人名反应及常见反应(拾遗)
苯偶酰通过苯基重排得到二苯基乙醇酸的反应。
4,4-二取代环己二烯酮在酸催化下重排为 3,4-二取代苯酚的反应。
不对称丙烯基硼化Asymmetric Allylboration
有手性辅助基团的烯丙基硼烷和醛反应,能够高立体选择性得到手性的单烯丙基醇。这种高立体选择性能够继续精细有机合成之中起到重要作用。而且近年来该反应被各种改进,使原本选择性不高的底物酮也能够适用于本反应。
二氧化硒能够氧化烯丙基位的C-H得到烯丙醇产物。虽然这试剂是有毒的,但是该反应非它不可,条件也很温和所以经常还是在被使用。如果加入助氧化剂TBHP的话,可以把二氧化硒的使用量减少到催化量。
点击化学(Click Chemistry)是由美国诺贝尔化学奖获得者、史格堡研究院(Skaggs institute)化学生物研究所的研究员贝瑞·夏普利斯(K. Barry Sharpless)提出的一类反应。这类反应一般是高产率,应用范围广,生成单一的不用色谱柱分离的副产物,反应具有立体选择性,易于操作,反应溶剂易于除去。这一概念同样适用于其他领域,如医药,材料,可以合成大量的化合物库用于其他领域的研究。有很多类型的热力动力学只生产一种产物的反应满足点击化学的条件,如环氧乙烷,杂氮环丙烷的亲核开环反应,非醛基羰基化合物反应(制备腙或杂环化合物),C-C双键三键的反应(如氧化制备环氧化合物,和迈克尔加成和环加成反应等)。
芳香环卤化反应Halogenation of Aromatic Ring
芳香杂环作为受体的发生在分子内或分子间的Heck反应。
芳基重氮盐可以发生的反应最常见的就是Sandmeyer反应可以制备卤代芳烃,芳基酚或芳基腈,另外就是Balz-Schiemann反应制备芳基氟化物,偶氮偶合反应制备偶氮二芳基类化合物。1995年Beller等人报道了利用重氮盐作为底物进行Heck反应制备芳基烯基化物,这是一种很实用的制备芳基烯烃的反应,此类反应不需要膦催化剂和胺,条件温和。
非均相催化还原(HeterogeneousHydrogenation)
氢化物非均相催化还原炔烯烃的反应。在非均相催化剂的条件下,根据氢气的压力,催化剂,反应温度,溶剂等的不同,选择性有很大不同。氢的加成一般都是syn加成。
有机合成中使用的催化剂,被熟知的有雷尼镍,钯-碳(Pd/C),Adams’催化剂(PtO2),Pearlman’s催化剂(Pd(OH)2)等。
烯烃的均相催化加氢,氢顺式加成。另外、炔也可用同样的方法得到烷烃。均相体系有利于反应条件更加温和和实现良好的化学选择性。另一方面,后处理上稍微比非均相反应要麻烦一些。
利用DIPAMP,实现了L-DOPA的工业化生产的W.S.Knowles、以及BINAP的发明者野依良治已经获得了2001年的诺贝尔化学奖。
芳腈化合物在有机合成中占据非常重要的地位,尤其是在染料,除草剂,农用化学品,药物及自然产品中应用非常广泛。传统方法合成芳腈化合物主要通过苯胺的重氮化接着Sandmeyer反应制得,对不是复杂的苯腈可由甲苯类化合物在NH3作用下直接氧化制备。但这些方法有较大局限性:反应条件较剧烈,底物要比较简单取代基较少,毒性很大。以下介绍的是实验室常用方法。
关环复分解反应【Ring-closingmetathesis (RCM)】
是指在金属催化下的碳碳双键的切断并重新结合进行关环的反应。是烯烃复分解反应中的一种。
常见的催化剂:
两种端基烯烃在Ru(II)-卡宾(Grubbs Catalyst)催化下,放出乙烯的烯烃复分解反应。从统计学来看,反应应该生成三种可能的几何异构体,再加上每种异构体各有 E/Z构型,因此共有六种产物。
此反应的选择性近期得到更进一步的研究,有各种反应实例表明不同反应活性的烯烃都能高产率和高选择性的反应。
