亲电反应1.ppt

碳正离子 碳正离子 一类碳上只带有六个电子的活泼中间体 碳正离子一般无法分离得到 可通过实验方法捕获 甲基碳正离子 伯碳正离子 仲碳正离子 叔碳正离子 Carbocation Carboniumion 碳正离子的相对稳定性 烷基对碳正离子的稳定作用 诱导 给电子效应 稳定性 烷基充当给电子基作用 electronreleasinggroup 通过单键传递的 诱导给电子效应 p键对碳正离子的稳定作用 p p超共轭 苄基碳正离子 烯丙基碳正离子 p轨道对碳正离子的稳定作用 p p超共轭 共轭 给电子 诱导 吸电子效应 共轭 吸电子效应 一些使碳正离子不稳定的因素 很不稳定 p p共轭 不饱和 吸电子 基团 碳正离子的重排性 迁移动力 生成更稳定的正碳离子 1 2 H迁移 其它形式的碳正离子的重排 1 2 H迁移 1 2 CH3迁移 扩环 解除小环张力 典型的烯烃亲电加成反应 亲电试剂 卤代烷 硫酸氢酯 醇 邻二卤代烷 b 卤代醇 次卤酸 ElectrophilicAddition 烯烃与H X的加成 X Cl Br I 活性 HI HBr HCl 例 卤代烃消除的逆反应 烯烃与H OSO3H 硫酸 的加成 合成上应用 水解制备醇 纯化有机物 用浓硫酸处理除去烯烃 硫酸氢酯 ROSO3H 乙醇和异丙醇的工业制法 烯烃在H 催化下与H2O的水合反应 催化剂 强酸H2SO4 H3PO4 HBF4 氟硼酸 TsOH 对甲苯磺酸 等 类似反应 H 催化下烯烃与HOR或RCOOH的加成 催化剂 醚 酯 烯烃与X2的加成 加X2的立体化学 反式加成为主 立体有择反应 立体选择性 Br2 Cl2 在有机分析中的应用 鉴别烯烃例 烯烃 5 溴的CCl4溶液 红棕色褪去 or 烯烃与XOH 或X2 H2OorOH 的反应 加XOH的立体化学 反式加成为主 立体有择反应 b 卤代醇 主要产物 b 卤代醇的应用 制备环氧乙烷衍生物 机理 分子内SN2 烯烃亲电加成取向 反应的区位选择性 Markovnikov规则 马氏规则 Markovnikov规则 氢原子总是加在含氢较多的碳上 烯烃亲电加成反应小结 亲电加成反应机理 I 经碳正离子的加成机理 与HX的加成机理 机理 双键为电子供体 有亲核性或碱性 H有亲电性 碳正离子中间体 反应进程图 过渡态I 过渡态II 中间体 反应进程分析 产物 与H2SO4的加成机理 机理 加成机理对Markovnikov规则的解释 中间体正碳离子的稳定性决定加成的取向 例 机理 2o正碳离子较稳定 1o正碳离子较不稳定 强吸电子基团 例 下列加成不遵守Markovnikov规则 请给出合理的解释 亲电加成中的重排现象及解释 重排现象 碳正离子的证据 重排产物 机理 H迁移 亲电加成机理小结 亲电试剂 亲电加成的一般形式 亲电部分 与双键p电子结合 亲核部分 与碳正离子结合 Electrophiles 亲电试剂 Nucleophiles 亲核试剂 亲电型反应 亲电加成 亲电取代 关键步骤为亲电试剂参与的反应 决速步骤 试剂的亲电部分起关键作用 注意 机理有三步 酸催化下烯烃与水的加成 水合反应 机理 例 主要产物形成机理 2o碳正离子 酸催化下烯烃与醇的加成机理 产物的形成机理 机理分三步 与水合反应类似 酸催化下烯烃与酸的加成机理 机理 注意 羰基氧为亲核中心 羰基氧作为碱 羧基上羰基氧和羟基氧的碱性和亲核性问题 亲核性 较稳定正电荷分散在两个氧原子上 不稳定 共振关系 碱性 较稳定正电荷分散在两个氧原子上 不稳定 共振关系 思考题 写出机理解释产物的形成 预测下列亲电加成反应的主要产物 并写出机理予以解释 亲电加成反应机理 II 环正离子机理 复习 烯烃与卤素加成的立体化学 反式加成为主 立体有择反应 立体选择性 Br2 Cl2 主要产物 举例 烯烃与卤素加成的立体化学 外消旋体 99 苏式 threo 相同基团不在同一边 赤式 erythro 相同基团在同一边 一些支持亲电加成机理实验现象 