有机化学基本反应

1、（三）有机化学基本反应,第一章 烷 烃,一般，烷烃是化学惰性的，耐酸、碱,、抗氧化，常用非极性溶剂，如正戊烷、正己烷、石油醚等。,C-C：非极性共价键,弱极性共价键,结构分析,1、燃烧 烷烃的重要用途之一就是用作燃料。,燃烧热（HC）: 在标准状况下，1 mole 烷烃完全燃烧放出的热量。,直链烷烃每增加一个 CH2, 燃烧热平均增加 655 kJ/mol; 异构烷烃较直链烷烃稳定，支链愈多愈稳定。,燃烧热与烷烃的稳定性：,2. 卤代反应 氯代和溴代反应,甲烷的氯代反应,氯代反应的选择性,氯代选择性(25C)：3H : 2 H : 1H = 5 : 4 : 1,溴代选择性(127C)：3 H

2、: 2 H : 1 H = 1600 : 80 : 1,溴代反应的选择性,小环环烷烃,活泼，易开环,第二章 环 烷 烃,1.开环加成,1）催化加氢,产生较稳定的产物,2）与卤素的反应,自由基取代反应,注意区分：,3）与 HI 或 H2O/ H2SO4 的反应,反应选择性 与碳正离子稳定性有关,开环加成发生在取代较多与较少的碳碳键。,双键的结构与性质,键能: CC 347 kJ / mol C=C 610 kJ / mol,键易提供电子，与亲电试剂反应 键易破裂，发生加成反应 -氢被活化, 电子结合较松散, 易参与反应, 是电子给体, 有亲核性.,第三章 烯 烃,1、加成反应,3、氧化反应,2、

3、聚合反应,4、-氢的反应,1）亲电加成,2）自由基加成,3）催化加氢,1）双键部分破裂氧化,2）双键完全破裂氧化,1）卤代反应,2）氧化反应,4）环加成,5、共轭二烯的反应,1）烯烃的亲电加成反应,卤代烷,硫酸氢酯,醇,邻二卤代烷,b-卤代醇,1、加成反应,(1) 加成卤素 X2,生成邻二卤代烃,100%,反应机理,在有机分析中用于鉴别烯烃。,应用：,烯烃溴的CCl4溶液(5) 红棕色褪去,鉴别,合成,合成邻二卤代烃,(2) 加成 HX,HI HBr HCl,生成卤代烃,双键上电子云密度愈高，反应愈快。,反应活性:,HX,C=C,反应机理：,例：,Markovnikov 规则：氢原子加在含氢较

4、多的双键碳上.,加成的区位选择性 Markovnikov (马氏)规则,碳正离子稳定性,(3) 加成 硫酸 HOSO3H,合成应用水解制备醇,工业生产乙醇和异丙醇,加成遵守马氏规则：,CH2=C(CH3)2 + H2SO4 (63%) (CH3)3COSO3H,分离纯化应用: 通过与硫酸反应可除去烯烃杂质,问题：如何除去环己烷中微量的烯烃？,(4) 加成水、 ROH、RCO2H等,催化剂：强酸 H2SO4，H3PO4，HBF4 (氟硼酸)， TsOH (对甲苯磺酸) 等,烯键酸催化加成 HOH 生成醇：,C=C 构造不对称，加成遵守马氏规则：,加成 ROH、RCO2H 等,加成醇、酚生成醚，加

5、成羧酸产生酯。,(5) 加成 XOH (X2 / H2O),or,b-卤代醇,烯键加成 HOX 生成-卤代醇,例：,b-卤代醇的应用 制备环氧乙烷衍生物,-卤代醇与碱作用生成环氧化物。,在水溶液中，烯键与Hg(OAc)2反应，再经还原去汞生成醇，此即羟汞化脱汞反应。,加成的区域选择性：,结果相当于烯水合，是实验室制备醇的方法。,遵守马氏规则。,(6) 溶剂汞化反应,Hg(OAc)2/ROH: 生成醚,溶剂汞化反应,应用：合成醚,烯键与硼烷(BH3)反应生成烷基硼。,加成的区域选择性:,反马氏加成：,(7) 硼氢化反应,氢加到含氢较少的双键碳上， 硼加到含氢较多的双键碳上。,硼氢化反应的区域选择

6、性极强。,Hydroboration,为什么是反马氏加成？,电子效应:,立体效应:,硼是亲电的，加到荷负电的双键碳上。,硼加到含氢较多的双键碳上有利。,此四员环过渡态既解释了区域选择性 也决定了加成方式即顺式加成。,碱性过氧化氢氧化烷基硼生成醇：,H C Brown 教授由于在硼氢化反应及其在有机合成中应用研 究而获 1979年 Nobel 化学奖(shared with G Wittig ).,2）自由基加成,Addition of Radicals to Alkenes,加成 HBr 反马氏加成,过氧化效应 自由基加成,注意：加成 HCl 和 HI 无过氧化效应,3）烯烃的催化氢化（还原反

7、应）,异相催化剂:,Pt, Pd （用活性炭、CaCO3、BaSO4等负载） Ni, Raney Ni,立体化学：主要是顺式加成,Paul Sabatier 由于发现有机化合物金属催化加氢反应而获1912年Nobel奖(share with Victor Grignard).,烯烃催化加氢是制备烷烃的重要方法。,2、聚合反应,1）低聚,烯烃的二聚（正离子型）,2）高聚,聚乙烯 Polyethylene (polyethene, PE),加成聚合,合成有机高分子是材料的重要领域。,聚丙烯 Polypropylene (polypropene, PP),Polystyrene (PS) 聚苯乙烯,

