1、/281第第2章章 精細有機合成的理論基礎精細有機合成的理論基礎主要內容：主要內容：2.1 反應試劑的分類反應試劑的分類2.2 親電取代反應親電取代反應2.3 親核取代反應親核取代反應2.4 消除反應消除反應2.5 自由基反應自由基反應2.6 加成反應加成反應2.7 重排反應重排反應/282極性試劑極性試劑反應試劑反應試劑自由基試劑自由基試劑上節回顧 2.1 反應試劑的分類親電試劑親電試劑親核試劑親核試劑/283 親電取代反應也稱為正離子型取代反應。反應通式：r:h z+ rz h+ 或r:h z :y rz hy （r：芳基或烷基） 上節回顧 2.2 親電取代反應/284芳香族親電取代反應歷

2、程芳香族親電取代反應歷程 大多數親電取代反應是按照經過配合物中間產物的兩步歷程進行的。其通式如下： ar+hek2are + h+arh + e+k1k-1ar+he配合物第一步第一步第二步第二步上節回顧 2.2 親電取代反應/285芳香族親電取代定位規律芳香族親電取代定位規律 已有取代基的性質 親電試劑的性質也包括： 反應條件：主要溫度、催化劑和溶劑。 極性效應空間效應極性效應空間效應上節回顧 2.2 親電取代反應/286 親核取代反應也稱為負離子型取代反應。反應通式如下： r:h z rz h 或 r:h z: y rz hy （r芳基或烷基）上節回顧 2.3 親核取代反應/287雙分子歷

3、程（雙分子歷程（sn2） sn2表示雙分子親核取代。該歷程中舊的化學鍵斷裂和新的化學鍵形成是同時的，沒有中間產物生成，反應同步進行，其一般通式為：nu: + rx nurx nur + x: 過 渡 態 上節回顧 2.3 親核取代反應/288單分子歷程（單分子歷程（sn1） sn1表示單分子親核取代。該歷程中反應是分兩步進行的： 第第1步步:離去基與中心c原子之間的鍵發生異裂異裂，生成一個不穩定的碳正離子中間體：rx r+ + x- （控制步驟） 第第2步步:碳正離子與親核試劑結合構成新的鍵： r+ + nu: r-nu 慢上節回顧 2.3 親核取代反應2.4消除反應消除反應 （前一部分：親核

4、取代反應；下一部分：自由基反應）（前一部分：親核取代反應；下一部分：自由基反應） 有機物分子中同時除去兩個原子（或原子團），形成一個有機物分子中同時除去兩個原子（或原子團），形成一個新分子的反應。這種反應新分子的反應。這種反應通常是不飽和程度增加的反應通常是不飽和程度增加的反應。分。分消除和消除和消除兩種。消除兩種。消除：消除：在相鄰的兩個碳原子上除去兩個基團。在相鄰的兩個碳原子上除去兩個基團。生成烯（炔）生成烯（炔）烴、或碳與雜原子的雙鍵。烴、或碳與雜原子的雙鍵。消除：消除：在同一個碳原子上除去兩個基團，也稱在同一個碳原子上除去兩個基團，也稱1,1消除。消除。生成生成卡賓卡賓（carbene

5、,c：）。：）。其中其中消除反應應用較廣。消除反應應用較廣。2.4 消除反應（1 1）雙分子消除反應歷程（雙分子消除反應歷程（e2歷程）歷程） 雙分子消除反應通常在雙分子消除反應通常在強堿性試劑強堿性試劑存在下發生。當親核性存在下發生。當親核性的堿性試劑的堿性試劑b接近接近氫時，形成過渡態，而后發生氫時，形成過渡態，而后發生ch鍵鍵和和cx鍵的同時斷裂鍵的同時斷裂，形成烯鍵。，形成烯鍵。反應為二級，反應速度反應為二級，反應速度v=kb-rx2.4.1消除反應消除反應消除反應的歷程分為雙分子歷程（消除反應的歷程分為雙分子歷程（e2）和單分子歷程（）和單分子歷程（e1）。）。 2.4 消除反應 2

6、.4.1 消除反應 （1）雙分子消除反應歷程（e2歷程） chb :cxc hbcxcc+bh +x過渡 態/2811e2和和sn2的比較：的比較：e2歷程和歷程和sn2歷程很相似。區別在歷程很相似。區別在e2歷程中歷程中堿性試劑進攻離去基團的堿性試劑進攻離去基團的氫原子，而氫原子，而sn2歷程中反應發生歷程中反應發生在離去基團的在離去基團的碳原子上。碳原子上。 oh :cxch3hhb :cxch3hhsn2e2 2.4 消除反應 2.4.1 消除反應 （1）雙分子消除反應歷程（e2歷程） /2812 按按e2歷程進行反應，離去基團的空間排布在理論上有兩種，歷程進行反應，離去基團的空間排布在

