精细有机合成单元反应

1、精细有机合成单元反应,主讲：齐风佩,2013年9月,湖南城市学院化学与环境工程学院,电话农药、染料、涂料（含油漆、油墨）、颜料、试剂和高纯物、信息用化学品、食品和饲料添加剂、胶粘剂、催化剂和各种助剂、化工系统生产的化学药品（原料药）和日用化学品、功能高分子材料。（11类）,精细化学品的分类,精细化学品的主要取代基,含氮基团： -NO2、-NO -NH2、-NHR、-NR1R2 -NHCO-、-NH2OH、-N2+X-、-N=N-、-NHNH2 -CN,卤素：-Cl、-Br、-I、-F,含硫基团： -SO3H、-SO2Cl、-SO2NH2、-SO2NHR,含氧基团： -

2、OH、-OR、-OAc -COH、-COR、-COOH、-COOR、-COCl、 -CONH2,烷基、酰基,主要内容 第一章 精细有机合成的一般原理 第二章 卤化反应 第三章 磺化反应 第四章 烷基化反应 第五章 酰基化反应 第六章 氧化反应 第七章 还原反应 第八章 缩合反应 第九章 合成路线设计技巧 第十章 精细化工新品种与合成技术,本课程的学习目的及要求,1、系统掌握精细化工的工艺技术; （生产原理、工艺过程、三废治理、产品的用途等）,2、增强独立分析问题、解决问题的能力，使毕业后能具备从 事精细化工产品的生产管理与新产品开发的能力;,4、掌握精细有机合成中最常有的十个有机单元反应。 (

3、卤化、磺化、烷基化、酰基化、氧化、还原、缩合的反应原理、影响因素、工艺设计),3、了解精细化工产品的合成路线和工艺设计概况;,本课程的参考文献,1、张铸勇主编，精细有机合成单元反应， 华东化工学院出版社，1990年； 2、姚蒙正, 程侣伯, 王家儒著. 精细化工产品合成原理，中国石化出版社，1992年； 3、陈金龙主编，精细有机合成原理与工艺， 中国轻工业出版社，1992年； 4、唐培堃主编，中间体化学及工艺学， 化学工业出版社，1984年；,产品举例及合成路线综合评价,第一章 精细有机合成的一般原理,1.1 有机反应的基本过程,精细有机合成反应,键的断裂与 键的形成同 步进行,分子内重排,键

4、的断裂,键的形成,电子传递,一、键的断裂,1、均裂,键能较小的分子（如Cl2、O2、偶氮二异丁腈、过氧化二苯甲酰）或在裂解时能同时释放一个键合很牢的分子（如N2），易发生均裂。,1.1 有机反应的基本过程,(1)形成自由基,光照：,热解：,适合含较弱键或分解时生成稳定产物的化合物,氧化还原反应：,自由基涉及一个电子的转移(如Cu/Cu2、Fe2/Fe3等),处于高价态的过渡金属离子也能引发生成自由基,常见反应：卤素与烯烃的游离基加成反应；烃类的氧化,常用的引发剂有：偶氮二异丁腈、过氧化二苯甲酰）,2热解,适合含较弱键或分解时生成稳定产物的化合物,一、键的断裂,2、异裂,1.1 有机反应的基本过

5、程,断键后形成的带电荷质点相对稳定时，容易发生异裂。,阴离子离去基团稳定性：Cl- OAc- OH- 。,烷基正离子稳定性：烯丙基碳正离子 叔C+ 仲C+ 伯C+,酸性越强，其共轭碱的碱性越弱，越稳定，越易离去,二、键的形成,1.1 有机反应的基本过程,1、两个游离基结合成键,链引发：,链增长：,链终止：,不是活泼的自由基。,二、键的形成,2、两个带相反电荷的质点结合成键,1.1 有机反应的基本过程,价键饱和的季铵正离子在溶液中是稳定的离子，季氮原子不再具有能接受两个电子的空轨道，不能再与负离子结合生成共价键。,二、键的形成,1.1 有机反应的基本过程,3、一个离子与一个中性分子成键,当中性分

6、子中某原子上含一对未公用电子对，可与正离子成键；当中性分子具有可接受电子的空轨道时，可与负离子成键。,二、键的形成,1.1 有机反应的基本过程,(1) 亲电试剂,正离子：NO2+，R+ 含有可极化或已极化共价键的分子偶极正端： Cl2，HCl 含可接受共用电子对的分子(路易斯酸)： FeCl3，AlCl3 羰基的双键：C=O 金属有机化合物中的烷基：RMgX,二、键的形成,1.1 有机反应的基本过程,(2) 亲核试剂,负离子：OH-，RO- 含有可极化或已极化共价键的分子偶极的负端：NH3，RNH2 ，ROH，H2O 烯烃的双键和芳环 还原剂：Fe2 酸类：HCl，H2SO4,三、断键与成键同

