有机反应历程精选课件.ppt
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1、关于有机反应历程第一页,本课件共有54页L:为离去基团,通常是卤素或烷氧基。L的邻、对位必有强的吸电子基,使中间体稳定性增加第二页,本课件共有54页第三页,本课件共有54页二、通过消除加成历程(苯炔机理)的取代反应1、历程:消除加成机理就是苯环先消除一分子的简单分子,形成高度不稳定的“去氢苯”或苯炔的活性中间体,然后再形成亲核加成而完成反应。历程为:第四页,本课件共有54页例如:氯苯在强碱作用下生成苯胺的反应历程:第一步:第二步:第五页,本课件共有54页2、反应活泼性 3、预测主要产物 反应物具有较强的电负性,则反应活性高。卤苯进行反应的活性为:经苯炔历程的反应,试剂位置(主要产物的得出)被苯
2、环上的取代基所决定,当取代基和离去基团处于邻、对位时,只生成一种苯炔:第六页,本课件共有54页 当取代基和离去基团处于间位,有两种氢,可生成一种苯炔,哪一种为主,决定于氢的酸性(活性),酸性更强的被消除。生成的产物可在两个位置被Nu-进攻,哪个位置为主,决定于取代基的I效应,碳负离子越靠近取代基,负电荷北分散的越多,其稳定性越大,相应产物就多。例如:二氯代苯与氨基钠或钾的作用:第七页,本课件共有54页第八页,本课件共有54页4、苯炔历程举例:第九页,本课件共有54页32 芳香环上的亲电取代反应一、历程:芳香环是富电子体系,易和亲电试剂作用,反应历程也是分步进行的,第一步是亲电试剂带正电荷的离子
3、或带有偶极性的性质的中性的正端和芳香环形成络合物之后,试剂与环上的某个碳原子形成一个键,则得到络合物。通常亲电取代反应的第一步为定速步骤,而第二步 决定反应是否为可逆的。对于多数反应来说,H+的离去比E+离去容易得多,这些取代反应是不可逆的,但在某些条件下,两者离去难易程度差不多,甚至E+的离去更容易些,则这一反应就是可逆的。如璜化、烷基化反应。第十页,本课件共有54页二、取代基的定位效应和对反应物的活化作用 当苯环上有一个取代基,如C6H5Z,在进行亲电取代反应,新引入的取代基在苯环上的位置由原取代基决定,这就是取代基的定位效应。、第一类定位基:有些取代基引入芳环之后,使芳环上的电子云密度增
4、加,反应速度比苯快(即活化苯环),我们称这样的取代基为第一类定位基。由于第一类定位基使新引入的基团在它的O、P位,所以亦叫邻、对位定位基,如OH、NH2、CH3、OCH3等等。、第二类定位基:有另一些取代基它们引入芳环后,使环上电子云密度降低,反应速度比苯慢(即钝化苯环),我们称这样的取代基为第二类定位基。由于第二类定位基使新引入的取代基在它的m,所以亦叫间位定位基,如COOH、NO2等等。第十一页,本课件共有54页 、卤素:当卤素原子引入芳环之后,使新导入的基团在它的O、P位,而反应速度又比苯慢,所以有的书上为了与第一类定位基加以区别,称它为第三类定位基。三、取代定位规律的理论解释:自从Ho
5、lleman(霍洛曼)在1895年总结出定位规律之后,化学家们相继提出了一些理论,认为:但取代基引入苯环之后,电子云密度的分布和苯是不同的,不同的取代基对苯环上电子云密度的影响不同,有的使苯环上电子云密度增加,有的使苯环上的电子云密度降低,取代基对苯环上电子云密度的影响一般认为是取代基诱导效应和共轭效应的综合表现。、邻、对位定位基(CH3、OH、OCH3等)苯环上取代基为给电子取代基,则新引入的基团进入邻、对位时,则给电子基团Z与带正电荷的碳原子直接相连,是正电荷越分散,即这种芳香正离子稳定性越大。第十二页,本课件共有54页而给电子取代基使新引入的基团引入它的间位,在共振结构式中,就没有Z与带
