高等有機(jī)化學(xué)——反響機(jī)理

1、高等有機(jī)化學(xué)反響機(jī)理路路 徑徑 依依 賴賴馬屁股決定航天飛機(jī)助推器的寬度；馬屁股決定航天飛機(jī)助推器的寬度；道格拉斯道格拉斯.若思的偉大發(fā)現(xiàn)（若思的偉大發(fā)現(xiàn)（1993年諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)）；年諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)）；自我強(qiáng)化和鎖定效應(yīng)；自我強(qiáng)化和鎖定效應(yīng)；可怕的沉沒成本；可怕的沉沒成本；纏在你身上的鐵鏈；纏在你身上的鐵鏈；播種行為，收獲習(xí)慣；播種習(xí)慣，收獲性格；播種性格，播種行為，收獲習(xí)慣；播種習(xí)慣，收獲性格；播種性格，收獲命運(yùn)。收獲命運(yùn)。男怕入錯(cuò)行，女怕嫁錯(cuò)郎；男怕入錯(cuò)行，女怕嫁錯(cuò)郎；做正確的事比正確的做事更重要；做正確的事比正確的做事更重要；知錯(cuò)就改，善莫大焉。知錯(cuò)就改，善莫大焉。第二章第二章 極性反

2、應(yīng)的基礎(chǔ)知識(shí)極性反應(yīng)的基礎(chǔ)知識(shí)親核試劑是具有能量較高的電子的化合物，能夠形成新親核試劑是具有能量較高的電子的化合物，能夠形成新的化合鍵。的化合鍵。具有親核性的原子可以是中性的，也可以帶有負(fù)電荷。具有親核性的原子可以是中性的，也可以帶有負(fù)電荷。極性反應(yīng)極性反應(yīng)（Polar Reaction）在極性反應(yīng)中，親核試劑與親電試劑發(fā)生反應(yīng)。在極性反應(yīng)中，親核試劑與親電試劑發(fā)生反應(yīng)。大部分極性反應(yīng)是在酸性或堿性條件下進(jìn)行的。大部分極性反應(yīng)是在酸性或堿性條件下進(jìn)行的。 1. 1. 親核試劑親核試劑（Nucleophiles）親核試劑可以分為三種類型：親核試劑可以分為三種類型：n孤對(duì)電子親核試劑；孤對(duì)電子親核

3、試劑；n鍵親核試劑；鍵親核試劑；n鍵親核試劑。鍵親核試劑。親核試劑（親核試劑（Nucleophiles）孤對(duì)電孤對(duì)電子親核子親核試劑試劑孤對(duì)電子親核試劑孤對(duì)電子親核試劑鍵親核試劑鍵親核試劑鍵電子鍵電子親核試親核試劑劑鍵親核試劑鍵親核試劑鍵親核鍵親核試劑試劑區(qū)域選擇性區(qū)域選擇性親核性親核性. .在同族元素中，周期高的原子親核性大，堿性則降低。在同族元素中，周期高的原子親核性大，堿性則降低。親核性：親核性：I- Br- Cl- F-； RS- RO-大多數(shù)情況下，堿性增加則親核性增加。大多數(shù)情況下，堿性增加則親核性增加。堿性：堿性：I- Br- Cl- F-； RS- EtO-;親核性：親核性：t

4、-BuO- EtO-親核性親核性iii iii 負(fù)電荷的離域使堿性大大下降；相對(duì)而言，親核性則負(fù)電荷的離域使堿性大大下降；相對(duì)而言，親核性則只是部分下降只是部分下降iv. iv. 非質(zhì)子極性溶劑可以溶解陰離子，因此化合物的堿性非質(zhì)子極性溶劑可以溶解陰離子，因此化合物的堿性和親核性都會(huì)增加，但親核性增加得更多。和親核性都會(huì)增加，但親核性增加得更多。親核性親核性非親核性堿非親核性堿Meiers RuleOO-+親電試劑和離去基團(tuán)親電試劑和離去基團(tuán) （1 1）親電試劑）親電試劑 親電試劑含有能夠形成新的化合鍵的能量較低的空電子軌親電試劑含有能夠形成新的化合鍵的能量較低的空電子軌道。親電試劑可以是中性

5、的，也可以是電正性的。道。親電試劑可以是中性的，也可以是電正性的。親電試劑可以分為三種類型：親電試劑可以分為三種類型：n路易斯酸親電試劑；路易斯酸親電試劑；n鍵親電試劑；鍵親電試劑；n鍵親電試劑。鍵親電試劑。 . . 路易斯酸式親電性化合物含有價(jià)電子數(shù)不到路易斯酸式親電性化合物含有價(jià)電子數(shù)不到8 8的原子，的原子， 具有能量低的空軌道，通常是具有能量低的空軌道，通常是P P軌道。軌道。路易斯酸親電試劑路易斯酸親電試劑. 鍵親電試劑的親電原子滿足八偶體結(jié)構(gòu)，但是鍵親電試劑的親電原子滿足八偶體結(jié)構(gòu)，但是 鍵與一鍵與一個(gè)能接受孤對(duì)電子的原子或官能團(tuán)相連。個(gè)能接受孤對(duì)電子的原子或官能團(tuán)相連。 鍵親電試

