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第四章元素有机化合物在有机合成中的应用有机物中元素常见元素：C、H、O、N、Cl、Br、I等不常见元素：P、S、B、Si、K、Li、Na、Mg、Zn、Al、Cd及过渡金属元素等。元素有机化合物有特殊的性质，研究较多，比较热门。元素有机化合物的开发和利用，成为当代有机合成的一个重要特征。金属有机化学目前已成为有机化学的重要研究热点！4.1有机膦试剂五主族元素：P、As、Sb六主族元素：S、Se、Te有空d轨道，可以形成反馈键！Wittig反应，1952年由Wittig发现！Wittig和Brown（硼试剂）获1979年诺贝尔化学奖！上海有机所黄耀曾等研究As、Sb、TeYlid化学，并完成了AsYlid催化循环，被国际上誉为主族元素六个重要反应之一。R3PCHR'+-R3P=CHR'4.1.1膦Ylid形成+-RCH2Br+PPh3RCH2PPh3BrBuLiorPhLi+-RCH=PPh3RCHPPh3RCH=PPh3R2C=PPh3R上带有吸电基更稳定！4.1.2膦Ylid的应用Wittig反应、酰化反应、烃化反应、偶联反应等。膦Ylid与醛、酮反应形成碳碳双键与RCOCl反应与RCH2Br反应双Ylid氧化偶联成环Wittig反应三大优点：1、可合成能量上不利的环外双键OCH2Ph3P=CH2例1：C9H17OPh3P=CH-CH=CH2C9H17O3C9H17OHCOHOC9H17OOHPh3P=CH2C9H17OHOHC9H17hv例2：维生素D2的合成例3：OHCH22、与α，β-不饱和羰基化合物反应时，不发生1，4加成，仅发生1，2加成。双键位置固定，适合萜类、多烯的合成，不受–OH、-COOR的影响！CHO+Ph3P=CHCOORCOORCH2OH例：维生素A维生素A13、具有立体选择性在非极性试剂中:共轭稳定的膦Ylid与RCHO反应生成反式烯烃；不稳定的膦Ylid与RCHO反应生成顺式烯烃。稳定的膦Ylid：不稳定的膦Ylid：Ph3P=CHCOOCH3Ph3P=CHCH=CHCOOC2H5Ph3P=CHC2H5Ph3P=CH2Ph3P=CHCH3例1：甲基胭脂素的合成OHCCHOPh3P=CHCOOCH3+H3COOCCOOCH3....例2：合成茉莉酮的有效中间体的合成Ph3P=CHC2H5+OCHOOOHOH+-合成茉莉酮中间体Wittig反应的缺点：（1）原料叔膦价格昂贵；（2）产物烯烃与氧化膦分离困难；（3）某些膦Yild稳定性较差；（4）Wittig反应产率较高，但原子利用率较低。Wittig反应的改进：Wittig–Horner反应膦酸酯碳负离子作为Wittig试剂与醛、酮的反应。POCHOEtOEtR'zEtONaPOCOEtOEtR'zNa+Z=COR'',CO2R'',CN,PhR1COR2R'zCR1R2POOEtOEtNaO+膦酸酯制备容易，反应条件缓和，产物易分离。4.2有机硫试剂（硫Ylid及其应用）硫醚型硫Ylid：+-R2S-CR'2+-Ph2S-CH2Ph2S(CH3)2S-CH2+-+-稳定不稳定亚砜型硫Ylid：+-R2S-CR'2O+-(CH3)2S-CH2O稳定(CH3)2S=CH2O4.2.1制备R2S+CH3BrR2SCH3Br+-+-R2S=CH2R2S-CH2碱Ph2S++-BrCH2COC6H5Ph2SCH2COC6H5Br+-Ph2S-CHCOC6H5碱BrCH2COOCH34.2.2硫Ylid与羰基化合物的反应+-(CH3)2S-CH2OPh2S(CH3)2S-CH2+-+-4.2.2.1(CH3)2S-CH2+-和+-(CH3)2S-CH2O的应用(CH3)2S-CH2+-ORR'RR'OCH2S(CH3)2+-RR'OCH2-(CH3)2S(CH3)2S-CH2O+-RR'OCH2S(CH3)2O+--(CH3)2S=O由醛、酮合成环氧化合物！