6、正电荷直接相连的正则结构,正电荷分散不如邻、对位来得大,所以中间体稳定性小。所以给电子取代基使新引入的基团进入邻、对位。例如C6H5OCH3进行亲电取代反应,新引入基团主要导入邻、对位,这是由于OCH3参与共轭,使形成的中间体更加稳定。第十三页,本课件共有54页 OCH3基使生成的中间体(苯基正离子)更稳定,从(3)、(4)和(2)、(3)看得更清楚,正电荷较分散。OCH3在间位,中间体没有和带有正电荷的碳直接相连的,正电荷分散较小,故稳定性小,所以给电子取代基使新引入基团进入它的邻、对位。第十四页,本课件共有54页OCH3为给电子取代基,而使苯基正离子电和分散而稳定,这是由于OCH3的-IS
7、和+CS效应(电子效应)作用的结果,而是-IS-IS效应的原子团:这类原子团包括OR、OH、NR2、NH2等,这些原子团和苯核相连的原子上含有未共用的孤电子对和苯环电子共振,使电子转移苯环,本身带有正电荷,而苯环电子密度增加,特别是邻、对位更显著,但这些原子如N、O等都是电负性较大的元素,所以有I效应,而诱导效应引起电子云密度移向电负性大的元素,使本身带有负电荷(故用 I表示)。一般这些基团中是+CS效应大于-IS效应,总的结果是给电子效应,故使苯环电子云密度增加,尤其是邻、对位。第十五页,本课件共有54页通过下面的电离常数也证明这些原子团+CS效应-IS效应:可以看出由上到下酸的强度减小,酸
8、强度减小是由于酸的共轭碱稳定性减小,稳定性变小是由于这些基团给电子效应使其共轭碱不稳定。第十六页,本课件共有54页 共轭碱为带负电荷的离子,负电荷越分散越稳定,但这些连结着取代基的羧酸,羧酸酸性变小了,共轭碱不稳定了,说明它们是给电子的取代基。(2)-Is效应+Cs效应的原子团:这类原子团有F、Cl、Br、I,它们都有未共用的电子对,能和苯环共轭,电子云移向苯环,使自己带正电荷(故用+Cs表示),共轭的结果使邻、对位电子云密度升高,但这些卤素原子电负性大,因此-Is效应吸引电子(使自己带负电荷,故用-Is表示)使苯环电子向卤素移动,即两种效应相反,但卤素恰好是Is-效应大于+Cs效应,总结果是
9、使苯环电子云密度下降。通过下面电离常数也证明了卤素中存在着-Is+Cs的电子效应:第十七页,本课件共有54页 共轭碱越稳定,说明取代基连结环上之后,使共轭负电荷更加分散了,负电荷的分散只能归结于这些基团存在着-Is效应,所以卤素为-Is效应大于+Cs效应的原子团,是苯环上电子云密度降低(钝化苯环)。但是卤素仍为邻、对位定位基,因为卤素的孤电子对能使苯基正离子稳定。第十八页,本课件共有54页(3)+Cs和+Is效应的原子团:这个典型例子为酚氧负离子C6H5O-,苯酚离子的氧原子带有负电荷,它有给电子的+Is效应,同时其未共用电子对和苯环共轭,电子云向苯环转移(+Cs效应),总结果使苯环电子云密度
10、增高,特别是邻、对位。(4)+Is原子团:烷基属于这类原子团,例如甲基、乙基、异丙基和叔丁基和苯环相连时,由于这些原子团的给电子的诱导效应+Is,使苯环的电子云密度增高,优为邻、对位,烷基给电子效应是CH3CH2CH3(CH3)2CH(CH3)3C。第十九页,本课件共有54页2、第二类定位基:当Z为吸电子原子团(间位定位基)时,若取代反应发生在邻、对位时,通过共振效应可看出,正则结构中,取代基和带正电荷的碳直接相连,这种苯基正离子稳定性小。当Z为吸电子原子团时,若取代基发生在间位,Z和不带正电荷的碳直接相连,正电荷越远离吸电子基团越稳定,所以间位中间体稳定。所以吸电子取代基使引入新基团在它的间
11、位。第二十页,本课件共有54页 例如:C6H5CHO进行亲电取代反应,新引入基团主要进入间位,通过共振,可以看出间位中间体的正则结构中,吸电子的CHO不和带有正电荷的碳直接相连,中间体稳定。第二十一页,本课件共有54页(1)-Is效应的原子团:这类原子团有:这些原子团和苯环相连的碳带有正电荷,这些原子团有强的吸电子能力,而使苯环上电子云密度向带正电荷的原子转移,降低了苯环电子云密度,使邻、对位更甚,因此表现为间位定位效应。(2)-Is与-Cs效应的原子团:这类原子团有:这些原子团吸引电子即表现为强的-Is效应,同时这些原子团的电子和苯环的电子发生共轭,引起苯核电子密度移向取代基,两种效应均使苯