反应在干燥体系中进行较慢 加极性试剂 如H2O或FeCl3 后速度加快 极性分子 极性分子 说明极性分子对X2可能有极化诱导作用 比较下列两个反应 Br2在反应中起决定作用 用正碳离子机理解释 碳正离子机理不能完满解释反应的立体选择性 如 若通过碳正离子机理 结论 加成可能通过其它机理 构象分析 差别不大 有差别 但不很大 环卤鎓离子稳定性 Br Cl Br的电负性较小 体积较大 易成环 故烯烃加X2立体选择性 Br2 Cl2 烯烃与卤素的加成机理 环正离子机理 环正离子环卤鎓离子 由离去基团背面进攻 环正离子的实验依据 无重排产物生成 例 用环正离子机理解释下列结果 b 卤代醇 机理 用环正离子机理解释反应的立体选择性 SN2 背面进攻 环己烯加溴的立体化学 烯烃与X2 H2O或X2 HO 反应的立体化学 顺或反式2 丁烯加Br2的立体化学 相同 对映体 顺 2 丁烯 反 2 丁烯 两个Br在反式共平面上 关于环己烯加卤素的立体化学 加成过程的构象分析 骨架构象变化大不利过程 骨架构象变化小有利过程 向上 向上 向下 向上 两个Br在反式共平面上 环正离子开环取向 区域选择性 例 次溴酸 Br 加在氢多的碳上 符合Markovninov规则 主要产物 次要产物 机理 取代基较多碳的正电荷密度较大 较稳定 较不稳定 双键上有杂原子时的加成取向 双键电荷密度较低 反应较慢 加成机理 Cl有诱导吸电子效应 Cl使碳正离子稳定 p p共轭 双键上有卤素 共振关系 不稳定 较稳定 双键上有氧和氮原子 思考题 写出机理解释下列产物的形成及加成取向 写出机理解释反应取向 二氢吡喃 保护醇羟基的方法之一 吡喃Pyran 分解 分解 烯烃的正离子型聚合反应 问题 当烯烃遇上亲电性的碳正离子 会发生什么反应 碳正离子的来源之一 烯烃的二聚 正离子型 主要产物为少取代烯烃 Hofmann取向 二聚机理 过渡态有较大的排斥力 不稳定 消除 分子内二聚 例 机理 新生成的C C键 机理 烯烃的多聚 正离子型引发剂 烯烃氧化成环氧化物 常用过氧酸 过氧酸氧化烯烃的机理 了解 协同机理 加成主要发生在位阻小的一边 主要产物 反应的立体化学 顺式加成 立体专一性反应 构型 保持 合成环氧化物 问题 还有什么方法可制备环氧化物 开环制备反式邻二醇 开环机理 第10 21节 环氧化合物的酸性开还 烯烃环氧化反应在合成上应用 反式邻二醇 两种制备邻二醇方法比较 外消旋 反式加成 meso 顺式加成 cis 思考题 请分别写出反式烯烃在上述两中反应条件下生成的产物 例 由cis或trans 3 己烯合成 3 4 己二醇 可用于制备邻二醇的反应 烯烃 KMnO4 稀 冷 orOsO4 顺式加成 烯烃 过氧酸 再水解 反式加成 trans cis 3 4 己二醇 3 己烯 邻二醇型 考虑用KMnO4 稀 冷 orOsO4法 顺式加成 合成路线 将两个OH转至同一方向 顺式消去 考虑用过氧酸氧化 水解方法 反式加成 将两个OH转至不同方向 反式消去 合成路线 中间体可不写出 较稳定 较不稳定 主要产物 遵守Markovnikov加成规则 叁键上的亲电加成反应 需要了解的问题 亲电加成比烯烃难还是易 末端叁键上的加成方向如何 烯基正碳离子不太稳定 较难生成 一般叁键的亲电加成比双键慢 炔烃与卤化氢的加成 分步加成 可控制在第一步 合成上应用 1 制烯基卤代物 2 制偕二卤代物 烯基卤代物 偕二卤代物 催化剂 Hg盐或Cu盐 存在时 叁键比双键易加成 为什么不生成邻二卤代物 加HBr仍有过氧化效应 反Markovnikov方向 较不稳定 较稳定p p共轭 第二步加成取向分析 炔烃与卤素的加成 叁键的加成比双键难 反式为主 合成上应用 合成二卤代烯烃 控制在第一步 炔烃的保护和脱保护 较慢 炔烃与与H2O的加成 炔烃的水合反应 遵守Markovnikov规则末端炔总是生成甲基酮 甲基乙烯基酮 烯醇式Enolform 酮式Ketoform 互变异构 较稳定 Hg 催化下 