有机反应机理第十章ppt课件

1、有机反应机理第第10章章 重要合成反响机理分析重要合成反响机理分析10.1 不饱和烃的卤加成反响10.4 羟醛缩合反响10.2 环氧乙烷与各种亲核试剂的反响10.3 Mannich反响有机反应机理10.1 不饱和烃的卤加成反响10.1.1 卤素与烯烃和炔烃的加成10.1.2 不饱和羧酸及其酯的卤内酯化反响10.1.3 N-卤代酰胺、次卤酸盐等与不饱和烃的加成有机反应机理10.1.1 卤素与烯烃和炔烃的加成 MechanismElectrophilic additionFree radical addition有机反应机理Electrophilic addition反响机理可表示如下：极化的卤素

2、带正电的部分先与烯烃加成，生成正碳离子中间体。根据卤素的种类和烯烃的构造，中间体可以是经典的正碳离子，也可以是卤桥正离子有机反应机理卤负离子优先进攻能使正碳离子稳定的双键碳原子CCR1R2R3R4XXCCR1R2R3R4XXCCR1R2R3R4XXCCR1R2R3R4XX有机反应机理Experimental evidences Stereochemistry例如：经由经典正碳离子时那么由于CC单键的自在旋转，同时生成相当量的同向加成产物。经由卤桥正离子时发生对向加成有机反应机理为什么X为OCH3时同向加成的比例添加？CH3HHXCH3HHXBrBrHCH3HXBrBrBr2/CCl4+X =

3、H 88% 12%X = OCH3 63% 37%有机反应机理因此，当X由H变为OCH3基团时，反响经由经典正碳离子中间体的能够性添加。用共振实际可表示为：而在溴桥离子中，正电荷分散于三个原子上，不利于OCH3基团稳定化作用的最大发扬。在经典的正碳离子中，正电荷更加集中于与苯环相联的碳上，OCH3基团的稳定化作用更强。有机反应机理CH3HHCH3OBrCH3HHCH3OBrCH3HHHBr有机反应机理烯烃相对速率水合溴化CH3CH=CH211Z-CH3CH=CHCH31.6843E- CH3CH=CHCH30.7128(CH3)2C=CHCH343432131(CH3)2C=C(CH3)269

4、0929508解释以下几种烯烃水合和溴化相对速率与取代基数目和位置的关系有机反应机理H3CHHHBr2BrH3CHHHBrCH3CHBrCH2BrH3OCCH2HH3CHOHCH3CHOHCH2H有机反应机理Free radical mechanism氯、溴在自在基引发剂或光的作用下，可均裂为自在基，与不饱和烃发生自在基加成反响自在基引发剂：有机过氧化物、偶氮二异丁腈等 光引发：紫外光例如光卤化加成的机理可表示如下有机反应机理光引发自在基加成机理引发：XXh2 X (X = Cl, Br)传递：CCCCXCCXCCXXXXX2+终止：CCXXCCXXCCXCCXXX+有机反应机理 光卤加成的运

5、用实例光卤加成易发生于双键上有吸电基的烯烃和芳烃，由于这些烯烃和芳烃难以与卤素发生亲电加成。例如有机反应机理hClCHCCl2Cl2/ClClCHCCl2ClClClCCCl2驱钩虫药hClClClClClClCl2/杀虫剂（六六六）有机反应机理Addition of fluorine to alkenesF2活性高，反响猛烈，易发生取代、聚合等副反响通常为自在基机理，合成上的运用有限氟原子的引入可以改良药物的性质，通常由卤素 卤素置换反响制备氟化物有机反应机理Addition of iodine to alkenes通常按自在基机理反响CI键不稳定，容易发生消除反响，碘与烯烃的加成往往是可逆

