高等有机化学反应机理.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,高等有机化学反应机理,路 径 依 赖,马屁股决定航天飞机助推器的宽度；,道格拉斯,.,若思的伟大发现（,1993,年诺贝尔经济学奖）；,自我强化和锁定效应；,可怕的沉没成本；,习惯,缠在你身上的铁链；,播种行为，收获习惯；播种习惯，收获性格；播种性格，收获命运。,男怕入错行，女怕嫁错郎；,做正确的事比正确的做事更重要；,知错就改，善莫大焉。,第二章,极性反应的基础知识,亲核试剂是具有能量较高的电子的化合物，能够形成新的化合键。,具有亲核性的原子可以是中性的，也可以带有负电荷。,极性反应,（Polar Reaction）,在极性反应中，亲核试剂与亲电试剂发生反应。,大部分极性反应是在酸性或碱性条件下进行的。,1.亲核试剂,（Nucleophiles）,亲核试剂可以分为三种类型：,孤对电子亲核试剂；,键亲核试剂；,键亲核试剂。,亲核试剂（Nucleophiles）,孤对电子亲核试剂,孤对电子亲核试剂,键亲核试剂,键电子亲核试剂,键亲核试剂,键亲核试剂,区域选择性,亲核性,.在同族元素中，周期高的原子亲核性大，碱性则降低。,亲核性：,I,-,Br,-,Cl,-,F,-,；RS,-,RO,-,大多数情况下，碱性增加则亲核性增加。,碱性：,I,-,Br,-,Cl,-,F,-,；RS,-,EtO,-,;,亲核性：,t,-BuO,-,EtO,-,亲核性,iii 负电荷的离域使碱性大大下降；相对而言，亲核性则只是部分下降,iv.非质子极性溶剂可以溶解阴离子，因此化合物的碱性和亲核性都会增加，但亲核性增加得更多。,亲核性,非亲核性碱,Meier,s Rule,亲电试剂和离去基团,（,1,）亲电试剂,亲电试剂含有能够形成新的化合键的能量较低的空电子轨道。亲电试剂可以是中性的，也可以是电正性的。,亲电试剂可以分为三种类型：,路易斯酸亲电试剂；,键亲电试剂；,键亲电试剂。,.路易斯酸式亲电性化合物含有价电子数不到8的原子，,具有能量低的空轨道，通常是P轨道。,路易斯酸亲电试剂,.,键亲电试剂的亲电原子满足八偶体结构，但是,键与一个能接受孤对电子的原子或官能团相连。,键亲电试剂通常含有C=O，C=N，CN。C=C，CC键与具有亲电性的原子相连时具有亲电性。,键亲电试剂,.含有,键的亲电化合物，具有E-X结构。E为亲电性原子，满足八偶体结构，因其与离去基团X相连，导致E具有亲电性。,亲电原子为C原子,键亲电试剂,亲电原子为杂原子,离去基团,离去基团,注意：离去基团的,PK,b,一般是可以反映离去基团的离去能力的，但个别是例外的，如：,RCONR,2,可在强碱水溶液中水解。,-,NR,2,的,PK,b,为,35,，根据规则此基团的离去能力弱，但是它真正的离去基团是,HNR2,，,PK,b,为,10.,所以此化合物具有强的亲电性。,C=C,键既可以是亲核性的也可以是亲电性的，它的性质取决于所连的官能团的性质。一般来说，,C=C,键连有亲核性官能团如,RO,，,R,2,N,，,CH,2,MgBr,时，这个烯烃或芳香化合物是亲核性的；,C=C,键连有亲电性官能团如,COR,CO,2,R,，,CN,，,NO,2,，,CH,2,X,时，这个烯烃或芳香化合物是亲电性的。,独特的C=C键（变色龙）,在此要注意两条规则：.在吸电子基团的,位的C原子上具有亲电性。不是,位上的C原子。如：,.,不要把正电荷与亲电性混淆,亲电性的原子是C原子，不是O原子。