有机合成的一般原理-PPT.pptx

有机合成的一般原理 有机合成得目得有机合成得目得合成一些特殊得、新得合成一些特殊得、新得有机化合物有机化合物,探索一些、探索一些、得合成路线或研究其她理得合成路线或研究其她理论问题论问题,即实验室合成。为这即实验室合成。为这一目得所需要得物质得量较少一目得所需要得物质得量较少,但纯度要求较高。但纯度要求较高。为了工业上大量生产为了工业上大量生产,即工业即工业化合成。成本问题非常重要。化合成。成本问题非常重要。有机化学三个研究领域有机化学三个研究领域(1 1)天然产物得分离、鉴定和结构测定天然产物得分离、鉴定和结构测定(2 2)物理有机化学物理有机化学(3 3)有机合成有机合成现代有机合成回顾与进展现代有机合成回顾与进展有机合成得初创期有机合成得初创期有机合成得艺术期有机合成得艺术期科学与艺术得融合期科学与艺术得融合期初创期初创期19世纪到世纪到20世纪初世纪初1828年德国化学家维勒合成尿素年德国化学家维勒合成尿素1840年德国化学家柯尔柏合成醋酸年德国化学家柯尔柏合成醋酸1850年法国化学家贝特洛合成油脂年法国化学家贝特洛合成油脂19世纪初法国化学家拉瓦锡、德国化学家李比希和英国物世纪初法国化学家拉瓦锡、德国化学家李比希和英国物理、化学家法拉第发展定量测定有机物组成得方法理、化学家法拉第发展定量测定有机物组成得方法19世纪有机物结构理论得建立世纪有机物结构理论得建立,中心内容包括碳得四价和成中心内容包括碳得四价和成键键(德国化学家凯库勒和英国化学家库帕德国化学家凯库勒和英国化学家库帕,1858),苯得结构苯得结构(凯凯库勒库勒,1865),碳价键得四面体构型碳价键得四面体构型(荷兰化学家范托夫和法国荷兰化学家范托夫和法国化学家勒贝尔化学家勒贝尔)1828Wohler合成尿素合成尿素、1856年年Hofmann和和Perkin得到了得到了第一个人工合成得染料苯胺紫第一个人工合成得染料苯胺紫苯胺紫苯胺紫茜红茜红(1,2-二羟基蒽醌二羟基蒽醌)靛蓝靛蓝(联联-2-亚吲哚亚吲哚-3-酮酮)苯得分子轨道图苯得分子轨道图八元环八元环环辛四烯环辛四烯Cyclooctatetraene环丁二烯2+2环加成反应实例 1901-1910年间年间,G、Ciamacian和和P、Silber在意大在意大利进行光化学反应研究利进行光化学反应研究肉桂酸反-2,4-二苯基环丁烷-反-1,3-二甲酸苯甲醛 三甲基乙烯环氧丙烷颠茄酮得合成颠茄酮得合成1902年年Willstatter以近以近20步反应合成步反应合成颠茄酮颠茄酮1917年年R、Robinson在中性水介质中在中性水介质中(生理生理条件条件)一步缩合得到一步缩合得到颠茄酮颠茄酮,开创了天然产物开创了天然产物得生物合成得生物合成大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点Willstatter完成得茛宕碱完成得茛宕碱(tropine)得合成路线得合成路线 R、Robinson得得tropine合成路线合成路线 琥珀醛甲胺丙酮二甲酸Mannich反应结构理论和反应方法研究结构理论和反应方法研究1874年年W、Korner验证了苯得结构。验证了苯得结构。1885年年W、H、Perkin得碳环合成。得碳环合成。1911年年R、Willstatter合成环辛四烯和合成环辛四烯和1905年对环丁年对环丁二烯高度不稳定结构得研究。二烯高度不稳定结构得研究。1901-1910年年G、Ciamacian和和P、Silber发现第一个发现第一个2+2环加成反应。环加成反应。1917年年R、Robinson完成颠茄酮得合成。完成颠茄酮得合成。、艺术期艺术期 20世纪上半叶世纪上半叶研究技术全面革新研究技术全面革新有机物结构理论得重要进展有机物结构理论得重要进展新得反应方法研究新得反应方法研究天然产物全合成天然产物全合成研究技术革新研究技术革新紫外光谱、红外光谱、核磁共振、紫外光谱、红外光谱、核磁共振、X射线衍射射线衍射吸附色层分析、离子交换树脂、质谱分析、色谱质吸附色层分析、离子交换树脂、质谱分析、色谱质谱联用谱联用多肽合成中得固相合成法多肽合成中得固相合成法有机物结构理论重要进展有机物结构理论重要进展有机反应得选择性有机反应得选择性 化学选择性、区域选择性、立体选择性化学选择性、区域选择性、立体选择性构象分析构象分析轨道对称守衡原理轨道对称守衡原理过渡金属有机化学得发展过渡金属有机化学得发展构象分析构象分析nK、S、Pitzer证实分子内旋转中存在着非键合相互作用得能垒 