模板精细有机合成的理论基础PPT学习教案.pptx

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1、会计学1模板精细有机合成模板精细有机合成(yuj hchng)的理论的理论基础基础第一页，共77页。三、断键与成键同步发生三、断键与成键同步发生三、断键与成键同步发生三、断键与成键同步发生 断裂一个单键形成一个单键（如取代反应）断裂一个单键形成一个单键（如取代反应）断裂一个单键形成一个单键（如取代反应）断裂一个单键形成一个单键（如取代反应）一个双键转换成单键（或三键转换成双键），一个双键转换成单键（或三键转换成双键），一个双键转换成单键（或三键转换成双键），一个双键转换成单键（或三键转换成双键），同时形成单键（如加成、闭环等）同时形成单键（如加成、闭环等）同时形成单键（如加成、闭环等）同时形成

2、单键（如加成、闭环等）四、分子内重排四、分子内重排四、分子内重排四、分子内重排 基团带着一对电子迁徙（如形成带电子基团）基团带着一对电子迁徙（如形成带电子基团）基团带着一对电子迁徙（如形成带电子基团）基团带着一对电子迁徙（如形成带电子基团）基团带着原键中一个电子迁移（如形成自由基团）基团带着原键中一个电子迁移（如形成自由基团）基团带着原键中一个电子迁移（如形成自由基团）基团带着原键中一个电子迁移（如形成自由基团）基团迁移时不带原键中电子（如碳骨架重排）基团迁移时不带原键中电子（如碳骨架重排）基团迁移时不带原键中电子（如碳骨架重排）基团迁移时不带原键中电子（如碳骨架重排）五、电子传递五、电子传递

3、五、电子传递五、电子传递通过有机、无机介质进行通过有机、无机介质进行通过有机、无机介质进行通过有机、无机介质进行(jnxng)(jnxng)有机氧化还原反应。有机氧化还原反应。有机氧化还原反应。有机氧化还原反应。第1页/共77页第二页，共77页。取代2重排4加成3 1消除3 3亲核2环化5亲电3 1自由基3 32.1 反应(fnyng)分类第2页/共77页第三页，共77页。反 应 种 类亲电取代亲电取代亲电加成亲电加成亲核加成亲核加成亲核取代亲核取代自由基自由基取代取代自由基自由基加成加成环加成环加成-消除-消除消除第3页/共77页第四页，共77页。反应根据进攻试剂的种类反应根据进攻试剂的种类

4、(zhngli)(zhngli)而分类而分类第4页/共77页第五页，共77页。试 剂 种 类 有未成对单电子的自由基或在一定条件下可产生自由基的化合物自由自由基试基试剂剂能供给或接受电子形成新的共价键的试剂极性试剂（亲电）（亲核）第5页/共77页第六页，共77页。从底物上取走电子形成(xngchng)新的共价键的试剂特性(txng)：低电子云密度、亲电性正离子、能够(nnggu)获得一对电子的分子、缺电子分子亲电试剂提供电子给底物形成新的共价键的试剂特性：高电子云密度、亲核性负离子、能够给出一对电子的分子、富电子分子亲核试剂第6页/共77页第七页，共77页。亲电反应(fnyng)亲核反应由亲电

5、试剂由亲电试剂(shj)(shj)引引起的反应起的反应由亲核试剂由亲核试剂(shj)(shj)引引起的反应起的反应极性反应极性反应 自由基反应自由基反应由自由基试剂由自由基试剂引起的反应引起的反应第7页/共77页第八页，共77页。2.2 2.2 亲电取代反应亲电取代反应(fnyng)(fnyng)R=Alk;Ar芳香环有高的电子云密度和高稳定性亲电取代反应是芳香环的特征反应第8页/共77页第九页，共77页。3.3.芳香族亲电取代反应的定位芳香族亲电取代反应的定位芳香族亲电取代反应的定位芳香族亲电取代反应的定位(dngwi)(dngwi)效应效应效应效应 影响定位影响定位(dngwi)(dngw