OOO(CH3)2S-CH2(CH3)2S-CH2O+-+-立体选择性不同！4.2.2.2Ph2S+-的应用环丙基硫Ylid，是一种螺构烃化试剂.合成环丁酮衍生物Ph2S+-+ORR'ORR'SPh2+-RR'OHBF4Et2O/H2ORR'O氧代螺构戊烷（59~94%）环丁酮衍生物+RR'OH+RR'OH+RR'OH+RR'OHH+_RR'O历程：练习：1、Ph2S+-CH3OPh2、CH3OCH2Ph(CH3)2S-CH2+-4.2.3硫Ylid与亲电烯烃的反应+-(CH3)2S-CH2O+-R1R2Ph2S+-Ph2S与带有吸电基的双键反应生成环丙烷衍生物，与α，β-不饱和化合物发生3，4-加成。+-Ph2SCH3CH3+OOMeOOMe72%+-Ph2S+CH2=CHCOOCH3COOCH385%而(CH3)2S-CH2+-与α，β-不饱和化合物发生1，2-加成，形成环氧化合物！+-(CH3)2S-CH2(CH3)2S-CH2O+-OOOOOOOOO例：4.3有机硼试剂1956年Brown发现硼氢化反应，1979年获诺贝尔化学奖！B：1S22S22P1如：BH3外层仅6个电子，是一类亲电试剂。烷基硼烷：BH3、BH2R、BHR2、BR3烷基氯代硼烷：Cl2BR、ClBR2烷基邻苯二氧硼烷：OOBR常用缺电性更强，选择性高应用：（1）易与烯烃发生亲电加成反应，形成有机硼烷中间体。（2）易与亲核试剂作用，形成C-C、C-O、C-H等。优点：（1）反应条件缓和，操作简便，产率高（出现新型有机反应）。（2）可用于C-C、C-O、C-H、C-X、C-N的形成。（3）反应具有立体选择性，适合天然产物的合成。4.3.1有机硼试剂的制备1、烷基硼烷2NaBH4+CH3COOHB2H6+2H2+2CH3COONa2B2H6+RCH=CH2RCH2CH2BH2(1)+RCH=CH2RCH2CH2BH2(2)(RCH2CH2)2BH+RCH=CH2(3)(RCH2CH2)2BH(RCH2CH2)3B反应在室温下进行，快速。反应速度：（1）＞（2）＞（3）（空间效应、电子效应）室温下大部分烯烃能与BH3形成R3B，但高取代度烯烃可形成RBH2或R2BH，应用更有独特之处（如不对称硼氢化-氧化）。如：B2H6+CH3C=CHCH3CH3(CH3-CH-CH)2BHCH3CH3二-（3-甲基-2-丁基）硼烷DisiamylBoraneSia2BH（1）BH2（2）B2H6+CH3CH3CH3CH3BH2CHCH3CH3CH3CH32，3-二甲基-2-丁基硼烷BH2（3）B2H6+THFBHRCH=CH2BCH2CH2R9-硼杂双环[3.3.1]壬烷9-BBNBH2、邻苯二氧硼烷B2H6OHOHTHFOOBHRCH=CH2OOBCH2CH2R+3、手性硼试剂二-（3-蒎基）硼烷Ipc2BH3-蒎基硼烷IpcBH2BHBHH3BSMe2+2299.1%e.eIpc2BH0℃.（+）-α-蒎烯BH2H3BSMe2+22.Et2O四甲基乙二胺BH2BH2TMED···BF3OEt22+IpcBH2·BHHIpcHBHIpc2BF3TMEDBHHB2+2OHH[O]H2O例：R-（-）-2-丁醇（-）-α-蒎基硼烷4.3.2硼烷与烯烃反应的定位效应硼烷或烷基硼烷与烯烃加成时，B加在电子云密度高的碳上。实际：加成方向受电子效应、空间位阻两方面的影响！1.B2H6与不同烯烃加成时，B的进入位置C2H5OCH2-CH=CH219%81%CH3-CH=CH2ClCH2-CH=CH26%94%40%60%CHMeOCH2CHCH2CHClCH27%93%19%81%27%73%(CH3)2CHCH-CH3H43%57%双键两碳原子的电子云密度相差越大，B进入的选择性越高！