nO、Hassel确立了环己烷体系得椅式构象、直立和平伏键以及构象转换 n1950年有机化学家D、H、R、Barton建立了构象分析理论体系 环辛四烯环辛四烯Cyclooctatetraene4n systems,8 pi electronsNonplanar“tub”conformationHuckels rule does not apply环丁二烯环丁二烯三元环三元环环丙烯体系环丙烯体系aromaticantiaromatic七元环七元环环庚三烯离子环庚三烯离子CycloheptatrienylIons环庚三烯负离子antiaromatic环庚三烯正离子aromaticCyclooctatetraeneDianion环辛四烯二价负离子环辛四烯二价负离子aromatic10轮烯轮烯aromaticaromaticnonaromatic有机物结构理论重要进展有机物结构理论重要进展有机反应得选择性有机反应得选择性 化学选择性、区域选择性、立体选择性化学选择性、区域选择性、立体选择性构象分析构象分析轨道对称守衡原理轨道对称守衡原理过渡金属有机化学得发展过渡金属有机化学得发展Claisen重排重排苯基烯丙基醚邻烯丙基苯酚烯丙基乙烯基醚 4-戊烯醛3-苯基-1,5-已二烯1-苯基-1,5-已二烯Cope重排重排轨道对称守衡原理 n有机化学家有机化学家Woodward和量子化学家和量子化学家Hoffman共同提出了轨道对称守衡原理共同提出了轨道对称守衡原理n分子轨道对称守恒原理认为分子轨道对称守恒原理认为:化学反应就化学反应就是分子轨道进行重新组合得过程是分子轨道进行重新组合得过程,在一个在一个协同反应中协同反应中,分子轨道得对称性就是守恒分子轨道得对称性就是守恒得得 有机物结构理论重要进展有机物结构理论重要进展有机反应得选择性有机反应得选择性 化学选择性、区域选择性、立体选择性化学选择性、区域选择性、立体选择性构象分析构象分析轨道对称守衡原理轨道对称守衡原理过渡金属有机化学得发展过渡金属有机化学得发展新得反应方法研究新得反应方法研究均相不对称催化氢化均相不对称催化氢化手性硼氢化反应手性硼氢化反应-二羰基化合物得环硫醚合成法二羰基化合物得环硫醚合成法四叔丁基正四面烷得合成四叔丁基正四面烷得合成L-多巴得合成多巴得合成 L-多巴 手性膦配位体-铑试剂 均相手性催化剂用于手性丁内酯得合均相手性催化剂用于手性丁内酯得合成成-酮酸 手性硼氢化试剂手性硼氢化试剂pcBHR*用于用于(1s,2s)-反反-2-甲基环戊醇得合成甲基环戊醇得合成重结晶1-甲基环戊烯硼氢化氧化(1s,2s)-反-2-甲基环戊醇蒎基硼烷 双蒎基硼烷 手性硼氢化试剂手性硼氢化试剂pcBHR*和和pc2BR*用于手性烷基硼酸酯得合成用于手性烷基硼酸酯得合成手性烷基硼酸酯手性烷基硼酸酯(1s,2s)-(+)-2-甲基环戊基硼酸二乙酯甲基环戊基硼酸二乙酯(s)-(+)-丁丁-2-基硼酸二乙酯基硼酸二乙酯 新得反应方法研究新得反应方法研究均相不对称催化氢化均相不对称催化氢化手性硼氢化反应手性硼氢化反应-二羰基化合物得环硫醚合成法二羰基化合物得环硫醚合成法四叔丁基正四面烷得合成四叔丁基正四面烷得合成3+2环加成环加成3-甲基庚甲基庚-2,4-二酮得合成二酮得合成 丁硫羟酸3-溴丁-2-酮S-烷基化缩环化,硫消除-二羰基化合物环硫醚合成法机理分子内亲核进攻环硫中间体以半缩酮开环脱硫-二羰基化合物维生素B12前体得合成内硫酰胺过氧化苯甲酰氧化二硫化物环酰基烯胺硫醚中间体环化、开环、脱硫脱氢氰酸联四环前体环酰基烯胺胺氰酰基硫代内硫酰胺新得反应方法研究新得反应方法研究均相不对称催化氢化均相不对称催化氢化手性硼氢化反应手性硼氢化反应-二羰基化合物得环硫醚合成法二羰基化合物得环硫醚合成法四叔丁基正四面烷得合成四叔丁基正四面烷得合成四叔丁基正四面烷得合成四叔丁基正四面烷得合成 正四面烷环丁二烯双自由基四叔丁基环戊二烯酮交叉环化失去CO四叔丁基环丁二烯四叔丁基正四面烷复杂天然产物得全合成复杂天然产物得全合成 