元素有机化合物和过渡金属化合物在有机合成中的应用

第八章元素有机化合物和过渡金属化合物在有机合成中的应用•元素有机化合物是指有机基团以碳原子直接与金属或非金属元素（H，O，N，Cl，Br，I，S等非金属元素除外）相连接的化合物•如果有机基团是通过氧原子与金属或非金属元素相连接的，这一类化合物就不属于元素有机化合物例如：醇钠（RONa）、磷酸酯[(RO)3PO]•一般将含有金属-碳键（M-C）的化合物称为有机金属化合物或金属有机化合物C-M键的一般合成方法•格氏试剂，有机锂化合物主要用该法制备n-C4H9+2Lin-C4H9Li+LiClN2THF•金属盐与有机金属化合物反应利用碱金属或碱土金属的有机化合物与其他金属盐类反应，来合成其他金属的有机化合物，此反应可看作是复分解反应RM+M'XRM'+MX•有机锂化合物活性大，会与某些金属有机化合物形成络合物。当RLi与CuX反应时，生成的有机铜化合物RCu即与RLi形成络合物——二烷基酮锂(C2H5)2Cd+2MgCl22C2H5Li+Zn(C2H5)2Zn+2LiCl2C2H5MgCl+CdCl2RLiCuX-LiX[RCu]Li[CuR2]RLi•利用活泼的金属有机化合物合成活性较低的金属有机化合物或非金属有机化合物大多数金属有机化合物均可用此法制备•烃类的金属化反应（metallation）烃分子中的酸性被金属置换下来生成相应的金属烃基化物，这类反应被称为金属化反应+NaC5H5-Na++1/2H2THFSSLin-C4H9Lin-C4H10++•金属和非金属氢化物与不饱和氢加成Ⅲ～ⅥＡ元素的氢化物很活泼，Ｍ－Ｈ键与碳－碳双键或叁键进行加成相应的烃化物THFRCHCH2+BH30oC(RCH2CH2)3BRCHCH2+H-SiCl3H2PtCl6RCH2CH2SiCl3有机锂试剂•有机锂试剂广泛应用于有机合成，多用作碱和亲核试剂•有机锂试剂常以聚集体形式存在，有明显的碳-锂共价键特征•有机锂化合物中Cδ---Liδ+，碳上具有部分负电荷，作为亲核试剂与Grignard试剂类似，可以与极性双键、卤代烃及活泼金属化合物进行反应•许多有机锂试剂参与的反应在乙醚溶液中进行，为避免碱性的有机锂试剂夺取溶剂乙醚中的氢，反应通常在低温（-78C）下进行1.有机锂化合物与羰基化合物反应2equiv.OHHCHOOHOMeOHHOHOMeOHn-C5H11LiH2O2．有机锂化合物和CO2、羧酸的反应RLiOCO+COROLiRLiR2CLiLiH/H2OR2C=OOO+2LiOHR'LiRCOOH-R'H+RCOOLiR'LiCRR'OLiOLiH2O/HCRR'O3.有机锂化合物和金属卤化物的反应由于锂是电正性很高的金属，因此，有机锂试剂可同某些电正性较低的金属卤化物在无水惰性溶剂里反应，以制备该金属的有机金属化合物4RLi+SnCl4R4Sn+4LiClN22RLi+CuIR2CuLi+LiIN2RLi+CuIRCu+LiIN22RLi+HgCl2R2Hg+2LiClN22RLi+(PEt3)2PtBr2(PEt3)2PtR2+2LiBrN24．有机锂化合物与吡啶和三级酰胺的反应NNLiPhLi(RLi)Et2O,0oCPhHNPh80%H2OH3COLiOCH3H3COCHOOCH362%+HCONMe2有机铜试剂•它包括有机铜及锂的有机铜两类化合物。有机铜锂试剂一般表示为R2CuLi，这些试剂比著名的有机铜（I）试剂更稳定，而且更活泼•R2CuLi是一种双金属络合物，由于它的溶解性好，活性高，选择性好是有机铜试剂中在有机合成上最常用的有机合成试剂1．与α，β-不饱和酮的共轭加成反应•有机铜锂试剂最有用的反应之一是它们对α，β-不饱和酮进行共轭加成，生成对应的饱和酮的β-衍生物，而在这些条件下，非共轭酮的羰基并不发生反应。•已成为标准的、专一性的、收率高的合成方法O+Me2CuLiOH3C97%H2．