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官能团衍生——酰胺可参与的反应类型汇总

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写之前看了一下,在之前的文章中,分享怎么合成酰胺的经验比较多,所以先大致推荐以下几篇文章:

而在讲酰胺的反应性之前,我们必须先看一下酰胺的结构,酰胺分子中,氮原子的孤对电子处于p轨道,与羰基的 π 键形成p-π 共轭体系,电子发生离域,电子云从氮原子向电负性更强的氧原子分散,并导致氧上电子云密度大于氮。


因此从三个方面造成了酰胺的反应活性比较差:

①氮的给电子共轭效应显著降低了羰基碳的正电性,使其难以被亲核试剂进攻;

②孤对电子离域导致氮上电子云密度降低,使其不易质子化或作为亲核中心;

③-NH₂本身就是一个极差的离去基团,部分双键特性使其键能增加,C-N键更不易断裂。

而以上三个方面的内容恰恰是一个分子参与反应的可能途径,所以说,如果想让酰胺参与反应,必须打破其中最起码一个壁垒,这通常需要比较剧烈的条件。

酰胺参与的反应,大体可以分为以下几类:


一、还原反应

酰胺的还原反应一般通过LAH,硼烷,DIBAL-H等来实现,其中LAH反应最剧烈,也最彻底,能还原几乎所有类型的酰胺到胺,但底物官能团兼容性差,后处理也比较繁琐。


硼烷特别适合复杂分子中酰胺的选择性还原。因为其对酰胺有特殊的选择性,能优先还原酰胺而保留如硝基、酯基、卤素等官能团。

要注意的是硼烷还原的反应,硼烷很容易络合在杂原子上,要仔细鉴别:

DIBAL-H优于前两者的是只有一个氢,还原能力可控,被广泛用于N,N-二取代酰胺还原到醛的反应。这个二取代酰胺最著名的就是,本身生成的中间体半缩醛胺铝盐就相对稳定(0℃及以下),再加上可与铝配位的α-烷氧基,会生成更稳定的螯合中间体,从而在后处理水解时得到醛。


二、脱水成腈

酰胺脱水生成腈是有机合成中制备腈类化合物的经典且重要方法之一,其底层逻辑其实利用的就是酰胺氧上有更高的电子云密度,能与亲电性强的试剂作用变成比较好的离去基,然后重排成腈;这种亲电性强除了酰氯之外,还常见于一些含磷试剂,如三溴化磷,五氧化二磷,总之是越缺电子越好。


三、霍夫曼重排反应相关

之前已经写过相关机理解读,中间态的停留一看试剂用量,二看反应温度,这里不再赘述,相关可参考:


四、Curtius 重排相关反应

酰胺与二苯基磷酰叠氮(DPPA)反应生成酰基叠氮,加热后发生 Curtius 重排,生成异氰酸酯,水解后得到伯胺,与 Hofmann 重排类似,可制备少碳伯胺。

五、与格氏试剂反应

当酰胺是以DMF出现时,格氏试剂作为强亲核试剂可以和其发生反应,得到醛,这就是经典的Bouveault醛合成;


五、水解反应

酰胺的水解反应分为酸性水解和碱性水解。

酰胺在强酸水溶液中加热,羰基被质子化后亲电性增强,水作为亲核试剂进攻,最终离去氨气成羧酸,反应不可逆。


酰胺在强碱水溶液中加热,水解生成羧酸盐(如钠盐)和氨气,酸化后可进一步得到羧酸,产物在碱性条件下稳定。


六、Chan-Lam 偶联

酰胺的氨基与芳基硼酸在铜催化剂作用下发生 Chan-Lam 偶联反应,实现氨基的芳基化,生成 N - 芳基伯酰胺,是构建 C-N 键的重要方法,条件温和,官能团兼容性好。

七、和劳森试剂反应

Lawesson 试剂是常用的硫化试剂,可将酰胺的羰基高效转化为硫羰基,生成硫代伯酰胺,硫代酰胺是重要的有机合成中间体,可进一步转化为硫醚、腈等化合物。

八、杂环化合物合成

①DMFDMA作为一种良好甲基化试剂和醋化脱水剂,可以与酰胺在高温条件下反应生成α,β-不饱和酮-烯胺化合物,该化合物可以与羟胺,肼进一步反应,生成五元杂环化合物;

②在铜催化下,α-重氮酮可以与酰胺发生环化反应。反应过程中α-重氮酮先和铜生成金属卡宾,然后与对酰胺的羰基氧进行亲电进攻,随后经过分子内关环、脱水得到五元恶唑环骨架;

③伯酰胺与α- 卤代芳基酮反应,经亲核取代和环化反应,是合成恶唑环的经典方法之一。

以上,希望对大家有所帮助!

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