6、的有机反应机理Addition of chlorine and bromine to alkenes是最重要的卤加成反响合成上经过氯化和溴化引入活泼官能团，作为有机合成的中间体，运用非常广泛有机反应机理在无光照或自在基引发剂的情况下，通常按亲电加成机理反响与氯的加成反响相比，溴的加成反响往往更倾向于经由溴桥离子中间体，得到更多的对向加成产物例如以下反响有机反应机理88% (对向加成）12%（同向加成）CH3HHHCH3HHHBrBrHCH3HHBrBrBr2/CCl4+E-55%56% (对向加成）28%29%（同向加成）CH3HHHCH3HHHClClHCH3HHClClCl2/CCl4+Z

7、-62%63%（同向加成）21%23%（对向加成）HCH3HHCH3HHHClClHCH3HHClClCl2/CCl4+有机反应机理10.1.2 不饱和羧酸及其酯的卤内酯化反响,-不饱和羧酸与卤素加成时，先生成卤桥离子例如分子内的羧基作为亲核试剂进攻卤桥离子，生成五员或六员环内酯，称作卤内酯化反响有机反应机理CH2COOHI2/KI/NaHCO3H2O/r. t., 4hCH2COOIHOOHHI有机反应机理Formation of a six-membered lactone69%少量HHPhOOHOOHHBrPhCO2HCH CH PhBrBr+Br2/CHCl30oCr.t., 20mi

8、n有机反应机理Halolactonization of unsaturated esters机理与不饱和羧酸的卤内酯化有所不同，反响中，发起亲核进攻的是羰基氧，而不是羟基氧有机反应机理反响实例NBA为N-溴代乙酰胺：能够的机理如下OOBrAcOOOAcOBrNBA/diox./H2OHClO4/r.t.OMeOAcO+60% 21%有机反应机理OOBrAcOOOAcOBrNBA/diox./H2OHClO4/r.t.OMeOAcO+60% 21%NBAAcOBrOOMeaaH2OOBrAcOMeOOHbbOOMeAcOBrH2OOOMeAcOBrOH有机反应机理10.1.3 N-卤代酰胺、次卤

9、酸盐等与不饱和烃的加成 Addition of hypohalous acids (2) Addition of N-halo amides有机反应机理 Addition of hypohalous acids 机理与卤素的加成类似，先是次卤酸分子中带正电的卤原子对不饱和烃的亲电进攻，生成卤桥正离子，水分子或OH负离子进攻卤桥正离子就生成产物卤醇XOHXOHOHX有机反应机理第二步亲核试剂进攻卤桥正离子的哪一个碳原子？为什么？有机反应机理反响实例本卷须知次卤酸通常不稳定，需新颖制备立刻便用制备次碘酸时还要参与氧化剂，除去复原性较强的碘负离子OHClCl2/NaOH/H2OHgCl2/ 15oC

10、20oC有机反应机理也可改用次卤酸叔丁酯作卤化剂，在非水溶剂中反响，可生成相应的卤醇衍生物HCCH2t-BuOCl/HOAc/H2O 25oC, 20minCH CH2ClHOOEtOt-BuOCl/EtOH55oC0oCOClOEtEtO有机反应机理次卤酸叔丁酯可由以下反响制备t-BuOHt-BuOClNaOCl/AcOH 10oC, 5min99%100%t-BuOHt-BuOClCl2/NaOH/H2O15oC20oC, 0.5h72%99%有机反应机理(2) Addition of N-halo amides常用卤代酰胺H3CCONHClH3CCONHBrNCANBANClOONBrO

11、ONCSNBS有机反应机理Mechanism and products正的卤原子先与不饱和键加成构成卤桥正离子，亲核试剂水或溶剂进攻卤桥正离子得卤醇或其衍生物反响服从Markofnikoff规那么有机反应机理反响式RCOHNHXXNuXNu有机反应机理反响实例80%90%OOAcOHOOOAcOHOBrHONBA/diox.H2O/HClO4有机反应机理Dalton反响： NBS与烯烃在二甲亚砜中反响水存在下：产物为卤醇枯燥条件下：产物为卤酮，是合成卤酮的有效方法有机反应机理Dalton反响的机理HNBSDMSOBrOSMeMeHBrOSMe2H2OHBrOSMe2OHHBrOHHBrOSMe