n维生素维生素B12得合成得合成,R、B、Woodward和和A、Eschenmoser,1977n高效植物生长素赤霉酸高效植物生长素赤霉酸(gibberellicacid)得合得合成成,E、J、Corey,1978n杀真菌莫能菌素杀真菌莫能菌素(monensin)得合成得合成,Y、Kishi,1979n抗癌性美登木素抗癌性美登木素(maytanosine)合成合成,E、J、Corey,1980n抗菌素红霉素抗菌素红霉素(erythromycin)得合成得合成,R、B、Woodward,1981维生素维生素B12R、B、Woodward和和A、Eschenmoser,1977红霉素红霉素 抗菌素红霉素抗菌素红霉素(erythromycin)R、B、Woodward,1981美登素美登素抗癌性美登木素抗癌性美登木素(maytanosine)E、J、Corey,1980天然产物合成得其她成果天然产物合成得其她成果天然色素得分离鉴定和合成天然色素得分离鉴定和合成包括胡萝卜素、花色素、黄酮、血红包括胡萝卜素、花色素、黄酮、血红素素大环酮香料得分离鉴定和合成大环酮香料得分离鉴定和合成包括麝香酮、灵猫酮包括麝香酮、灵猫酮单糖得呋喃和呋喃型环系结构得证实单糖得呋喃和呋喃型环系结构得证实维生素维生素C得合成得合成元素分析微量化以适应天然产物研究元素分析微量化以适应天然产物研究 科学与艺术融合期 20世纪后半叶至今世纪后半叶至今合成反应和方法学研究合成反应和方法学研究天然产物全合成天然产物全合成功能分子得合成研究功能分子得合成研究E、J、Corey提出逆合成分析 E、J、Corey提出了一套进行有机合成提出了一套进行有机合成设计得原则和方法设计得原则和方法,即确定如何将要合成得即确定如何将要合成得目标分子按可再结合得原则在分子得适当目标分子按可再结合得原则在分子得适当部位进行切割部位进行切割,而成为较小得起始原料分子而成为较小得起始原料分子,然后再将这些原料分子按一定顺序和反应然后再将这些原料分子按一定顺序和反应结合起来结合起来(包括分子得立体结构包括分子得立体结构),),从而得到从而得到目标化合物。目标化合物。有机合成得突出成就有机合成得突出成就nKishi等完成得含有等完成得含有64个手性碳中心得天个手性碳中心得天然海葵毒素然海葵毒素(palytoxin)得合成得合成 nSchreiber等对等对FK-506得细胞免疫抑制剂得细胞免疫抑制剂和和FK-1012得基因开关研究得基因开关研究 n高通量自动化合成技术高通量自动化合成技术 有机合成得发展趋势有机合成得发展趋势 n合成什么合成什么(开展具有独特功能得分子得研究开展具有独特功能得分子得研究,包括各种性能得材料、生理活性分子、天然包括各种性能得材料、生理活性分子、天然产物等产物等,合成具有特定功能得分子和分子聚集合成具有特定功能得分子和分子聚集体体,开辟开辟“合成生物学合成生物学”和和“化学材料学化学材料学”新新领域领域)n怎么合成怎么合成(合成选择性、有效性、绿色合成、合成选择性、有效性、绿色合成、快速合成和非共价合成快速合成和非共价合成,特别重视与新得合成特别重视与新得合成方法得结合方法得结合,以及提高合成得效率和简捷性等。以及提高合成得效率和简捷性等。)科学与艺术融合期 20世纪后半叶至今世纪后半叶至今合成反应和方法学研究合成反应和方法学研究理想得合成 n“理想得理想得”合成方法合成方法 n美国斯坦福大学美国斯坦福大学Wender教授对理想得合成作了完整得教授对理想得合成作了完整得定义定义:一种理想得合成指得就是用简单得、安全得、一种理想得合成指得就是用简单得、安全得、环境友好得、资源有效得操作环境友好得、资源有效得操作,快速、定量地把廉价、快速、定量地把廉价、易得得起始原料转化为天然或设计得目标分子。易得得起始原料转化为天然或设计得目标分子。nSharpless提出点击化学提出点击化学(ClickChemistry)得概念得概念,即通过若干高对映选择性和通用性得关键化学反应快即通过若干高对映选择性和通用性得关键化学反应快速合成各种有用得分子。速合成各种有用得分子。合成反应合成反应n合成反应主要有氧化、还原和碳合成反应主要有氧化、还原和碳-碳键得生碳键得生成三大类。成三大类。n不对称环氧化不对称环氧化n均相不对称催化氢化均相不对称催化氢化 美国得美国得Knowles和日本得和日本得Noyori因在不对称催化氢化方面得出色工因在不对称催化氢化方面得出色工作以及作以及S、Sharpless在不对称环氧化方面所作出杰出贡献而共同获在不对称环氧化方面所作出杰出贡献而共同获2001年诺贝尔化学奖。年诺贝尔化学奖。