7、步发生,1.1 有机反应的基本过程,1、断裂一个单键，形成一个单键,三、断键与成键同步发生,1.1 有机反应的基本过程,2、一个双键转化成单键(或三键转化成双键),四、分子内重排,1.1 有机反应的基本过程,1、基团带着一对电子迁移,2、基团带着原来键中的一个电子迁移,3、基团迁移时不带原来的键合电子,五、电子传递,按产物类型：加成、取代、缩合、氧化、还原等,1.2 有机反应的类型,按产物结构：磺化、卤化、酰化、烷基化、重氮化等,按有机物的转化：水解、醇解、氨解、酯化等,1.2 有机反应的类型,一、加成,1、亲电加成,分两步进行，第一步为决定步骤，考虑碳正离子的稳定性,2、亲核加成,分两步进行

8、，第一步为决定步骤，考虑碳原子的正电性,3、自由基加成,分两步进行，第一步为决定步骤，考虑碳自由基的稳定性,1.2 有机反应的类型,二、消除,1、-消除,(1)双分子-消除反应（E2）,反应速度决定因素：催化剂的碱性；离去基团的离去能力； 新生成双键与原双键处于共轭体系； 不易发生重排。,(2)单分子-消除反应(E1),反应速度决定因素：碳正离子的稳定性；易发生重排。,2、-消除,叔 仲 伯,1.2 有机反应的类型,三、取代,1、同步取代(SN2),亲核试剂,底物,离去基团,构型翻转无重排,伯 叔 仲,1.2 有机反应的类型,三、取代,2、先消除后加成(SN1),叔 仲 伯,反应难易决定因素：

9、碳正离子的稳定性；易发生重排。,1.2 有机反应的类型,三、取代,3、先加成后消除,酰基衍生物的水解反应,(1) 羰基上的亲核取代,(2) 芳香碳上的亲核取代,1.2 有机反应的类型,三、取代,3、先加成后消除,(3) 芳香碳上的亲电取代,大多数亲电取代反应是不可逆:,硝化、卤化、C-酰化和偶合,有些亲电取代反应是可逆:,C-烷基化、磺化反应,1.2 有机反应的类型,三、取代,3、先加成后消除,(3) 芳香碳上的亲电取代,(4) 芳香碳上的游离基取代,1.2 有机反应的类型,四、缩合,1.2 有机反应的类型,五、重排,1、分子内重排,特征：频呐醇重排,碳正离子的稳定性；,碳原子上供电子能力强的

10、基团优先迁移；,碳原子上的芳基比烷基更易迁移；,2、分子间重排,1.2 有机反应的类型,六、周环反应,1、环化加成：D-A反应,4-热-顺；6-热-反；4-光-反；6-光-顺,特征：不需要试剂，只需热或光；不受溶剂和催化剂 影响；键的断裂和生成经过多中心环状过渡态协同进行的。,2、电环化加成：,3、螯键反应：,4、-移位重排：克莱森重排3,3-迁移,5、烯与烯的反应：,1.2 有机反应的类型,七、氧化-还原,第一章 绪论,1、夺取电子,2、得到氧：,3、失去氢,1.3 有机反应催化技术,一、相转移催化（PTC）,第一章 绪论,优点 (1) 不使用昂贵的特殊溶剂，且不要求无水操作，简化 了 工艺

11、； (2) 由于相转移催化剂的存在，使参加反应的负离子具有较高的反应活性； (3) 具有通用性，应用广泛。 缺点 催化剂价格较贵。,1.3 有机反应催化技术,一、相转移催化（PTC）,第一章 绪论,1、相转移催化原理,在负离子型反应中，常用的相转移催化剂为季铵盐，表示为 ，如：,满足两个基本要求 （1）能将所需离子从水相或固相转移到有机相； （2）有利于该离子的迅速反应。 实现工业化的条件 （1）用量少，效率高，自身不消耗或失去转移特 定离子的能力； （2）制备简单，价格合理； （3）毒性小。,第一章 绪论,1.3 有机反应催化技术,一、相转移催化（PTC）,1.3 有机反应催化技术,一、相转

12、移催化（PTC）,第一章 绪论,2、相转移催化剂的种类,聚醚,链状聚乙二醇：H(OCH2CH2)nOH,链状聚乙二醇二烷基醚：R(OCH2CH2)nOR,环状冠醚如18-冠-6,阴离子表面活性剂,相转移催化树脂,一、相转移催化（PTC）,第一章 绪论,3、影响相转移催化催化活性的主要因素,(1) PTC的结构,同时具有良好的亲油性和亲水性，烷基越长越好； Q+和Nu-间中心距离尽可能大，以使Nu-有较高的反应活性。 目前最常用的季铵盐主要有： (C4H9)4N+HSO4- (TBAB） C6H5CH2N+(C2H5)3Cl- (BTEAC,TEBAC) (C6H17)3N+CH3Cl- (TOMAC),1.3 有机反应催化技术,一、相转移催化（PTC）,第一章 绪论,3、影响相转移催化催化活性的主要因素,(2) PTC的用量,1.3 有机反应催化技术,0.0050.100mol季铵盐/mol有机反应物,(3) 溶剂的影响,溶剂惰性，不与亲核试剂、反应物和目的产物发生化学反应； 对Nu-或Q+Nu-有较好的提取能力； 对有机反应物和目的产物有较好的溶解性。,一、相转移催化（PTC）,第一章 绪