,CH,2,-OCH,3,CH,2,=OCH,3,+,+,Me,2,N=CH,2,+,Me,2,N-CH,2,+,独特的C=C键（变色龙）,酸性条件和碱性条件：,p,K,a,值,碱性条件下的反应机理：,酸性条件和碱性条件：,p,K,a,值,酸性条件下的反应机理：,酸性条件和碱性条件：,p,K,a,值,酸性条件和碱性条件：p,K,a值,第三章,碱性条件下的极性反应,C(sp3)-X,键的取代反应,C(sp3)-X,键的消除反应,S,N,2,反应机理的亲核取代反应,S,N,2,和,S,N,2,反应机理的亲核取代反应,区分S,N,2与S,N,2,反应机制的关键在与，化学式中的双键的位置有没有发生变化，S,N,2反应机制双键的位置不发生变化。,杂原子的S,N,2反应机理,S,N,2反应机理中的特例,S,N,2,反应机理中的立体化学,消除反应中的,E2,反应机理,E2反应机理的立体化学,E2反应机理的立体化学,C(sp,2,)-X的E2消除反应机理,练习,消除反应中的E2,反应机理,E2消除反应机理,消除反应中的E1cb反应机理,E1cb反应机理,（特点：两步完成，第一步是碱进攻酸性的H原子，形成碳负离子。第二步是离去基团,离去，形成新的键。）,（H原子的酸性很强，而且离去基团的离去性很弱时发生）,消除反应中的E1cb反应机理,消除反应或取代反应的预测,在C(sp,3,)-X化合物的反应中，以消除反应或取代反应进行主要取决于两个最主要因素：第一，亲核试剂的亲核性的强弱和含有孤对电子的化合物的碱性的强弱。第二，反应底物是否Me、Bn或是伯碳，仲碳，叔碳卤代烷烃。,亲核性和碱性,1.,亲核性强,，,碱性弱,的基团,如：Br,-,I,-,R,2,S,RS,R,3,P,CN-,丙二酸酯负离子等基团。,2.,亲核性强,，,碱性强,的基团，如：RO,-,R,2,N,-,RCC,-,Cl,-,。,3.,亲核性弱,，,碱性强,的基团，如：,t,-BuO,i,-Pr,2,NLi(LDA),(Me,3,Si),2,NK(KHMDS),i-,Pr,2,NEt，DBU,DBN,TMG.,亲核加成反应,羰基化合物上的加成反应,羰基化合物有两个主要的共振结构式，,R,2,C=O R,2,C,+,-O,-,从第二个共振结构式中，可以看出碳原子带有正电性，很容易发生羰基上亲核加成反应。,羰基化合物的,位上的氢有一定的弱酸性，在碱性条件下可被夺去，形成碳负离子。,O=CR-,-,CR,2,-,O-CR=CR,2,碳负离子是一个很好的亲核试剂。,碱进攻酸性的-氢,亲核试剂进攻缺电子的碳,酸和亲电试剂进攻富电子的氧,羰基化合物的热力学稳定性与共振结构式,R,2,C,+,-O,-,的稳定性有直接的关系，羰基化合物的热力学稳定性顺序：,RCOCl RCO,2,COR RCHO R,2,CO RCO,2,R RCONR,2,ROCO,2,R ROCONR,2,R,2,NCONR,2,Br-Cl-F-；,不要把正电荷与亲电性混淆,Meiers Rule,羰基碳上的取代反应,（H原子的酸性很强，而且离去基团的离去性很弱时发生）,马屁股决定航天飞机助推器的宽度；,具有亲核性的原子可以是中性的，也可以带有负电荷。,男怕入错行，女怕嫁错郎；,C(sp3)-X键的取代反应,亲电性的原子是C原子，不是O原子。,-NR2的PKb为35，根据规则此基团的离去能力弱，但是它真正的离去基团是HNR2，PKb为10.,习惯缠在你身上的铁链；,在吸电子基团的位的C原子上具有亲电性。