羰基化合物被金属氢化物还原生成醇。已知有各种各样的强度性质不同的还原剂。以容易得到,使用方便等实用性来考量,最多被使用的有以下还原剂。
烯/炔作为反应底物的时候,仅仅从合成化学的观点来看,M可以广泛的是 B(Brown加氢硼化)、Al(加氢铝化)、Zr(加氢锆化)、Sn(加氢锡化)、Si(加氢硅化)。通常反应按照顺势加成形式进行,有些特别的情况也观测到了反式加成的产物。Schwartz试剂(Cp2ZrHCl)是一种非常有名的加氢金属化试剂。
金属卡宾的环丙烷化反应(Cyclopropanationwith Metal Carbenoid)
在金属催化剂存在下,重氮化合物分解生成卡宾活性种,继而与烯烃双键反应生成环丙烷的手法。
有些条件下卡宾也能与芳香环双键反应,这种情况下,可能伴随divinylcyclopropane重排反应得到环庚多烯骨架(Buchner扩环反应)
金属催化C-H活化(CatalyticC-H activation)
对惰性的C-H键进行直接的切断,重组,连接上不同的官能团的十分有用的手法。
偶氮偶合反应(Azo coupling)在染料、色淀和色素生产方面是一个应用非常广泛的反应。在此反应中芳基偶氮离子作为亲电试剂对活性芳烃(如苯胺或苯酚)进行亲电取代得到二芳基偶氮化合物。取代通常发生在对位,当对位有取代基时,则发生在邻位。此反应中pH非常重要,反应必须在弱酸性、弱碱性或中性条件下进行,一般酚偶合时,在若碱性条件下进行,此条件下酚是以氧负离子形式存在,氧负离子是更强的亲电取代活化基团。芳胺偶合则在弱酸性条件下,此条件下可以防止胺的氮和偶氮化合物偶联。
二氧化锰在有机化学中十分有用,被用于氧化物的二氧化锰的形态不一,因为二氧化锰有多个结晶形态,化学式方面可以写成MnO2-x(H2O)n,其中x介于0至0.5之间,而n可以大于0。二氧化锰可在不同pH下的高锰酸钾(KMnO4)和硫酸锰(MnSO4)的反应之中产生。啡色的二氧化锰沉淀物很活泼。最有效的有机溶剂包括芳香性物质、氯化碳、醚、四氢呋喃和酯类等。
交叉脱氢偶联反应(CrossDehydrogenative Coupling (CDC))
在两个底物的C-H被活化的情况下,利用氢acceptor(氧化剂)的作用,进行的交叉型C-C偶联反应。如果氧化剂是分子状的氧气的话,理论上生成的副产物就是水而已,这样这样的反应就是非常优秀的绿色化学。因此,一旦实现的话这个反应也被认为是终极的,最理想的反应形式。
氘氢标记反应(DeuteriumLabeling Reaction)
过氧化酮氧化(Oxidationwith Dioxirane)
过氧化酮(英文:Dioxirane),也称双环氧乙烷,是一类含有过氧三元环结构的有机化合物。母体化合物双环氧乙烷(见右图)是不稳定的化合物,分子式为CH2O2,在有机合成中作为氧化剂。二甲基过氧化酮(DMDO,也称“二甲基双环氧乙烷”)是唯一有工业应用的双环氧乙烷衍生物,用作烯烃的环氧化等反应中。
还原缩醛法合成醚(EtherSynthesis by Reduction of Acetal)
缩醛在酸性条件下生成的氧鎓阳离子被还原后形成醚的合成方法。
红铝的英文商品名称为Red-Al,Red应该是还原的简称,不过翻译是误将 Red 翻为红,因此中文译名误译为「红铝」,若依其原來英文商品名称的意义来看,应译为「还原铝」。红铝和氢化铝锂都是含铝的还原剂,不过氢化铝锂在芳香族溶剂中的溶解度不高,而红铝可溶于芳香族溶剂中。红铝溶液是含有70%红铝的甲苯溶液,是已经商品化的化学品。红铝溶液在湿气及空气中较氢化铝锂要稳定,其热稳定性也较高,可允许受热到200°C。红铝的衍生物可用在部份还原反应(partial reduction)中。
通过对环氧化合物的亲核加成或直接还原可以得到各种各样的醇。
