高等有机化学——反应机理3.pptx

80/20法则法则经济学家的神奇发现；经济学家的神奇发现；神秘的不平衡；神秘的不平衡；经济有效的思维工具；经济有效的思维工具；抓住关键的少数；抓住关键的少数；精力应放在关键问题上；精力应放在关键问题上；时间管理的革命时间管理的革命认识的人中，多半是泛泛之交；认识的人中，多半是泛泛之交；发现自己的优势；发现自己的优势；找到人生中关键的事情。找到人生中关键的事情。亲亲核核试试剂剂是是具具有有能能量量较较高高的的电电子子的的化化合合物物，能能够够形形成成新新的化合键。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。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。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。大部分极性反应是在酸性或碱性条件下进行的。1.1.亲核试剂亲核试剂（Nucleophiles）亲核试剂可以分为三种类型：亲核试剂可以分为三种类型：n孤对电子亲核试剂；孤对电子亲核试剂；n键亲核试剂；键亲核试剂；n键亲核试剂。键亲核试剂。亲核试剂（亲核试剂（Nucleophiles）孤对电孤对电子亲核子亲核试剂试剂孤对电子亲核试剂孤对电子亲核试剂键亲核试剂键亲核试剂键电子键电子亲核试亲核试剂剂键亲核试剂键亲核试剂键亲核键亲核试剂试剂区域选择性区域选择性亲核性亲核性.在同族元素中，周期高的原子亲核性大，碱性则降低。在同族元素中，周期高的原子亲核性大，碱性则降低。亲核性：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。大多数情况下，碱性增加则亲核性增加。碱性：碱性：I-Br-Cl-F-；RS-EtO-;亲核性：亲核性：t-BuO-EtO-亲核性亲核性iii iii 负电荷的离域使碱性大大下降；相对而言，亲核性则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只是部分下降iv.iv.非质子极性溶剂可以溶解阴离子，因此化合物的碱性和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。亲核性都会增加，但亲核性增加得更多。亲核性亲核性非亲核性碱非亲核性碱Meiers Rule亲电试剂和离去基团亲电试剂和离去基团 （1 1）亲电试剂）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。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：亲电试剂可以分为三种类型：n路易斯酸亲电试剂；路易斯酸亲电试剂；n键亲电试剂；键亲电试剂；n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路易斯酸式亲电性化合物含有价电子数不到8 8的原子，的原子，具有能量低的空轨道，通常是具有能量低的空轨道，通常是P P轨道。轨道。路易斯酸亲电试剂路易斯酸亲电试剂.键亲电试剂的亲电原子满足八偶体结构，但是键亲电试剂的亲电原子满足八偶体结构，但是 键与一键与一个能接受孤对电子的原子或官能团相连。个能接受孤对电子的原子或官能团相连。键亲电试剂通常键亲电试剂通常含有含有C=OC=O，C=NC=N，CNCN。C=CC=C，CCCC键与具有亲电性的原子相连时具有亲电性。键与具有亲电性的原子相连时具有亲电性。键亲电试剂键亲电试剂 .含有含有 键的亲电化合物，具有键的亲电化合物，具有E-XE-X结构。结构。E E为亲电性原子，为亲电性原子，满足八偶体结构，因其与离去基团满足八偶体结构，因其与离去基团X X相连，导致相连，导致E E具有亲电具有亲电性。性。亲电原子为亲电原子为C原子原子键亲电试剂键亲电试剂亲电原子为杂原子亲电原子为杂原子离去基团离去基团离去基团离去基团 注意：离去基团的注意：离去基团的PKb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：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：RCONR2可在强碱水溶液中水解。可在强碱水溶液中水解。