8、Polyvinyl chloride (PVC) 聚氯乙烯,共聚,乙丙橡胶 PEP,(1) 烯烃氧化成邻二醇,1）双键部分破裂氧化,稀高锰酸钾、四氧化锇氧化烯键生成邻二醇,KMnO4/H2O,HO-,OsO4; NaHSO3,稀、冷的KMnO4 在碱性或中性条件下可氧化烯键生成邻二醇。,3、氧化反应,顺式加成（立体专一性反应）,立体化学,(2) 环氧化,常用过氧酸:,过氧酸氧化烯键成环氧化物。,合成环氧化物,制备反式邻二醇,催化氧化,工业生产环氧乙烷的方法。,（1） 烯烃氧化成酮或酸（强氧化）,2）双键完全破裂氧化,制备有机酸、酮 鉴别烯烃 推导结构,应用:,(2) 臭氧化,Ozonizati

9、on,烯键的-氢即烯丙氢是活性的，易卤代。,高温卤代：低浓度的 Cl2 或Br2在高温下 发生烯丙位氯代或溴代反应。,4、-氢的反应,1）卤代反应,NBS 溴代：,N-溴代丁二酰亚胺（NBS）在自由基引发 剂如过氧化苯甲酰存在下溴代烯丙位氢。,2）氧化反应,丙烯腈是合成纤维、树脂、橡胶等的重要原料。,氨氧化:,低温：1, 2-加成活化能低, 速度快, 是速度 (动力学) 控制. 高温：1, 4-加成产生较稳定的产物, 是平衡(热力学)控制.,5、共轭二烯的化学反应,1）共轭加成（1, 4-加成）,2）Diels-Alder 反应 双烯合成,Diels-Alder Cycloaddition 环

10、加成,共轭二烯 (二烯体) 与重键 (亲二烯体) 发生4 + 2 环加成反应，产生六元环产物。,亲二烯体 烯键上连有吸电子基有利于反应；,二烯体 烯键上连有给电子基有利于反应，环共轭二烯的活性特别高。,(1) 反应性,常用的良好的亲二烯体,(2) 立体化学,立体专一顺式加成，构型保持,(3) 内向型规律,(4) Diels-Alder 反应的可逆性,D-A 环加成反应是可逆的.,O P H Diels 与他的博士研究生 K Alder 由于发现并发展了双烯合成反应而获1950年Nobel 化学奖。,3）聚合反应,Polybutadiene,顺丁橡胶 cis-1,4-Polybutadiene

11、rubber (BR, PBR),Polyisoprene,Natural rubber,丁腈橡胶(Nitrile Butadiene Rubber, NBR):,ABS: 丙烯腈Acrylonitrile-1,3-丁二烯Butadiene-苯乙烯Styrene 接枝共聚物.,丙烯腈Acrylonitrile-丁二烯Butadiene共聚物,6、炔氢的酸性与应用,1、亲电加成反应,2、亲核加成反应,3、炔烃的加氢与还原,4、炔烃的聚合,5、氧化反应,第四章 炔 烃,1）加成卤化氢遵照马氏加成规则,1、亲电加成反应,2）加成卤素,烯炔共存:,烯键优先加成,反应活性：,C=C CC,3）加水 炔烃

12、的水化反应,端炔生成甲基酮 遵守Markovnikov规则 乙炔生成乙醛,库切罗夫 (Mikhail Kucherov 1881) 反应,机理,炔烃水合反应在合成上的应用,烯炔：叁键比双键易水合,4） 硼氢化/氧化（Hydroboration/Oxidation） of Alkynes,2、亲核加成反应,炔键易亲核加成,3、炔烃的加氢与还原,1） 催化氢化,普通催化剂,去活化催化加氢可得到顺式烯烃,Lindlar 催化剂,Pd/Pb(OAc)2, CaCO3;,Pd/BaSO4, quinoline,Pd/PbO, CaCO3,合成应用：,合成顺式烯烃,2）炔键经 Na/NH3(l) 还原产生

13、反式烯烃：,合成应用：,合成反式烯烃,4、炔烃的聚合,二聚,三聚,四聚,低聚,Polyacetylene 聚乙炔,Doping - for better molecule performance,高聚,Heeger, MacDiarmid 与 Shirakawa 由于发现并 发展了导电高分子而获2000 年 Nobel 化学奖。,5、氧化反应,应用：鉴别、合成,6、炔氢的酸性与应用,1）酸性,相对酸性,与强碱生成活泼金属炔化物,2）活泼金属炔化物的合成应用,（1）烃基化合成高级炔,Limitations of Alkyation of Acetylide Ions,Reactions only

14、 are efficient with 1 alkyl bromides and alkyl iodides Acetylide anions can behave as bases as well as nucelophiles Reactions with 2 and 3 alkyl halides gives dehydrohalogenation, converting alkyl halide to alkene,（2）加成醛酮羰基合成醇,雌酮 （oestrone）,合成雌激素 （ethynyloestradiol）,（3）加成环氧化物合成醇,炔基格式试剂加成 CO2 合成羧酸,问题

15、：,3）过渡金属炔化物,端烃的特征反应：,用于鉴别,1、芳香亲电取代反应 2、芳环的氧化还原反应 3、芳环侧链的反应 4、稠环芳烃的反应,第五章 芳 香 烃,1、芳香亲电取代反应,1）卤代反应,2）硝化反应,3）磺化反应,4）Friedel-Crafts 反应,5）氯甲基化反应 6）定位规律,1）卤代反应,1、芳香亲电取代反应 Aromatic Electrophilic Substitution,卤素的活性: F2 Cl2 Br2 I2,2）硝化反应,HNO3 + H2SO4 HSO4- + H2O+NO2 H2O+NO2 H2O + +NO2 H2SO4 + H2O H3+O + HSO4

