精细有机合成第二章课件.ppt

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1、精细有机合成第二章第1页，此课件共39页哦2.3.1 2.3.1 脂肪族化合物的亲核取代反应脂肪族化合物的亲核取代反应反应历程：反应历程：双分子历程双分子历程单分子历程单分子历程反应的影响因素：反应的影响因素：作用物结构作用物结构被取代离去基团被取代离去基团亲核试剂亲核试剂溶剂溶剂第2页，此课件共39页哦2.3.1.1 2.3.1.1 反应历程反应历程双分子历程（双分子历程（S SN2N2）+RXNuRXNuR+Nu:-X-亲核试剂亲核试剂过渡态过渡态离去基团离去基团单分子历程（单分子历程（S SN1N1）第一步第一步第二步第二步R+-Nu:快快RNuX-RXR+慢慢第3页，此课件共39页哦2

2、.3.1.2 2.3.1.2 反应的影响因素反应的影响因素作用物结构的影响作用物结构的影响图图 卤代烷烷基对水解速度的影响卤代烷烷基对水解速度的影响被进攻的碳原子上有给电性取代基，有利于被进攻的碳原子上有给电性取代基，有利于SN1反应，分子反应，分子中有吸电性取代基，则有利于中有吸电性取代基，则有利于SN2反应。反应。第4页，此课件共39页哦被取代离去基团的影响被取代离去基团的影响（1）被取代离去基（）被取代离去基（X）接受电子能力越强接受电子能力越强，越有利于亲核取代反，越有利于亲核取代反应的进行。应的进行。（2）被取代离去基接受电子的能力取决于）被取代离去基接受电子的能力取决于X-的稳定性

3、和碱性的稳定性和碱性。X-碱性越弱，稳定性越强，越容易被亲核试剂碱性越弱，稳定性越强，越容易被亲核试剂取代而离去。取代而离去。RSO3 I Br Cl RCOO HO H2N一般说来，被取代的难易次序为：一般说来，被取代的难易次序为：第5页，此课件共39页哦亲核试剂的影响亲核试剂的影响（1）对）对SN1反应影响不大，对反应影响不大，对SN2反应速度有明显的影响。反应速度有明显的影响。（2）绝大多数试剂的亲核能力与其碱性一致。）绝大多数试剂的亲核能力与其碱性一致。例如：例如：C2H5O-OH-PhO-CH3CH2-H2O （3）当可极化度起主导作用时，亲核性与碱性不一致。在）当可极化度起主导作用

4、时，亲核性与碱性不一致。在同族元素的试剂中，亲核性是按电负性的下降而提高。同族元素的试剂中，亲核性是按电负性的下降而提高。例如：例如：IBrClF和和 PhSPhO第6页，此课件共39页哦溶剂的影响溶剂的影响（1）对）对SN1反应，极性溶剂有利于中性化合物反应，极性溶剂有利于中性化合物R-X的解离。的解离。RXR+X-溶剂极性越大，反应速度越快。溶剂极性越大，反应速度越快。（2）对）对SN2反应，反应，Nu-易与质子传递型溶剂形成氢键，使反应活易与质子传递型溶剂形成氢键，使反应活性降低。性降低。反应宜在非质子传递型溶剂中进行。反应宜在非质子传递型溶剂中进行。第7页，此课件共39页哦2.3.2

5、2.3.2 芳环上氢的亲核取代反应芳环上氢的亲核取代反应Nu:-优先进攻芳环上电子云密度最低的位置。优先进攻芳环上电子云密度最低的位置。反应的难易和定位规律与芳香族化合物的亲电取反应的难易和定位规律与芳香族化合物的亲电取代反应相反。代反应相反。自学自学第8页，此课件共39页哦2.3.3 2.3.3 芳环上已有取代基的亲核置换反芳环上已有取代基的亲核置换反应应芳环的电子云密度较高，很难芳环的电子云密度较高，很难被被Nu-进攻而直接引入进攻而直接引入-OH、-OR、-NH2等基团，只能通过等基团，只能通过亲核置换来完成。亲核置换来完成。首先在芳环上引入首先在芳环上引入-Cl、-SO3H、-N2+C