-NR2的的PKb为为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，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为为10.所以此化合物具有强的亲电性。所以此化合物具有强的亲电性。C=CC=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，能团的性质。一般来说，C=CC=C键连有亲核性官能团如键连有亲核性官能团如RORO，R R2 2NN，CHCH2 2MgBrMgBr时，这个烯烃或芳香化合物是亲核性的；时，这个烯烃或芳香化合物是亲核性的；C=CC=C键连有亲电性官键连有亲电性官能团如能团如COR,COCOR,CO2 2R R，CNCN，NONO2 2，CHCH2 2X X时，这个烯烃或芳香化时，这个烯烃或芳香化合物是亲电性的。合物是亲电性的。独特的独特的C=C键（变色龙）键（变色龙）在此要注意两条规则：在此要注意两条规则：.在吸电子基团的在吸电子基团的 位的位的C C原子上具有亲电性。不是原子上具有亲电性。不是 位上的位上的C C原子。如：原子。如：.不要把正电荷与亲电性混淆不要把正电荷与亲电性混淆亲电性的原子是亲电性的原子是C原子，不是原子，不是O原子。原子。CH2-OCH3CH2=OCH3+Me2N=CH2+Me2N-CH2+独特的独特的C=C键（变色龙）键（变色龙）酸性条件和碱性条件：酸性条件和碱性条件：pKa值值碱性条件下的反应机理：碱性条件下的反应机理：酸性条件和碱性条件：酸性条件和碱性条件：pKa值值酸性条件下的反应机理：酸性条件下的反应机理：酸性条件和碱性条件：酸性条件和碱性条件：pKa值值酸性条件和碱性条件：酸性条件和碱性条件：pKa值值第三章第三章碱性条件下的极性反应碱性条件下的极性反应C(sp3)-X键的取代反应键的取代反应C(sp3)-X键的消除反应键的消除反应SN2反应机理的亲核取代反应反应机理的亲核取代反应SN2 和和SN2反应机理的亲核取代反应反应机理的亲核取代反应区分区分SN2与与SN2反应机制的关键在与，化学式中的双键的位置有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，没有发生变化，SN2反应机制双键的位置不发生变化。反应机制双键的位置不发生变化。杂原子的杂原子的SN2反应机理反应机理SN2反应机理中的特例反应机理中的特例SN2反应机理中的立体化学反应机理中的立体化学消除反应中的消除反应中的E2反应机理反应机理E2反应机理的立体化学反应机理的立体化学E2反应机理的立体化学反应机理的立体化学C(sp2)-X的的E2消除反应机理消除反应机理练习练习消除反应中的消除反应中的E2 反应机理反应机理E2消除反应机理消除反应机理消除反应中的消除反应中的E1cb反应机理反应机理E1cbE1cb反应机理反应机理（特点：两步完成，第一步是碱进攻酸性的（特点：两步完成，第一步是碱进攻酸性的H H原子，形成碳负离子。第二步是离去基团原子，形成碳负离子。第二步是离去基团 离去，形成新的离去，形成新的键。键。）（H H原子的酸性很强，而且离去基团的离去性很弱时发生）原子的酸性很强，而且离去基团的离去性很弱时发生）消除反应中的消除反应中的E1cb反应机理反应机理消除反应或取代反应的预测消除反应或取代反应的预测在在C(spC(sp3 3)-X)-X化化合合物物的的反反应应中中，以以消消除除反反应应或或取取代代反反应应进进行行主主要要取取决决于于两两个个最最主主要要因因素素：第第一一，亲亲核核试试剂剂的的亲亲核核性性的的强强弱弱和和含含有有孤孤对对电电子子的的化化合合物物的的碱碱性性的的强强弱弱。第第二二，反反应应底底物物是是否否MeMe、BnBn或或是是伯伯碳碳，仲仲碳碳，叔叔碳碳卤卤代烷烃。代烷烃。亲核性和碱性亲核性和碱性1.亲核性强亲核性强，碱性弱碱性弱的基团的基团,如：如：Br-,I-,R2S,RS,R3P,CN-,丙二酸酯负离丙二酸酯负离子等基团。子等基团。2.亲核性强亲核性强，碱性强碱性强的基团，如：的基团，如：RO-,R2N-,RCC-,Cl-。3.亲核性弱亲核性弱，碱性强碱性强的基团，如：的基团，如：t-BuO,i-Pr2NLi(LDA),(Me3Si)2NK(KHMDS),i-Pr2NEt，DBU,DBN,TMG.亲核加成反应亲核加成反应 羰基化合物上的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，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。