精細(xì)有機(jī)合成02第二章精細(xì)有機(jī)合成的理論與技術(shù)基礎(chǔ).ppt

1、第二章 精細(xì)有機(jī)合成的理論與技術(shù)基礎(chǔ),復(fù)習(xí): p軌道、CH 鍵、CC 鍵、元素周期表和電負(fù)性概念,原子的電負(fù)性：指原子吸收電子的能力。鮑林指定氟原子的電負(fù)性為4.0，其它原子與其比較計(jì)算得電負(fù)性值，是相對值，無單位。,第一節(jié) 精細(xì)有機(jī)合成基礎(chǔ)理論知識,電子效應(yīng)和空間效應(yīng),誘導(dǎo)效應(yīng) 有機(jī)物分子中相互連接的不同原子間由于原子各自的電負(fù)性不同而引起的連接鍵內(nèi)電子云偏移的現(xiàn)象，以及原子或分子受外電場作用而引起的電子云轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。通常用I表示。,靜態(tài)誘導(dǎo)效應(yīng) 由于分子內(nèi)成鍵原子的電負(fù)性不同所引起的電子云沿鍵鏈按一定方向移動的效應(yīng)，或者說鍵的極性通過鍵鏈依次傳遞的效應(yīng)。,箭頭表示電子云的偏移方向,誘導(dǎo)效應(yīng)的

2、方向通常是以C-H鍵作為基準(zhǔn)的，根據(jù)原子或原子團(tuán)比氫的電負(fù)性大小引起的靜態(tài)誘導(dǎo)效應(yīng)分為吸電靜態(tài)誘導(dǎo)效應(yīng)（-IS）和供電靜態(tài)誘導(dǎo)效應(yīng)（+IS）。,誘導(dǎo)效應(yīng)沿鍵鏈的傳遞是以靜電誘導(dǎo)的方式進(jìn)行的，只涉及電子云分布狀況改變和鍵的極性的改變，一般不引起整個電荷的轉(zhuǎn)移、價態(tài)的變化。, 在鍵鏈中通過靜電誘導(dǎo)傳遞的誘導(dǎo)效應(yīng)受屏蔽效應(yīng)的影響是明顯的，誘導(dǎo)效應(yīng)隨著距離的增加，變化非常迅速。,由于氯原子的吸電誘導(dǎo)效應(yīng)的依次傳遞，促進(jìn)了質(zhì)子的離解，增強(qiáng)的該酸的酸性。,動態(tài)誘導(dǎo)效應(yīng) 當(dāng)進(jìn)攻試劑接近底物時，因外界電場的影響也會使共價鍵上電子云發(fā)生改變，鍵的極性發(fā)生變化，這種變化用Id表示。,Id和Is作用方向一致時，將有

3、助于化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。 Id和Is的作用方向不一致時， Id往往起主導(dǎo)作用。, Id: -I-Br-Cl-F -CR3-NR2-OR-F -O-OR,共軛效應(yīng),在單雙鍵交替排列的體系中或具有未共用電子對的原子與雙鍵直接相連的體系中，p軌道與軌道間存在著相互的作用和影響，每個成鍵原子不僅受到成鍵原子的原子核的作用，而且也受到其他原子核的作用，因而分子能量降低，體系趨于穩(wěn)定。這種現(xiàn)象稱為離域鍵，含有這樣一些離域鍵的體系通稱為共軛體系，共軛體系中原子間的相互影響的電子效應(yīng)稱為共軛效應(yīng)。,空間效應(yīng) 是由分子中各原子或基團(tuán)的空間適配性，或反應(yīng)分子間的各原子或基團(tuán)的空間適配性所引起的一種形體效應(yīng),空間效應(yīng)的

4、強(qiáng)弱取決于相關(guān)原子或基團(tuán)的大小和形狀。,空間位阻一般指體積龐大的取代基直接影響化合物反應(yīng)活性部位的顯露，阻礙反應(yīng)試劑對反應(yīng)中心的有效進(jìn)攻。,空間位阻也可以指進(jìn)攻試劑的龐大體積影響其有效進(jìn)入反應(yīng)位置。,空間位阻是最常見的一種空間效應(yīng)。,有機(jī)反應(yīng)試劑,共價鍵斷裂的方式不同,例：氯氣分子在不同條件下,第二節(jié) 精細(xì)有機(jī)合成反應(yīng)基礎(chǔ)知識,取代反應(yīng) 取代反應(yīng)指與碳原子相連的原子或基團(tuán)被另一個原子或基團(tuán)所替代的反應(yīng)。,脂肪族親核取代反應(yīng)（SN）,鹵代烷中鹵素 的電負(fù)性很強(qiáng)， 因此，C-X鍵的 電子對偏向鹵原子,底物,親核試劑（進(jìn)入基團(tuán)）,離去基團(tuán),單分子親核取代反應(yīng)(SN1),叔丁基溴的水解:,該反應(yīng)的反應(yīng)