6、l-等吸电子取等吸电子取代基，使苯环上电子云密度代基，使苯环上电子云密度降低，有利于亲核置换反应降低，有利于亲核置换反应的发生。的发生。第9页，此课件共39页哦2.3.3.1 2.3.3.1 反应历程反应历程双分子历程双分子历程单分子历程单分子历程+慢慢+慢慢第10页，此课件共39页哦2.3.3.2 2.3.3.2 芳环上已有取代基对反应的影芳环上已有取代基对反应的影响响离去基团共轭位（邻、对位）有离去基团共轭位（邻、对位）有吸电子取代吸电子取代基存在，对反应有利基存在，对反应有利。10%NaOH350-400,20-30MPa10%NaOH160,0.6MPa10%NaOH100,常压常压第

7、11页，此课件共39页哦离去基团共轭位有离去基团共轭位有供电子取代基，对反应不利供电子取代基，对反应不利。芳环上同时有多个离去基团（芳环上同时有多个离去基团（-Cl，-SO3H，-NO2，-CN，-N=N-等）同时存在时，等）同时存在时，Cl优先优先被置换被置换。第12页，此课件共39页哦自由基是具有不成对电子的化学物种，它可以是自由基是具有不成对电子的化学物种，它可以是原子、基团或分子。大多数自由基很活泼，在反应原子、基团或分子。大多数自由基很活泼，在反应过程中只能瞬时存在。产生自由基的方法有三种：过程中只能瞬时存在。产生自由基的方法有三种：热离解法和光离解法是使分子中共价键的一对电子热离解

8、法和光离解法是使分子中共价键的一对电子发生均裂而产生自由基；电子转移法是可变价金属发生均裂而产生自由基；电子转移法是可变价金属离子得电子或失电子使中性分子离解为自由基和正离子得电子或失电子使中性分子离解为自由基和正离子或负离子；电解法是中性分子在电极表面得电离子或负离子；电解法是中性分子在电极表面得电子或失电子而生成正离子基或负离子基。子或失电子而生成正离子基或负离子基。自由基反应大都是链反应，其反应历程包括三个阶自由基反应大都是链反应，其反应历程包括三个阶段，即链引发、连增长和链终止。段，即链引发、连增长和链终止。2.4 2.4 自由基反应自由基反应第13页，此课件共39页哦加成反应分为三种

9、类型：亲电加成、亲核加成、加成反应分为三种类型：亲电加成、亲核加成、自由基加成。自由基加成。2.5.1 亲电加成亲电加成亲电加成一般发生在碳亲电加成一般发生在碳 碳重键上碳重键上，因为烯烃、因为烯烃、快烃分子中的快烃分子中的 电子具有较大的活动性，表现出电子具有较大的活动性，表现出亲核性，所以它们容易与多种亲电试剂发生亲电加亲核性，所以它们容易与多种亲电试剂发生亲电加成反应。常用的亲电试剂有：强酸成反应。常用的亲电试剂有：强酸(例如硫酸、氢卤例如硫酸、氢卤酸酸)、Lewis酸酸(例如例如FeCl3、A1C13)、卤素卤素、次卤次卤酸、卤代烷等。酸、卤代烷等。双键连有供电基时使反应加快，有吸电基

10、时使双键连有供电基时使反应加快，有吸电基时使反应减慢。反应减慢。2.5 2.5 加成反应加成反应第14页，此课件共39页哦其反应历程分两步进行：首先生成碳正离子中其反应历程分两步进行：首先生成碳正离子中间产物，然后快速生成产物。间产物，然后快速生成产物。第15页，此课件共39页哦2.5.2 亲核加成亲核加成亲核加成是由亲核试剂进攻而引起的加成反应，亲核加成是由亲核试剂进攻而引起的加成反应，主要发生在碳氧双键上，在碱催化下总是带正电荷的主要发生在碳氧双键上，在碱催化下总是带正电荷的碳原子与亲核试剂反应。碳原子与亲核试剂反应。2.5.3 自由基加成自由基加成自由基加成是反应试剂在光、高温或引发剂的

11、作用下先自由基加成是反应试剂在光、高温或引发剂的作用下先生成游离基，然后与碳碳重键发生加成反应，它们都是链反生成游离基，然后与碳碳重键发生加成反应，它们都是链反应。例如卤素和卤化氢对碳碳重键的加成反应。应。例如卤素和卤化氢对碳碳重键的加成反应。第16页，此课件共39页哦2.6 2.6 精细有机合成中的溶剂作用精细有机合成中的溶剂作用概述概述溶剂的分类溶剂的分类离子化作用和理解作用离子化作用和理解作用溶剂的静电效应对反应速度的影响溶剂的静电效应对反应速度的影响专一性溶剂化作用对亲核取代反应速度的影响专一性溶剂化作用对亲核取代反应速度的影响有机反应中溶剂的使用和选择（自学）有机反应中溶剂的使用和选