n碳碳-碳键生成得反应、碳键生成得反应、C=N双键得反应以及双键得反应以及C=C双键得官能团化反应双键得官能团化反应方法学研究方法学研究n现代合成方法学现代合成方法学多位点反应多位点反应新型金属参与得反应新型金属参与得反应光学活性有机催化剂光学活性有机催化剂(不含金属不含金属)催化得反应催化得反应 科学与艺术融合期 20世纪后半叶至今世纪后半叶至今合成反应和方法学研究合成反应和方法学研究天然产物全合成天然产物全合成紫杉醇紫杉醇(Taxol)紫杉醇紫杉醇(Taxol)就是从红豆杉中分离出来得化合物就是从红豆杉中分离出来得化合物,1971年报年报道了她得结构。道了她得结构。该化合物在该化合物在1992年被美国食品和药品管理局年被美国食品和药品管理局(FDA)批准为抗乳腺癌和抗卵巢癌得药物。由于紫杉醇在红豆批准为抗乳腺癌和抗卵巢癌得药物。由于紫杉醇在红豆杉树皮中含量很低杉树皮中含量很低,又表现出独特得抗癌机制又表现出独特得抗癌机制,因此紫杉醇引起因此紫杉醇引起了生物、医学、制药、生态和有机合成等学科领域得极大重视了生物、医学、制药、生态和有机合成等学科领域得极大重视,成为一个成为一个“明星明星”分子。分子。Nicolaou小组和小组和Holton小组几乎同时小组几乎同时于于1994年率先报道了紫杉醇得全合成年率先报道了紫杉醇得全合成,随后随后Danishefsky,Wender,Mukaiyama和和Kuwajima小组分别完成了小组分别完成了其全合成其全合成。万古霉素万古霉素万古霉素就是一个有代表性得糖万古霉素就是一个有代表性得糖肽类抗生素抗生素,其结构最终于其结构最终于1982年确定。万古霉素因其重要得生物、医学作用以及独特年确定。万古霉素因其重要得生物、医学作用以及独特得作用机制而成为全合成得目标分子。她在结构上含有得作用机制而成为全合成得目标分子。她在结构上含有2个个16元双芳基大环醚以及一个元双芳基大环醚以及一个12元双芳基环系元双芳基环系,两个环系均存在旋两个环系均存在旋转对映异构现象转对映异构现象,此外此外,七肽苷元上得两个糖基更增加了目标七肽苷元上得两个糖基更增加了目标分子得复杂性。分子得复杂性。1999年年Nicolaou小组完成了万古霉素得小组完成了万古霉素得全合成。全合成。神经毒素神经毒素(brevetoxinB)神经毒素神经毒素brevetoxinB就是赤潮产生得有毒海水得活性成分。就是赤潮产生得有毒海水得活性成分。brevetoxinB由由11个环、个环、23个手性中心构成个手性中心构成,就是一个具有规整结就是一个具有规整结构和美感得分子。构和美感得分子。NicolaouNicolaou小组经小组经1212年得努力年得努力,终于在终于在19951995年完成年完成了了brevetoxin Bbrevetoxin B得全合成得全合成,19981998年年,同一研究小组经过同一研究小组经过1010年得努力年得努力,完成了更富挑战性得完成了更富挑战性得brevetoxin Abrevetoxin A得全合成。得全合成。Spongistatin1(R1=ClR2=AcR3=Ac)Spongistatin1(altohyrtinA)就是一个从海绵中提取出来就是一个从海绵中提取出来得强抗癌活性化合物得强抗癌活性化合物,该分子由该分子由51个碳、个碳、6个吡喃环个吡喃环(其其中中4个存在于个存在于2个分离得螺缩酮单元中个分离得螺缩酮单元中)四十二元内酯环四十二元内酯环和和1个氯代双烯单元所组成。个氯代双烯单元所组成。Kishi小组于小组于1998年完成了年完成了这一困难得化合物得不对称全合成这一困难得化合物得不对称全合成。埃坡霉素埃坡霉素A(epothiloneA)埃坡霉素埃坡霉素A(epothilone,R=H)和和B(R=Me)就是就是2个结构相对简单个结构相对简单,但具有与紫杉醇相似得抗癌作用机理得天然产物但具有与紫杉醇相似得抗癌作用机理得天然产物,由于具有强由于具有强得与微管蛋白结合得能力得与微管蛋白结合得能力,有望成为比紫杉醇更好得抗癌药。有望成为比紫杉醇更好得抗癌药。Epothilone AEpothilone A在在2020世纪世纪9090年代中期分离出来后仅年代中期分离出来后仅6 6个月个月DanishefskyDanishefsky小组就完成了她得全合成小组就完成了她得全合成,随后随后NicolaouNicolaou小组和小组和SchinzerSchinzer小组也相继完成了小组也相继完成了Epothilone AEpothilone A得全合成。