1、1第第2 2章章 精細有機合成精細有機合成理論基礎理論基礎2精細有機精細有機合成反應合成反應消除反應消除反應被消除原子或原子團位置被消除原子或原子團位置重排反應重排反應發生重排原子（團）位置發生重排原子（團）位置取代反應取代反應反應試劑的性質反應試劑的性質反應物分子中反應物分子中c-hc-h鍵斷裂方式鍵斷裂方式親核取代親核取代親電取代親電取代游離基取代游離基取代加成反應加成反應加成的基本途徑加成的基本途徑-消除消除-消除消除分子內重排分子內重排分子間重排分子間重排環加成環加成親電加成親電加成游離基加成游離基加成親核加成親核加成進行方式進行方式3x2, fex3(x = cl, br)x+ hx

2、halogenation鹵 化no2hno3h2so4+ h2oso2h2so4so3hrcl, alcl3(r can rearrange)r+ hclrc-cl, alcl3oronitration 硝 化sulfonation磺 化friedel-crafts alkylation 弗瑞德爾-克拉茨 烷基化friedel-crafts acylation弗瑞德爾-克拉茨 酰基化42.1 反應試劑的分類反應試劑的分類ax + y ay + x基質基質產物產物反應試劑反應試劑離去基團離去基團親電試劑親電試劑親核試劑親核試劑反應試劑反應試劑極性試劑極性試劑游離基試劑游離基試劑5親電試劑親電試劑

3、親核試劑親核試劑正離子：正離子：no2+，r+負離子：負離子：oh-，ro-含有可極化或已極化共價鍵含有可極化或已極化共價鍵的分子偶極的正端：的分子偶極的正端：cl2，hcl含有可極化或已極化共價鍵含有可極化或已極化共價鍵的分子偶極的負端：的分子偶極的負端：nh3，rnh2含可接受共用電子對的分子：含可接受共用電子對的分子：fecl3，alcl3烯烴的雙鍵和芳環烯烴的雙鍵和芳環氧化劑：氧化劑：fe3+，o3還原劑：還原劑：fe2堿類：堿類：oh-酸類酸類金屬有機化合物中的烷基：金屬有機化合物中的烷基：rmgx鹵代烷中的烷基：鹵代烷中的烷基：r-x羰基的雙鍵：羰基的雙鍵：c=o62.2 親電取代

4、反應親電取代反應反應通式：反應通式：r-h z+ r-z h+r-h z-y r-z h-ych3ch3cooh59%4%37%32%6%62%19%80%1%硝化作用磺化作用硝化作用72.2.1 芳香族兩類絡合物芳香族兩類絡合物v-絡合物絡合物 - -絡合物絡合物芳烴親電試劑 絡合物 取代產物親電取代反應親電取代反應2.2.1.1 - -絡合物絡合物r+h-clrhclk1液液氣氣-絡合物絡合物8v存在的依據存在的依據（1 1）hcl可以定量地溶解在芳烴中。可以定量地溶解在芳烴中。（2 2）芳環上電子云密度增加，溶解度增加。）芳環上電子云密度增加，溶解度增加。arrk k1 11.591.5

5、91.001.000.920.920.620.620.280.28ch3ch3h3cch3ch3ch3cl表表 氯化氫在不同芳烴中溶解平衡常數氯化氫在不同芳烴中溶解平衡常數9v結構的證明結構的證明 實驗實驗1 1：溶液在：溶液在-78.5-78.5迅速達到平衡迅速達到平衡 實驗實驗2 2：光譜分析表明無電子躍遷：光譜分析表明無電子躍遷 實驗實驗3 3：溶液不導電：溶液不導電 實驗實驗4 4：hcl中的中的h用用d代替，未發現苯環上的代替，未發現苯環上的h與與dcl中的中的d交換交換v特點特點 （1 1）芳環的芳香性未被破壞；）芳環的芳香性未被破壞； （2 2）沒有與芳環形成新的化學鍵。）沒有與