16、-,其它硝化剂：,3）磺化反应,苯与硫酸或三氧化硫发生磺化反应生成苯磺酸。,68%,70%,磺化反应是可逆的，稀酸、高温有利于逆反应。,制备酚 磺化碱融法,定位导向,磺化反应的应用,封闭(占位)导向,制备纯净的邻氯甲苯,合成化工产品,如苦味酸、合成洗涤剂等,4）傅瑞德尔-克拉夫茨 (Friedel-Crafts) 反应,（1）傅-克烷基化反应 F-C Alkylation,苯与卤代烃在三氯化铝存在下反应生成烷基苯。,用于合成烷基苯与芳酮。,由于烷基是活化基团，导致多烷基化。,烷基化试剂：卤代烷、 烯、醇、醛酮等。 常用的催化剂：Lewis 酸、质子酸,烷基化反应易发生碳正离子重排，不适合制备长

17、的直链烷基苯。,烷基化反应特点：,反应不易停留在一取代阶段，常得到一取代、二取代、 多元取代产物的混合物。因此，制备单烷基苯，苯要 过量并控制适当的反应温度。,反应温度高、催化剂过量易得到热力学控制产物：,反应是可逆的，易发生烷基转移:,叔丁基易上也易下，常用于合成中占位导向。,含强吸电子基的芳烃不发生 F-C 烷基化反应，譬如 硝基苯不发生烷基化反应。,但同时含强给电子基的仍可发生 F-C 烷基化反应。,不同卤代烃的反应活性与卤素的电负性呈正相关， 即电负性越大反应性越高：,卤代烃的反应难易，除芳烃活性以外，还与烃基结 构有关，即叔、仲、伯活性依次下降。,烷基化反应的应用：,（2）傅-克酰基

18、化反应 F-C Acylation,在Lewis 酸存在下, 酰卤、酸酐与苯反应生成苯酮。,可用于制备芳香酮、直链烷基苯。 反应的局限性：芳环上有吸电子基如硝基、羰基等不 发生F-C 酰化反应，但同时含有强给电子基的例外。,酰基是吸电子基，反应易控制在一取代阶段，产率好.,反应不可逆，不发生酰基转移反应。,酰化反应特点,问题 ：合成,分子内羧酸酰基化常用 PPA 等强质子酸催化。,Clemmensen 还原法： Zn-Hg/HCl,Wolff Kishner - Huang (黄鸣龙) 法： NH2NH2/NaOH/缩乙二醇(DEG),（3）酰基化产物酮羰基还原成亚甲基,催化氢解： H2 /

19、Pd-C or Pt (芳酮),合成：,例：,羧酸可直接用于烷基苯的酰基化反应。,芳环上有强吸电子基，反应不发生。,5、氯甲基化,苯与甲醛、氯化氢在氯化锌存在下反应生成氯化苄。,ArCH2X, ArCH2OH, ArCH2NH2 都易催化氢解。,氯甲基化反应的合成应用,作为烷基化剂烷基化合成二苯甲烷：,（1）两类定位基,6） 芳香亲电取代反应的定位规律,NH2, NHR, NR2, OH, NHAc, OR (活化)； Ph, C=C，R (活化)； F, Cl, Br, I (去活化),NO2, CO2H, CO2R, CHO, COR, CN, SO3H (共轭-C) +NR3, CF3

20、(诱导-I),第一类定位基: 邻、对位定位基,第二类定位基: 间位定位基, 去活化,99%,100%,两基定位一致,（2） 定位规律的应用,预测反应主要产物,80%,20%,两基定位不一致：,同一类，由强者决定.,不同类，由第一类活化基决定.,两相同取代基处于邻位，取代主要发生在4-位：,两相同取代基处于对位，相同没有选择性，不同若定位能力相近，取代主要发生在位阻较小的邻位：,设计合成路线,合成：,合成,2、芳环的氧化、还原反应,1）氧化,苯环难以氧化，但在高温下可以催化氧化 成丁烯二酸酐，萘氧化成邻苯二甲酸酐。,2）还原 催化加氢,苯环较难以还原，在较高的温度与压力 下可以催化加氢。,3、芳

21、环侧链的反应,1）-氢卤代,芳侧链-氢（苯甲位）在光照或高温下与卤素（Cl2, Br2）作用发生卤代，用 NBS 发生溴代。,2）氧化,芳侧链-氢（苯甲位）易氧化，侧链经强氧化成苯甲酸。,烃基取代苯用 KMnO4 等强氧化剂氧化，側链被氧化成羧酸，苯环被保留。,用 CrO3 + Ac2O 氧化得到醛:,用 MnO2 氧化得到醛或酮:,二苯甲烷 三苯甲烷 1, 2-二苯乙烷,多苯代脂烃命名，一般把苯基作为取代基。,1）多苯代脂烃,4、多环及稠环芳烃的反应,可用傅 - 克烷基化反应制备，但苯要大大过量。,三苯甲烷分子的饱和氢是活性的：,1, 4, 5, 8 称为 位 2, 3, 6, 7 称为 位

22、,1, 4, 5, 8 称为 位 2, 3, 6, 7 称为 位 9, 10 称为中位,有五种不同的位置 1-8，2-7，3-6， 4-5，9-10,2）稠环芳烃,萘 Naphthalene,蒽 Anthracene,菲 Phenanthrene,萘易氧化还原：,还原,萘的亲电取代反应主要发生在的 -位：,热力学控制,动力学控制,蒽与菲的 9, 10-位是反应活性部位, 易发生氧化与还原.,萘的氧化反应：,2,2-联苯二甲酸的生成表明菲是角式稠合。,蒽可发生 Diels-Alder 环加成反应：,此反应表明蒽更像一个共轭二烯，其芳香性比菲的弱。,9, 10-蒽醌的合成：,Haworth 合成

23、(I) 合成萘及其衍生物,3）联苯,两个或多个苯环以单键连接的化合物称为联苯类化合物。,联苯衍生物,2, 2-二氯联苯,2, 4-二硝基联苯,反应：,实验室制备：,Ullmann 反应 (1896),工业生产：,联苯用途：载热体,第六章 卤 代 烃,亲核取代反应（SN） 消去反应（E） 金属化反应 还原化反应,1) 卤代烷的亲核取代反应（SN）,1. 亲核取代反应（SN）,亲核试剂 Nucleophilic reagents：,负离子或含有未共用电子对的试剂。,双分子亲核取代 (SN2) 与单分子亲核取代 (SN1),亲核取代反应机理,rate = k RXNu-,二级反应,双分子反应，一步协