得全合成。海葵毒素海葵毒素(127个碳原子个碳原子,64个不对称中心个不对称中心,7个分子个分子内双键内双键,被誉为有机合成中得攀登珠穆朗玛峰被誉为有机合成中得攀登珠穆朗玛峰,20世纪世纪90年代初由美国哈佛大学得研究小组合成年代初由美国哈佛大学得研究小组合成)Palytoxin海葵毒素具有过氧结构得抗疟活性化合物具有过氧结构得抗疟活性化合物青蒿素 蒿甲醚 鹰爪素 甘松素 科学与艺术融合期 20世纪后半叶至今世纪后半叶至今合成反应和方法学研究合成反应和方法学研究天然产物全合成天然产物全合成功能分子得合成研究功能分子得合成研究展望展望n有机合成化学离绿色合成得要求还有巨大得差有机合成化学离绿色合成得要求还有巨大得差距距,还远远达不到进行反应控制得水平还远远达不到进行反应控制得水平,在复杂在复杂分子得合成时需要大量使用保护基。分子得合成时需要大量使用保护基。n与生物体系复杂、精巧得合成相比与生物体系复杂、精巧得合成相比,也许当今也许当今得有机合成还只就是处于石器时代或青铜器时得有机合成还只就是处于石器时代或青铜器时代！代！n从合成化学得发展轨迹从合成化学得发展轨迹,我们完全有理由相信我们完全有理由相信,她得发展将没有终点她得发展将没有终点,而且永远也不会有终点而且永远也不会有终点,将不断为人类创造更多得奇迹。将不断为人类创造更多得奇迹。衡量有机合成反应得量度指标衡量有机合成反应得量度指标 单程转化率单程转化率(xA)指反应物转化掉得反应物指反应物转化掉得反应物A A得量占投入得该反得量占投入得该反应物得量得百分比。应物得量得百分比。xA=转化掉得反应转化掉得反应A A得量得量投入反应器得反应物投入反应器得反应物A A得量得量100%一个化学反应以不同得反应物为基准进行一个化学反应以不同得反应物为基准进行一个化学反应以不同得反应物为基准进行一个化学反应以不同得反应物为基准进行计算所得得转化率就是不同得计算所得得转化率就是不同得计算所得得转化率就是不同得计算所得得转化率就是不同得,所以转化率所以转化率所以转化率所以转化率得计算必须指明就是何种反应物得转化率。得计算必须指明就是何种反应物得转化率。得计算必须指明就是何种反应物得转化率。得计算必须指明就是何种反应物得转化率。理论收率理论收率(YP)就是指生成得目得产物得物质得量占输入反应就是指生成得目得产物得物质得量占输入反应物得物质得量得百分率。物得物质得量得百分率。YP=生成得目得产物得物质得量生成得目得产物得物质得量投入反应器得反应物质得量投入反应器得反应物质得量100%收率就是化学反应得经济指标收率就是化学反应得经济指标。选择性选择性(S S)指某一反应物转化成目得产物其理论消指某一反应物转化成目得产物其理论消耗得物质得量占该反应物在反应中实际耗得物质得量占该反应物在反应中实际消耗得总物质得量得百分率消耗得总物质得量得百分率。S=转化为目得产物其理论消耗得物质得量转化为目得产物其理论消耗得物质得量该反应物在反应中实际消耗得总物质得量该反应物在反应中实际消耗得总物质得量100%选择性就是衡量反应质量得指标。选择性就是衡量反应质量得指标。转化率、选择性和理论收率间得转化率、选择性和理论收率间得关系关系理论收率理论收率理论收率理论收率(Y)=(Y)=(Y)=(Y)=转化率转化率转化率转化率(x x x x)选择性选择性选择性选择性(S S S S)1 1、1 1 有机反应得基本过程有机反应得基本过程n键得断裂键得断裂n1 1、均裂、均裂n2 2、异裂、异裂1 1、1 1 有机反应得基本过程有机反应得基本过程n键得形成键得形成n1 1、两个游离基结合成键、两个游离基结合成键n2 2、两个带相反电荷得质点结合成键、两个带相反电荷得质点结合成键n3 3、一个离子与一个中性分子成键、一个离子与一个中性分子成键1 1、1 1 有机反应得基本过程有机反应得基本过程 断键与成键同步发生断键与成键同步发生1、断裂一个单键、断裂一个单键,形成一个单键形成一个单键2、一个双键转化成单键一个双键转化成单键,与此同时与此同时,形成一个单键形成一个单键1 1、1 1 有机反应得基本过有机反应得基本过程程n分子内重排分子内重排基团带着一对电子迁移基团带着一对电子迁移原因原因:叔碳正离子比伯碳正离子稳定叔碳正离子比伯碳正离子稳定 基团带着原来键得一个电子迁移基团带着原来键得一个电子迁移左式中得游离基可以离域左式中得游离基可以离域到两个相邻苯环到两个相邻苯环,从而增从而增加了她得稳定性加了她得稳定性1、1 