6、芳環形成新的化學鍵。102.2.1.2 - -絡合物絡合物v形成形成hcl（氣）（氣）alcl3(固）固） h-clalcl3(溶液）溶液）r（溶液）（溶液）h-clalcl3( (溶液）溶液）-絡合物絡合物alcl4-( (溶液）溶液）rhh+. . .11v結構的證明結構的證明 實驗實驗1 1：固體：固體alcl3在甲苯中在甲苯中-78.5-78.5不溶解；不溶解； 通入通入hcl轉變成綠色透明溶液；轉變成綠色透明溶液； 溶液吸收光譜發生變化，電子躍遷溶液吸收光譜發生變化，電子躍遷 實驗實驗2 2：生成和分解速度比：生成和分解速度比-絡合物慢得多絡合物慢得多 實驗實驗3 3：溶液導電：溶液

7、導電 實驗實驗4 4：dcl中的中的d與苯環上的與苯環上的h發生交換發生交換v特點特點 （1 1）生成了新的）生成了新的鍵；鍵； （2 2）芳烴的）芳烴的電子體系被破壞，形成了不穩電子體系被破壞，形成了不穩 定的非芳香性化合物。定的非芳香性化合物。122.2.1.3 兩類絡合物的關系兩類絡合物的關系v芳烴與親電試劑接觸，經過芳烴與親電試劑接觸，經過絡合物，然后形成絡合物，然后形成絡合物，即：絡合物，即：-絡合物絡合物-絡合物絡合物rhclrhclalcl3alcl4-( (溶液）溶液）rhh+. . .13v二者之間存在著平衡二者之間存在著平衡e+h+ee+ e+ h+k k1 1k k-1-

8、1k k2 2he+. . .142.2.2 芳香族親電取代反應的歷程芳香族親電取代反應的歷程預測：三種方式預測：三種方式（1 1）先經過）先經過-絡合物，再脫去絡合物，再脫去h h+ +的的兩步歷程兩步歷程（2 2）親電質點進攻前，質子已經脫落的）親電質點進攻前，質子已經脫落的單分單分 子歷程子歷程 ar-h arar-h ar- -h h+ +（3 3）e e+ +的進攻合的進攻合h h+ +的脫落同時發生的的脫落同時發生的一步歷程一步歷程 ar-har-he e+ + arar ar-ear-eh hh he e152.2.2.1 反應歷程的表示反應歷程的表示v經過經過絡合物中間產物的兩

9、步歷程絡合物中間產物的兩步歷程162.2.2.2 兩步歷程的證明兩步歷程的證明v動力學同位素效應動力學同位素效應 將反應物分子中的某一原子用它的將反應物分子中的某一原子用它的同位素同位素代替時代替時, ,該該反應速度反應速度所發生的變化。所發生的變化。17（1 1）結果）結果反應類型反應類型被作用物被作用物親電試劑親電試劑kh/kd或或kh/kt硝化硝化苯苯-t-t，甲苯，甲苯-t-t硝基苯硝基苯-d-d5 5hnohno3 3-h-h2 2soso4 4hnohno3 3-h-h2 2soso4 41.21.21.01.0磺化磺化硝基苯硝基苯-d-d5 5h h2 2soso4 4-so-s

10、o3 31.6 1.6 1.71.7鹵化鹵化1-1-溴溴-2,3,5,6-2,3,5,6-四甲苯四甲苯-d-d1-1-溴溴-2,3,5,6-2,3,5,6-四甲苯四甲苯-d-d1,3,5-1,3,5-三特丁基苯三特丁基苯-t-tclcl2 2brbr2 2brbr2 21.01.01.41.410.010.0表表 某些親電取代反應的同位素效應某些親電取代反應的同位素效應（2 2）結論）結論 一般一般無無動力學同位素效應。動力學同位素效應。 說明芳香族化合物的親電取代反應是說明芳香族化合物的親電取代反應是兩步歷程兩步歷程，且且-絡合物的生成為控制步驟絡合物的生成為控制步驟。18（3 3）特例）特

