保持不变,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。
4 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5 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7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。
例如6 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:7 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8 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:其他芳基羟胺,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9 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。
反应机理反应机理不详反应实例10 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,其他醛类与强碱液,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: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11 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。
12 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2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(pK a-24.5),而乙醇钠又是一个相对较弱的碱(乙醇的pK a~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。
如异丁酸乙酯在三苯甲基钠作用下,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:13 Claisen—Schmidt 反应一个无α-氢原子的醛与一个带有α-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α,β-不饱和醛或酮:反应机理反应实例14 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 g-碳 14C 标记的烯丙基醚进行重排,重排后 g-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a-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]s 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]s 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]s 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。
15 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机理较复杂,目前尚不很清楚。
反应实例16 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1,3-二羰基化合物反应,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。