2.烷基硼烷的空间影响活性：BH3＞RBH2＞R2BH选择性：BH3＜RBH2＜R2BH例：(CH3)2CHHHCH343%57%n-C4H9CH=CH26%94%B2H6Sia2BHBH2BH1%99%5%95%＞99.9%＞99%＞99%100%4.3.3反应机理及立体化学B2D6HHBDHHBD通过四员环状过渡态，顺式立体定向加成！B2D6CCCH3CH3HHCCCH3CH3HHDBCCCH3CH3HHBDRSRSB2D6CCCH3HCH3HCCCH3HCH3HDBCCCH3HCH3HBDRRRR立体选择性加成：外消旋体一种物质4.3.4烷基硼烷在合成中的应用4.3.4.1氧化成醇或羰基化合物（形成C—O键）RCH=CH23B2H6(RCH2CH2)3BH2O2NaOHRCH2CH2OHB2H6H2O2NaOHCH3CH2CH3HCH=CH2*(1)(2)/CH3CH2CH3HCH2CH2OH*构型不变不对称硼氢化-氧化：NaOHCH3CH2CH3HBH2CH3CH2CH3HBHOAcCH3CH3CH3HOHH2O2(1)(2)/D（-）-新薄荷醇B2H6+BH)2H2O2NaOH(1)(2)/CH3HCH3HCH3HCH2CH3OH（+）-α-蒎烯R（-）-2-丁醇99.1%炔烃的硼氢化-氧化：B2H6NaOHRCCHRCH2-CHBBRCH2CH2OHH2O2/(1)HOAC(2)H2O2RCCHSia2BHRCHCHBSia2OH-RCHCHOHRCH2CHOB2H6H2O2RCCROH-RCHCH-ROHR-CHC-BRRCH2COR醇酮醛环烯烃的硼氢化-氧化：B2H6CH3CH3BH)2CrO3CH3OB2H6BH2CrO4O大环酮合成麝香4.3.4.2形成C–C键烷基硼烷作为亲电试剂与碳负离子的作用。通式：BRRR+CX-BRRRCX-BRRCR+X-R1CHCOR2R1CHCOOR2XX（1）与α-卤代酮的反应-R1CHCOR2X(CH3)3COKR1C-COR2XR3BBRRRCCOR2X-R1BRRCCOR2RR1(CH3)3COHCHCOR2RR1+R1CHCOR2Br(CH3)3COHR3BCHC-R2ORR1(CH3)3COK总反应：CHC-CH3ORR1合成：R1=-CH2CH3R=-CH2CH2CH3用硼试剂法反应条件温和，操作简便，产率高，优于乙酰乙酸乙酯法。（2）与α-卤代酯的反应+(CH3)3COHR3B(CH3)3COKBrCH2COOC2H5RCH2COOC2H5BH+RCH=CH2BCH2CH2R(CH3)3COH(CH3)3COKBrCH2COOC2H5+BCH2CH2RRCH2CH2CH2COOC2H5使用这种硼试剂可以节约烯烃！4.3.4.3形成C–H键（还原反应）（1）B2H6的还原性OCOOHCNCOORB2H6OHCH2OHCH2NH2CH2OH室温B2H6COOHO2NCH2OHO2NLiAlH4没有这种选择性！（2）烷基硼烷的还原性RBH2、R2BH活性比B2H6低，仅能还原醛、酮，与NaBH4能力相当。醛酮羧酸及羧酸衍生物Sia2BHBH)2BH2BH++-++-++-++-硼烷及烷基硼烷对环酮的还原有高度立体选择性！例：OCH3(1)B2H6(2)H3O+OHCH3Sia2BHOCH3(1)(2)H3O+OHCH3BH)2OCH3(1)(2)H3O+OHCH394%，且有旋光性（3）硼氢化反应烯烃烷烃炔烃烯烃n-C4H9CH=CH2B2H6n-C4H9CH2CH2BHOAcn-C4H9CH2CH3C2H5CCC2H5C2H5C2H5HBSia2HOAcC2H5C2H5HHSia2BH63%