24、同，经由一过渡态,动力学：,机理：,伯、仲、叔卤代烃，反应活性依次减弱。,反应活性：,解释：,立体效应,亲核试剂从离去基的背后进攻，碳上的大取代基造 成立体位阻，此即立体效应。 电子效应：甲基供电性，导致被进攻的C原子电子云 密度升高，正电性减弱，亲电性减弱。,SN1,伯、仲、叔卤代烃，反应活性依次增加。,rate = k RX,一级反应,单分子反应, 反应分步进行, 中间体是碳正离子.,解释：,碳正离子的稳定性,动力学：,机理：,反应活性：,R: 3 2 1 +CH3,2) 卤代芳烃的亲核取代反应（SN）,(1) 卤代苯难以发生亲核取代反应。,(2) 活化芳香亲核取代反应（ArSN）,卤代芳

25、烃，卤原子(离去基)的 o- and/or p-位有吸电子基，亲核取代易于发生。,(3) 强碱芳香亲核取代反应,卤代苯与氨基钠(钾)在液氨中反应生成苯胺。,2. 消去反应 Elimination Reactions (E),1,2-消去（-消去）,1) 消去卤化氢,区域选择性：,主要产生取代较多的烯烃.,邻二卤代烃、同碳二卤代烃消去两分子HX生成炔。,2) 去卤化 (Dehalogenation),邻二卤代烃在锌或 I- 存在下去卤生成烯键。,1, 3-二卤代烃在金属锌存在下去卤环丙烷化。,含碳-金属键的有机化合物称为有机金属化合物。,RLi 有机锂,R2Hg 有机汞,RMgX 有机镁,R2C

26、uLi 二烃基铜锂,R2Cd 有机镉,RNa 有机钠,3. 金属化反应 Metallation,四甲基硅烷 tetramethylsilane,四乙基铅 tetramethyllead,1) 有机镁化合物,Grignard 格林雅试剂 (格氏试剂),RMgX,卤烃的反应活性：,I Br Cl,R,X,1 2 3,溶剂：,乙醚、四氢呋喃(Tetrahydrofuran, THF),C4H9Br + Mg,C4H9MgBr,95%,n i s t 94 87 78 25%,CH3I + Mg,CH3MgI,95%,35C,96%,95%,35C,CH2=CHCl 和 C6H5Cl 需在四氢呋喃中进

27、行反应.,这样，几乎所有的卤代烃都可以制备Grignrd试剂， 只是叔卤代烃反应的产率较低。,Grignard 试剂与活泼氢的反应,D2O,n-C10H21Br,n-C10H21MgBr,n-C10H22,H2O,94%,因此，卤烃分子内不可以含此类活性氢。,水分解反应可用于合成高纯度或氘代的烃。, 与活泼卤代烷发生偶联反应,此反应可用于制备羧酸, 与二氧化碳反应,烯丙式、苯甲式卤烃极为活泼，需低温反应。,+,RMgX 与 C=O 发生亲核加成反应生成醇。,RMgX 与 环氧化物发生开环加成反应生成醇。,+,Grignard 试剂的合成应用,2) 有机锂化合物,RLi 类似于 RMgX, 只是

28、更活泼。,RX + 2 Li,RLi + LiX,烃基锂 锂试剂,偶联反应： Gilman 试剂广泛用于形成 C-C 键.,二烃基铜锂 Gilman 试剂,3) 有机铜锂化合物,91%,+,Corey-House 合成,71%,n-Bu2CuLi,+,在形成 C-C 键的偶联反应中，构型保持。,用于合成高级烷烃，只适用于1RX 和某些 2RX。,4) 有机钠化合物,RCl + 2 Na RNa + NaCl,2 RX + 2 Na R-R + 2 NaX,偶联反应 Wrtz 反应,2 CH3(CH2)14CH2I + 2 Na,CH3(CH2)30CH3 + 2 NaI,Na,Wrtz Fit

29、tig 反应,卤代芳烃与卤代烷烃在金属钠存在下偶联生成 烷烃基芳烃。,62-72%,5) 有机铜化合物,Ullmann Reaction (1904),54%,4. 还原化反应,Na/ROH, Na/NH3; HI,反应活性：,R 1 2 3 ,X I Br Cl,79%,77%,90%,第七章 醇,醇的酸碱性 羟基的卤代反应 酯化反应 脱水消去反应 氧化反应 多元醇的反应,1. 醇的酸碱性,ROH 的反应活性：1 2 3,1）酸性：与活泼金属反应生成醇盐。,C2H5OH + Na,C2H5ONa + H2,3 (CH3)2CHOH + Al,(CH3)2CHO3Al + 1 H2,CH3OH

30、 C2H5OH (CH3)2CHOH (CH3)3COH,相对酸性：,H2O ROH HC三CH NH3 RH,醇的相对酸性：,pKa,烷氧负离子的碱性：,CH3O- C2H5O- (CH3)2CHO- (CH3)3CO-,15.5 15.9 18 19.2,R: +I 给电子诱导效应,ROH + NaH,RONa + H2,常用 NaH 转化醇为醇钠：,2）醇盐的应用,MeONa(K)、EtONa(K)：,常作为碱试剂用于卤代烃、磺酸酯消去反应，,也作为亲核试剂用于制备混合醚。,Me3CONa(K)：,常作为大体积的强碱用于卤代烃、磺酸酯消去。,(Me2CHO)3Al：,作为还原剂用于醛酮还