有机反应得基本过程有机反应得基本过程 基团迁移时不带原来得键合电子基团迁移时不带原来得键合电子 原因原因:氧负离子比碳负离子稳定氧负离子比碳负离子稳定n电子传递电子传递n一个有强烈趋势释放出一个电子质点能够通一个有强烈趋势释放出一个电子质点能够通过电子转移与一个具有强烈趋势接受电子得质过电子转移与一个具有强烈趋势接受电子得质点发生反应点发生反应1 1、2 2 有机反应得分类有机反应得分类n 按反应类型分按反应类型分 1 1、2 2 有机反应得分类有机反应得分类n一、加成一、加成n1、亲电加成、亲电加成烯烃双键得碳原子上含有烷基、则在受到亲电试剂烯烃双键得碳原子上含有烷基、则在受到亲电试剂攻击时攻击时,连有更多烷基取代基得位置将优先生成碳正连有更多烷基取代基得位置将优先生成碳正离子。离子。n烯烃受到亲电试剂攻击生成中间产物碳正离子烯烃受到亲电试剂攻击生成中间产物碳正离子,存在存在着质子消除和亲核试剂加成两个竞争反应。在加成反着质子消除和亲核试剂加成两个竞争反应。在加成反应受到空间位阻时应受到空间位阻时,将有利于发生质子消除反应。将有利于发生质子消除反应。n含有两个或更多共扼双键得化合物在进行加成反应时含有两个或更多共扼双键得化合物在进行加成反应时,由于中间产物碳正离子得电荷可离域到两个或更多由于中间产物碳正离子得电荷可离域到两个或更多个碳原子上个碳原子上,得到得产物常常就是混合物。如得到得产物常常就是混合物。如1,31,3丁二丁二烯加溴烯加溴1 1、2 2 有机反应得分类有机反应得分类n2 2、亲核加成、亲核加成在羰基邻位有大得基团存在时在羰基邻位有大得基团存在时,将阻碍加将阻碍加成反应进行。芳醛、芳酮得反应比肪族同成反应进行。芳醛、芳酮得反应比肪族同系物要慢系物要慢,这就是由于在形成过渡态时这就是由于在形成过渡态时,破破坏了羰基得双键与芳环之间共轭得稳定性。坏了羰基得双键与芳环之间共轭得稳定性。芳环上带有吸电子基团芳环上带有吸电子基团,可使加成反应容可使加成反应容易发生易发生,而带有供电子基因而带有供电子基因,则对反应起阻则对反应起阻碍作用。碍作用。1 1、2 2 有机反应得分类有机反应得分类n二、消除二、消除n消除反应可分为两种消除反应可分为两种,消除消除,消除消除n1 1、消除消除n消除反应历程有双分子历程消除反应历程有双分子历程(E2)(E2)和单分和单分子历程子历程(E1)(E1)两种。两种。双分子双分子消除反应消除反应,反应活性反应活性:-I-Br-Cl-F;叔叔仲仲伯伯单分子消除反应单分子消除反应,反应活性同反应活性同E E2 21 1、2 2 有机反应得分类有机反应得分类n2 2、消除消除二氯碳烯二氯碳烯,二氯碳烯就是活泼质点二氯碳烯就是活泼质点,但不能分离得但不能分离得到到,在碱性介质中她将水解成酸在碱性介质中她将水解成酸1 1、2 2 有机反应得分类有机反应得分类n三、取代三、取代连接在碳上得一个基团被另一个基团取代得反应有连接在碳上得一个基团被另一个基团取代得反应有三种不同得途径三种不同得途径,即同步取代、先消除再加成和先即同步取代、先消除再加成和先加成再消除。加成再消除。1、同步取代、同步取代 参加同步取代反应得试剂可以就是参加同步取代反应得试剂可以就是亲核得或亲电得亲核得或亲电得,而原子与游离基则不能直接在碳而原子与游离基则不能直接在碳上发生取代反应。上发生取代反应。n由于亲核试剂得进攻就是沿着离去基团由于亲核试剂得进攻就是沿着离去基团得相反方向靠近得相反方向靠近,在发生取代得碳原子上在发生取代得碳原子上将发生构型转化。将发生构型转化。n SN SN2 2取代反应与取代反应与E E2 2消除反应相互竞争消除反应相互竞争,何何者占优势与各种因素有关。在进行者占优势与各种因素有关。在进行SNSN2 2反反应时应时,烷基活泼性得顺序就是伯烷基活泼性得顺序就是伯 仲仲 叔。叔。这就是由于空间位阻得影响所致。这就是由于空间位阻得影响所致。1 1、2 2 有机反应得分类有机反应得分类n2、先消除再加成、先消除再加成n当碳原子与一个容易带着一对键合电子脱当碳原子与一个容易带着一对键合电子脱落得基团相连接时落得基团相连接时,可发生单分子溶剂分可发生单分子溶剂分解反应解反应(SN1)。例如。例如n分子上若带有能够使碳正离子稳定化得取代基分子上若带有能够使碳正离子稳定化得取代基,则反应容易进行。对于卤烷而言则反应容易进行。