第二章 精細(xì)有機(jī)合成的理論基礎(chǔ)

第二章一、鍵的斷裂（可分為均裂和異裂兩種）均裂：通過加熱、光照及過氧化劑引發(fā)異裂：通過烷基化、極性試劑參與反應(yīng)二、鍵的形成兩游離基結(jié)合成鍵兩帶相反電荷質(zhì)點(diǎn)結(jié)合成鍵一個(gè)離子和一個(gè)中性分子成鍵有機(jī)反應(yīng)的基本過程CompanyLogo三、斷鍵與成鍵同步發(fā)生

斷裂一個(gè)單鍵形成一個(gè)單鍵（如取代反應(yīng)）一個(gè)雙鍵轉(zhuǎn)換成單鍵（或三鍵轉(zhuǎn)換成雙鍵），同時(shí)形成單鍵（如加成、閉環(huán)等）四、分子內(nèi)重排基團(tuán)帶著一對電子遷徙（如形成帶電子基團(tuán)）基團(tuán)帶著原鍵中一個(gè)電子遷移（如形成自由基團(tuán)）基團(tuán)遷移時(shí)不帶原鍵中電子（如碳骨架重排）五、電子傳遞通過有機(jī)、無機(jī)介質(zhì)進(jìn)行有機(jī)氧化還原反應(yīng)。CompanyLogo取代2重排4加成31消除33親核2環(huán)化5親電31自由基33反應(yīng)分類反應(yīng)方式反應(yīng)本質(zhì)2.1反應(yīng)分類CompanyLogo反應(yīng)種類親電取代親電加成親核加成親核取代自由基取代自由基加成環(huán)加成α-消除β-消除CompanyLogo反應(yīng)根據(jù)進(jìn)攻試劑的種類而分類CompanyLogo試劑種類有未成對單電子的自由基或在一定條件下可產(chǎn)生自由基的化合物自由基試劑能供給或接受電子形成新的共價(jià)鍵的試劑極性試劑（親電）（親核）CompanyLogo從底物上取走電子形成新的共價(jià)鍵的試劑特性：低電子云密度、親電性正離子、能夠獲得一對電子的分子、缺電子分子親電試劑提供電子給底物形成新的共價(jià)鍵的試劑特性：高電子云密度、親核性負(fù)離子、能夠給出一對電子的分子、富電子分子親核試劑CompanyLogo親電反應(yīng)親核反應(yīng)由親電試劑引起的反應(yīng)由親核試劑引起的反應(yīng)極性反應(yīng)自由基反應(yīng)由自由基試劑引起的反應(yīng)CompanyLogo2.2親電取代反應(yīng)R=Alk;Ar芳香環(huán)有高的電子云密度和高穩(wěn)定性親電取代反應(yīng)是芳香環(huán)的特征反應(yīng)CompanyLogo3.芳香族親電取代反應(yīng)的定位效應(yīng)①影響定位的因素先在基團(tuán)的性質(zhì)極性效應(yīng)空間阻礙效應(yīng)基團(tuán)綜合效應(yīng)親電試劑的性質(zhì)極性效應(yīng)空間阻礙效應(yīng)反應(yīng)條件溫度溶劑催化劑CompanyLogo請仔細(xì)注意

-X(-F,-Cl,-Br,-I)第一類定位基（o,p-定位基）-O-,-N(CH3)3,-NH2,-OH,-OCH3,-NHCOCH3,-OCOCH3,-F,-Cl,-Br,-I,-CH3,-CH2Cl,CH2COOH,-CH2F,etc.第二類定位基（m-定位基）-N+(CH3)3,-CF3,-NO2,-CN,-SO3H,-COOH,-CHO,-COOCH3,-COCH3,-CONH2,-N+H3,-CCl3,etc.②兩類定位基CompanyLogo③苯環(huán)的定位效應(yīng)先在基團(tuán)的極性效應(yīng)CompanyLogo親電試劑的極性效應(yīng)親電試劑的活潑性越高，親電取代反應(yīng)速度越快，反應(yīng)的選擇性越低。親電試劑的活潑性越低，親電取代反應(yīng)速度越低，反應(yīng)的選擇性越高。CompanyLogo親電試劑的空阻效應(yīng)請見上一頁表的最后一項(xiàng)，甲苯的烷基化，隨著進(jìn)攻試劑體積的增大，鄰位產(chǎn)物的比例降低，最后為0.反應(yīng)條件的影響反應(yīng)溫度催化劑介質(zhì)可逆，異構(gòu)體比例極性，空阻，介質(zhì)酸堿性CompanyLogo反應(yīng)溫度

混酸硝化0℃5％94％1％40℃7％91％2％90℃13％85％2％通常情況下，溫度升高，親電取代反應(yīng)活性增高，選擇性下降。CompanyLogo使不可逆的磺化、C-烷化反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)榭赡娣磻?yīng)，從而影響產(chǎn)物異構(gòu)體的比例。實(shí)例1：CompanyLogo改變E+的極性效應(yīng)或空間效應(yīng)?；焖嵯趸?6％混酸硝化＋磷酸40％磺化磺化HgSO4催化改變反應(yīng)歷程。催化劑