5、速度僅取決于叔丁基溴的濃度，而不受OH-濃度的影響。 反應(yīng)速度=k(CH3)3CBr,SN1反應(yīng)歷程可用下式來表示：,鹵代烷首先離解為正碳離子與 帶負(fù)電荷的離去基團(tuán)，而離解 過程需要消耗能量，是控制反 應(yīng)速度的步驟，也是速度最慢 的步驟。,離解生成正碳離子隨后立即與親核試劑反應(yīng)，而這一過程速度極快。,由于該親核取代反應(yīng)中控制反應(yīng)速度的一步是單分子，因此這種反應(yīng)稱為單分子親核取代反應(yīng)。,SN1反應(yīng)能量變化圖 :,溴甲烷在堿性水溶液中的水解反應(yīng):,雙分子親核取代反應(yīng)(SN2),溴甲烷在堿性水溶液中的水解反應(yīng)速度取決于兩個反應(yīng)物的濃度，該反應(yīng)的反應(yīng)歷程可認(rèn)為鹵代烷和羥基離子都參與了限速步驟。,該反應(yīng)

6、是一個同步過程，親核試劑從反應(yīng)物離去基團(tuán)的背面向與它連接的碳原子進(jìn)攻，先與碳原子形成較弱的鍵,離去基團(tuán)與碳原子的鍵有所減弱，兩者與碳原子成直線形狀，碳原子上另外三個鍵逐漸由傘形轉(zhuǎn)變成平面。,這一過程需要消耗能量(即活化能)，所以這一過程較慢，是控制反應(yīng)速度的步驟。,SN2反應(yīng)能量變化圖 :,影響反應(yīng)的因素,在SN1反應(yīng)中，與離去基團(tuán)相連的碳原子背面的空間阻礙越大，越不易發(fā)生SN2反應(yīng)，而越容易發(fā)生SN1反應(yīng)。,在SN1反應(yīng)中，親核試劑的性質(zhì)對反應(yīng)速度沒有影響。SN2反應(yīng)中親核試劑的親核性對反應(yīng)速度影響顯著。,進(jìn)入基團(tuán)的堿性愈強(qiáng),其親核性能力也愈強(qiáng)。,I-CN-OH-Br AcO-H2O,離去基

7、團(tuán)的堿性愈弱，形成的負(fù)離子愈穩(wěn)定，愈容易被進(jìn)入基團(tuán)取代。按離去基團(tuán)的堿性大小排列次序?yàn)椋篒-Br-Cl-,脂肪族親電取代反應(yīng),脂肪族親電取代反應(yīng)最重要的離去基團(tuán)是外層缺少電子對而能很好存在的離去基團(tuán)。重要是有氫作離去基團(tuán)的反應(yīng)，親電取代常在酸性較強(qiáng)的位置上發(fā)生。, SE2和SEi,SE2(前面進(jìn)攻) 構(gòu)型保持,SE2(后面進(jìn)攻) 構(gòu)型轉(zhuǎn)化, SE1,取代反應(yīng)的的動力學(xué)是一級的，包括兩步：慢的離解和快的結(jié)合,芳香族親電取代反應(yīng),苯的一元親電取代,芳環(huán)上的親電取代反應(yīng)歷程:,芳香環(huán)是一個環(huán)狀共軛體系，電子云密度較高，容易受到親電試劑的進(jìn)攻，發(fā)生親電取代反應(yīng)。,首先是親電試劑進(jìn)攻芳環(huán)，生成-絡(luò)合物,

8、離去基團(tuán)變成正離子離開，離去基團(tuán)在多數(shù)情況下為質(zhì)子,取代基的電子效應(yīng), 給電子誘導(dǎo)效應(yīng)使芳環(huán)活化，吸電子誘導(dǎo)效應(yīng)使芳環(huán)鈍化。,誘導(dǎo)效應(yīng)是由鄰鍵的極化而引起的某個鍵的極化。誘導(dǎo)效應(yīng)對鄰鍵的影響最大，隨著鍵的遠(yuǎn)離影響迅速減弱。,芳環(huán)上的取代基使電子云向芳環(huán)偏移，增加芳環(huán)電子云密度，增強(qiáng)堿性，增大芳環(huán)親電能力的，這類取代基具有給電子誘導(dǎo)效應(yīng);取代基使芳環(huán)上電子云向取代基偏移，從而降低芳環(huán)電子云密度，這類取代基具有吸電子誘導(dǎo)效應(yīng)。,共軛效應(yīng)是由共軛體系內(nèi)取代基引起的共軛體系的電子云密度的變化，因而對分子的電子云密度分布產(chǎn)生影響。,芳環(huán)上已有取代基通過共軛效應(yīng)供給芳環(huán)電子的稱為給電子的共軛效應(yīng)；移走芳環(huán)