31、原制备醇。,3）碱性：与强酸生成盐,2. 羟基的卤代反应,1） 与氢卤酸 HX 反应,反应活性,HX:,HI HBr HCl,ROH:,3 2 1 CH3OH,90%,伯醇与HBr或HI反应需加热，或在其它试剂协同作用下 才能得到。,CH3CH2CH2CH2OH + HBr,95%,H2SO4,CH3CH2CH2CH2Br,CH3CH2CH2CH2OH + NaBr,70-83%,H2SO4,CH3CH2CH2CH2Br,(CH3)2CHCH2OH + KI,88%,H3PO4,(CH3)2CHCH2I,HBr,73%,74%,C6 以下的醇溶于卢卡试剂，RCl 不溶 混浊。,3 醇振摇立即出

32、现浑浊并分层 2 醇缓慢出现浑浊分层 1 醇加热缓慢出现浑浊,Lucas 试剂: 浓盐酸 + ZnCl2,用于伯、仲和叔醇的鉴别。,反应现象：,ZnCl2,ROH + HCl,RCl + H2O,ZnCl2,conc. HCl,ZnCl2,reflux 2 h,67%,2） 与无机酰卤反应,PX3 (P + X2),(CH3)2CHOH,69-73%,PBr3,(CH3)2CHBr,91%,碘代烷可由醇与碘在磷存在下共热制备：,6 CH3OH + 3 I2 + 2 P,6 CH3I + 2 H3PO4,SOCl2 亚硫酰氯,ZnCl2,ROH + SOCl2,RCl + SO2 + HCl,P

33、y,ZnCl2,K2CO3,81%,1）无机酸酯,3. 酯化反应,硫酸氢甲酯,硫酸二甲酯,(CH3O)2SO2,硫酸二甲酯、硫酸二乙酯是重要的甲基、乙基化试剂。,减压蒸馏,硫酸二乙酯 (C2H5O)2SO2,高级脂肪醇的硫酸氢酯的钠盐是性能优良的阴离子 表面活性剂。,n-C12H25OSO3Na,磺酸酯是良好的离去基团，常用于有机合成。,CH3SO3R,p-CH3C6H4SO3R,甲磺酸酯 MsOR,对甲苯磺酸酯 TsOR,伯醇与硝酸反应生成硝酸酯；多元醇硝酸酯是高能化合物。甘油三硝酸酯 (亦称硝化甘油)，是一种猛烈的炸药，也用作心血管扩张、缓解心绞痛的药物。,季戊四醇四硝酸酯 (PENT)

34、四硝化戊四醇；喷梯尔 pentaerythritol tetranitrate; pentaerythrite tetranitrate,C(CH2ONO2)4,2）有机酸酯,醇与羧酸、酰氯、酸酐的反应是制备羧酸酯的基本反应。,4. 脱水消去反应,1）醇分子间脱水生成醚，是 SN反应。,醇的分子内脱水消除的是- H，需要较高的活化能，故较高的温度有利于消去脱水成烯。,醇分子间脱水是制备简单醚的重要方法，其中以伯醇效果最好，仲醇次之，而叔醇一般得到的都是烯烃。,140 C,ROH 反应活性： 3 2 1,2）分子内脱水,170 C,消去的区域选择性 ,主要产生取代较多、较稳定的烯烃。,查依采夫

35、(Saytzeff) 规则,ZnCl2,H2SO4,+,84%,16%,醇在高温、气相条件下，以 Al2O3 为催化剂脱水，往往不发生重排反应。,3）气相脱水,ZnCl2,Al2O3,high temp,醇分子内脱水成烯与分子间脱水成醚是一对竞争反应，结果是取代成醚与消除成烯。 一般，叔醇主要得到消去产物烯烃，伯醇主要得到取代产物醚； 高温有利于生成烯烃,低温则易于生成醚。,5. 氧化反应,醇的氧化是合成醛酮的重要反应。,RCH2OH RCHO RCO2H,R2CHOH,O,O,O,化学氧化：铬酸、CrO3、KMnO4、MnO2 等,催化氧化：催化脱氢 (工业),铬系氧化,铬酸氧化伯、仲醇，由

36、橙色转化为蓝绿色。,铬酸 H2CrO4：,CrO3 / H2SO4 or AcOH;,Na2Cr2O7 / H2SO4,50%,CH3CH2CH2OH,CrO3/H2SO4,H2O, ,CH3CH2CO2H,CH3CH2CH2OH,45-49%,H2CrO4,CH3CH2CHO,H2O,96%,锰系氧化,KMnO4 氧化 氧化伯醇成酸，仲醇成酮。,PhCH=CHCH2OH,70%,MnO2,PhCH=CHCHO,MnO2,57%,MnO2 氧化,新制备的 MnO2是活性的，氧化烯丙醇、苯甲醇成醛酮.,60%,ClCH2CH2CH2OH,HNO3,50C,ClCH2CH2CO2H,硝酸氧化,氧化

37、伯醇成酸，仲醇成酮，也可以破裂氧化成酸。,HNO3,Oppenauer 氧化,Al(OCMe3)3,+,+,80%,紫罗兰酮 Ionone,催化脱氢,脱氢催化剂： Cu、Ag、Pd；CuCrO4 脱氢条件：反应温度一般较高， 300C, 醇蒸气通过催化剂 应用： 工业生产醛酮,Biological Oxidation of Alcohols,6. 多元醇的反应,1） 与Cu(OH)2的反应,深蓝色,用于邻二醇鉴别,邻二醇与碱性硫酸铜反应产生深蓝色的络合物。,2） 高碘酸、四乙酸铅氧化,用于结构推导,邻二醇被 HIO4、Pb(OAc)4 氧化，CC 键破裂， 产生羰基化合物。,HIO4,HIO4