6、i)的因素的因素先在基团的性质先在基团的性质极性效应空间阻碍效应基团综合效应亲电试剂(shj)的性质极性效应空间阻碍效应反应条件温度温度溶剂溶剂催化剂催化剂第9页/共77页第十页，共77页。请仔细(zx)注意-X(-F,-Cl,-Br,-I)第一类定位第一类定位(dngwi)(dngwi)基基（o,p-o,p-定位定位(dngwi)(dngwi)基）基）-O-,-N(CH3)3,-NH2,-O-,-N(CH3)3,-NH2,-OH,-OCH3,-OH,-OCH3,-NHCOCH3,-NHCOCH3,-OCOCH3,-F,-Cl,-Br,-OCOCH3,-F,-Cl,-Br,-I,-CH3,-C

7、H2Cl,-I,-CH3,-CH2Cl,CH2COOH,-CH2F,CH2COOH,-CH2F,etc.etc.第二类定位第二类定位(dngwi)(dngwi)基基（m-m-定位定位(dngwi)(dngwi)基）基）-N+(CH3)3,-CF3,-N+(CH3)3,-CF3,-NO2,-CN,-SO3H,-NO2,-CN,-SO3H,-COOH,-CHO,-COOH,-CHO,-COOCH3,-COOCH3,-COCH3,-CONH2,-COCH3,-CONH2,-N+H3,-CCl3,etc.-N+H3,-CCl3,etc.两类定位基两类定位基第10页/共77页第十一页，共77页。苯环的定

8、位苯环的定位苯环的定位苯环的定位(dngwi)(dngwi)效应效应效应效应n n先在基团先在基团(j tun)(j tun)的极的极性效应性效应第11页/共77页第十二页，共77页。n n亲电试剂亲电试剂(shj)(shj)的的极性效应极性效应v亲电试剂(shj)的活泼性越高，v 亲电取代反应速度越快，v 反应的选择性越低。v亲电试剂(shj)的活泼性越低，v 亲电取代反应速度越低，v 反应的选择性越高。第12页/共77页第十三页，共77页。v亲电试剂(shj)的空阻效应请见上一页表的最后(zuhu)一项，甲苯的烷基化，随着进攻试剂体积的增大，邻位产物的比例降低，最后(zuhu)为0.v反应

9、(fnyng)条件的影响反应温度 催化剂 介质可逆，异构体比例极性，空阻，介质酸碱性第13页/共77页第十四页，共77页。反应温度 混酸硝化0 5 94 140 7 91 290 13 85 2v通常情况下，温度(wnd)升高，亲电取代反应活性增高，选择性下降。第14页/共77页第十五页，共77页。v使不可逆的磺化、C-烷化反应(fnyng)转变为可逆反应(fnyng)，从而影响产物异构体的比例。实例(shl)1：第15页/共77页第十六页，共77页。v改变(gibin)E+的极性效应或空间效应。混酸硝化36混酸硝化磷酸40磺化磺化HgSO4催化v改变反应(fnyng)历程。催化剂 第16页/

10、共77页第十七页，共77页。介质硝化反应介质+乙酸酐 约92 少量(sholing)约8 硫酸(li sun)约30 少量 约70第17页/共77页第十八页，共77页。n n二个先在基团(j tun)的定位效应NO2+NO2+NO2+NO2+效应(xioyng)一致效应(xioyng)不一致同类定位基不同类定位基第18页/共77页第十九页，共77页。萘的定萘的定位位(dngwi)效应效应n n无先在基n n进攻(jngng)-位 进攻-位第19页/共77页第二十页，共77页。n n先在基团(j tun)的影响 迫位Peri-position第一类定位基第二类定位基第20页/共77页第二十一页，