11、例表表 動力學同位素效應研究中的特例動力學同位素效應研究中的特例原因：原因：空間障礙的存在，使空間障礙的存在，使k k2 2kk1 1，即，即v v脫質子脫質子v v-絡合物絡合物形成形成由反應的可逆性引起。由反應的可逆性引起。19202.2.3 芳環上已有取代基的極性效應和兩芳環上已有取代基的極性效應和兩類定位基類定位基zhezhezhez+z zhez zhez zhe+z zhezz zzhehe+鄰位取代鄰位取代對位取代對位取代間位取代間位取代21取代基電子效應取代基電子效應誘導效應（誘導效應（i i）：）：由電負性大小決定。由電負性大小決定。共軛效應（共軛效應（t t）：）：包括包括

12、-共軛和共軛和p-p-共軛。共軛。i:i:供電子供電子-i:-i:吸電子吸電子i:i:供電子供電子-i:-i:吸電子吸電子22電子效應電子效應取代基取代基作用作用取代基類型取代基類型+i，+t-o- ，-ch3-c2h5共軛效應與誘導效應作用一致共軛效應與誘導效應作用一致, 活化苯環；活化苯環；鄰、對位定鄰、對位定位基位基-i，+t，且|-i|+t|-oh,-och3,-nh2,-n(ch3)2,-nhcoch3共軛效應作用大于誘導效應，共軛效應作用大于誘導效應，活化苯環；活化苯環；-i，+t，且|-i|+t|-f,-cl,-br,-i共軛效應作用小于誘導效應，共軛效應作用小于誘導效應，鈍化苯

13、環鈍化苯環-i，-t-no2, -cn-cooh, -cho誘導效應與共軛效應作用一致誘導效應與共軛效應作用一致,鈍化苯環鈍化苯環間位定位基間位定位基-i，無，無t-n+(ch3)3-cf3, -ccl3使使-配合物不穩定，鈍化苯環；配合物不穩定，鈍化苯環；23兩類定位基：兩類定位基：v鄰、對位定位基（第一類定位基）：鄰、對位定位基（第一類定位基）： -o-,-n(ch3)2,-nh2,-oh,-och3,-nhcoch3,-ococh3, -f,-cl,-br,-i,-ch3,-ch2cl,-ch2cooh,-ch2f等。等。v間位定位基（第二類定位基）：間位定位基（第二類定位基）： -n+

14、(ch3)3,-cf3,-no2,-cn,-so3h,-cooh,-cho, -cooch3,-coch3,-conh2,-n+h3,-ccl3等。等。242.2.4 苯環的定位規律及影響因素苯環的定位規律及影響因素v已有取代基的電子效應和定位作用v親電試劑的活潑性v空間效應的影響v反應條件的影響v已有兩個取代基的定位規律25v取代基的極性效應包括誘導效應和共軛效應；取代基的極性效應包括誘導效應和共軛效應；v已有取代基的極性效應使芳環上不同位置碳原子已有取代基的極性效應使芳環上不同位置碳原子被親電取代的活性不同；被親電取代的活性不同；v已有取代基的定位作用不同，包括已有取代基的定位作用不同，包

15、括鄰、對位定位鄰、對位定位基基和和間位定位基間位定位基。2.2.4.1 已有取代基的電子效應和定位作用已有取代基的電子效應和定位作用26異構產物異構產物比例，比例，反應類型反應類型氯化氯化c-c-酰化酰化c-c-烷化烷化反應條件反應條件clcl2 2(ch(ch3 3cooh,25)cooh,25)chch3 3coclcocl(alcl(alcl3 3,c,c2 2h h4 4clcl2 2, 25), 25)c c2 2h h5 5brbr(gabr(gabr3 3,c,c6 6h h5 5chch3 3,25),25)k kt t/ /k kb b3403401281282.472.47

16、表表 親電試劑活潑性的影響親電試劑活潑性的影響ch359.80.539.7ch31.171.2597.6h3c38.421.040.6v親電試劑的活潑性越親電試劑的活潑性越高高，親電取代反應速度越，親電取代反應速度越快快，反應的選擇性越，反應的選擇性越低低。v親電試劑的活潑性越親電試劑的活潑性越低低，親電取代反應速度越，親電取代反應速度越低低，反應的選擇性越，反應的選擇性越高高。2.2.4.2 親電試劑的活潑性親電試劑的活潑性272.2.4.3 空間效應的影響空間效應的影響v已有取代基的空間效應已有取代基的空間效應 r ro/po/p-ch31.661.66-c2h50.900.90-ch(c