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。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-CR2 -O-CR=CR2 碳负离子是一个很好的亲核试剂。碳负离子是一个很好的亲核试剂。碱进攻酸性的碱进攻酸性的-氢氢 亲核试剂进攻缺电子的碳亲核试剂进攻缺电子的碳 酸和亲电试剂进攻富电子的氧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羰基化合物的热力学稳定性与共振结构式R2C+-O-的稳定性有直接的的稳定性有直接的关系，羰基化合物的热力学稳定性顺序：关系，羰基化合物的热力学稳定性顺序：RCOCl RCO2COR RCHO R2CO RCO2R RCONR2 ROCO2R ROCONR2 R2NCONR2 BrCl反应实例：反应实例：反应机理：反应机理：金属插入反应金属插入反应-消除反应（卡宾的生成与反应）消除反应（卡宾的生成与反应）在同一个碳原子上，消除两个原子或基团产生活泼中间体在同一个碳原子上，消除两个原子或基团产生活泼中间体“卡宾卡宾”的过程，的过程，称为称为-消除反应。消除反应。卡宾的碳原子最外层仅有六个电子，除与两个氯原子结合外，还剩下两个未成键电卡宾的碳原子最外层仅有六个电子，除与两个氯原子结合外，还剩下两个未成键电子。两个未成键电子有两种不同的结构，一种是两个未成键电子占据同一个轨道子。两个未成键电子有两种不同的结构，一种是两个未成键电子占据同一个轨道的单线态卡宾，另一种是两个未成键电子分别占据一个轨道的三线态卡宾。在此的单线态卡宾，另一种是两个未成键电子分别占据一个轨道的三线态卡宾。在此我们主要讲前一种卡宾。我们主要讲前一种卡宾。（1）卡宾的产生）卡宾的产生 例如，氯仿用强碱处理时，失去例如，氯仿用强碱处理时，失去HCl形成二氯卡宾。形成二氯卡宾。-消除反应消除反应卡宾体（卡宾体（Carbenoids）卡宾的反应卡宾的反应I、卡宾对、卡宾对C=C的加成的加成烯烃与卡宾可以得到环丙烷衍生物。烯烃与卡宾可以得到环丙烷衍生物。反应实例：反应实例：卡宾的反应卡宾的反应II、卡宾对、卡宾对C-H键键的插入反应的插入反应 反应机理：反应机理：卡宾的反应卡宾的反应卡宾的反应卡宾的反应III、卡宾与亲核试剂的反应、卡宾与亲核试剂的反应 卡宾的反应卡宾的反应IV、卡宾的、卡宾的1，2-迁移反应迁移反应 碱促进的重排反应碱促进的重排反应C-C迁移的重排反应迁移的重排反应Favorskii重排重排C-C迁移的重排反应迁移的重排反应Baeyer-Villiger 反应反应Swern 氧化反应氧化反应P402页多步反应机理：多步反应机理：Mitsunobu 反应反应 此反应使用此反应使用DEAD和和PPh3产生的亲核物种将醇进行产生的亲核物种将醇进行SN2转化的反应。转化的反应。P265页第四章第四章 酸性条件下的极性反应酸性条件下的极性反应碳正离子中间体碳正离子中间体碳正离子的稳定性碳正离子的稳定性孤对电子对碳正离子的稳定作用孤对电子对碳正离子的稳定作用C=C键对碳正离子的稳定作用键对碳正离子的稳定作用键对碳正离子的稳定作用键对碳正离子的稳定作用芳香性芳香性对碳正离子的稳定作用对碳正离子的稳定作用（可以买到）（可以买到）烯基、炔基、芳香基碳正离子都极不稳定烯基、炔基、芳香基碳正离子都极不稳定碳正离子的稳定作用碳正离子的稳定作用碳正离子的生成：质子化的作用碳正离子的生成：质子化的作用1、R3C-X R3C+X：碳正离子的生成：质子化的作用碳正离子的生成：质子化的作用2、C=X与酸反应生成碳正离子与酸反应生成碳正离子碳正离子的生成：质子化的作用碳正离子的生成：质子化的作用3、C=C 中的中的电子可以电子可以与具有路易斯酸性的亲电试剂反应生成碳正离子与具有路易斯酸性的亲电试剂反应生成碳正离子碳正离子的典型反应碳正离子的典型反应1、加成反应、加成反应碳正离子的典型反应碳正离子的典型反应碳正离子的典型反应碳正离子的典型反应2、消除反应、消除反应碳正离子的典型反应碳正离子的典型反应3、重排反应、重排反应（1，2-烷基迁移）烷基迁移）（1，2-负氢迁移）负氢迁移）碳正离子的重排反应碳正离子的重排反应碳正离子的碳正离子的1，5-负氢迁移负氢迁移碳正离子的碳正离子的1，2-迁移迁移1，2-迁移与离去基团的离去是迁移与离去基团的离去是协同作用协同作用Beckmann重排重排（教材（教材28页）页）