,独特的C=C键（变色龙）,马屁股决定航天飞机助推器的宽度；,亚胺在稀酸中水解，可得回原来的羰基化合物及其胺，因此可以用来保护羰基化合物。,羰基化合物有两个主要的共振结构式，R2C=O R2C+-O-,从第二个共振结构式中，可以看出碳原子带有正电性，很容易发生羰基上亲核加成反应。,二级胺与羰基化合物反应，可以生成烯胺。,反应历程如下：,二级胺与羰基化合物反应,一分子醛或酮，在碱的作用下，形成碳负离子，此碳负离子与另一分子醛或酮的羰基发生亲核加成反应。,反应历程如下：,羟醛缩合反应（Aldol reaction）,羟醛缩合反应（,Aldol reaction,）,Aldol reaction,的立体化学,Aldol reaction的立体化学,练习,（安息香缩合反应）,Retro-aldol,反应,Knoevenagel 缩合反应,（E1cb消除）,Knoevenagel 缩合反应,共轭加成反应,Michael,加成反应,Robinson annulation,Robinson annulation,第一步（,Michael,加成反应）,Robinson annulation,第二步（,Aldol,加成反应）,Robinson annulation,第三步（脱水反应）,思考题,E2反应机理的立体化学,C=C键连有亲电性官能团如COR,CO2R，CN，NO2，CH2X时，这个烯烃或芳香化合物是亲电性的。,酸性条件和碱性条件：pKa值,非质子极性溶剂可以溶解阴离子，因此化合物的碱性和亲核性都会增加，但亲核性增加得更多。,非质子极性溶剂可以溶解阴离子，因此化合物的碱性和亲核性都会增加，但亲核性增加得更多。,大部分极性反应是在酸性或碱性条件下进行的。,马屁股决定航天飞机助推器的宽度；,C=C，CC键与具有亲电性的原子相连时具有亲电性。,加成-消除反应的催化剂,亲核试剂可以分为三种类型：,酸性条件下的反应机理：,（I-也有类似作用）,马屁股决定航天飞机助推器的宽度；,酸性条件和碱性条件：pKa值,Robinson annulation,C(sp2,）,-X,上的亲核取代反应,羰基碳上的取代反应,许多羰基化合物（如：酯、酰氯、酰胺、酸酐）里，羰基连有离去基团，羰基碳上带有一定的正电性，有利于亲核试剂的进攻，发生亲核取代反应。,是加成,-,消除反应机理，不是,SN2,反应机理。,酯与胺反应生成酰胺,羰基化合物在进行亲核取代反应中除了会发生加成,-,消除反应机理之外，酰氯和酸酐还可以和醇进行,消除,-,加成的反应机理,的取代反应。,反应实例：,加成,-,消除反应机理：,酰氯和醇的酯化反应,消除-加成反应机理：,没有氢的羰基化合物不能进行此反应机理。,酰氯和醇的酯化反应,加成,-,消除反应的催化剂,（,I,-,也有类似作用）,Claisen,缩合反应,酯在碱的催化下缩合为-酮酯。,逆Claisen缩合反应,格式试剂、金属负氢试剂对酯基的加成反应,格式试剂对酰胺的加成反应,-,不饱和羰基化合物的烯基碳上的取代反应,，,-,不饱和羰基化合物上的,碳上带有离去基团时，此碳上可以发生加成,消除反应。,（反应性与酰氯相当）,带有强吸电子基团的芳基环上的取代反应,当苯环上带有强吸电子基团时，芳基碳上也可以发生加成消除反应。,烯基和芳基碳上的取代反应,消除加成反应机理：,金属插入反应,卤代烯烃和卤代芳烃可以与金属（,Zn,、,Mg,、,Li,）发生插入反应，从,C-X,生成,C-Metal,。反应活性顺序：,IBrCl,反应实例：,反应机理：,金属插入反应,