《苯萘取代定位规律》PPT课件

第二章精细有机合成基础,1.芳香族亲电取代的定位规律2.化学反应的计量学3.化学反应器4.精细有机合成中的溶剂效应5.气固相接触催化6.相转移催化7.均相配位催化8.电解有机合成,2.1芳香族亲电取代的定位规律,2.1.1反应历程绝大多数是按照经过配合物的两步历程进行。以苯为例：,第一步,是亲电试剂E+进攻苯环，当亲电试剂E+进攻苯环时，首先与苯环上离域分子、闭合共扼的电子体系相作用，形成配合物，接着配合物中的E+从苯环上的闭合电子体系获得两个电子，同时，与苯环上的某一个碳原子形成键，并生成配合物。,第二步,是产物的生成，即配合物脱落一个H+而生成取代产物。第二步是整个反应的控制步骤。,反应历程,在形成配合物时，并没有形成新氢键，活化能E1很小。配合物的形成速度和解离速度很快对产物、V没有影响。在配合物中，苯环的闭合共扼体系被破坏，因此生成的配合物的活化能E2比较大，为了使自己稳定，它就要快脱落E+变成反应物苯而没有发生正反应，或快速脱落H+而变为产物，即发生了亲电取代反应。,芳环上已有取代基的极性效应和两类定位基,邻位取代,对位取代,间位取代,亲电试剂的活泼性越高，亲电取代反应速度越快，反应的选择性越低。亲电试剂的活泼性越低，亲电取代反应速度越低，反应的选择性越高。,2.1.2苯环上已有取代基的定位规律（P8）,第一类定位基邻、对位定位基（卤原子例外），活化苯环，按其定位能力由强到弱排布：O-、N(CH3)2、NH2、OH、OCH3、NHCOOH、OCOCH3、F、Cl、Br、I、C6H5、C2H5、CH2COOH、CH2F等。,2.1.2苯环上已有取代基的定位规律（P8）,第二类定位基，间接定位基，钝化苯环N+(CH3)3、CF3、NO2、CN、SO3H、COOH、CHO、COOCH3、COCH3、CONH2、NH2、CH3等,2.1.3苯环上取代定位规律,1）已有取代基的电子效应（1）取代基E只具有供电诱导效应例如烷基：取代基的供电诱导效应+I都使苯环活化邻、对位定位其中甲基还具有供电超共扼效应+T超、+I超。其活化作用比其它烷基大。,（2）取代基中同苯环相连的原子具有未共有电子时,它们都是邻、对位定位基，除此以外，其他的还有吸电的诱导效应-I，且会影响取代基的活化作用。对于氨基和羟基，其+T-I活化苯环对于卤原子，-TBrI4种卤原子的吸电子效应是-IF-ICl-IBr-II吸电诱导效应-I对距离较近的邻位的影响比距离较远的对位的影响大一些，因为-I钝化苯环，使一些取代基定位到间位上由以上原因得出：邻位异构产物的比例为氟苯氯苯HBrHClHF。,3.8.1亲电加成卤化,a当双键中的C原子上有供电基（例如各种烷基或卤基）时，双键中的电子向含供电基少、含氢多的碳原子转移，H+加到含氢多的碳原子上，卤素连到含氢少的C原子上，即服从Markovnikov规则：b当双键中的C原子上连有强吸电子基（例如-COOH，-CN，-CF3，-N+(CH3)3）时，双键中的电子含强吸电基多，含氢少的碳原子转移，H+加到含氢少的碳原子上，即与Markovnikov规则相反：,3.8.1亲电加成卤化,（3）重要实例1氯3甲基2丁烯(重要的合成香料中间体),3.8.1亲电加成卤化,1,1,1-三氯乙烷（重要的低毒有机溶剂）,3.8.1亲电加成卤化,由于乙炔成本高，现主要以乙烯为原料。1,1,1-三氯乙烷被认为是破坏大气臭氧层的氯化物，根据蒙特利尔协议，不久将禁止使用。,3.8.2自由基加成卤化,在没有异裂催化剂，并在过氧化物自由基引发剂的存在下，HBr均裂产生溴自由基Br，后者连到双键中含氢多的C原子上。,3.8.2自由基加成卤化,因为仲碳自由基活性中间体比伯碳自由基活性中间体较稳定，所以自由基加成溴化时，溴连到含氢多的C原子上，与Markonikov规则相反。值得注意的是：HBr的键能和C=C双键中键的键能相差不大，因此在引发剂的作用下，也可能发生烯烃的自由基聚合反应，所以限制了溴化氢的自由基加成卤化反应的应用。