烷基化反应

第四章烷基化反应烷基化反应:指把饱和、不饱和、脂肪、芳香、等各种取代基团的烷基引入化合物分子中的氧、氮、碳原子上的反应常用烷基化试剂：卤代烃、硫酸酯、芳磺酸酯和其他酯、醇、醚、烯烃类、甲醛、甲酸等。第一节常用的烷基化试剂—卤烷烃一、羟基氧原子上的烷基化反应1、二烷基混合醚（WilliamsonReaction）R'—O+RCH2—XRHH[R'—OCX]R'OCH2R+X在SN２反应中,反应速度与卤烷烃中R的结构和卤素的性质有关。X影响C－X极化度，活性次序：RI＞RBr＞RCl；R’－O-活性远大于R－OH，所以要设法先生成R’－O-C3H7OH+NaC3H7ONaC2H5IC3H7OC2H51°＞２°＞3°卤代烷中随R增加，逐渐按SN１机理进行：R—XR+XR+R'OH[R—O—R’]R—O—R’慢快快RX结构不同，反应速度:３°＞２°＞１°３°反应中要形成C＋，所以常伴有一定要用特殊条件，才能合成３°醚:NaHHMPT/THF(CH3)3C—OH(CH3)3C—O—NaC6H5CH2Cl70—78%（CH3）3COCH2C6H5一般来说，1°卤代烃与醇钠反应，可以得到良好产率醚。２°、３°卤代烃反应时由于发生脱卤化氢副反应，因此，生成醚的产率不高2、烷基—芳基混合醚RCHX+OHRR’OHOCHR+H3ORR’由于酚具有一定酸性，因此一般用NaOH形成芳烃氧阴离子，甚至用K２CO３即可除草剂2，4-滴丁酯中间体的合成：OHClCl+ClCH2COOHNaOHOCH2COONaClClHClOCH2COOHClCl3、芳基—芳基醚（UllmannReaction）ONaRRX+OHORR草枯醚（CNP）的合成:KOH200℃+ClClClHOClNO2ClClOClNO2二、氮原子的烷基化1、氨基化反应RX+NH3RNH2RNHR3NR4NXRXRXRX可以通过改变原料的配比、选择不同溶剂和添加不同的盐类等方法，来影响烷基化反应的速度和产物结构的组成。NH3+1706hrClNO2O2NCH3COONH4℃NH2NO2O2N68%~72%在氨基化反应中，卤代烷的活性次序为：RIRBrRClRFR的结构：伯卤代烷仲卤代烷叔卤代烷。叔卤代烷常常发生消除反应，生成大量的烯烃。二卤代烷的氨基化反应：Br(CH2)5Br+NH3NH2、制备纯伯胺几种方法：（1）盖布瑞尔（Gabriel）合成法NHOORXKOHN—ROOOOOHOHH2O+RNH2（2）德来潘（Delepine）合成法EtOHHClRNH2HCl+6CH2(OEt)2+NH4Cl+NH4XRX+（CH3）6N4[（R（CH2）6N4]X该反应分两步进行：第一步生成环六亚甲基四胺复盐，再将复盐溶于EtOH，高温用盐酸水介，去除溶剂和生成的甲醛缩二乙醇后，即得到1°胺的盐酸盐。三、碳原子上的烷基化1、芳环上碳原子的烷基化（Friedel—Cralfs反应）Ar—H+RXAr—R+HXAlCl3烯烃是好的烷基化试剂，可看成芳烃对烯烃的加成：AlCl3Ar—H+CC—CC—HArOHAlCl3+OHCH2=CH2C2H5Friedel—Cralfs反应最常用的催化剂：无水三氯化铝当芳环上存在间位纯化基，使芳香烃活性降低，甚至不发生Friedel—Cralfs反应。如硝基苯不发生Friedel—Cralfs反应。