叁键比双键易水合 甲基酮 炔烃的水合机理 p络合物 汞化物 亲电加成 烯醇式 酮式 酸性条件下烯醇式与酮式的互变机理 d 炔烃水合反应在合成上的应用 乙炔 末端炔 对称二取代炔 乙醛 甲基酮 酮 烯烃的羟汞化 还原 脱汞 反应Oxymercuration Demercuration 反应特点及局限性 反应较快 第一步几分钟 第二步1小时左右 产率较高 90 易操作 条件温和 Hg易处理 区域选择性好 Markovnikov取向 无重排产物 说明什么 非立体专一 顺式加成 反式加成 羟汞化 还原 脱汞 较好的醇的实验室制备方法 烯烃的羟汞化 还原反应的可能机理 羟汞化 亲电加成机理 还原脱汞 经过自由基中间体 例 烯烃的羟汞化 还原反应 对比 烯烃的水合反应 有何明显不同 问题 如何解释产物的立体化学 烯烃的硼氢化 氧化反应Hydroboration Oxidation 反应的特点 产率较高 区域选择性反应 主要为反Markovnikov规则取向 立体专一性反应 顺式加成 无重排产物生成 说明什么 p331 第8章 8 7节 硼氢化 氧化 立体化学 顺式加成 syn 三烷基硼 硼氢化 氧化反应区域选择性举例 硼氢化 氧化反应立体选择性举例 在位阻小的一面加成 硼氢化 氧化反应机理 硼烷及性质 甲硼烷 Borane 乙硼烷 Diborane 甲硼烷的二聚体 两电子三中心键 BH3 THF 硼氢化步骤机理 硼烷与烯烃的加成 少取代 位阻小 四中心过渡态 H B顺式加成 H B同步加成 氧化及水解步骤机理 烷基硼的氧化 硼酸酯的水解 醇 烷基迁移 氧化 水解 烷基迁移的立体化学 氧化前后基团构型未变 同面迁移 硼氢化反应的深入 大体积硼氢化试剂及应用 了解 9 BBN 9 borobicyclo 3 3 1 nonane 大体积基团 手性硼氢化试剂及应用 了解 例 Ipc2BH a Pinenea 蒎烯 一种手性二烷基硼烷 R型87 e e 不对称硼氢化 氧化反应 HerbertC Brown1912 GeorgWittig1897 1987 TheNobelPrizeinChemistry1979 fortheirdevelopmentoftheuseofboron andphosphorus containingcompounds respectively intoimportantreagentsinorganicsynthesis 醇与烯烃的加成 与碳正离子的反应 机理 叔丁基醚 例 合成 保护羟基 脱保护 醇与烯烃的加成在合成上的应用 羟基的保护 羟基的另一常用保护法 DHP 二氢吡喃 四氢吡喃 与羰基加成 了解 有关机理 与羧酸的酯化反应 第13章 醇向羰基的亲核加成 与醛酮生成缩醛 酮 第12章 半缩醛 酮 缩醛 酮 有关机理 醇向羰基的亲核加成 与无机酸或磺酰氯反应 硝酸酯 磷酸三酯 硫酸氢酯 亚硝酸酯 对甲苯磺酸酸酯 醇羟基的取代 被卤素取代 3o醇反应很快 Lucas试剂 与HX反应 叔卤代物 伯卤代物 仲卤代物 氯代 Lucas试剂反应 机理 好离去基 与卤化磷的反应 机理 好离去基 可进一步参与溴代 PCl3反应产率低 与氯化亚砜 SOCl2 的反应 反应有两种立体选择性 与溶剂有关 构型翻转 构型保持 醇与SOCl2反应机理2 有吡啶参与 构型翻转 氯代亚硫酸酯 吡啶作用 产生 自由 的氯负离子 好离去基 吡啶的其它作用 催化作用 产生 自由 的氯负离子 被其它基团取代 间接取代 复习 第6章 对甲苯磺酸酯 好离去基 醇脱水成烯 醇的b 消除 参考 第6章6 10 3节 Zaitsev消除取向 H 催化 有重排Al2O3 不重排 H 催化脱水机理 E2或E1机理 例 醇的脱水成烯 主要产物 重排产物为主 Pinacol重排 Pinacol Pinacolone 频哪酮 Pinacol重排机理 有两种可能途径 更稳定的正离子 迁移 脱水同步 迁移 脱水 例 其它邻二醇的Pinacol重排 思考 这些结果说明了什么 