自Sharpless环氧化反应问世以来,各种环氧化产物的选择性开环方法层出不 穷, 不同方式开环得到的产物均具有很高的合成应用价值,下面提到的环氧 底物主要是Sharpless反应后的产物,底物结构中的羟基对这些开环氧反应具有关键的导向作用。下面是几个典型的例子。
一般来说,由醇直接还原生成烷的转化较为困难。通常、将醇变为卤化物、磺酸酯等容易离去的基团后,再加入金属氢负离子源(LiAlH4、LiHBEt3、Bu3SnH+自由基引发剂等)来实现醇到烷的转化。熟为人知的将卤化物还原脱卤的经典条件是催化加氢、Birch还原等。
康福斯重排反应(CornforthRearrangement)
4位有羰基取代基的恶唑在加热条件下发生重排,噻唑也同样有相似的重排反应发生。
李朝军三组分反应是指在过渡金属催化下醛-炔-胺三组分直接脱水缩合得到丙炔胺的反应,反应通常在水中进行。1–4
许多催化剂系统,如 [Ru]/[Cu],5 [Au],6 [Ag],7 和铁8,9都可以很好的用于此反应。
糖类化合物10–11也可以直接进行此反应生成丙炔胺产物。对于一些特定基团的氨基酸和多肽在生理条件下,也可以进行三组分反应12,13 。伯胺14,15和芳香仲胺16可以高效进行不对称的三组分反应。此反应也适用于流动化学合成17。
联亚胺法还原通常是把炔烃还原成Z-烯烃的方法。一般情况下,联亚胺都是现做现用。
邻位金属化反应(Directedortho Metalation)
烷基锂化合物和带有邻位导向基团 (Directed Metalation Group--DMG)的芳烃反应得到邻位金属中间体。好的邻位导向基团有很强的配位或螯合效应,导致邻位氢的酸性增强。
邻位金属中间体可以和各种亲电试剂反应,得到的产物的DMG可以复原,转化为其他基团,或直接除去。
面包酵母作为生物催化剂还原潜手性的酮构建手性中心的反应,近几年在有机合成中得到广泛的应用。最初面包酵母的应用是1898年将糠醛还原为糠醇,之后经Macleod和Hub的研究拓宽了这一反应的应用。近几十年对于此反应在水相进而在有机相中反应取得进展,越来越多的有机合成化学家考虑应用酵母还原反应底物制备重要的手性医药中间体。
酵母还原有以下特点:高度专一的立体选择性;反应温和反应速率快;还原反应收率高,成本低;符合绿色化学要求,环境友好。
这是最为经典和简单的甲基芳基醚水解去甲基的方法。一般使用过量的浓HI酸回流下、或者大大过量的48% HBr或37% HCl在HOAc或Ac2O中回流,反应完后,浓缩去除过量的酸,加入水,用有机溶剂萃取,然后进一步纯化即可。特点是操作和后处理简单、方便。但要求底物对强酸稳定,对于有些底物,易形成卤代苯副产物。
在48%HBr中加入相转移催化剂是对仅使用强质子酸如48%HBr的改进。加入相转移催化剂后,能提高去甲基化的效率,大大缩短反应的时间。此反应是在一个多相体系(水和有机)中进行,可使用的相转移催化剂有四丁基溴化铵,十六碳烷基三丁基溴化磷,四辛基溴化铵,三辛基甲基溴化铵等。对于甲基芳基醚,一般使用5 mol量的HBr,对于甲基烃基醚,一般使用10 mol量的HBr;值得注意的是,反应的收率和时间不是依赖于使用那一种相转移催化剂,而是依赖于相转移催化剂的浓度和其在有机相的溶解度。
AlCl3/CH3CN和AlBr3/CH3CN是【Bull. Chem. Soc. Jpn., 1995, 68, 2033】一类常用的去甲基化方法,其操作类似BBr3的使用,只是一般反应温度在0℃到室温。另外加入硫化物,由于硫的亲核性更强,可以增加反应活性。AlBr3/EtSH,AlCl3/EtSH, AlCl3/HSCH2CH2SH体系的活性很高,分子中酯、醛、酮、双键不稳定,但酯在AlCl3/EtSH/CH2Cl2体系相对稳定。