12、2干燥BrO有机反应机理反响实例PhHHCH3Ph CH CH CH3OHBrerythro, 92%NBS/DMSO/H2OOAcOCH2OgluAc4AcOOAcOCH2OgluAc4AcOBrO90%NBS/DMSO有机反应机理10.2 环氧乙烷与各种亲核试剂的反响8.2.1 环氧乙烷与芳烃的反响环氧乙烷与芳烃的反响8.2.2 环氧乙烷与活泼氢化合物的反响环氧乙烷与活泼氢化合物的反响8.2.3 环氧乙烷与金属有机化合物的反响环氧乙烷与金属有机化合物的反响有机反应机理10.2.1 环氧乙烷与芳烃的反响环氧乙烷与芳烃的反响CH3CH3CH2H2COAlCl3r.t.CH3CH3CH2CH2O

13、H40%机理？机理？有机反应机理Mechanism在在Lewis酸催化下进展，类似于酸催化下进展，类似于Friedel-Crafts反响反响有机反应机理CH2H2COAlCl3CH2CH2OAlCl3CH2CH2OAlCl3HCH2CH2OAl Cl3CH2CH2OHAlCl3有机反应机理Regeoselectivity and stereoselectivityRegeoselectivity: 单取代环氧乙烷反响，芳基单取代环氧乙烷反响，芳基进攻取代较多的碳原子进攻取代较多的碳原子Stereoselectivity: 手性衍生物反响时，发生构型手性衍生物反响时，发生构型转化转化有机反应机理

14、CH2COHCH3AlCl3CH2HOCHH3C芳基进攻取代较多的，更能稳定正电荷的碳原子芳基进攻取代较多的，更能稳定正电荷的碳原子有机反应机理10.2.2 环氧乙烷与活泼氢化合物的反响环氧乙烷与活泼氢化合物的反响碱催化；亲核试剂进攻环氧乙烷取代较少的碳碱催化；亲核试剂进攻环氧乙烷取代较少的碳有机反应机理CH3CCH2COEtOONaOEt/EtOHCH3CCHCOEtOOCH2HCOH2CClCH3CCHOCOEtOCH2CHCH2ClOCH3CCHOCOCH2CHCH2ClO68%NaOEt/EtOHClO机理？机理？有机反应机理10.2.3 环氧乙烷与金属有机化合物的反响环氧乙烷与金属有

15、机化合物的反响进攻取代较少的碳原子进攻取代较少的碳原子有机反应机理HCCH2OH2CH3CCH3 Mg BrHCCH2H2CH3COHCH368%OCCH3COH3COOiBu2CuLiCOH3COOOH60%有机反应机理8.3 Mannich反响反响B Tollens & von Marle, 1903PhCH3OCH2ONH4ClPhCH2NCH2OH2CPhOOPh有机反应机理C Mannich, 1917CH2ONH4ClNNH3CPhH3COH2CNNCH3PhH3COCH2NNCH3PhCH3OCH2NNNCH3PhCH3O有机反应机理Mannich反响通式反响通式Mann

16、ich反响是醛或酮与胺和含活泼氢的化合物反响是醛或酮与胺和含活泼氢的化合物之间的三组分缩合之间的三组分缩合R5R6OR7R2R1OR4HNR3+acid or basesolventHOHR5NOR6R7R4R3R1R2enolizablecarbonyl compoundnon-enolizablealdehyde or ketoneMannich base胺组分胺组分醛组分醛组分酸组分酸组分Mannich碱碱有机反应机理胺组分：胺组分： 氨、伯胺、仲胺氨、伯胺、仲胺醛组分：醛组分： 甲醛，其他醛或酮甲醛，其他醛或酮酸组分：含酸组分：含-氢的羰基化合物，硝基化合物，氢的羰基化合物，硝基化合物