与酰卤的作用二烃基铜锂与酰卤反应生成酮MeO2CClOMeO2CBuOBu2CuLiEt2O,-78Co3．与环氧化合物反应OCOOCH3COOCH3+[Me2CHCH2]2CuLiMe2CHCH2CH2COHCOOCH3COOCH34．与卤代烃反应CCHHH3C()2CuLi+Me(CH2)6CH2I(E)-(E)-90%CCCH2(CH2)6CH3HHH3C5.有机铜试剂的偶联反应当有机铜试剂被加热(有时甚至是室温)以及二烃基铜锂试剂暴露在氧化剂(包括在空气中)时，发生偶联反应()2CuLiO2-78oC78%CCHMeHCCHMeCHCHMeH有机磷试剂膦叶立德膦叶立德的结构特征表明它是一类强亲核试剂，但它与一般的碳负离子不同，极大多数都稳定存在。CHBr+R3PR1R2CHPR3BrR1R2CR1R2PR3OH-1．与羰基化合物的反应与α，β-不饱和羰基化合物作用，不发生1，4-加成，因此双键位置比较固定。这就十分适合于多烯类化合物和萜类化合物的合成CHO+Ph3P•反应具有很好的立体选择性一般来说，在非极性溶剂中，共轭稳定的膦叶立德与醛（酮）反应优先生成反式烯烃，而不稳定叶立德则优先生成顺式烯烃。这一特点特别适合于许多产物中双键的立体选择性合成Ph3PCHCH3+CH3COCHMe2CCCH3CHMe2CH3H90%CHCOOCH3+CHOCHOPh3P2COOCH3CH3OOCPPh3CHR+ClCOOR'PPh3CRCOOR'75%~96%+[Ph3PCH2R]ClH2ORCH2COOR'+Ph3PO2．酰化反应3．偶联反应Ph3PCCH3EtOCEtCH3Ph3PO+O2+Ph3PCCH3EtCCEtEtCH3CH3+Ph3PO57%有机硼试剂•烃基硼烷是由硼烷BH3(通常以气态二聚体二硼烷B2H6存在)对烯烃或炔烃的加成得到的•该反应几乎在任何情况下室温就能迅速地进行，只有对位阻特别大的烯烃才不反应•对单取代或双取代的乙烯加成时，生成三烷基硼化物；对于三取代的烯烃通常只生成二烷基硼化物；四取代的乙烯只形成一烷基硼化物n-C4H9CH=CH2+B2H6n-C4H9CH2CH2BH2(n-C4H9CH2CH2)2BHn-C4H9CH=CH2(n-C4H9CH2CH2)3Bn-C4H9CH=CH2(CH3)2C=CHCH3+B2H6CH)2BHCH3((CH3)2CH(CH3)2C=C(CH3)2+B2H6(CH3)2CHC(CH3)2BH2在没有强活性邻位取代基的情况下，硼烷对不对称烯烃的加成反应是高立体选择性的，生成的产物主要是硼原子连接在取代基较少的碳原子上CCCCCCCCCCCC0%100%1%99%7%93%硼氢化反应是一个协同过程，是通过四员环过渡态进行的。该过渡态是由极性硼氢键对碳碳双键加成形成的，在硼氢键中，硼原子显正电性，反应的立体化学（B和H的顺式加成）和极性取代基有间接效应都支持了这种机理CCBCCHBCCHHBHHH+有机硼试剂硼烷的反应1．氧化反应(RCH2CH2)3BH2O2NaOHRCH2CH2OHRCH=CH2B2H6CH3()CH32BHH2O2NaOHCH3OHBH3THF.CH3(CH2)5CCH(C5H11)2BHH2O2,NaOHCH3(CH2)5CH2CHO70%CH3(CH2)5CH=CHB(C5H11)22．质子分解反应硼氢化-质子分解反应通常是在质子酸中回流进行的。当烯烃或炔分子中存在某些对催化氢化敏感的基团时，该方法可用于实现双键或叁键的选择性反应还原烯烃成为相应的饱和烃。还原炔烃生成相应的烯烃CCEtEtHEtEtB(C5H11)2HEtEtH(C5H11)2BHCH3COOH25CoR2BRC2H5COHOR2BOCOC2H5+RH3RH3．羰基化反应烃基硼烷和一氧化碳的反应称为羰基化反应。该反应被乙二醇或某些金属氢化物如硼氢化锂所促进。这可能是因为一氧化碳容易同烃基硼负离子作用的缘故。