9、電子的稱吸電子共軛效應(yīng)。,給電子的共軛效應(yīng)使芳環(huán)活化，吸電子的共軛效應(yīng)使芳環(huán)鈍化。,超共軛效應(yīng)是當(dāng)取代基為烷基時，烷基內(nèi)的碳原子與極小的氫原子結(jié)合，對于電子云屏蔽的作用很小，容易與相連接的苯環(huán)上碳原子的-電子共軛，發(fā)生電子向芳環(huán)離域，使體系變得更穩(wěn)定。,超共軛效應(yīng)一般是給電子的，而且超共軛效應(yīng)的影響較共軛效應(yīng)小得多。,取代基種類和性質(zhì),凡是活化基常使新取代基進(jìn)入它的鄰、對位；凡是鈍化基使新取代基進(jìn)入它的間位。,取代基的實(shí)質(zhì)是個反應(yīng)速度的問題。,根據(jù)取代基的定位作用將取代基分為兩類：具有鄰、對位定位作用的取代基稱為第一類定位基；具有間位定位作用的取代基稱為間位定基。,苯環(huán)上的定位規(guī)律,苯環(huán)上已有

10、取代基的定位效應(yīng)具有加和性。,當(dāng)苯環(huán)上已有兩個取代基對新取代基的定位效應(yīng) 不一致時，新取代基進(jìn)入芳環(huán)的位置取決于已有取代基 定位效應(yīng)的強(qiáng)弱。通?；罨亩ㄎ恍?yīng)高于鈍化基。,活化基強(qiáng)弱順序：O-NH2NR2OHOCH3、NHCOCH3CH3X 鈍化基強(qiáng)弱順序：(CH3)3+NO2CNSO3HCHOCOCH3COOH,新取代基一般不進(jìn)入1，3-二取代基的2位。,萘環(huán)上的定位規(guī)律,親電取代優(yōu)先進(jìn)攻位。,若萘環(huán)上的位已有一個鄰、對位取代基，則新取代基進(jìn)入它的同環(huán)的另一位。,若萘環(huán)上的位已有間位取代基，則新取代基進(jìn)入它的異環(huán)的另一位。,若萘環(huán)上的位已有一個鄰、對位取代基，則新取代基進(jìn)入它的同環(huán)的與之相

11、鄰的位。,自由基反應(yīng),自由基反應(yīng)歷程通常包括鏈引發(fā)、鏈增長和鏈終止三個步驟。,鏈的引發(fā)過程就是生成活潑自由基的過程，自由基反應(yīng)必須要首先產(chǎn)生一定數(shù)量的自由基。,含有較弱鍵能的化合物及易于分解的偶氮化合物或過氧羧酸酯在一定溫度下能發(fā)生熱解生成自由基。,此法產(chǎn)生自由 基的最適宜 的溫度是 50100C,氧化還原反應(yīng),采用適當(dāng)波長的可見光或紫外光就能使有機(jī)化合物生成自由基。,光解能在任何溫度下進(jìn)行，特別適用于在較低溫度下不易或根本不能裂解的共價鍵；二是能通過調(diào)節(jié)光的照射強(qiáng)度和吸收物種的濃度來控制生成自由基的速度。,Cl2 2Cl,鏈增長與鏈終止,鏈終止兩個自由基間進(jìn)行偶聯(lián)反應(yīng)或歧化反應(yīng)，生成非自由基產(chǎn)物 。, 偶聯(lián)終止是指兩個自由基的化合導(dǎo)致生成新鍵，成為二聚物。,歧化終止是指發(fā)生在-氫原子由一個自由基轉(zhuǎn)移到另一個自由基的過程。,第三節(jié) 精細(xì)有機(jī)合成技術(shù),相轉(zhuǎn)移催化技術(shù),當(dāng)反應(yīng)體系是非均相體系時，處于不同相的反應(yīng)物之間彼此不能接觸，若在反應(yīng)體系中加入相轉(zhuǎn)移催化劑（PTC），則會使兩反應(yīng)物轉(zhuǎn)移到同一相中，便可使反應(yīng)順利進(jìn)行。,酶催化技術(shù),酶是由生物細(xì)胞產(chǎn)生的以蛋白質(zhì)為主要成分的高效生物催化劑。用酶作催化劑所進(jìn)行的反應(yīng)，具有催化效率高、反應(yīng)速率快、立體選擇性好、反應(yīng)條