12、择（自学）第17页，此课件共39页哦溶剂对有机反应的影响溶剂对有机反应的影响溶液和溶解作用溶液和溶解作用（1）相同分子之间的引力与不同分子之间的引力的相互关系。）相同分子之间的引力与不同分子之间的引力的相互关系。（2）由分子的极性所引起的缔合程度。）由分子的极性所引起的缔合程度。（3）溶剂化作用。）溶剂化作用。（4）溶剂和溶质的分子量。）溶剂和溶质的分子量。溶剂和溶质之间的相互作用溶剂和溶质之间的相互作用2.6.1 2.6.1 概述概述库仑力库仑力(静电引力静电引力)：离子：离子-离子力、离子离子力、离子-偶极力偶极力范德华力范德华力(内聚力内聚力)：偶极：偶极-偶极力、偶极偶极力、偶极-诱导

13、偶诱导偶极力、瞬时偶极极力、瞬时偶极-诱导偶极力诱导偶极力专一性力：包括氢键缔合专一性力：包括氢键缔合作用、电子对给体受体作用、溶剂作用、电子对给体受体作用、溶剂化作用、离子化作用合离解作用等。化作用、离子化作用合离解作用等。非专一性力非专一性力(普遍）普遍）第18页，此课件共39页哦2.6.2 2.6.2 溶剂的分类溶剂的分类按化学结构分类按化学结构分类无机溶剂无机溶剂：水、液氨、液体二氧化硫、氟化氢、浓：水、液氨、液体二氧化硫、氟化氢、浓硫酸、熔融氢氧化钠和氢氧化钾、四氯硫酸、熔融氢氧化钠和氢氧化钾、四氯化钛、三氯化磷合三氯氧磷等。化钛、三氯化磷合三氯氧磷等。有机溶剂有机溶剂：脂烃、环烷烃

14、、芳烃、卤代烃、醇、醚、：脂烃、环烷烃、芳烃、卤代烃、醇、醚、酚、醛、酮、羧酸、羧酸酯、硝基物、酚、醛、酮、羧酸、羧酸酯、硝基物、胺、腈、酰胺、砜和亚砜、杂环化合物等。胺、腈、酰胺、砜和亚砜、杂环化合物等。第19页，此课件共39页哦按偶极矩和介电常数分类按偶极矩和介电常数分类（1）偶极矩（偶极矩（）：）：指偶极分子中电量相等的两个相反电荷中指偶极分子中电量相等的两个相反电荷中的一个电荷的电量（的一个电荷的电量（q），与这两个电荷间距），与这两个电荷间距离（离（d）的乘积，单位：德拜（）的乘积，单位：德拜（D）。即：）。即：qd例：例：1.54D第20页，此课件共39页哦极性溶剂：分子中具有永久

15、偶极的溶剂。极性溶剂：分子中具有永久偶极的溶剂。有机溶剂的偶极矩有机溶剂的偶极矩在在05.5D之间。之间。无极性溶剂无极性溶剂分子中没有永久偶极的溶剂，如环己烷、苯等。分子中没有永久偶极的溶剂，如环己烷、苯等。2.5D的有机溶剂，如氯苯、二氯甲烷等。的有机溶剂，如氯苯、二氯甲烷等。偶极矩主要影响在溶质（分子或离子）偶极矩主要影响在溶质（分子或离子）周围溶剂分子的定向作用。周围溶剂分子的定向作用。第21页，此课件共39页哦（2）介电常数（介电常数（）也叫电容率或相对电容率，是表示电介质也叫电容率或相对电容率，是表示电介质或绝缘材料或绝缘材料电性能的一个重要参数电性能的一个重要参数。具有永久偶极或

16、诱导偶极的溶剂分子被充具有永久偶极或诱导偶极的溶剂分子被充电的电容器板强制形成一个有序排列，即极化电的电容器板强制形成一个有序排列，即极化作用，作用，极化作用越大，介电常数越大极化作用越大，介电常数越大。介电常数表示溶剂分子本身分离出电荷的介电常数表示溶剂分子本身分离出电荷的能力，或溶剂使它偶极定向的能力。能力，或溶剂使它偶极定向的能力。第22页，此课件共39页哦极性溶剂：极性溶剂：1520非极性溶剂：非极性溶剂：1520介电常数主要影响溶剂中离子的溶剂化作介电常数主要影响溶剂中离子的溶剂化作用和离子体的离解作用。用和离子体的离解作用。有机溶剂的介电常数有机溶剂的介电常数在在2190之间，之间