Friedel—Cralfs反应在合成上最大限制：发生烷基试剂异构化作用CH2CH2CH3CH(CH3)2CH3CH2CH2Cl无水AlCl3+丙苯31-35%异丙苯65-69%+Friedel—Cralfs反应最重要用途之一：合成环状化合物H2CCH2CH2CH2ClAlCl3AlCl3+CH3CHCH2CH2CHCH3ClClCH3CH32、活性亚甲基碳原子的烷基化RCH2COR碱慢RCHCORRC=CROR'ClRCHCORR'常见具有活泼亚甲基化合物：丙二酸酯、氰乙酸酯、乙酰乙酸乙酯、丙二腈、β—双酮。H2CCO2RCO2R+BHCCO2RCO2R+BHR'XCCO2RCO2RR'HX+影响活性亚甲基碳原子烷基化的因素：（1）碱和溶剂的选择：醇钠最常用。（2）一烷基化和二烷基化反应：一取代还是二取代，由亚甲基化合物与卤代烃活性和反应条件来定。（3）烷基化反应中的副反应：例1：α—甲基环己酮的合成：O(CO2C2H5)2C2H5OHC2H5ONaOCOCOOC2H5OCOOC2H5NaOC2H5CH3IOCOOC2H5CH3HClOCH33、烯胺的烷基化和酰基化反应O+NHNNRXNRXH2OOR第二节硫酸酯和磺酸酯用作烷基化试剂ROSO3ORMeSO3ORSO3ORRX一、硫酸酯烷基化试剂硫酸二酯是中性化合物，在水中溶解度小，易水介。因此，使用硫酸二酯一般在碱液或无水条件下直接加热进行烷基化反应。CH2OH(CH3)2SO4NaOH+CH2OCH3由于酚羟基容易生成钠盐，因此用硫酸二甲酯烷基化时，酚羟基优先甲基化。ClCH2OMeCH2OHHOCH2OHMeOH2COMe2SO4/NaOHCH2OCH3MeOH2COH2OCH2OCH3HO二、磺酸酯作烷基化试剂磺酸酯的制备都是从磺酰氯开始:SO2ClH3CCH3OHNaOH低温SO3CH3H3C+HClC2H5OHNaOH低温SO3C2H5H3C+HCl+SO3CH(CH3)2CH2CNClCHCNClCH(CH3)2第三节其它烷基化试剂一、醇类烷基化试剂ROHROSO3HROR'+H2SO4H2SO4R'OH+二、环氧乙烷类化合物的羟乙基化1、在氧原子上引入羟乙基在酸催化下：RCH—CH2HOR'OH[RCHCH2OH](1)OR'RCHCH2OH+HHRCH—CH2O[RCHCH2]OHRCHCH2OR'+H(2)OH酸催化下是SN１反应由于R基的性质可有两种方式断裂，得两种羟乙基化合物:若R为给电子基，反应按（１）进行，产物主要为伯醇；若R为吸电子基，反应按（２）进行，主要产物为仲醇。在碱催化下：RCH—CH2OR'O[RCHCHOR']OR'OHRCHCH2OR'OH碱催化的烷基化反应为SN2反应，主要产物为仲醇。2、在氮原子上引入羟乙基O+(CH3)2CHNH2(CH3)2CHNHCH2CH2OH例如：杀菌剂十三吗啉（Tridemorph）的合成：OC13H27NH2H3C+C13H27NCH2CHOHCH2CHOHCH3CH3H2SO4180℃C13H27NCH2CHCH2CHCH3CH3O三、重氮化合物作为烷基化试剂重氮甲烷（CH2N2）是重要的甲基化试剂，反应一般在乙醚、甲醇或氯仿中进行，在室温或低温条件下进行。能够定量地将甲基引入酚、酸、烯醇的羟基，形成碳氧键。OH+CH2N2OCH3+N2+CH2N2RCOOHRCOOCH2+N2+CH2N2RCOCH2CO2C2H5RC=CHCO2C2H5OCH3H2CNN+HOYH3C—NNOYCH3OY由于该反应过程只有N２放出，并无其他副产物生成，产品很纯，收率较高，在实验里适用。重氮甲烷是剧毒、易燃的气体，因此不适于大规模工业上的应用。