7、理論上有兩種，即順式消除和反式消除。即順式消除和反式消除。對烷基化合物，單鍵可以自由旋轉，很難確定按哪種方式對烷基化合物，單鍵可以自由旋轉，很難確定按哪種方式進行；進行；但烯烴衍生物和脂環化合物中，雙鍵和環上的單鍵自由旋但烯烴衍生物和脂環化合物中，雙鍵和環上的單鍵自由旋轉受到阻礙，就以一種消除方式為主。轉受到阻礙，就以一種消除方式為主。cccchxhx順式消除反式消除2.4 消除反應 2.4.1 消除反應 （1）雙分子消除反應歷程（e2歷程） （2 2）單分子消除反應歷程（單分子消除反應歷程（e1歷程）歷程） 單分子消除反應歷程（單分子消除反應歷程（e1）分）分兩步進行兩步進行，作用物分子先，

8、作用物分子先解離掉離去基（控制步驟）解離掉離去基（控制步驟）生成正碳離子生成正碳離子，第二步，第二步消除消除質子質子后形成烯烴：后形成烯烴： 反應速度與堿反應速度與堿b的濃度無關。的濃度無關。v=krx可見，當形成的可見，當形成的c正離子比較穩定時，反應優先按正離子比較穩定時，反應優先按e1歷歷程進行。程進行。e1和和sn1反應常同時發生，兩者比值常根據反應常同時發生，兩者比值常根據溶劑的極溶劑的極性性和和溫度溫度的不同而異。的不同而異。 2.4 消除反應 2.4.1 消除反應 （2）單分子消除反應歷程（e1歷程） （3 3）消除反應的定向消除反應的定向經驗法則：共經驗法則：共3條。條。 查依

9、采夫（查依采夫（saytzeff）法則：從鹵代烷消除鹵化氫時，氫從含）法則：從鹵代烷消除鹵化氫時，氫從含氫量少的碳原子上消除，主要氫量少的碳原子上消除，主要生成不飽和碳原子上連有烷基數生成不飽和碳原子上連有烷基數目最多的烯烴目最多的烯烴。 霍夫曼（霍夫曼（hofmann）法則）法則：季銨堿分解時，主要季銨堿分解時，主要生成在不飽生成在不飽和碳原子上連有烷基數目最少的烯烴和碳原子上連有烷基數目最少的烯烴。2.4 消除反應 2.4.1 消除反應 （3） 消除反應的定向 若分子中已有一個雙鍵（若分子中已有一個雙鍵（cc或或co），不論按何種消除歷），不論按何種消除歷程，均以形成程，均以形成共軛雙鍵產

10、品共軛雙鍵產品占優勢。如占優勢。如 ch3ch=chch2chch2ch3 ch3ch=chch=chch2ch3 br二甲基吡啶hbr2.4 消除反應 2.4.1 消除反應 （3） 消除反應的定向 在在e2歷程中季銨堿消除按霍夫曼法則，鹵代烷消除按歷程中季銨堿消除按霍夫曼法則，鹵代烷消除按查依采夫法則；查依采夫法則；在在e1歷程中季銨堿消除按查依采夫法則歷程中季銨堿消除按查依采夫法則（為什么？（為什么？提示：提示： e1歷程經過生成碳正離子）歷程經過生成碳正離子） /28162.4.2消除反應：在相同的碳原子上消除兩個原子（或原子消除反應：在相同的碳原子上消除兩個原子（或原子團）形成卡賓團）

11、形成卡賓c：。由于卡賓的特殊價鍵狀態和化學結構，：。由于卡賓的特殊價鍵狀態和化學結構，可發生多種化學反應：如可發生多種化學反應：如單鍵插入反應，雙鍵加成反應等。單鍵插入反應，雙鍵加成反應等。單鍵插入反應單鍵插入反應ch:ch2chch22.4 消除反應 2.4.2 消除反應2.4.3影響消除反應的因素影響消除反應的因素（1 1）反應物分子結構的影響反應物分子結構的影響空間效應空間效應：被消除原子所連的碳原子（被消除原子所連的碳原子（-碳原子）上有支鏈時，碳原子）上有支鏈時，無論無論e2還是還是e1機理，反應均有利（因消除后空間位阻小了）。機理，反應均有利（因消除后空間位阻小了）。電子效應電子效

12、應：-碳原子上有吸電子基團，有利于碳原子上有吸電子基團，有利于e2反應（增加了反應（增加了-氫原子的活性，即增加了氫原子的活性，即增加了-氫的正電性氫的正電性）。）。離去基團的性質離去基團的性質：離去基團吸電子能力增加，使離去基團吸電子能力增加，使-氫原子的電氫原子的電子云密度下降，有利于子云密度下降，有利于e2消除，而對消除，而對e1消除無明顯影響。消除無明顯影響。 2.4 消除反應 2.4.3 影響消除反應的因素（1）反應物分子結構的影響（2 2）反應條件的影響反應條件的影響 親核試劑堿性親核試劑堿性的影響的影響 堿性就是對質子的親和力，試劑的堿性增大，按堿性就是對質子的親和力，試劑的堿性