17、，硝胺或芳烃等硝胺或芳烃等有机反应机理Mannich反响条件反响条件反响通常在弱酸或弱碱条件下进展反响通常在弱酸或弱碱条件下进展有些反响也可在中性条件下进展有些反响也可在中性条件下进展不同的反响或反响的不同阶段要求不同的不同的反响或反响的不同阶段要求不同的pH值值控制适当的控制适当的pH值对反响的胜利至关重要值对反响的胜利至关重要有机反应机理Mannich反响的机理反响的机理不同条件下，能够按不同的机理进展不同条件下，能够按不同的机理进展通常以为先发生醛胺缩合，再与酸组分反响通常以为先发生醛胺缩合，再与酸组分反响有机反应机理R2R1OHR2R1OHR4NHR3P.T.NR4R3R2R1OHHH

18、OHNR4R2R3R1NR4R2R3R1醛胺缩合构成亚胺正离子醛胺缩合构成亚胺正离子iminium ion)Iminium ionAminocarbenium ion有机反应机理亚胺正离子与酸组分的反响亚胺正离子与酸组分的反响R5R6OR7HR5R6OHR7NR4R2R3R1R5NOHR6R7R4R3R1R2HR5NOR6R7R4R3R1R2有机反应机理也能够先发生活性氢化合物的也能够先发生活性氢化合物的-羟烷基化，再与胺羟烷基化，再与胺脱水羟醛缩合机理脱水羟醛缩合机理),如硝基烷的反响如硝基烷的反响NH3 (18% aquous solution) 10oC, pH = 1CHNO2O2NN

19、O21 molr.t.2530oC, 15 minC CH2NO2O2NNO2OHCH2O 1.05 mol (30% aquous solution)C CH2NO2O2NNO2NHCH2CNO2NO2NO2有机反应机理羰基羰基-位氨烷基位氨烷基化化CH2CH3CCH2CH3OCH2OCH2ONHHCH3H2CNCH2CH3CH3H3CO有机反应机理杂环的氨烷基化杂环的氨烷基化NCH2(CH2)2CH3CH2OHNMe2HClNCH2(CH2)2CH3NMe2Me2N84%亚胺正离子对杂环的亲电取代有机反应机理芳环的氨烷基化芳环的氨烷基化OHOHCH2NMe2CH2OHNMe2亚胺正离子对芳

20、环的亲电取代有机反应机理Benjamin L, Peter P, William T. B, and Harry J. M. The Proline-Catalyzed Direct Asymmetric Three-Component Mannich Reaction: Scope, Optimization, and Application To the Highly Enantioselective Synthesis of 1,2-Amino Alcohols. J. AM. CHEM. SOC. 2002,124(5): 827-833有机反应机理CH3CCH3ONO2CHONH2O

21、MeNHOMeNO2O50%, 94% e e L-脯氨酸有机反应机理10.3 羟醛缩合反响羰基化合物脱羰基化合物脱氢构成的负碳离子氢构成的负碳离子(烯醇负离子烯醇负离子或其盐和酯或其盐和酯)与另一分子羰基化合物加成构成与另一分子羰基化合物加成构成羟羟基羰基化物的反响称作羟醛缩合反响基羰基化物的反响称作羟醛缩合反响有机反应机理-羟基烷基化羟基烷基化反响结果相当于在羰基的反响结果相当于在羰基的位引入了一个羟烷基位引入了一个羟烷基经典羟醛缩合反响通式R1R2OR3OR4+acid or baseR3R2OOHR4R1dehydrationR3R2OR4R1有机反应机理为什么称为为什么称为aldol

22、缩合缩合?Aldol是是3-hydroxybutanal的俗名的俗名, 是乙醛的缩合是乙醛的缩合产物产物H3CHOH3CHO+HOOH3-hydroxybutanalaldol有机反应机理碱催化碱催化aldol缩合机理缩合机理R3OR4HR3OR4R1R2OBHBBHR3R2OOHR4R1R3OR4有机反应机理酸催化酸催化aldol缩合机理缩合机理R3OR4HHAR3OHR4HAHAR3OR4HR1R2OHAAR1R2OH+ AR3OR4HR1R2OHHAR3R2OOHR4R1有机反应机理Possible products假设反响的两组分都含假设反响的两组分都含氢，可得四种产物氢，可得四种产物