17、，越大，溶剂极性越强越大，溶剂极性越强。第23页，此课件共39页哦（3）溶剂极性的本质溶剂极性的本质溶剂化作用溶剂化作用每一个被溶解的分子或离子被一层或几每一个被溶解的分子或离子被一层或几层溶剂分子或松或紧地包围的现象，叫做层溶剂分子或松或紧地包围的现象，叫做溶溶剂化作用剂化作用，它包括溶剂与溶质之间所有专一，它包括溶剂与溶质之间所有专一性和非专一性相互作用的总和。性和非专一性相互作用的总和。（4）溶剂极性参数溶剂极性参数实验极性参数实验极性参数ET(30)值值第24页，此课件共39页哦按按LewisLewis酸碱理论分类酸碱理论分类(电子理论）电子理论）Lewis酸碱理论：酸是电子对受体（酸

18、碱理论：酸是电子对受体（EPA）碱是电子对给体（碱是电子对给体（EPD）A +:B A B 酸酸(EPA)碱碱(EPD)酸酸-碱配合物碱配合物亲电试剂亲电试剂亲核试剂亲核试剂EPA/EPD配合配合物物 第25页，此课件共39页哦EPA溶剂溶剂：具有缺电子或酸性部位，亲电试剂，：具有缺电子或酸性部位，亲电试剂，择优使择优使EPD或负离子溶剂化或负离子溶剂化。如水、醇、酚、羧酸等。如水、醇、酚、羧酸等。EPD溶剂溶剂：具有富电子或碱性部位，亲核试剂，：具有富电子或碱性部位，亲核试剂，择优使择优使EPA或正离子溶剂化或正离子溶剂化。如：醇、醚、羰基化合物中的氧如：醇、醚、羰基化合物中的氧氨类和氨类和

19、N杂环化合物中的氮原子杂环化合物中的氮原子第26页，此课件共39页哦质子给体溶剂质子给体溶剂：主要是酸，如：主要是酸，如H2SO4、CH3COOH质子受体溶剂质子受体溶剂：主要是碱，如：主要是碱，如NH3、CH3CON(CH3)2两性溶剂两性溶剂：既可接受质子，又可提供质子，如：既可接受质子，又可提供质子，如H2O 按按Brownsted 酸碱理论分类酸碱理论分类(质子理论质子理论)第27页，此课件共39页哦按专一性溶质、溶剂相互作用分类按专一性溶质、溶剂相互作用分类质子传递型溶剂质子传递型溶剂：含有能与电负性元素：含有能与电负性元素(F、Cl、O、S、N、P)相结合的氢原子，相结合的氢原子，

20、15。水、醇、酚、羧酸、氨、未取代酰胺等水、醇、酚、羧酸、氨、未取代酰胺等非质子传递极性溶剂非质子传递极性溶剂：高介电常数：高介电常数，高偶极矩。，高偶极矩。丙酮、丙酮、DMF、硝基苯、乙腈、二甲、硝基苯、乙腈、二甲基亚砜、环丁砜等基亚砜、环丁砜等非质子传递非极性溶剂非质子传递非极性溶剂：低介电常数，低偶极矩。：低介电常数，低偶极矩。烷烃、环烷烃、芳烃、卤代烃、烷烃、环烷烃、芳烃、卤代烃、叔胺、二硫化碳叔胺、二硫化碳第28页，此课件共39页哦2.6.3 2.6.3 离子化作用和离解作用离子化作用和离解作用离子原和离子体离子原和离子体离子化过程和离解过程离子化过程和离解过程离解性溶剂和离子化溶剂

21、离解性溶剂和离子化溶剂第29页，此课件共39页哦2.6.3.1 2.6.3.1 离子原和离子体离子原和离子体离子原离子原指在固态时具有指在固态时具有分子晶格分子晶格的的偶极型化合物偶极型化合物，在液体时仍以分子状态存在，与溶剂发生作用时在液体时仍以分子状态存在，与溶剂发生作用时可形成离子。可形成离子。如氯化氢、烷基卤和金属有机化合物等。如氯化氢、烷基卤和金属有机化合物等。离子体离子体固态时具有固态时具有离子晶格结构离子晶格结构，在熔融状态或，在熔融状态或稀溶液中以离子形式存在的化合物，如金属卤稀溶液中以离子形式存在的化合物，如金属卤化物等化物等第30页，此课件共39页哦2.6.3.2 2.6.