13、增大，按e2進行反應更容易。進行反應更容易。2.4 消除反應 2.4.3 影響消除反應的因素（2）反應條件的影響/2819 溶劑（介質）溶劑（介質）的影響的影響 溶劑極性溶劑極性單分子單分子e1反應反應溶劑極性溶劑極性雙分子的雙分子的e2反應反應溶劑的極性促進生成解離中間物的速度，故對單分子反應溶劑的極性促進生成解離中間物的速度，故對單分子反應有利，而對有利，而對sn1與與e1產物的比例沒有影響。產物的比例沒有影響。溶劑的極性越小，越有利于溶劑的極性越小，越有利于e2反應。反應。 溫度溫度的影響：提高溫度有利于消除反應的影響：提高溫度有利于消除反應。2.4 消除反應 2.4.3 影響消除反應的

14、因素（2）反應條件的影響/28202.5自由基反應自由基反應（前一部分：消除反應；下一部分：加成反應）（前一部分：消除反應；下一部分：加成反應） 自由基的產生方法：自由基的產生方法：熱熱離解法、離解法、光光離解法和離解法和電子轉移電子轉移法。法。 熱離解法熱離解法:化合物受熱到一定溫度發生熱離解，產生自由基。化合物受熱到一定溫度發生熱離解，產生自由基。(ch3)4pb600pb+4ch3.光離解法光離解法: 分子受到光的照射而被活化，化學鍵均裂。分子受到光的照射而被活化，化學鍵均裂。cl22cl.h2.5 自由基反應 電子轉移法電子轉移法:利用重金屬離子具有得失電子的性能，來催化利用重金屬離子

15、具有得失電子的性能，來催化過氧化物分解過氧化物分解產生自由基：產生自由基： fe2+ + h-o-o-h fe3+ + oh- + ho co3+ + （ch3）3c-o-o-h co2+ + h+ + （ch3）3coo 自由基反應屬自由基反應屬鏈鎖反應鏈鎖反應，反應歷程包括三個階段：鏈引發、，反應歷程包括三個階段：鏈引發、鏈傳遞和鏈終止。該類反應應用廣泛。如鹵化、磺化、氧化、鏈傳遞和鏈終止。該類反應應用廣泛。如鹵化、磺化、氧化、聚合等。聚合等。 2.5 自由基反應2.6加成反應加成反應 加成反應分加成反應分親電加成、親核加成親電加成、親核加成和和自由基加成自由基加成。2.6.1親電加成親電

16、加成 烯烴、炔烴分子中的烯烴、炔烴分子中的電子具有較大的活性，容易與親電試電子具有較大的活性，容易與親電試劑加成。劑加成。歷程歷程：分兩步，先生成碳正離子中間產物（控制步驟），再：分兩步，先生成碳正離子中間產物（控制步驟），再與負離子結合。與負離子結合。 cc+x: yccx+ y慢ccx+ y快ccx y2.6 加成反應 2.6.1 親電加成/2823 烯烴結構的影響烯烴結構的影響：碳碳雙鍵上連有供電基時，雙鍵上：碳碳雙鍵上連有供電基時，雙鍵上電子云密度增加，使電子云密度增加，使c正離子穩定，加快反應速度。正離子穩定，加快反應速度。常用的親電試劑常用的親電試劑：強酸、：強酸、lewis酸（如

17、氯化鐵、氯化酸（如氯化鐵、氯化鋁）、鹵素、鹵代烷、卡賓、醇、羧酸、羧酰氯等。鋁）、鹵素、鹵代烷、卡賓、醇、羧酸、羧酰氯等。鹵素的親電性鹵素的親電性：氯：氯溴溴碘。碘。碳氧雙鍵也可發生親電加成。碳氧雙鍵也可發生親電加成。2.6 加成反應 2.6.1 親電加成2.6.2親核加成親核加成 最重要的是碳氧雙鍵（羰基）的親核加成。最重要的是碳氧雙鍵（羰基）的親核加成。co帶正電帶正電荷的荷的c原子與親核試劑發生反應。原子與親核試劑發生反應。 co x參與加成反應的參與加成反應的親核試劑親核試劑有三類：有三類： （1 1）能形成能形成c負離子的化合物負離子的化合物：主要是含活潑：主要是含活潑氫的醛、氫的醛

18、、酮、羧酸及其衍生物和亞砜等，在堿催化劑的作用下能形成酮、羧酸及其衍生物和亞砜等，在堿催化劑的作用下能形成c負離子。負離子。這類親核加成是在脂鍵上形成新的這類親核加成是在脂鍵上形成新的cc鍵的重要方法。鍵的重要方法。+-2.6 加成反應 2.6.2 親核加成/2825 （2 2）具有未共用電子對的化合物或離子具有未共用電子對的化合物或離子：如：如h2o、h2s、so3h、nh2oh、c6h5nhnh2等，與羰基化合物加成后形成等，與羰基化合物加成后形成co、cs和和cn鍵等。如：鍵等。如： 醛、環氧化合物、不飽和化合物與亞硫酸鈉的親核加成，醛、環氧化合物、不飽和化合物與亞硫酸鈉的親核加成，生成烷基磺酸化合物；生成烷基磺酸化合物； 乙酰乙酰胺與苯肼親核加成生成腙。乙酰乙酰胺與苯肼親核加成生成腙。（3）