03精细化工工艺学第2章

1、1,第2章 精细有机合成的理论基础,主要内容：混在女子高校 2.1 反应试剂的分类 2.2 亲电取代反应 2.3 亲核取代反应 2.4 消除反应 2.5 自由基反应 2.6 加成反应 2.7 重排反应,第03次课,2,极性试剂 反应试剂 自由基试剂,上节回顾 2.1 反应试剂的分类,亲电试剂 亲核试剂,3,亲电取代反应也称为正离子型取代反应。反应通式： R:H Z+ RZ H+ 或 R:H Z :Y RZ HY （R：芳基或烷基）,上节回顾 2.2 亲电取代反应,4,芳香族亲电取代反应历程,大多数亲电取代反应是按照经过配合物中间产物的两步历程进行的。其通式如下：混在女子高校 ,上节回顾 2.2

2、 亲电取代反应,5,芳香族亲电取代定位规律, 已有取代基的性质 亲电试剂的性质也包括： 反应条件：主要温度、催化剂和溶剂。,极性效应 空间效应,极性效应 空间效应,上节回顾 2.2 亲电取代反应,6,亲核取代反应也称为负离子型取代反应。反应通式如下： R:H Z RZ H 或 R:H Z: Y RZ HY （R芳基或烷基）,上节回顾 2.3 亲核取代反应,7,双分子历程（SN2）,SN2表示双分子亲核取代。该历程中旧的化学键断裂和新的化学键形成是同时的，没有中间产物生成，反应同步进行，其一般通式为： Nu: + RX NuRX NuR + X: 过 渡 态,上节回顾 2.3 亲核取代反应,8,

3、单分子历程（SN1）,SN1表示单分子亲核取代。该历程中反应是分两步进行的： 第1步:离去基与中心C原子之间的键发生异裂，生成一个不稳定的碳正离子中间体： RX R+ + X- （控制步骤） 第2步: 碳正离子与亲核试剂结合构成新的键： R+ + Nu: R-Nu,上节回顾 2.3 亲核取代反应,2.4 消除反应 （前一部分：亲核取代反应；下一部分：自由基反应）,有机物分子中同时除去两个原子（或原子团），形成一个新分子的反应。这种反应通常是不饱和程度增加的反应。分消除和消除两种。 消除：在相邻的两个碳原子上除去两个基团。 生成烯（炔）烃、或碳与杂原子的双键。 消除： 在同一个碳原子上除去两个基

4、团，也称1,1消除。生成卡宾（Carbene, C：）。 其中消除反应应用较广。,2.4 消除反应,（1）双分子消除反应历程（E2历程）,双分子消除反应通常在强碱性试剂存在下发生。当亲核性的碱性试剂B接近氢时，形成过渡态，而后发生CH键和CX键的同时断裂，形成烯键。 反应为二级，反应速度 v =kB-RX,2.4.1 消除反应,消除反应的历程分为双分子历程（E2）和单分子历程（E1）。,2.4 消除反应 2.4.1 消除反应 （1）双分子消除反应历程（E2历程）,11,E2和SN2的比较：E2历程和SN2历程很相似。区别在E2历程中碱性试剂进攻离去基团的氢原子，而SN2历程中反应发生在离去基团

5、的碳原子上。混在女子高校 ,SN2 E2,2.4 消除反应 2.4.1 消除反应 （1）双分子消除反应历程（E2历程）,12,按E2历程进行反应，离去基团的空间排布在理论上有两种，即顺式消除和反式消除。 对烷基化合物，单键可以自由旋转，很难确定按哪种方式进行； 但烯烃衍生物和脂环化合物中，双键和环上的单键自由旋转受到阻碍，就以一种消除方式为主。,顺式消除,反式消除,2.4 消除反应 2.4.1 消除反应 （1）双分子消除反应历程（E2历程）,（2）单分子消除反应历程（E1历程）,单分子消除反应历程（E1）分两步进行，分子上离去基先解离掉离去基（控制步骤）生成正碳离子，第二步消除质子后形成烯烃：

6、,反应速度与碱B的浓度无关。v = kRX 可见，当形成的C正离子比较稳定时，反应优先按E1历程进行。E1和SN1反应常同时发生，两者比值常根据溶剂的极性和温度的不同而异。,2.4 消除反应 2.4.1 消除反应 （2）单分子消除反应历程（E1历程）,（3）消除反应的定向,经验法则：共3条。 查依采夫（Saytzeff）法则: 从卤代烷消除卤化氢时，氢从含氢量少的碳原子上消除，主要生成不饱和碳原子上连有烷基数目最多的烯烃。 霍夫曼（Hofmann）法则: 季铵碱分解时，主要生成在不饱和碳原子上连有烷基数目最少的烯烃。,2.4 消除反应 2.4.1 消除反应 （3） 消除反应的定向, 若分子中已