38、,-HIO3,氧化反应可能是通过环状高碘酸内酯进行的。,3）Pinacol 重排 邻二醇酸催化重排成醛酮。,区域选择性：,羟基质子化有选择，产生较稳定的碳正离子。,烃基迁移重排有选择，考察其迁移能力：,R: 3 2 1,Ar R H,H+,H+,利用嚬哪醇重排可以合成含季碳或螺环化合物。,H+,H+,450C,Al2O3,2, 3-二甲基-2, 3-丁二醇,2, 3-二甲基-1, 3-丁二烯,4) 二元醇气相脱水,450C,Al2O3,问题：,如何合成目标分子 TM？,TM,5) 环化,H+,-2H2O,H+,-H2O,1,4-丁二醇,四氢呋喃 THF,二噁烷 1,4-二氧六环,6) 聚合,1

39、, 2-二醇和其它双官能团化合物发生聚合反应生成聚合物。例如，在工业上由乙二醇与对苯二甲酸聚合生成聚对苯二甲酸二乙二醇酯(涤纶)。,-CH2CH2On-,聚乙二醇,聚乙二醇可用作表面活性剂、粘合剂、相转移催化剂等。,结构与反应性,C-O 键增强，难以发生OH的亲核取代 O-H 键减弱，极性增强，OH的酸性比醇的强得多 电子云向苯环转移，芳环亲电取代活性提高， 尤其是邻对位，所以OH是强活化邻对位定位基,1. 酚的酸性,苯酚溶于碳酸钠水溶液，而不溶于碳酸氢钠溶液。,苯酚电离生成苯氧负离子，由于负电荷离域而稳定。,苯环上的取代基对酚酸性的影响,电子效应的影响： 吸电子基增强酸性，给电子基减弱酸性。

40、,邻、对位有强吸电子基时，酸性显著增强。,立体效应的影响： 立体位阻阻碍溶剂化作用 (稳定酚负离子)， 减弱其酸性。,酸性： H2CO3 PhOH H2O ROH pKa ： 6.38 10 15 1619,取代苯酚的酸性 (pKa, 25C),o-,m-,p-,G,H,Me,F,Cl,Br,I,NO2,10.0,10.0,10.0,10.29,10.09,10.26,8.81,9.28,9.81,8.48,9.02,9.38,8.42,8.87,9.26,8.46,8.88,9.20,7.22,8.39,7.15,OMe,9.98,9.65,10.21,OH,9.40,9.40,10.00,

41、pKa 7.15 7.22 8.39,pKa 4.09 0.25,环己醇负离子的负电荷是定域的，不稳定。 而苯酚负离子的负电荷是离域的，稳定化。,-,-,+ I,+ C,- C,2 酚羟基的醚化,1）Williamson 醚合成,Cu,+,2) 特殊反应 Ullmann 反应,二苯醚,强酸裂解,HI,+ CH3I,3.芳基烃基醚的裂解,HI HCl HBr,H2,催化氢解,Pd/C,+,在有机合成中用于酚羟基保护与去保护。,问题：,4. 芳香亲电取代反应,1）卤代,由于羟基 OH 的强活化作用，酚环的芳香亲电 取代反应活性特别高，许多反应需控制条件。,易多卤代,Br2,H2O,NaHSO3,此

42、反应可用于苯酚的定性检验或鉴别。,Br2,CS2, 5C,在非极性溶剂中、低温下才得能到一卤代产物。,Br2,H2O, HBr,在苯酚的溴水溶液中加入氢溴酸，抑制苯氧负离子的生成，可得到二溴代产物。,Cl2,Cl2,+,2, 4-二氯苯酚可用于植物生长调节剂2, 4-D 的合成。,2） 磺化,35-40% 12-15%,3) 硝化,分离？,20% HNO3,25 C,+,bp,214C,279C,2, 4, 6-三硝基苯酚的制备,+ (CH3)3COH,HF,4) Friedel Crafts 反应,(1) 烷基化,+,H+,+ (CH3)3COH,H3PO4,63%,80C,酚用羧酸酰基化，

43、BF3、ZnCl2 等催化。,(2) 酰基化,1) 氧化,5 氧化还原反应,Ag2O,酚易氧化,CrO3,AcOH, 0C,2) 催化加氢,H2,catalyst,用于制环己醇,6 与三氯化铁显色反应,蓝紫色,暗绿色,红棕色,用于鉴别,Fe(OAr)3,1. 形成盐 醚溶于冷浓硫酸等浓强酸中，水稀释，醚解溶再浮出。,可利用此性质分离混合物。,问题：如何分离环己烷与二异丙基醚混合物？,2与 Lewis 酸形成配位化合物,CH3OCH3 + HI (1mol),CH3I + CH3OH,3 醚键断裂,48% HBr,130-140C,2,醚键可被强酸裂解，生成卤代烃。,90%,3 2 1 CH3

44、Ar,氢卤酸的活性：HI HBr HCl,混合醚碳氧键断裂的难易顺序：,选择性断裂,CH3CH2OCH3 + HI,CH3CH2OH + CH3I,(1mol),HI,+ CH3OH,HI (1mol),芳基烷基醚断裂, 生成卤代烃和酚。,57% HI,120-130C,+ CH3I,+ CH3CH2I,+ HI,95%,78%,4 催化氢解,H2,Pd/C,+ ROH,应用：酚羟基、醇羟基的保护与去保护。,5 过氧化物的形成,遇热易爆炸,化学物质和空气中的氧在常温下温和地反应，而不发生 燃烧和爆炸，称为自动氧化。含-H的醚暴露于空气中， 见光，自动缓慢氧化，生成过氧化物。,（CH3)2CHO

45、CH3,自动氧化,O2,自动氧化是通过自由基机理进行的。,检验：使用前，应使用碘化钾-淀粉试纸检验 (蓝色有过氧化物)。,处理：用 5% FeSO4 或 SnCl2 溶液洗涤，分离、干燥， 蒸馏，仍不可蒸干。,蒸馏醚类化合物应首先检验是否含有过氧化物，若有， 应采取措施除去，再蒸馏，即使如此，仍不可蒸干。,环氧乙烷的开环是亲核试剂进攻电正性的碳而打开碳-氧键的亲核开环加成反应，应用于有机合成。,HBr,BrCH2CH2OH,EtONa,EtOCH2CH2OH,EtOH,87-92%,50%,6. 环氧乙烷开环反应,乙二醇,2-乙氧基乙醇,2-苯氧基乙醇,2-卤代乙醇,2-氨基乙醇,H2O,H+