生成的初始产物，连续经过三次重排，生成硼酸酯衍生物，后者同溶剂乙二醇生成类似环状缩醛的中间体，最后碱性过氧化氢氧化得酮(BH3)2()3BCO,H2O100oC()2OBCH2O()2CBOHOHH2O2NaOH,H2OCO+OH90%4.共轭加成反应有机硼烷在氧存在下很容易与许多α，β-不饱和羰基化合物发生1，4-加成反应，在β-位发生烷基化R3B+OO2ORR3B+O2ORO5．偶联反应末端炔烃与位阻较大的硼烷加成，然后在I2—NaOH作用下发生亲核重排和偶联反应得到顺式烯烃CCHC4H9B(C5H11)2C4H9C4H9C5H11(C5H11)2BHI2-NaOH(Z)-99%B(C5H11)2C4H9I2-NaOHIC4H9BC5H11C5H11XIC5H11C4H9HHBC4H9C5H11反式消去有机硅试剂硅有机化合物最初仅作为醇的保护基团而引入到有机合成中，随着有机硅化学的迅速发展，有机硅化合物作为合成试剂已普遍受到重视，许多硅有机化合物如芳基硅烷、乙烯基硅烷等具有多种反应性能，能够发生多种类型的反应，广泛用于有机合成由于Siδ+-Cδ-及Siδ+-Oδ-都是极性键，硅原子易被亲核试剂进攻，因此，Si-C及Si-O易发生异裂，使含硅基团甚易离去，发生多种形式的消去反应及取代反应硅原子的另一特性是它形成的Si-C键可以稳定相邻的碳正离子,β-硅基取代的卤代烃易发生SN1反应，烯基硅烷易发生亲电加成反应，硅基芳烃易发生亲电取代反应。这都是硅基稳定了反应中间体β碳正离子的缘故Me3SiEEMe3SiMe3SiCH2CH2XSN1Me3SiCH2CH2ArXMgorLiMe3SiClArSiMe3ArMMe3SiCl2Nan-C4H9Li1．芳基硅烷的制备2．芳基硅烷的亲电取代反应COOHSiMe3COOHBrBr2MeSiMe3PhCOClAlCl3MeCOPh乙烯基硅烷乙烯基硅烷的制备1.由末端炔烃制备RCCHRCCSiMe3Me3SiHH2PtCl6H2/Pd/Cor(C6H11)2BHHOAcCCCCRRHHHHSiMe3SiMe3E-Z-hvn-C4H9LiMe3SiCl2.由炔基锂制备R3B+LiCCLiR'CCBR'RRRMe3SiClHSiMe3R'RR2BSiMe3R'RH(E)-乙烯基硅烷的反应1.亲电取代反应2.加成反应CCRRSiMe3ERRESiMe3R'R'SiMe3CH3COClAlCl3SiMe3H3COCH3OSiMe3OHHOSiMe3SiMe3+OHSiMe39010:H2O2,OHHg(OAc)2NaBH4B2H63.环加成反应Me3Si+COOCH3Me3SiCOOCH3+Me3SiCOOCH390377%Et3SiClSiMe3OHOSiEt3HHSiMe3CH3RON+SiMe3NOCH3RSiMe3HFNCH3ROHOHRH30%~80%H2OROHSiMe3XORSiMe3H3OH2OHOROHSiMe3HXHORSiMe3R1R2R1R2R1R2R1R2CCROHORR1R2R1R2MCPBAOR2SiMe3RR1SiMe3R2RR14.氧化反应烯醇硅醚烯醇硅醚的制备2.由硅烷基酮制备(CH3)3SiCH2MgCl+(ClCH2C)2OO(CH3)3SiCH2CCH2ClOHgI2H2C=CCH2ClOSi(CH3)3(CH3)2CuLiH2C=CCH2CH3OSi(CH3)31.由烯丙醇，或酮制备RR'OHRR'OSi(CH3)3(CH3)3SiClC5H5NOOSiMe3Me3SiClEt3N+EXEOSi(CH3)3OSi(CH3)3XOE+Me3SiX烯醇硅醚的反应1.α-位的烃化反应OSi(CH3)3ClCH2NCH3COOCH3TiCl4,-78oCONCH3COOCH32.α-位的卤化反应4.酰化反应OSiMe2Bu-tCH3COClTiCl4,-78oCOOOSi(CH3)3Br2CCl4BrCHO5.羟醛缩合反应Mukaiyama反应CH3COSiMe3(HCHO)3TiCl4,CH2Cl2PhC