对于卤烷而言,其活泼性其活泼性顺序就是叔顺序就是叔 仲仲 伯。伯。nSNSN1 1溶剂分解反应与溶剂分解反应与E E1 1消除反应也就是相互竞消除反应也就是相互竞争得争得,E,E1 1SNSN1 1之比与离去基团得性质无关之比与离去基团得性质无关,因因为二者之间得竞争发生在形成碳正离子以后。为二者之间得竞争发生在形成碳正离子以后。例如例如1 1、2 2 有机反应得分类有机反应得分类n3、先加成再消除、先加成再消除n当不饱和化合物发生取代反应时当不饱和化合物发生取代反应时,一般要经过一般要经过先加成再消除两个阶段先加成再消除两个阶段,比较重要得反应有羰比较重要得反应有羰基上得亲核取代和在芳香碳原于上得亲核、基上得亲核取代和在芳香碳原于上得亲核、亲电与游离基取代。亲电与游离基取代。n(1)羰基上得亲核取代羰基上得亲核取代n羧酸衍生物中得羰基与吸电子基团相连接时羧酸衍生物中得羰基与吸电子基团相连接时,容易按加成容易按加成消除历程进行取代反应。例如消除历程进行取代反应。例如酰基衍生物得活泼顺序就是酰氯酰基衍生物得活泼顺序就是酰氯 酸酸酐酐 酯酯 酰胺。酰胺。1 1、2 2 有机反应得分类有机反应得分类n强酸对羧酸得酯化具有催化作用强酸对羧酸得酯化具有催化作用,其其原因在于可增加羰基碳原子得正电性原因在于可增加羰基碳原子得正电性。1 1、2 2 有机反应得分类有机反应得分类n(2)芳香碳上得亲核取代芳香碳上得亲核取代n卤苯本身发生亲核取代要求十分激烈得条件卤苯本身发生亲核取代要求十分激烈得条件,在在其邻、对位带有吸电子取代基时其邻、对位带有吸电子取代基时,反应容易很多。反应容易很多。n(3)芳香碳上得亲电取代芳香碳上得亲电取代n芳环与亲电试剂得反应按加成芳环与亲电试剂得反应按加成消除历程进行。消除历程进行。大多数情况下第一步就是速率控制步骤大多数情况下第一步就是速率控制步骤,如苯得硝如苯得硝化反应化反应;也有一些反应第二步脱质子就是速率控制也有一些反应第二步脱质子就是速率控制步骤步骤,如苯得磺化反应。如苯得磺化反应。1 1、2 2 有机反应得分类有机反应得分类n(4)芳香碳上得游离基取代芳香碳上得游离基取代n与亲核试剂和亲电试剂一样与亲核试剂和亲电试剂一样,游离基或原子与芳香化合游离基或原子与芳香化合物之间得反应也就是通过加成消除历程进行得。例如物之间得反应也就是通过加成消除历程进行得。例如n PhCOOOOCPh一一PhCO2n PhCO2一一Ph+CO2 由于在取代基得邻、对位发生取代时由于在取代基得邻、对位发生取代时,有利于中间游离基产物得离域有利于中间游离基产物得离域,因因此此,取代反应优先发生在邻位和对位。取代反应优先发生在邻位和对位。取代反应取代反应取代反应取代反应取代反应指与碳原子相连得原子或基团被另一取代反应指与碳原子相连得原子或基团被另一个原子或基团所替代得反应。个原子或基团所替代得反应。脂肪族亲核取代反应(SN)卤代烷中卤素卤代烷中卤素得电负性很强得电负性很强,因此因此,C-XC-X键得键得电子对偏向卤原子电子对偏向卤原子底物底物亲核试剂亲核试剂(进入基团进入基团)离去基团离去基团 单分子亲核取代反应单分子亲核取代反应(S(SN N1)1)叔丁基溴得水解叔丁基溴得水解:该反应得反应速度仅取决于叔丁基溴得浓度该反应得反应速度仅取决于叔丁基溴得浓度,而不受而不受OH-浓度得影响。浓度得影响。反应速度反应速度=k(CH3)3CBrSN1反应历程可用下式来表示反应历程可用下式来表示:卤代烷首先离解为正碳离子与卤代烷首先离解为正碳离子与带负电荷得离去基团带负电荷得离去基团,而离解而离解过程需要消耗能量过程需要消耗能量,就是控制反就是控制反应速度得步骤应速度得步骤,也就是速度最慢也就是速度最慢得步骤。得步骤。离解生成正碳离子离解生成正碳离子随后立即与亲核试随后立即与亲核试剂反应剂反应,而这一过而这一过程速度极快程速度极快。由于该亲核取代反应中控制反应速度得一步控制反应速度得一步控制反应速度得一步控制反应速度得一步就是单分子就是单分子就是单分子就是单分子,因此这种反应称为单分子亲核取代反应。S SN N1 1反应能量变化图反应能量变化图 :溴甲烷在碱性水溶液中得水解反应溴甲烷在碱性水溶液中得水解反应:双分子亲核取代反应双分子亲核取代反应(S(SN N2)2)溴甲烷在碱性水溶液中得水解反应速度取决于两个反应物得浓度溴甲烷在碱性水溶液中得水解反应速度取决于两个反应物得浓度,该反应得反应历程可认为卤代烷和羟基离子都参与了限速步骤。