46、 or HO-,EtOH,H+ or EtO-,PhONa,HX,NH3,MeNH2,HOCH2CH2OH,EtOCH2CH2OH,PhOCH2CH2OH,XCH2CH2OH,NH2CH2CH2OH,MeNHCH2CH2OH,三乙醇胺,NH3,N(CH2CH2OH)3,(1:1),(3:1),(1:1),MeNH2,MeN(CH2CH2OH)2,(2:1),HCN,RMgX,PhMgX,RLi,R2CuLi,LiAlH4,2-羟基乙腈,RCH2CH2OH,PhCH2CH2OH,RCH2CH2OH,RCH2CH2OH,HCH2CH2OH,NCCH2CH2OH,Me2NH,Me2NCH2CH2OH

47、,2-二甲氨基乙醇,酸、碱均催化开环反应,立体化学：,反式开环，构型转化,EtOH,EtONa,67%,HBr,NH3,i Me2CuLi,ii H3O+,73%,ROH + n,NaOH,RO(CH2CH2O)nOH,R = n-C12H25,十二烷基聚乙二醇醚,壬苯基聚乙二醇醚,RCO2H + n,RCOO(CH2CH2O)nOH,脂肪酸聚乙二醇酯,用于合成精细化学品表面非离子型活性剂,R = C8H17C6H4,乙二醇的生产,+ H2O,190-220C, 2.2 MPa,HOCH2CH2OH,0.5% H2SO4, 50-70 C,酸催化水合(后处理困难),环氧化合物开环反应的合成应用

48、,二甘醇、三甘醇的生产,+ HOCH2CH2OH,HOCH2CH2OCH2CH2OH,HOCH2CH2OCH2CH2OCH2CH2OH,二缩三乙二醇 (三甘醇, TEG),一缩二乙二醇 (二甘醇, DEG),甘油的生产,CH3CH=CH2,Cl2,ClCH2CH=CH2,HOCl,ClCH2CHOHCH2Cl + ClCH2CHClCH2OH,Ca(OH)2,Na2CO3,H2O,500C,+ HBr,BrCH2CH2CH2CH2Br,BrCH2CH2CH2CH2OH,HBr,+ HCl,ZnCl2,ClCH2CH2CH2CH2OH,HCl ZnCl2,ClCH2CH2CH2CH2Cl,普通环

49、醚,冠醚 Crown Ethers,二苯并-18-冠-6,2,3,11,12-二苯并- 1,4,7,10,13,16-六氧杂- 2,11-环十八碳二烯,18-冠-6,1,4,7,10,13,16- 六氧杂环十八烷,7,4,1,10,13,16,7,4,1,10,13,16,2,11,18,18,穴醚 Cryptand,Crown ethers,12-Crown-4,15-Crown-5,18-Crown-6,Dibenzo-18-Crown-6,Diaza-18-Crown-6,2,2,2-Cryptand,Cryptand2.2.2,HOCH2CH2OH + 2,HOCH2CH2OCH2CH

50、2OCH2CH2OH,SOCl2,ClCH2CH2OCH2CH2OCH2CH2Cl,1,2-二(2-氯乙氧基)乙烷,二缩乙二醇 (三甘醇),18-冠-6,18-冠-6 的合成,1,2-二(2-氯乙氧基)乙烷,二缩乙二醇 (三甘醇),18-冠-6,18-冠-6 的合成,模板效应 Template effect,选择性络合金属离子等客体,18-冠-6 - K+ 12-冠-4 - Li+,有机合成：相转移催化,分离、提纯,分子识别,主-客体化学 Host-Guest Chemistry,应用：,超分子化学 Supramolecular Chemistry,Solid KMnO4 is added t

51、o benzene. When 18-dibenzo-crown-6 is added, the KMnO4 dissolves forming a purple solution.,“紫色苯 purple benzene,in benzene,MeCN, 25 C, 72 h,MeCN, 18-crown-6 25 C, 0.5 h,20%,100%,冠醚相转移催化反应举例：,D. J. Cram, J. -M. Lehn 和 C. J. Pedersen 由于发现 冠醚的高选择性及其应用而获1987 年Nobel 化学奖。,一般醛酮 羟基醛酮 二羰基醛酮 不饱和醛酮 醌,第十章 醛 酮 醌

52、,羰基的碳-氧双键 C=O 由键和键组成。由于羰基的极性， 醛和酮具有较大的偶极矩, 羰基碳呈电正性，因此醛酮易发 生亲核加成反应。,羰基碳原子采取 sp2 杂化轨道成键，羰基是平面的。,= 2.7 2.9 D,1. 一般醛酮 醛酮的结构,乙醛 = 2.7 D,丙酮 = 2.85 D,1) 亲核加成,2) 缩合反应,3) Wittig 反应,4) 卤代与卤仿反应,5) 氧化还原反应,1) 亲核加成,亲核试剂,(1) NaHSO3（saturated aq.）,加成物-羟基磺酸钠溶于水而不溶于饱和NaHSO3水溶液， 且可被酸碱分解再生醛酮。醛容易该反应；甲基酮、环己酮可以发生该反应，其它酮不发