11、共77页。蒽环定位蒽环定位(dngwi)(dngwi)效应效应优先(yuxin)进攻-位 二个互相独立的环几乎没有(mi yu)影响，定位效应与萘环类似。第21页/共77页第二十二页，共77页。排列下列物质亚甲基碳上氢的酸性(sun xn)强弱a.H-CH2-CHO b.CN-CH2-CHOc.NO2-CH2-CHO d.Cl-CH2-CHO练习(linx)第22页/共77页第二十三页，共77页。作业1、-OH为第（）类定位基，在芳烃亲电取代反应中为致（）基团。2、-NO2为第（）类定位基，在芳烃亲核取代反应中为致（）基团。3、对二甲苯上第二个甲基被氧化成羧基比第一个甲基氧化（）。4、排列下列

12、试剂(shj)的酰化能力ClCOCl b.RCONH2 c.RCOOR d.RCOCl5、X是吸电子基，为什么是第一类定位基？第23页/共77页第二十四页，共77页。2.3 亲核取亲核取代代(qdi)反应反应R=Alk;Arhaloalkane连接杂原子的碳具有(jyu)较低的电子云密度。亲核取代反应是连有杂原子饱和脂肪族化合物的典型反应。第24页/共77页第二十五页，共77页。可能可能(knng)的历的历程程1.脂肪族亲(z qn)核取代反应历程第25页/共77页第二十六页，共77页。双分子双分子(fnz)历历程程(SN2)一步二级反应;进攻背面;walden 翻转;=kRCH2-X Nu-

13、=kRCH2-X反应速率与反应底物和进攻试剂浓度有关假一级反应S SN N2 2第26页/共77页第二十七页，共77页。单分子单分子单分子单分子(fnz(fnz)历程历程历程历程(SN1)(SN1)碳正离子=kR3C-X内消旋;一级反应反应速率只与底物浓度有关。重排S SN N1 1S SN N1 1第27页/共77页第二十八页，共77页。2.影响反应(fnyng)的因素v底物结构v离去基v亲核试剂v反应介质有利于C+，有利于SN1不利于 C+，有利于SN2 总而言之(zngrynzh):第28页/共77页第二十九页，共77页。底物结底物结构构(jigu)的影响的影响CHCH3 3-X RCH

14、-X RCH2 2-X R-X R2 2CH-X RCH-X R3 3C-XC-XSN2SN1推电子基有利于形成(xngchng)C+，有利于 SN1反应；吸电子基不利于形成(xngchng)C+，有利于 SN2反应.SN1SN2吸电子基不利于 C+稳定，同时(tngsh)使电子云密度降低。第29页/共77页第三十页，共77页。图 卤代烷烷基(wn j)对水解速度的影响第30页/共77页第三十一页，共77页。离去基离去基的影响的影响(yngxing)离去基的离去难易(nn y)对 SN1 和 SN2都有影响。部分离去基的离去难易(nn y)顺序:RSO3-I-Cl-BrRCOO-OH-NH2第

15、31页/共77页第三十二页，共77页。亲核试剂(shj)的影响只对 SN2反应(fnyng)有影响.亲核性：碱性(jin xn)大小比较例 C2H5O-OH-PhO-CH3CH2S-H2O例 F-Cl-Br-I-and PhS-PhO-Br2 I2 转换(zhunhun)亲电自由基 影响(yngxing)因素第59页/共77页第六十页，共77页。重要重要(zhngyo)(zhngyo)的的亲电加成反应亲电加成反应第60页/共77页第六十一页，共77页。聚合(jh)酸催化缩合(suh)第61页/共77页第六十二页，共77页。碱催化(cu hu)缩合第62页/共77页第六十三页，共77页。2.亲核

16、亲核加成加成 亲核试剂(shj)碳负离子 具有孤电子对的分子(fnz)或离子 氢负离子.H2O、ROH、H2S、SO3H-、NH2OH、C6H5NHNH2 等.LiAlH4、NaBH43.自由基加成第63页/共77页第六十四页，共77页。Electrophilic reagent：reagent that take electron from substrate to form a new covalent bond.Nucleophilic reagent：reagent that give electron to substrate to form a new covalent bond.

