第二章 精细有机合成基础(反应基础)

第二章

精细有机合成

的理论基础

取代反应

反应试剂的性质 反应物分子中 C-H键断裂方式

亲电取代 亲核取代 游离基取代

精细有机 合成反应

加成反应进行方式

加成的基本途径

亲电加成 亲核加成 游离基加成 环加成α-消除 β-消除 分子内重排 分子间重排

消除反应

被消除原子或原子团位臵

重排反应

发生重排原子(团)位臵

一、反应试剂的分类

二、亲电取代反应三、亲核取代反应 四、消除反应 五、自由基反应 六、加成反应 七、重排反应

一、反应试剂的分类反应过程(反应试剂的概念):进攻 反应试剂(进攻试剂) 离去基 有机物分子(基质) 产物

反应过程 中，有机物分子通常是在反应试剂的作 用下发生共价键断裂，然后与试剂形成新键。

反应试剂的分类：

亲电试剂

极性试剂反应试剂 自由基试剂 亲核试剂

1、极性试剂: 亲电试剂: 从基质上取走一对电子形成共价键的试剂 。 特点：电子云密度低，进攻分子的高电子云密度中心。 具亲电性能。 亲电试剂类型: a. 正离子：NO2+、NO+、R+、R-C+=O、ArN2+、R4N+等。b.含有可极化或已极化共价键的分子：Cl2 、Br2 、HF、 HCl、SO2、RCOCl、CO2等 c.含有可接受共用电子对的分子(未饱和价电子层原 子的分子):AlCl3、FeCl3、BF3等。 d. 酸类。 e. 卤代烷中的烷基：R-X 。

亲核试剂:提供给基质一对电子以形成共价键的试剂 。 特点：电子云密度高，进攻分子的低电子云密度中心， 具亲核性能。 亲核试剂类型: a.负离子：OH- 、RO- 、ArO- 、NaSO3- 、NaS- 、CN- 等。 b. 极 性 分 子 中 偶 极 的 负 端 ： NH3 、 RNH2 、 R’RNH 、 ArNH 和 NH2OH 等。 c.烯烃双键和芳环：CH2=CH2,C6H6等 。 d. 碱类。 e. 有机金属化合物中的烷基：RMgX、RC=CM 等。

2、自由基试剂:含有未成对单电子的自由基或是在一定条件下 可产生自由基的化合物称自由基试剂。如Cl2可产 生自由基Cl· 。

二、亲电取代反应亲电取代反应也称为正离子型取代反应。反应通式： R:—H + Z+ R:—H + Z—Y R—Z+H+ 或

R—Z+H—Y (R: 芳基或烷基)

虽然包括脂肪族和芳香族亲电取代，但应 用较多的是芳香族取代反应。 芳烃+亲电试剂 [络合物]亲电取代反应

取代产物

π-络合物 σ-络合物

1、反应历程

图2.1 苯亲电取代的能量变化图

2、苯环上已有取代基的定位规律两类定位基(已有取代基): 邻、对位定位基(第一类定位基):-O-,-N(CH3)2,-NH2,-OH,-OCH3,-NHCOCH3,-OCOCH3, -F,-Cl,-Br,-I,-CH3,-CH2Cl,-CH2COOH,-CH2F等。

间位定位基(第二类定位基):-N+(CH3)3,-CF3,-NO2,-CN,-SO3H,-COOH,-CHO, -COOCH3,-COCH3,-CONH2,-N+H3,-CCl3等。

3、苯环上取代定位规律 (1

) 已有取代基的电子效应诱导效应(I):由电负性大小决定。 -I:吸电子 +I:供电子 共轭效应(T):包括π-π共轭和p-π共轭。 -T:吸电子

+T:供电子

用共振结构来解释：苯一取代物再发生亲电取代可 以生成邻、对和间位三种σ配合物，每一种配合物都 可以看作是三种共振结构杂化的结果。Z H Z H E + Z + H E

邻位取代+

E

Z

Z +

Z

对位取代+ HZ

+ HZ

E

EZ + H

H

E

间位取代

+ H E +

H E

E

在邻、对位配合物中，亲电取代的结果，都有一个共振 结构，其正电荷集中在同已有取代基Z相连的碳原子上，同 Z相连的碳原子上具有部分正电荷。在间位配合物中，三个 共振结构在同Z相连的碳原子上都没有正电荷集中。因此在 其杂化结构中，同Z相连的碳原子上没有部分正电荷。当Z具有正诱导效应+I(即给电子效应),邻位和对位 的配合物更容易使正电荷分散到Z上，从而使配合物更稳定。 (对间位的配合物，Z对苯环正电荷的分散作用要比邻、对 位配合物小)。如果Z具有负的诱导效应-I(即吸电子效 应),则与之相反，使苯环上电子云密度降低，使苯环钝化， 且是间位定位。诱导效应的影响随距离的增加而减弱。 当Z和苯环之间有共轭效应时，共轭效应有时与诱导效应的 方向一致，有时相反，一般情况下共轭效应起主导作用。

苯环上取代基的分类(Ⅰ)只有正的诱导效应(+I),如烷基，使苯环活 化，且是邻、对位定位基。其中甲基还具有超共轭效 应，其活化作用大于其它烷基。 (Ⅱ)取代基中同苯环相连的原子具有未共用电子对， 如 -O-、-N(CH3)2、-NH2、-OH、-OCH3、-NHCOCH3、 -OCOCH3 、-F、-Cl、-Br、-I等。其未共用电子对和 苯环形成正的共轭效应(+T),属邻、对位定位基。 除共轭效应外，且均有诱导效应。其中氨基和羟基， 其(+T)>(-I),故使苯环活化。对于卤素，(+T)<(-I),故 使苯环稍稍钝化(属邻、对位定位基的原因在于动态因 素在定位上起更重要的作用)。