,3.9置换卤化,卤原子置换有机分子中已有取代基的反应统称为“置换卤化”，可被卤原子置换的取代基主要有羟基、重氮基、硝基、氯基、溴基和磺酸基等。,SN1反应,a一般反应条件用卤化氢时是酸催化的亲核置换反应，对于伯醇一般是单分子SN1反应，对于烯丙型醇、叔醇或仲醇则可能是双分子SN2反应。SN代表亲核取代反应。SN1：单分子亲核取代反应1代表单分子，2代表双分子SN2；双分子亲核取代反应SN1：单分子亲核取代反应（SN1）,叔丁基溴在碱性溶液中的水解速度，仅与卤烷的浓度成正比，而与亲核试剂（OH或水分子）的浓度无关。,SN2反应,SN2：双分子亲核取代反应溴甲烷的碱性水解的反应速度不仅与卤烷的浓度成正比，也与碱的浓度成正比。,3.9.1卤原子置换醇羟基,卤化氢的活泼性次序是：HIHBrHClHF醇类的活泼性次序是：烯丙型醇叔醇仲醇伯醇上述反应为可逆反应。,3.9.1卤原子置换醇羟基,置换卤化的方法有：a蒸出反应生成的低碳卤代烷，使平衡向右移。b用过量很多的HBr或HCl水溶液，并加入无水ZnCl2或浓H2SO4催化剂。c用气态的HCl或HBr。d气相反应。e加入相转移催化剂。f改用活泼的卤化剂，例如PCl3，PCl5（PCl3+Cl2）,SOCl2,PBr3（2P+3Br2），PI3（2P+3I2）等。,重要实例：（1）甲烷制氯甲烷CH3OH+HClCH3Cl+H2O沸点64.65-23.7100在工业上有三种：即气一液相催化法，气液相非催化法和气一固相接触催化法。气液相催化法：是将甲醇蒸气和HCl气体在140150和常压通入质量分数75%ZnCl2水溶液中，此法反应条件温和，设备流程简单，适于小规模生产，但消耗定额高，设备腐蚀严重。,气液相非催化法：是将CH3OH和HCl在120和1.06MPa压力下，在回流塔式反应器中连续反应和连续精镏，塔顶蒸出CH3Cl，塔底排出水。此法优点是：甲醇选择性好，转化率高，产品纯度高，适合大规模生产。CH3Cl：沸点-23.7气固相接触催化法：是将甲醇蒸汽和HCl气体在250300连续地通过硅胶催化剂，甲醇转化率98.5%，选择性99.8%，对原料中含水控制严格，反应器制造技术复杂，只限用于大规模生产。,（2）卤原子置换羟基a、卤原子置换羟基必须用光气COCl2、亚硫酰氯SOCl2、PCl3、PBr3、三氯氧磷POCl3等活泼卤化剂，在无水条件下反应。,b、氯乙酰氯：是羧酰氯中产量最大的实例。它的生产方法有四个：以乙酸或乙酐为原料在催化剂或催化剂与光的协同作用下用Cl2氯化。乙酰氯用Cl2氯化。氯乙酸的羟基置换氯化。乙烯酮的氯化。我国主要采用氯乙酸PCl3和氯乙酸COCl2（光气）法。,乙烯酮法：此法收率只有90%，但无副产物，原料和产品易分离，产品纯度可达99.7%，三废少，成体低，但一次性投资大。,（3）卤原子置换杂环上的羟基芳环上和吡啶环上的羟基很难被卤原子置换，但是杂环上的羟基易被氯原子或溴原子置换。所用卤化剂COCl2（光气）法和SOCl2（亚硫酰氯）、POCl3（三氯氧磷）。例：,3.9.2氟原子置换氯原子,脂链上和芳环侧链上的氯原子比较活泼，可用无水氟化氢作反应剂，在液相或气相反应。芳环上的氯不活泼，只有当氯的邻、对位有强吸电子基时，氯才比较活泼，杂环上的氯也不够活泼，都要用无水NaF或无水KF在无水非质子传递强极性有机溶剂中反应。,例：（1）3，4二氯三氟甲苯,（2）1,1,1,2-四氟乙烷,(3)2,4,6-三氟5氯嘧啶此反应中，不与氮原子相连的C-Cl键相当稳定，很难被氟原子置换。,3.9.3卤原子置换重氮基（第八章中8.3.4详细阐述）,例:2，3，4三氟硝基苯的合成（重要的医药中间体）,3.9.4氯原子置换硝基,（1）一般反应条件：其是在高温下进行的自由基链反应，以氯分子为反应剂，可在液相或气相进行。,3.9.4氯原子置换硝基,（2）重要实例a2，4二氯氟苯二甲基亚砜溶剂，95100，收率90，乙腈溶剂，冠醚催化，80，收率95，均已停止使用。如无溶剂，190200，收率92，有爆炸危险，已停止使用。,二甲基亚