22、3.2 离子化过程和离解过程离子化过程和离解过程离子化过程：离子化过程：离子原的共价键发生异裂产生离离子原的共价键发生异裂产生离子对的过程。子对的过程。离解过程：离解过程：离子对或缔合离子转变为独立离子的离子对或缔合离子转变为独立离子的过程。过程。离子原溶剂化溶剂化离子化离子体溶剂化的离子对（缔合离子）溶剂化正离子溶剂化负离子溶剂化的独立离子A+与B-的作用力与溶剂的成反比溶剂必须对离子原的共价键进行进攻第31页，此课件共39页哦离子化方式：离子化方式：EPD进攻：进攻：对离子原共价键的正端作亲电进攻，对离子原共价键的正端作亲电进攻，使正离子溶剂化，自由的或裸的负离使正离子溶剂化，自由的或裸的

23、负离成为高活性的反应质点。成为高活性的反应质点。EPA进攻：进攻：对离子原共价键的负端作亲核进攻，对离子原共价键的负端作亲核进攻，使负离子溶剂化，自由的或裸的正离使负离子溶剂化，自由的或裸的正离成为高活性的反应质点。成为高活性的反应质点。EPD/EPA双进攻：双进攻：两种溶剂或一种两性溶剂同时两种溶剂或一种两性溶剂同时进攻共价键的正、负端，生成进攻共价键的正、负端，生成溶剂化的正、负离子。溶剂化的正、负离子。第32页，此课件共39页哦2.6.3.3 2.6.3.3 离解性溶剂和离子化溶剂离解性溶剂和离子化溶剂离子化溶剂离子化溶剂：具有强的具有强的EPD性质或性质或EPA性质。性质。离解性溶剂：

24、离解性溶剂：具有高的介电常数。具有高的介电常数。第33页，此课件共39页哦2.6.4 2.6.4 溶剂的静电效应对反应速度的影溶剂的静电效应对反应速度的影响响(Houghes-Ingold(Houghes-Ingold规则规则)对于从起始反应物变为活化配合物时对于从起始反应物变为活化配合物时电荷密度增电荷密度增加加的反应，的反应，溶剂极性增加，使反应速度加快溶剂极性增加，使反应速度加快。异性电荷分离异性电荷分离电荷密度增加电荷密度增加SN1反应反应RX+R X-R+X-+第34页，此课件共39页哦 对于从起始反应物变为活化配合物时对于从起始反应物变为活化配合物时电荷电荷密度降低密度降低的反应，

25、的反应，溶剂极性增加，使反应速溶剂极性增加，使反应速度减慢度减慢。电荷分散电荷分散电荷密度降低电荷密度降低YRX-RXY-+R X-Y+SN2反应反应第35页，此课件共39页哦例：例：溶剂溶剂CH3COCH3C2H5OHCH3OH(CH2OH)2H2O20.724.5532.737.778.39(D)2.861.731.702.281.82k（相对）（相对）130004416171I*-+CH3IkI*-CH3I-ICH3I-+第36页，此课件共39页哦对于从起始反应物变为活化配合物时对于从起始反应物变为活化配合物时电荷密度变化电荷密度变化很小或无变化很小或无变化的反应，的反应，溶剂极性的改变

26、对反应速度溶剂极性的改变对反应速度的影响极小的影响极小。局限性局限性：忽略了溶剂的类型、溶剂的忽略了溶剂的类型、溶剂的EPD和和EPA性性质及专一性溶剂化作用对反应速度的影响。质及专一性溶剂化作用对反应速度的影响。第37页，此课件共39页哦2.6.5 2.6.5 专一性溶剂化作用对亲核反应速度专一性溶剂化作用对亲核反应速度的影响的影响质子传递型溶剂对质子传递型溶剂对S SN N反应速度的影响反应速度的影响非质子传递极性溶剂对非质子传递极性溶剂对S SN N反应速度的影响反应速度的影响第38页，此课件共39页哦2.6.5.1 2.6.5.1 质子传递型溶剂对质子传递型溶剂对SNSN反应速度的影响反应速度的影响对对S SN N1 1反应速度的影响反应速度的影响质子传递型溶剂使负离子溶剂化，有利于质子传递型溶剂使负离子溶剂化，有利于负离子的离去和碳正离子的形成，负离子的离去和碳正离子的形成，使反应速度使反应速度加快加快。RX+HSR+X-HSR +X+-HS+Y-RY第39页，此课件共39页哦