烯 丙基 羟 基 在 其 它 羟 基 的 存 在 下 可 被 选 择 性 氧 化, 这 些 试 剂 有 活 性 MnO2【 Katsumura, S., Isoe, S. Chem.Lett. 1982, 1689】、 DDQ【Tronchet, J. M. J., Tronchet, M. J., Birkhauser, M. A. Helv. Chim. Acta. 1970, 53, 1489】、Ag2CO3/Celite【 Li, T. -t., Wu, Y.-L., Walsgrove, T. C. Tetrahedron 1984, 40, 4701】等。 下 面 的 三 个 例 子 就 是 在 这 种 情 况 下 的 选 择 情 况。
亲核环氧化反应(NucleophilicEpoxidation with Peroxide)
大多数的环氧化合物都是通过烯烃与过氧化物(能给出单个氧原子的试剂)反应得到的。典型的过氧化物包括了过氧化氢(双氧水)、过氧羧酸和烷基氢过氧化物。在一些特殊的应用中,其他的过氧化试剂也可以被使用,如:二甲基二氧丙环(DMDO)。这类反应最广泛应用于合成环氧丙烷,其使用叔丁基过氧化氢(过氧化叔丁基)或乙基苯基过氧化氢与丙烯反应。实验室内更为典型的过氧化反应是Prilezhaev反应。反应使用过氧酸,如m-CPBA来氧化烯烃。
炔烃的环化三聚(Cyclotrimerizationof Alkynes)
最开始该反应利用Ni、Rh进行催化形成各种过渡金属配位中间体,继而进行的环三量体化。但是在这些金属催化剂中,CpCo(CO)2是使用率最高的一种。
反式二取代的烯烃或三取代的烯烃在果糖衍生的手性酮催化下利用Oxone作为氧化剂进行不对称环氧化的反应。此反应的一大特点就是利用了有机催化剂。
碳-碳键的构建在有机化合物的合成中占有极其重要的地位,其中一种常用并且有效的构建方式便是在活性基团活化的α碳上的烷基化反应。
所谓的活性基团是因为电负性的差异所导致的,理论上电负性大于碳的原子与碳相连都可以使碳活化,但活化效果各有差别,其中常见的活化基团如下表所示(Acc. Chem. Res. 1988, 21, 456-463):
Table 1 Acidity of α-Hydrogens in Mono- and Di-ActivatedCompounds
其中我们可以简单总结出以下的活化顺序:NO2 > COR > CN ~ CO2R ~ SO2R> Ph ~ SR > H > R。
在催化量的四氧化锇和共氧化剂的存在下,烯烃被氧化成邻二醇。通过其他的试剂较难实现的烯烃转化成邻二醇通过此方法能很温和平稳的进行。尽管锇价格相对昂贵,毒性很大,但四氧化锇作氧化剂进行烯烃的双羟基化是一种较好的顺式羟基化的方法,收率高。
羰 基 是 另 一 类 重 要 官 能 团, 经 常 被 用 来 进 行 研 究 选 择 性 反 应。 如 α, β - 不 饱 和 酮 和 饱 和 酮 由 于 它 们 的 电 子 离 域 情 况 不 同, 亲 核 性 还 原剂 H负 可 选 择 性 地 进 攻 饱 和 酮, 而 亲 电 性 试 剂 B2H6 则 可 选 择 与 不 饱 和 酮 反 应。
羰基化偶联反应Carbonylative Cross Coupling
利用一氧化碳能插入碳-金属键这一特性,在偶联反应中同时引入羰基,生成酯,酰胺,酮,醇等产物。在有机合成中是一个非常有效率的反应。常用于钯催化偶联反应。
我们知道一氧化碳很容易插入碳-金属键之间。用钯催化剂,有基卤化物,一氧化碳,醇一起反应会生成酯。用胺代替其中的醇会得到酰胺,用氢源替代醇会得到醛,换成有机金属试剂就会得到酮。