53、生反应。可用于醛酮的分离、纯化。, -羟基磺酸钠,药物止咳酮 (Antitussone) 即是4-苯基-2-丁酮与亚硫酸氢钠(钾) 的加成物。这是一种中枢性镇咳药，尚有一定的祛痰、平喘和 镇静作用，主要用于上呼吸道感染所致的咳嗽。,4-苯基-2-羟基丁烷-2-磺酸钾,(2) HCN,碱催化此反应，酸则有抑制作用。,-羟基腈 (氰醇),丙酮氰醇 acetone cyanohydrin,78%,为避免使用剧毒的HCN, 可用NaCN + H+ (无机酸) 或 NaHSO3 加成物代替。,应用：合成-羟基腈、酸，不饱和酸，-氨基醇等。,反应活性: 醛酮加成 HCN、NaHSO3 的反应活性,HCHO

54、 RCHO ArCHO CH3COR RCOR,适用：醛、脂肪甲基酮、低级环酮 (C8),反应机理,(3),(4) 加成氧试剂 水和醇,水,亲核性很弱，除HCHO和结构特殊的醛酮外， 一般难以反应。酸碱均可催化。,Cl3CCHO + H2O Cl3CCH(OH)2,水合氯醛(chloral hydrate) (催眠镇静剂),HCHO + H2O,HCH(OH)2,醇 半缩醛酮和缩醛酮,半缩醛 Hemiacetals,醛加成一分子 ROH 生成半缩醛，酸碱均能催化。,乙醛缩乙醇,97%,环状半缩醛酮,-羟基醛,-羟基醛,五、六元环状半缩醛酮较稳定，易形成：,环半缩醛,4-羟基醛,5-羟基醛,醛加

55、成二分子 ROH 生成缩醛。,乙醛缩二乙醇,缩醛 Acetals,60%,50%,生成缩醛的反应都是可逆的，如果将醛溶解在过量 的醇中，加入少量的酸(HCl, TsOH, BF3) 作催化剂， 则平衡偏向于生成缩醛的一方，达到平衡后，加碱 除去催化剂，再蒸出过量的醇，即得到缩醛。如将 缩醛与水混合，加入少量酸催化，则平衡偏向于生 成醛的一边，缩醛水解产生醛。缩醛对碱是稳定的。,H2SO4,+ 2 CH3OH,85%,制备缩醛, 反应后要加碱使反应混合物呈碱性, 然后蒸馏, 为什么？,问题:,酮与简单的醇也可以生成缩酮，但较醛困难。,62%,酮易与1, 2-二醇、1, 3-二醇形成环状缩酮.,7

56、8%,H+,+,+,TsOH,PhH, ,85%,醛酮与硫醇反应生成硫代缩醛和硫代缩酮。,RCHO + 2 EtSH RCH(SEt)2,H+,R2CO + 2 EtSH R2C(SEt)2,H+,硫代缩醛,硫代缩酮,H+,问题:,完成反应,CH3OH,H+,CH3OH,H+,CH3OH,H+,4-和5-羟基醛酮和一分子醇即生成缩醛酮：,缩醛、缩酮的特性,对碱稳定，对酸不稳定易酸水解再生出原来的醛酮.,+,H2O,H+,保护羟基,？,合成：,硫代缩醛和硫代缩酮不易水解，但可以用氯化汞水溶液水解或在氧化汞存在下水解。,硫代缩醛和硫代缩酮也用来保护醛酮羰基。硫代缩 醛和硫代缩酮用 Raney Ni

57、 催化氢解生成相应的烃。,+ CH3CH3 + H2S,H2,Raney Ni,(5) 加成氮亲核试剂,H+,G = H R Ar OH NHPh NHCONH2,亚胺 亚胺 Schiff 碱 肟 苯腙 缩氨脲,用于鉴别、分离、提纯。 鉴别：羰基试剂 羟胺、苯肼、氨基脲,氨,Urotropine 乌洛托品,化工原料(如制造炸药、塑料固化剂等)， 合成中用作氨化剂，本身具有消毒作用,伯氨 缩水生成亚胺,脂肪亚胺一般不稳定，芳亚胺 (Schiff base) 则稳定且易于制备。,Schiff 碱易水分解成原料，可用于分离、提纯伯胺，官能团保护， 制备纯仲胺。有些 Schiff 碱用用作药物、络合剂

58、等。,71%,84-7%,70%,羟胺、肼、氨基脲羰基试剂,羟胺 NH2OH 肼 NH2NH2、 苯肼 PhNHNH2、2,4-二硝基苯肼 氨基脲 NH2NHCONH2,醛、酮与羰基试剂反应分别生成肟、腙、缩胺脲 等，一般在弱酸性溶液中进行。,肟 (Oximes),应用,醛肟和构造不对称的酮肟存在构型异构顺反异构,I 肟一般为结晶固体，有敏锐的熔点，易酸水解得原 料，故可用于醛、酮的分离、提纯、鉴别与鉴定。,肟在酸性试剂如 H2SO4、PPA、PCl5、POCl3、 AcCl、Ac2O/HCl 等存在下重排成酰胺，后者 水解得羧酸和胺。,II Beckmann 重排 (1886),构造不对称的

59、肟：反位迁移重排,Beckmann 重排可用于结构鉴定(肟的构型、 C=O的位置)，合成酰胺、胺、氨基酸等。,H2SO4,H2SO4,Polymerization,Nylon-6,应用：,-己内酰胺,-Caprolactam,腙 (Hydrazones),脂肪苯腙多为低熔点固体或液体，常用2, 4-二硝基苯肼。,缩氨脲 (Semicarbazones ),腙、缩氨脲可用于醛、酮的分离、纯化，鉴别与鉴定， 后者主要用于低分子量水溶性酮的鉴定。,氨基脲,环戊酮缩氨脲,仲氨,含-氢的醛酮与仲胺反应生成烯胺 (enamine),常用的环仲胺：,吡咯烷,哌啶,吗啉,80-90%,+,+,90%,烯胺的特性：,-C 的亲核性：,E+,荷负电的-C 具亲核性，可发生烃基化与酰基化：,SN,烯胺或亚胺盐易水解恢复羰基：,+,H2O,H+,