17、h3)20.410.41-c(ch3)30.120.12(1)(1)在極性效應在極性效應相差不大時，相差不大時，已已有取代基體積越有取代基體積越大，鄰位異構產大，鄰位異構產物的比例越小。物的比例越小。 表表 一硝化（一硝化（acono2,0),0)產物異構體比例產物異構體比例r28(2)(2)當當極性效應極性效應起主導作用時，結果可能相反。起主導作用時，結果可能相反。x xo/po/p-f-f0.150.15-cl-cl0.550.55-br-br0.770.77-i-i0.830.83 表表 一硝化（一硝化（hno3,67.5%h2so4,25)產物異構體比例產物異構體比例x29v新引入基團

18、的空間效應新引入基團的空間效應 新引入取代基的體積越大，鄰位產物越少新引入取代基的體積越大，鄰位產物越少。 表表 甲苯甲苯c- -烷化反應新引入基團對異構體比例的影響烷化反應新引入基團對異構體比例的影響新引入新引入基團基團反應條件反應條件異構產物比例，異構產物比例，鄰位鄰位間位間位對位對位ch3ch3br(gabr3,c6h5ch3,45)55.755.79.99.934.434.4c2h5c2h5br(gabr3,c6h5ch3,25)38.438.421.021.040.640.6ch(ch3)2ch(ch3)2br(gabr3,c6h5ch3,25)26.226.226.226.247.

19、247.2c(ch3)3c(ch3)3br(gabr3,c6h5ch3,25)0 032.132.167.967.9302.2.4.4 反應條件影響反應條件影響v溫度溫度 （1 1）通常情況下，）通常情況下，溫度升高，溫度升高，親電取代親電取代反應活性增反應活性增高，選擇性下降高，選擇性下降。no2no2no2no2no2no2no20 50 5 9494 1 140 740 7 9191 2 290 1390 13 8585 2 231 （2 2）使不可逆的磺化、使不可逆的磺化、c-c-烷化反應轉變為可逆烷化反應轉變為可逆反應反應，從而影響產物異構體的比例。，從而影響產物異構體的比例。ch3

20、ch3so3hch3so3hch3so3hch3so3hch3so3hch3so3h043%4%53%4.3%54.1%35.2%200實例實例1 1：32實例實例2 2：ch3ch3ch(ch3)2ch2=ch-ch3ch3ch(ch3)2ch(ch3)2ch3ch2=ch-ch3ch3ch(ch3)2ch3ch(ch3)2ch(ch3)2ch334%25%41%alcl3,11012%6570%2830%alcl333v反應介質反應介質nhcoch3nhcoch3no2nhcoch3no2nhcoch3no2硝化硝化反應介質反應介質+乙酸酐乙酸酐 約約9292 少量少量 約約8 8 硫酸硫

21、酸 約約3030 少量少量 約約707034v催化劑的影響催化劑的影響 （1 1）改變改變e e+ +的極性效應或空間效應。的極性效應或空間效應。ch3ch3no2ch3no2混酸硝化混酸硝化3636ch3ch3no2ch3no2混酸硝化混酸硝化磷酸磷酸404035（2 2）改變反應歷程。改變反應歷程。ooooso3hooso3h磺化磺化磺化磺化hgsohgso4 4催化催化36v已有兩個取代基為同一已有兩個取代基為同一類型定位基，且處于間類型定位基，且處于間位，則位，則定位作用一致定位作用一致。v已有兩個取代基為已有兩個取代基為同一同一類型定位基類型定位基，且，且處于鄰、處于鄰、對位對位，則，則定位作用不一定位作用不一致致取決于定位能力取決于定位能力的強弱。的強弱。ch3ch3coohcooh2.2.4.5 已有兩個取代基的定位規律已有兩個取代基的定位規律主產物主產物少量少量nhcoch3ch337v已有兩個取代基為已有兩個取代基為不同類型不同類型定位基，且處于鄰、對位，定位基，且處于鄰、對位，則定位作用一致。則定位作用一致。v已有兩個取代基為已有兩個取代基為不同類型不同類型定位基，且處于間位，則定定位基，且處于間位，則定位作用不一