CompanyLogo介質(zhì)硝化反應(yīng)介質(zhì)++乙酸酐約92％少量約8％硫酸約30％少量約70％CompanyLogo二個(gè)先在基團(tuán)的定位效應(yīng)NO2+NO2+NO2+NO2+效應(yīng)一致效應(yīng)不一致同類定位基不同類定位基CompanyLogo④萘的定位效應(yīng)無先在基進(jìn)攻α-位進(jìn)攻β-位CompanyLogo先在基團(tuán)的影響迫位Peri-position第一類定位基第二類定位基CompanyLogo⑤蒽環(huán)定位效應(yīng)優(yōu)先進(jìn)攻α-位二個(gè)互相獨(dú)立的環(huán)幾乎沒有影響，定位效應(yīng)與萘環(huán)類似。CompanyLogo排列下列物質(zhì)亞甲基碳上氫的酸性強(qiáng)弱a.H-CH2-CHOb.CN-CH2-CHOc.NO2-CH2-CHOd.Cl-CH2-CHO練習(xí)CompanyLogo作業(yè)1、-OH為第（）類定位基，在芳烴親電取代反應(yīng)中為致（）基團(tuán)。2、-NO2為第（）類定位基，在芳烴親核取代反應(yīng)中為致（）基團(tuán)。3、對二甲苯上第二個(gè)甲基被氧化成羧基比第一個(gè)甲基氧化（）。4、排列下列試劑的酰化能力ClCOClb.RCONH2c.RCOORd.RCOCl5、X是吸電子基，為什么是第一類定位基？CompanyLogo2.3親核取代反應(yīng)R=Alk;Arhaloalkane連接雜原子的碳具有較低的電子云密度。親核取代反應(yīng)是連有雜原子飽和脂肪族化合物的典型反應(yīng)。CompanyLogo可能的歷程1.脂肪族親核取代反應(yīng)歷程CompanyLogo①雙分子歷程(SN2)

一步二級反應(yīng);進(jìn)攻背面;walden翻轉(zhuǎn);ν=k[RCH2-X][Nu-]ν=k[RCH2-X]反應(yīng)速率與反應(yīng)底物和進(jìn)攻試劑濃度有關(guān)假一級反應(yīng)SN2CompanyLogo②單分子歷程(SN1)

碳正離子ν=k[R3C-X]內(nèi)消旋;一級反應(yīng)反應(yīng)速率只與底物濃度有關(guān)。重排SN1SN1CompanyLogo2.影響反應(yīng)的因素底物結(jié)構(gòu)離去基親核試劑反應(yīng)介質(zhì)有利于C+，有利于SN1不利于C+，有利于SN2

總而言之:CompanyLogo①底物結(jié)構(gòu)的影響CH3-XRCH2-XR2CH-XR3C-XSN2SN1推電子基有利于形成C+，有利于SN1反應(yīng)；吸電子基不利于形成C+，有利于SN2反應(yīng).SN1SN2吸電子基不利于C+穩(wěn)定，同時(shí)使電子云密度降低。CompanyLogo圖鹵代烷烷基對水解速度的影響CompanyLogo②離去基的影響離去基的離去難易對SN1和SN2都有影響。部分離去基的離去難易順序:RSO3--I-Cl-BrRCOO--OH-NH2>>>>>>CompanyLogo③

親核試劑的影響只對SN2反應(yīng)有影響.親核性：堿性大小比較例C2H5O-

OH-PhO-CH3CH2S-H2O例F-Cl-Br-I-andPhS-PhO->>>><><<CompanyLogo④

溶劑的影響（書中不嚴(yán)密）CompanyLogo形成新的C-O鍵形成新的C-S鍵形成新的C-C鍵形成新的C-N鍵R-X：烷基化試劑脂肪族親和取代反應(yīng)CompanyLogo3.芳香環(huán)上H的親核取代氧化劑可加快反應(yīng)反應(yīng)太難CompanyLogo4.芳環(huán)上取代基的親核取代芳環(huán)上的親電取代可引入:-SO3H,-NO2,-NO,-X,-R,-COR,-CH2COOH,-NHNH2芳環(huán)上的親核取代可引入:-OH,-OR,-OAr,-NH2,-NHR,-NRR',-NHAr,-CN,-SH①重要性CompanyLogo雙分子歷程底物：芳香性、穩(wěn)定；試劑：親核性、正離子；中間體：σ-絡(luò)合物、碳正離子；產(chǎn)物：芳香性、穩(wěn)定反應(yīng)速率與二種反應(yīng)物濃度有關(guān)雙分子二步反應(yīng)第一步為決速步②反應(yīng)歷程ArSN2CompanyLogo單分子歷程反應(yīng)速率只與重氮鹽濃度有關(guān)。CompanyLogo反應(yīng)底物活性差，反應(yīng)試劑活性強(qiáng)證據(jù):同位素效應(yīng)苯炔歷程(消除-加成機(jī)理)CompanyLogo離去基團(tuán)共軛位有供電子取代基，對反應(yīng)不利。芳環(huán)上同時(shí)有多個(gè)離去基團(tuán)（-Cl，-SO3H,-NO2，-CN，-N=N-等)同時(shí)存在時(shí)，Cl優(yōu)先被置換。