23、, 例例如如CHH3COCH3CCH3OBCH3CCH2OCHOHCH3CH3CCH2CHOOHCH3CH3CCH2OCOHCH3CH3CHH3COHCH2CHO有机反应机理假设两组分羰基碳上都连有不同的烷基，能够的假设两组分羰基碳上都连有不同的烷基，能够的产物会更多产物会更多B八种产物R1R2OR3R4O+有机反应机理Significant cases in synthesis 含含活性氢的醛酮的本身缩合活性氢的醛酮的本身缩合 芳醛与含芳醛与含活性氢的醛、酮的缩合活性氢的醛、酮的缩合 甲醛与含甲醛与含活性氢的醛、酮之间的缩合活性氢的醛、酮之间的缩合 分子内的羟醛缩合分子内的羟醛缩合 定向羟醛

24、缩合包含交叉缩合定向羟醛缩合包含交叉缩合有机反应机理8.3.1 醛、酮的本身缩合醛、酮的本身缩合有机反应机理羟烷基化产物羟烷基化产物 , -不饱和酮不饱和酮dehydrationR2OR1R1R2R1R2O+R1R2Oacid or baseR2OR1OHR1R2有机反应机理Control of reaction degreeCondensation of aldehydes高温或强碱催化，可使平衡向高温或强碱催化，可使平衡向,-不饱和醛的方向不饱和醛的方向挪动挪动例如例如有机反应机理NaOH2580HOHOCHOOHCHO有机反应机理Condensation of ketones速度慢，平衡

25、偏向反响物速度慢，平衡偏向反响物例如：丙酮缩合到达平衡时，羟烷基化产物的浓度例如：丙酮缩合到达平衡时，羟烷基化产物的浓度仅为丙酮浓度的仅为丙酮浓度的0.01；脱水可使平衡向右挪动；脱水可使平衡向右挪动有机反应机理Ba(OH)2I2 or H2SO471%H3CCH3OH3CCH3OOOHO有机反应机理Industrial ApplicationSynthesis of 2-ethylhexanol有机反应机理HO5%NaOH15 18HOOHH2/Ni140 150OHOH10%NaOH70 80CHO160H2/ NiCH2OH有机反应机理10.3.2 芳醛与含芳醛与含活性氢的醛、酮的缩合活

26、性氢的醛、酮的缩合Claisen-Schimidt反响反响有机反应机理芳醛无芳醛无氢，通常可得单一产物氢，通常可得单一产物起始缩合产物起始缩合产物-羟基芳丙醛酮易脱水羟基芳丙醛酮易脱水,生成的生成的烯烃与芳环共轭，反响能顺利进展烯烃与芳环共轭，反响能顺利进展有机反应机理R1R2O+ArCHOR1R2OOHArH2OR1R2OAr有机反应机理正常为反式双键正常为反式双键Configuration of the productOCHONaOH/H2O/EtOH15 30OHH有机反应机理CHHHOPhHROHHPhCROPh与RC 邻位交叉，能量高OBCHHHOPhHROHHPhCROBPh与RC 对位交叉，较稳定 O有机反应机理羰基碳上连有两个不同的烷基的酮与芳香醛反响的羰基碳上连有两个不同的烷基的酮与芳香醛反响的位置选择性位置选择性碱催化：反响发生在位阻小的碱催化：反响发生在位阻小的位上位上酸催化：反响发生在取代较多的酸催化：反响发生在取代较多的位上位上这一规律与羰基化合物这一规律与羰基化合物卤取代反响类卤取代反响类似似有机反应机理CHOONaOHOHClO有机反应机理10.3.3甲醛与含甲醛与含活性氢的醛、酮之间的缩合活性氢的醛、酮之间的缩合Tollens缩合羟甲基化反响缩合羟甲基化反响有机反应机理