主要产物 次要产物 Pinacol重排立体化学 CH3迁移 环重排 说明机理中消除和迁移可能是同步的 重排有利因素 迁移基团与离去基团处于反式 cis trans 合成上应用 通过Pinacol重排合成螺环化合物 写出重排机理 醚键氧的碱性 作为Br nsted碱 作为Lewis碱 Oxoniumsalt 醚键的开裂 醚在酸性体系中的亲核取代 醚键在中性 碱性或弱酸性条件下不会断裂 醚键可被HI和HBr在加热下断裂 例 HX过量时 生成2分子卤代烷 不对称醚醚键的开裂取向 基团体积差别不大 小 小 小 较大 大 很大 如何解释以上反应取向 1o 2o 3o 手性碳构型保持 醚键开裂机理 亲核取代反应机理 SN2机理 SN2 位阻影响为主 SN2 叔丁基醚 两类较易水解的醚类化合物 用于醇的保护和脱保护 烯基醚水解机理 亲电加成 半缩醛 质子化 消除 苯环上的亲电取代 苯的性质分析 与亲电试剂反应分析 有p电子 象烯烃 与亲电试剂反应 主要性质 不饱和 可加成 被氧化剂氧化 失去芳香性 较难发生 失去芳香性 恢复芳香性 加成 取代 不利 有利 苯环上的亲电取代机理通式 s 络合物 常见的几类苯环上的亲电取代反应 卤代反应 硝化反应 磺化反应 烷基化反应 酰基化反应 Friedel Crafts反应 傅 克反应 苯环上的卤代反应 机理 亲电中心 与自由基取代反应的区别 芳环上的卤代在合成上的重要性 是芳环引入卤素 Cl Br 的主要方法之一 其它引入方法 第18章重氮盐法 Ar X是合成其它类型的化合物的重要中间体 芳环的氟代和碘代方法 其它方法 第18章重氮盐法 苯环上的硝化反应 机理 无H2SO4时反应很慢 浓H2SO4作用 产生 NO2除去生成的水 硝化反应在合成上的重要性 制备硝基苯类化合物 炸药 转变为苯胺衍生物 2 4 6 三硝基甲苯 TNT 苯胺类化合物的主要制备方法 苯环上的磺化反应 磺化反应 去磺酸基反应 苯磺酸 注意 磺化反应是可逆的 苯环的磺化机理 逆向为去磺酸基机理 Eact1接近Eact2 磺化亲电试剂 磺化反应及苯磺酸衍生物的重要性 合成苯磺酸衍生物 由磺酸转化为其它衍生物 合成洗涤剂 有机强酸 固体 TsOH 对甲基苯磺酸 亲油端 亲水端 磺酸酯 磺酰胺 磺化反应可逆性在合成上的应用 例 直接氯代 用磺化法保护 2 氯甲苯 得混合物 得纯产物 保护对位 去除保护基 例 直接硝化 苯酚易被氧化 思考题 写出下列转变的机理 苦味酸 苯环上的烷基化反应 Friedel Crafts烷基化反应 机理 正碳离子证据 Lewis酸催化剂 其它催化剂 SnCl4 FeCl3 ZnCl2 TiCl4 BF3等 苯环烷基化其它方法 问题 正碳离子的产生途径还有那些 例 思考题 完成上述两例反应的机理 由烯烃 由醇 与苯环反应 苯环上的酰基化反应 Friedel Crafts酰基化反应 酸酐 酰氯 AlCl3用量 用酰氯时 用量 1eqv 用酸酐时 用量 2eqv 比较 烷基化AlCl3用量为催化量 eqv equivalent 反应机理 酰氯为酰基化试剂 酮与AlCl3络合 消耗1eqv AlCl3 酸酐为酰基化试剂 以下步骤同前 消耗1eqv AlCl3 消耗1eqv AlCl3 Friedel Crafts酰基化反应在合成中的应用 制备芳香酮 间接制备烷基苯 不会多取代 比第一步快 直接法不足之处 1 有重排 2 易进一步取代 芳环的氯甲基化反应和Gattermann Koch反应 氯甲基化反应 与Friedel Crafts烷基化类似 机理 醇的氯代 chapt 10 氯甲基 Gattermann Koch反应 机理 与Friedel Crafts酰基化类似 甲酰基 取代基对亲电取代的影响 取代基对反应有两方面影响 反应活性和反应取向 一些实验结果 取代基的分类 致活基团和致钝基团 考虑对反应活性及速度的影响 activatinggroupsanddeactivatinggroups 如 致活基团 