CompanyLogo③其它基團(tuán)的影響CompanyLogo注意：吸電子基有利于反應(yīng)重氮基易于分解.-CN易于水解-X是最好的離去基團(tuán)CompanyLogo更穩(wěn)定反應(yīng)更容易④離去基團(tuán)的影響CompanyLogoβ-消除α-消除其它消除環(huán)合

1,1-消除1,2-消除2.4消除反應(yīng)一個(gè)分子同時(shí)失去二個(gè)原子或基團(tuán)形成新化合物的反應(yīng)。CompanyLogo1.β-消除可能的路徑E2E1炔碳雜雙鍵E1cbCompanyLogoB:-堿性強(qiáng).ν=k[B-][RX]反位消除一步①雙分子消除

(E2)E2CompanyLogo重排碳正離子ν=k[R3C-X]②單分子歷程

(E1)E1CompanyLogo反位消除CompanyLogoSaytzeff規(guī)則Hofmann規(guī)則形成共軛體系NR3不是好的離去基.③β-消除取向CompanyLogoE1SN1E2SN22影響因素E1和E2比較底物結(jié)構(gòu)反應(yīng)條件E和SN比較CompanyLogo底物結(jié)構(gòu)離去基團(tuán)空間位阻效應(yīng)電子效應(yīng)CompanyLogo①底物結(jié)構(gòu)空間位阻效應(yīng)CH3-XRCH2-XR2CH-XR3C-XSN2SN1E1E2ESN雙分子單分子β-C上連有吸電子基有利于E2反應(yīng)。同前述.空間位阻

空間擁擠電子效應(yīng)離去基團(tuán)CompanyLogo反應(yīng)條件堿溶劑溫度CompanyLogo②反應(yīng)條件堿強(qiáng)堿E2cat.:CH3COONaNaOH雙分子強(qiáng)極性單分子弱極性雙分子E2高溫E溶劑溫度CompanyLogo3.α-消除CompanyLogo2.5自由基反應(yīng)自由基反應(yīng)鏈反應(yīng)鏈反應(yīng)自由基反應(yīng)?形成自由基的方法:

熱光

電子轉(zhuǎn)移CompanyLogo底物(重鍵)2.6加成反應(yīng)反應(yīng)親電親核自由基CompanyLogo1.親電加成①機(jī)理碳正離子反式加成CompanyLogo底物上的其它基團(tuán)催化劑親電試劑Cl2>Br2>I2③轉(zhuǎn)換親電自由基②影響因素CompanyLogo④重要的親電加成反應(yīng)CompanyLogo聚合

酸催化縮合CompanyLogo堿催化縮合CompanyLogo2.親核加成

親核試劑①碳負(fù)離子②具有孤電子對的分子或離子③氫負(fù)離子.H2O、ROH、H2S、SO3H-、NH2OH、C6H5NHNH2

等.LiAlH4、NaBH43.自由基加成CompanyLogoElectrophilicreagent：reagentthattakeelectronfromsubstratetoformanewcovalentbond.Nucleophilicreagent：reagentthatgiveelectrontosubstratetoformanewcovalentbond.PolarreactionElectrophilicreactionThereactionthatbroughtbyelectrophilicreagentThereactionthatbroughtbynucleophilicreagentNucleophilicreactionBriefsummaryCompanyLogoMechanismofaromaticselectrophilicsubstitutionThekineticisotopeeffectOrientationeffectofaromaticelectrophilicreaction②

Factorsofeffectonorientation①

Twodifferentorientationgrouporiginalgroup、electrophilicreagent、conditionPolarityeffect,Sterichindranceeffect.CompanyLogoMechanismofSN2MechanismofSN1CompanyLogoFactorsofeffectontheSNreactionMakethebestuseC+MakethebestuseSN1MaketheworstuseC+MakethebestuseSN2SN1SN2Attractinggroupmakec+unstableAndmakeelectronclouddensitylow.substratestructureCompanyLogoEffectofleavinggroupEffectofnucleophilicreagentEffectofsolventCompanyLogoMechanismofaromaticsnucleophilicsubstitutionTheeffectofothergroupsonthereactionCompanyLogomorestablemoreeasier

Trans-eliminationCompanyLogoCH3-XRCH2-XR2CH-XR3C-XESNBimolecule,

Sterichindranceunimolecule,

StericcrowdingCompetitionofSNandEMechanism

electrophilic

additionreactionThegroupthatlinkedonthesubstrateCompanyLogoMechanism

nucleophilic

additionreac