17、Polar reaction Electrophilic reactionThe reaction that brought by electrophilic reagentThe reaction that brought by nucleophilic reagentNucleophilic reactionBrief summary第64页/共77页第六十五页，共77页。Mechanism of aromatics electrophilic substitutionThe kinetic isotope effectOrientation effect of aromatic elec

18、trophilic reaction Factors of effect on orientation Two different orientation grouporiginal group、electrophilic reagent、conditionPolarity effect,Steric hindrance effect.第65页/共77页第六十六页，共77页。Mechanism of SN2Mechanism of SN1第66页/共77页第六十七页，共77页。Factors of effect on the SN reactionMake the best use C+Mak

19、e the best use SN1Make the worst use C+Make the best use SN2SN1SN2Attracting group make c+unstable And make electron cloud density low.substrate structure第67页/共77页第六十八页，共77页。Effect of leaving groupEffect of nucleophilic reagentEffect of solvent第68页/共77页第六十九页，共77页。Mechanism of aromatics nucleophilic

20、substitutionThe effect of other groups on the reaction第69页/共77页第七十页，共77页。more stablemore easier Trans-elimination第70页/共77页第七十一页，共77页。CH3-X RCH2-X R2CH-X R3C-XESNBimolecule,Steric hindrance unimolecule,Steric crowding Competition of SN and EMechanism electrophilic addition reactionThe group that link

21、ed on the substrate第71页/共77页第七十二页，共77页。Mechanism nucleophilic addition reaction?第72页/共77页第七十三页，共77页。2.7 重排反应重排反应(fnyng)n n重排反应重排反应(f(f nyng)nyng)是指在一定的反应是指在一定的反应(f(f nyng)nyng)条件下，有机化合物分子中的某些基条件下，有机化合物分子中的某些基团发生迁移或分子内碳原子骨架发生改变，形成一种新的化合物的反应团发生迁移或分子内碳原子骨架发生改变，形成一种新的化合物的反应(f(f nyng)nyng)。重。重排反应排反应(f(f

22、nyng)nyng)可以分为分子内重排和分子间重排。可以分为分子内重排和分子间重排。n n 1 1分子内的重排分子内的重排n n 发生分子内重排反应发生分子内重排反应(f(f nyng)nyng)时，基团的迁移仅发生在分子的内部。根据其反应时，基团的迁移仅发生在分子的内部。根据其反应(f(f nyng)nyng)机理，可分为分子内亲电重排和分子内亲核重排两类。机理，可分为分子内亲电重排和分子内亲核重排两类。n n （1 1）分子内亲核重排）分子内亲核重排 分子内发生在邻近两个原子间的基团迁移（分子内发生在邻近两个原子间的基团迁移（1,2-1,2-迁移），多迁移），多数情况下属于分子内亲核重排。

23、例如，新戊基溴在乙醇中的分解：数情况下属于分子内亲核重排。例如，新戊基溴在乙醇中的分解：第73页/共77页第七十四页，共77页。上述反应中，先形成伯碳正离子，继而发生分子内重排，变为稳定性高的叔碳正离子。又如，C6H5C(CH3)2CH2Cl的溶剂分解比新戊基氯要快得多，其原因在于苯环的迁移(qiny)可以有效地分散正电荷，使体系能量降低。第74页/共77页第七十五页，共77页。（2）分子内亲电重排 分子内亲电重排反应(fnyng)多发生在苯环上。常见的有联苯胺重排、N-取代苯胺的重排和羟基的迁移等。氢化偶氮苯在酸的作用下，可发生重排反应(fnyng)生成联苯胺：N-取代苯胺在酸性条件下，可发生取代基从氮原子上迁移到氮原子的邻位、对位上的反应(fnyng)。例如，亚硝基的迁移，它也是亲电性的重排反应(fnyng)。第75页/共77页第七十六页，共77页。苯基羟胺在稀硫酸作用下，可发生OH的迁移，即OH作为亲核质点(zhdin)从支链迁移到芳环上，生成氨基酚。2分子间的重排 分子间的重排可看作是几个基本过程的组合。例如，N-氯代乙酰苯胺在盐酸的作用下发生重排：先是发生置换反应产生分子氯，然后，氯与乙酰苯胺进行亲电取代反应得到产物。第76页/共77页第七十七页，共77页。