脱羧偶联反应是指利用金属催化剂实现羧酸类化合物脱羧并在原来的羧酸位点生成新的碳-碳键的化学反应。广义上来说,也可以将金属催化羧酸脱羧并生成碳杂原子化学键(碳-氧,碳-硫,碳-氮键等)的反应归类为脱羧偶联反应。[1, 2, 3] 传统有机化学中的脱羧反应主要利用了氧化羧酸生成自由基的过程。芳基和烯基(Csp2-COOH) 羧酸的脱羧偶联反应主要利用金属催化实现氧化还原中性条件下的脱羧,并且生成金属有机中间体,从而实现与亲电试剂或者在氧化性条件下与亲核试剂的偶联成键。虽然一些活化的烷基羧酸可以在金属催化剂催化下通过生成金属有机中间体的历程进行非自由基脱羧偶联。但是,针对金属催化剂催化烷基羧酸(Csp3-COOH)的脱羧困难问题,一些烷基羧酸的脱羧偶联反应仍然需要通过自由基反应机理进行。值得指出的是,最近,MacMillan等人成功将光氧化还原催化剂与镍催化剂结合,通过结合光催化与金属有机催化的混合手段,实现了氨基酸和非活化烷基羧酸的脱羧偶联。[4]
和氧一样,含硫化合物如硫醇,硫缩酮,硫缩醛以及硫羰基化合物在氟代试剂的作用下,碳硫键断裂,硫原子被氟取代,生成相应的氟化物。这个方法于1976年由Kollonitsch和Marburg首次报导。和氧相比,硫更容易被取代。常用的试剂包括HF/CF3OF,HF/F2,HF/Pyridine,Bu4NH2F3,Tol-IF2,SF4,FBr3,MoF6和DAST等。
硫醇被氟取代生成相应的一氟代化合物【J. Org. Chem. 1976, 47, 3107】。
有机氟化合物向来在有机化学中占有举足轻重的位置。这里介绍了以DAST为代表的几种能够直接将碳氧键转化为碳氟键的氟化试剂。最近在sp2碳氟键的生成上也有进展。
用一氧化碳和氢气的混合气体使烯基反应成为增长一个碳的醛的反应。常用的催化剂有铑或钴配体。钴催化剂相对比较便宜(Co2(CO)8),而铑比较贵但是催化活性更好,适合实验室小量反应研究使用。反应用到气体所以很适合工业生产,是非常实用的一个反应。
在不同的条件下,烯烃双羟基化可以得到顺式和反式邻二羟基化合物。顺式双羟基化常用试剂为高锰酸钾,四氧化锇及碘-湿乙酸银。反式羟基化最常用的方法是过氧酸法,另外,Prévost反应也常用。
消除反应(Elimination Reaction)通常定义为从一个分子中失去部分原子或者官能团,形成多键的反应。 离去基团链接的碳(α碳)的邻位(β位)的氢被脱氢后一起离去的反应被称为β消除反応,拔氢的氢与离去基在同一个碳上的消除反应被称为α消除反应。通过α消除反应可以生成卡宾。
硝酮的1,,3-偶极子环化(1,3-DipolarCycloaddition of Nitrone)
硝酮是一种1,3-偶极子,可以通过不饱和烯烃发生[3+2]环化加成得到异恶唑产物。该化合物在铜催化剂下可以与末端炔烃反应得到β-内酰胺(衣笠反应)。
亚砜/氧化硒的syn-β消除Syn-β-elimination of Sulfoxide/Selenoxide
对于拥有β-H的亚砜或者氧化硒底物进行加热的话,会引起syn-β消除反应,最终形成烯烃产物
烯基上醋酸汞的顺式选择性加成反应,接着用硼氢化钠脱汞还原,得到马氏加成的醇。不需要强酸性条件,反应能在温和环境下进行。
原子转移自由基聚合(AtomTransfer Radical Polymerization)
酯,酰胺,腈类在适当的氢化金属还原剂的存在下,低温反应可以还原成醛。经常使用的还原剂有DIBAL、Red-Al等。酯基相对于腈类化合物来说,要被还原后停留在醛的阶段,更加不容易。使用2当量以上的DIBAL还原成醇后,在把醇氧化成所需的醛,步骤太冗长了。另外,对于5或6圆环的内酯来说、部分还原成内缩醛相对来说很容易。
Weinreb酰胺或吗啉酰胺的话,可以被LAH部分还原得到高产率的醛。