7、有一个双键（CC或CO），不论按何种消除历程，均以形成共轭双键产品占优势。如 CH3CH=CHCH2CHCH2CH3 CH3CH=CHCH=CHCH2CH3 Br,二甲基吡啶,HBr,2.4 消除反应 2.4.1 消除反应 （3） 消除反应的定向,在E2历程中季铵碱消除按霍夫曼法则，卤代烷消除按查依采夫法则；在E1历程中季铵碱消除按查依采夫法则（思考为什么？）,16,2.4.2 消除反应：在相同的碳原子上消除两个原子（或原子团）形成卡宾 C：。由于卡宾的特殊价键状态和化学结构，可发生多种化学反应：如单键插入反应，双键加成反应等。,单键插入反应,2.4 消除反应 2.4.2 消除反应,2.4.3

8、 影响消除反应的因素 （1）反应物分子结构的影响 空间效应：被消除原子所连的碳原子（-碳原子）上有支链时，无论E2还是E1机理，反应均有利（因E2是进攻-碳原子）。 电子效应：-碳原子上有吸电子基团，有利于E2反应（增加了-氢原子的活性）。 离去基团的性质：离去基团吸电子能力增加，使-氢原子的电子云密度下降，有利于E2消除，而对E1消除无明显影响。,2.4 消除反应 2.4.3 影响消除反应的因素（1）反应物分子结构的影响,（2）反应条件的影响, 试剂碱性的影响,碱性就是对质子的亲和力，试剂的碱性增大，按E2进行反应更容易。,2.4 消除反应 2.4.3 影响消除反应的因素（2）反应条件的影响

9、,19, 溶剂（介质）的影响,溶剂极性 单分子反应 溶剂极性 双分子的E2反应 溶剂的极性促进生成解离中间物的速度，故对单分子反应有利，而对SN1与E1产物的比例没有影响。 溶剂的极性越小，有利于双分子的E2反应。, 温度的影响：提高温度有利于消除反应。,2.4 消除反应 2.4.3 影响消除反应的因素（2）反应条件的影响,20,2.5 自由基反应（前一部分：消除反应；下一部分：加成反应）,自由基的产生方法：热离解法、光离解法和电子转移法。 热离解法:化合物受热到一定温度发生热离解，产生自由基。,光离解法: 分子受到光的照射而被活化，化学键均裂。,h,2.5 自由基反应,电子转移法:利用重金属

10、离子具有得失电子的性能，来催化过氧化物分解产生自由基： Fe+2 + H-O-O-H Fe+3 + OH- + HO Co+3 + （CH3）3C-O-O-H Co+2 + H+ + （CH3）3COO 自由基反应属链锁反应，反应历程包括三个阶段：链引发、链传递和链终止。该类反应应用广泛。如卤化、磺化、氧化、聚合等。,2.5 自由基反应,2.6 加成反应,加成反应分亲电加成、亲核加成和自由基加成。 2.6.1 亲电加成 烯烃、炔烃分子中的电子具有较大的活性，容易与亲电试剂加成。 历程：分两步，先生成碳正离子中间产物（控制步骤），再与负离子结合。,2.6 加成反应 2.6.1 亲电加成,23,烯

11、烃结构的影响：碳碳双键上连有供电基时，CC双键上电子云密度增加，使C正离子稳定，加快反应速度。 常用的亲电试剂：强酸、Lewis酸（如氯化铁、氯化铝）、卤素、卤代烷、卡宾、醇、羧酸、羧酰氯等。 卤素的亲电性：氯溴碘。 碳氧双键也可发生亲电加成。,2.6 加成反应 2.6.1 亲电加成,2.6.2 亲核加成,最重要的是碳氧双键（羰基）的亲核加成。 CO 带正电荷的C原子与亲核试剂发生反应。 CO X 参与加成反应的亲核试剂有三类： （1）能形成C负离子的化合物：主要是含活泼氢的醛、酮、羧酸及其衍生物和亚砜等，在碱催化剂的作用下能形成C阴离子。 这类亲核加成是在脂键上形成新的CC键的重要方法。,+

12、,-,2.6 加成反应 2.6.2 亲核加成,25,（2）具有未共用电子对的化合物或离子：如H2O、H2S、SO3H、NH2OH、C6H5NHNH2等。与羰基化合物加成后形成CO、CS和CN键等。如： 醛、环氧化合物、不饱和化合物与亚硫酸钠的亲核加成，生成烷基磺酸化合物； 乙酰乙酰胺与苯肼亲核加成生成腙。 （3）含氢负离子的金属氢化物：如LiAlH4、NaBH4等。能与双键发生加氢反应。,2.6 加成反应 2.6.2 亲核加成,2.6.3 自由基加成 如：卤素和卤化氢对碳碳双键的加成、自由基型聚合反应。,CH2CH2 CH2ClCH2 CH2 Cl CH2 CH2ClCH2Cl ,Cl,Cl2,Cl,2.6 加成反应 2.6.3 自由基加成,2.7、重排反应 重排反应是指在