该反应得反应历程可认为卤代烷和羟基离子都参与了限速步骤。该反应就是一个同步该反应就是一个同步过程过程,亲核试剂从反亲核试剂从反应物离去基团得背面应物离去基团得背面向与她连接得碳原子向与她连接得碳原子进攻进攻,先与碳原子形先与碳原子形成较弱得键成较弱得键离去基团与碳原子得键有离去基团与碳原子得键有所减弱所减弱,两者与碳原子成两者与碳原子成直线形状直线形状,碳原子上另外碳原子上另外三个键逐渐由伞形转变成三个键逐渐由伞形转变成平面。平面。这一过程需要消耗能量这一过程需要消耗能量(即活即活化能化能),所以这一过程较慢所以这一过程较慢,就就是控制反应速度得步骤。是控制反应速度得步骤。S SN N2 2反应能量变化图反应能量变化图 :影响反应得因素在在S SN N1 1反应中反应中,与离去基团相连得碳原子背面得空间阻碍越大与离去基团相连得碳原子背面得空间阻碍越大,越不易越不易发生发生S SN N2 2反应反应,而越容易发生而越容易发生S SN N1 1反应。反应。在在S SN N1 1反应中反应中,亲核试剂得性质对反应速度没有影响。亲核试剂得性质对反应速度没有影响。S SN N2 2反应中亲核反应中亲核试剂得亲核性对反应速度影响显著。试剂得亲核性对反应速度影响显著。进入基团得碱性愈强进入基团得碱性愈强,其亲核性能力也愈强其亲核性能力也愈强。I-CN-OH-BrAcO-H2O离去基团得碱性愈弱离去基团得碱性愈弱,形成得负离子愈稳定形成得负离子愈稳定,愈容易被进入基团取愈容易被进入基团取代。按离去基团得碱性大小排列次序为代。按离去基团得碱性大小排列次序为:I-Br-Cl-I-Br-Cl-脂肪族亲电取代反应脂肪族亲电取代反应 脂肪族亲电取代反应最重要得离去基团就是外层缺少电子对而脂肪族亲电取代反应最重要得离去基团就是外层缺少电子对而能很好存在得离去基团。重要就是有氢作离去基团得反应能很好存在得离去基团。重要就是有氢作离去基团得反应,亲电取代亲电取代常在酸性较强得位置上发生常在酸性较强得位置上发生。SE2和SE1 SE2(前面进攻)构型保持 SE2(后面进攻)构型转化 SE1取代反应得得动力学就是一级得,包括两步:慢得离解和快得结合芳香族亲电取代反应 苯得一元亲电取代 芳环上得亲电取代反应历程:芳香环就是一个环状共轭体系芳香环就是一个环状共轭体系,电子云密度较高电子云密度较高,容易受到亲电试容易受到亲电试剂得进攻剂得进攻,发生亲电取代反应发生亲电取代反应。首先就是亲电试剂进攻芳环,生成-络合物离去基团变成正离子离开,离去基团在多数情况下为质子取代基得电子效应给电子诱导效应使芳环活化给电子诱导效应使芳环活化,吸电子诱导效应使芳吸电子诱导效应使芳环钝化。环钝化。诱诱导导效效应应就就是是由由邻邻键键得得极极化化而而引引起起得得某某个个键键得得极极化化。诱诱导效应对邻键得影响最大导效应对邻键得影响最大,随着键得远离影响迅速减弱。随着键得远离影响迅速减弱。芳芳环环上上得得取取代代基基使使电电子子云云向向芳芳环环偏偏移移,增增加加芳芳环环电电子子云云密密度度,增增强强碱碱性性,增增大大芳芳环环亲亲电电能能力力得得,这这类类取取代代基基具具有有给给电电子子诱诱导导效效应应;取取代代基基使使芳芳环环上上电电子子云云向向取取代代基基偏偏移移,从从而而降降低低芳芳环电子云密度环电子云密度,这类取代基具有吸电子诱导效应。这类取代基具有吸电子诱导效应。共轭效应就是由共轭体系内取代基引起得共轭体系得电共轭效应就是由共轭体系内取代基引起得共轭体系得电子云密度得变化子云密度得变化,因而对分子得电子云密度分布产生影响因而对分子得电子云密度分布产生影响。芳芳环环上上已已有有取取代代基基通通过过共共轭轭效效应应供供给给芳芳环环电电子子得得称称为为给给电电子子得得共共轭轭效应效应;移走芳环电子得称吸电子共轭效应。移走芳环电子得称吸电子共轭效应。给电子得共轭效应使芳环活化给电子得共轭效应使芳环活化,吸电子得共轭效应使芳环钝化吸电子得共轭效应使芳环钝化。超超共共轭轭效效应应就就是是当当取取代代基基为为烷烷基基时时,烷烷基基内内得得碳碳原原子子与与极极小小得得氢氢原原子子结结合合,对对于于电电子子云云屏屏蔽蔽得得作作用用很很小小,容容易易与与相相连连接接得得苯苯环环上上碳碳原原子子得得-电子共轭电子共轭,发生电子向芳环离域发生电子向芳环离域,使体系变得更稳定。使体系变得更稳定。超共轭效应一般就是给电子