12、环电子云密度下降,邻、对位更显著,因此表现为间位定位效应。四、常见的芳香亲电取代反应:1、卤化反应 2、硝化反应 3、璜化反应 第二十二页,本课件共有54页 4、烷基化和酰基化反应(付克反应)烷基化和酰基化是付克(FriedelCrafts)反应的两种,反应的进攻试剂(亲电试剂)的中心原子是碳,反应产物是形成了新的碳碳键,是有机合成增长碳链的好方法。(1)付克烷基化试剂:常用的付克烷基化试剂有卤代烷,链烯和醇,使用卤代烷为试剂时,反应活性顺序是RFRClRBrRI。例如:用BCl3为催化剂时,FCH2CH2CH2Cl与苯反应产物是PhCH2CH2CH2Cl。链烯也是很好的烷基化试剂,醇是比卤代
13、烷更活泼的烷基化试剂(还有一些不太常用醚、硫醇、硫氰酸酯)。无论什么作为烷基化试剂都是将烷基引入芳环,形成碳碳键,进攻试剂为C+离子。各类试剂的反应活性为烯丙基、苄基叔仲伯 (由碳正离子稳定性决定)第二十三页,本课件共有54页路易斯酸催化活性为:AlBr3AlCl3 GaCl3 FeCl3 SbCl3 ZrCl3 SnCl4 BCl3 BF3 SbCl3 (2)烷基化反应注意事项:(i)往往烷基化很难停留在一烷基化一步,由于烷基引入之后,烷基使苯环活化,引入一个之后,二、三个就非常易引入,因此产物一般是多烷基化的,要多于烷基化产物,通过烷基化反应的可逆性,可加过量的苯,使多烷基苯发生脱烷基化反
14、应。(ii)产物的重排:(a)试剂的重排:所谓的试剂重排即进攻试剂为三碳以上的碳正离子,往往发生重排,由伯仲叔第二十四页,本课件共有54页 若得不到重排产物,往往是升高温度,升高温度则产生热力学稳定的伯碳正离子,碳正离子热力学稳定性为伯仲叔。(b)烷基在环上重排:烷基在环上转化位置即是付克烷基化的另一种重排,在低温往往生成动力学产物,即活化能低的产物,活化能低的产物不太稳定,高温则生成热力学产物(平衡控制产物)。第二十五页,本课件共有54页例如:对一二甲苯与AlCl3和HCl共热产物位间一二甲苯。这是由于烷基化的可逆性和低温为速控产物,高温为平衡控制产物。(c)C6H5OH,C6H5 NH2,
15、C6H5 OR进行付克烷基化反应,使催化剂路易斯酸失活:(d)强吸电子基如NO2在芳环上不能发生付克反应第二十六页,本课件共有54页2、付克酰基化:酰基化反应试剂主要是酰卤、羧酸、酸酐、烯酮,试剂中R可以是烷基,芳香基,不论R是直链或支链,R的重排从未发现,并且得到一酰基取代产物,因为RCO基是钝化基,这点和烷基化是不同的。酰基化一般只在苯环和有给电子基的苯环上发生,在给电子芳环引入酰基大都唯一给出对位产物。第二十七页,本课件共有54页 3-6自由基反应 以上我们各节所讨论的各种类型的有机化学反应,都是以离子反应的方式发生的。即在反应过程中,新键生成及旧键断裂时,电子都是成对转移的。本节将要讨
16、论另一类有机化学反应。在这类反应中,反应物或中间体是带有未成对电子的化学物种,新键的生成和旧键的断裂,都是通过单电子转移而完成的。自由基化学是有机化学发展中一个比较新的领域,而且自由基反应历程的研究,已经在有机化学的理论中揭示了一种新的展望发展更为迅速。本节只对某些重要的自由基反应作一简述。自由基反应可以按反应的方式大体分为以下三种:(一)两个自由基结合形成一个非自由基产物,称为自由基的化合;第二十八页,本课件共有54页(二)一个自由基与别的分子反应产生一个新的自由基,称为自由基的转移;(三)自由基本身的重排或断裂为新的自由基。自由基主要可以起以下几种类型的反应:1、偶联和歧化:两个自由基相遇
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