亲电取代反应比苯快 致钝基团 亲电取代反应比苯慢 邻对位定位基和间位定位基 考虑对反应取向的影响 如 邻对位定位基 邻对位产物为主 间位定位基 间位产物为主 邻对位定位致活基 邻对位定位致钝基 间位定位致钝基 Ortho andpara directingactivators Ortho andpara directingdeactivators Meta directingdeactivators Benzene 苯 邻对位致活基 邻对位致钝基 间位致钝基 强致钝 中致钝 弱致钝 弱致活 中致活 强致活 Reactivity 反应活性 苯环上的常见取代基 取代基对反应的影响的其它例子 OH为强致活基团 反应很快 无需Fe催化 为弱亲电试剂 只与活化芳环反应 规律 环上有钝化基时 不能发生Friedel Crafts反应 硝化反应难进行 少量 不能二取代 取代基作用的解释 取代基电子效应对亲电取代活性的影响 诱导效应的影响 诱导给电子 使苯环活化 诱导吸电子 使苯环钝化 致活基 致钝基 共轭效应的影响 共轭给电子效应 使苯环邻 对位活化 例 NH2的致活作用 例 NO2的致钝作用 共轭吸电子效应 使苯环邻 对位钝化 取代基的电子效应对反应取向的影响 诱导给电子效应的影响 例 主要产物 中间体稳定性分析 最稳定的共振式 CH3起稳定作用 邻位取代 对位取代 最稳定的共振式 CH3起稳定作用 间位取代 CH3的给电子效应未起作用 苯的反应 CH3 致活基团 使得邻 对 间三个位置均活化 反应进程 势能图 共轭给电子效应的影响 例 主要产物 中间体稳定性分析 邻位取代 最稳定的共振式 满足八隅体 中间体稳定 有四个共振式 对位取代 中间体稳定 有四个共振式 最稳定的共振式 满足八隅体 间位取代 中间体只有三个共振式 OR未起作用 反应进程 势能图 苯的反应 OR使得邻 对位活化 共轭效应 OR使得间位钝化 诱导吸电子效应 共轭吸电子效应的影响 例 主要产物 中间体稳定性分析 邻位 对位取代 不稳定 不稳定 间位取代 NO2使得邻 对 间三个位置均钝化 间位受到影响较小 苯的反应 卤素的双重作用 邻对位致钝基 例 慢 苯环钝化 反应慢 邻位受影响最大 邻位取代 对位取代情况类似 最稳定 满足八隅体 中间体稳定 有四个共振式 间位取代 中间体只有三个共振式 不稳定 苯的反应 邻 对 间三个位置均钝化 对位位受到影响较小 两个取代基时反应取向位阻对取向的影响 两个同类定位基时服从定位能力强者 差别不大时 得混合物 定位能力 邻对位定位基 间位定位基 两个间位定位基 两者定位一致 有两个不同类定位基时 服从邻对位基定位 位阻对反应取向有影响 两者定位一致 位阻较大 SO3H体积较大 取代主要在位阻较小处 生成热力学稳定产物 基团较大 有位阻 低温时反应为动力学控制 取代基的定位作用在合成上的应用 例1 合成路线 例2 直接硝化 保护氨基 存在问题 1 苯胺易被硝酸氧化 2 苯环钝化 反应难 生成少量间位产物 优点 1 氨基保护后不易被氧化 2 N的碱性减弱 不与H 反应 3 保护后为弱致活基 反应易控制 例3 热力学稳定产物 合成方法 保护氨基和对位 去磺酸基 例4 分析 第一步不合理 1 直接接丙基 有重排产物 2 丙基为致活基团 易多取代 第二步反应难 为什么 或 较好的合成路线 有致钝基团 不会多取代 Wolff Kishner还原 碱性体系 Clemmensen还原 酸性体系 萘环上的亲电取代反应 一般为a 取代 动力学控制产物 E体积较大时为b 取代 热力学控制产物 位阻较小 E与8位H有排斥力 a 取代 b 取代 规律 由机理分析反应的取向 有二个稳定的共振式 哪二个 中间体较稳定 只有一个稳定的共振式 中间体较不稳定 取代在a 位 取代在b 位 萘环上的各类亲电取代反应 卤代反应和硝化反应 a 取代 b位卤代或硝化产物需采用其它方法制备 磺化反应 取向受反应温度影响 思考题 那种萘磺酸易发生去磺酸基反应 反应温度 0 40oC