6、劑通常鍵親電試劑通常含有含有C=OC=O，C=NC=N，CNCN。 C=CC=C，CCCC鍵與具有親電性的原子相連時(shí)具有親電性。鍵與具有親電性的原子相連時(shí)具有親電性。鍵親電試劑鍵親電試劑 . . 含有含有 鍵的親電化合物，具有鍵的親電化合物，具有E-XE-X結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。E E為親電性原子，為親電性原子，滿足八偶體結(jié)構(gòu)，因其與離去基團(tuán)滿足八偶體結(jié)構(gòu)，因其與離去基團(tuán)X X相連，導(dǎo)致相連，導(dǎo)致E E具有親電具有親電性。性。親電原子為親電原子為C原子原子鍵親電試劑鍵親電試劑親電原子為雜原子親電原子為雜原子離去基團(tuán)離去基團(tuán)離去基團(tuán)離去基團(tuán) 注意：離去基團(tuán)的注意：離去基團(tuán)的PKb一般是可以反映離去基團(tuán)的離

7、去能力的，但個(gè)別是例外的，如：一般是可以反映離去基團(tuán)的離去能力的，但個(gè)別是例外的，如：RCONR2可在強(qiáng)堿水溶液中水解?？稍趶?qiáng)堿水溶液中水解。 -NR2的的PKb為為35，根據(jù)規(guī)則此基團(tuán)的離去能力弱，但是它真正的離去基團(tuán)是，根據(jù)規(guī)則此基團(tuán)的離去能力弱，但是它真正的離去基團(tuán)是HNR2，PKb為為10.所以此化合物具有強(qiáng)的親電性。所以此化合物具有強(qiáng)的親電性。C=CC=C鍵既可以是親核性的也可以是親電性的，它的性質(zhì)取決于所連的官鍵既可以是親核性的也可以是親電性的，它的性質(zhì)取決于所連的官能團(tuán)的性質(zhì)。一般來說，能團(tuán)的性質(zhì)。一般來說，C=CC=C鍵連有親核性官能團(tuán)如鍵連有親核性官能團(tuán)如RORO，R R2

8、2NN，CHCH2 2MgBrMgBr時(shí)，這個(gè)烯烴或芳香化合物是親核性的；時(shí)，這個(gè)烯烴或芳香化合物是親核性的；C=CC=C鍵連有親電性鍵連有親電性官能團(tuán)如官能團(tuán)如COR, COCOR, CO2 2R R，CNCN，NONO2 2，CHCH2 2X X時(shí)，這個(gè)烯烴或芳香時(shí)，這個(gè)烯烴或芳香化合物是親電性的?；衔锸怯H電性的。獨(dú)特的獨(dú)特的C=C鍵（變色龍）鍵（變色龍）在此要注意兩條規(guī)則：在此要注意兩條規(guī)則：.在吸電子基團(tuán)的在吸電子基團(tuán)的 位的位的C C原子上具有親電性。不是原子上具有親電性。不是 位上的位上的C C原子。如：原子。如：.不要把正電荷與親電性混淆不要把正電荷與親電性混淆親電性的原子是親

9、電性的原子是C原子，不是原子，不是O原子。原子。CH2-OCH3CH2=OCH3+Me2N=CH2+Me2N-CH2+獨(dú)特的獨(dú)特的C=C鍵（變色龍）鍵（變色龍）酸性條件和堿性條件：酸性條件和堿性條件：pKa值值堿性條件下的反應(yīng)機(jī)理：堿性條件下的反應(yīng)機(jī)理：酸性條件和堿性條件：酸性條件和堿性條件：pKa值值酸性條件下的反應(yīng)機(jī)理：酸性條件下的反應(yīng)機(jī)理：酸性條件和堿性條件：酸性條件和堿性條件：pKa值值酸性條件和堿性條件：酸性條件和堿性條件：pKa值值第三章第三章堿性條件下的極性反應(yīng)堿性條件下的極性反應(yīng)C(sp3)-X鍵的取代反應(yīng)鍵的取代反應(yīng)C(sp3)-X鍵的消除反應(yīng)鍵的消除反應(yīng)SN2反應(yīng)機(jī)理的親核

10、取代反應(yīng)反應(yīng)機(jī)理的親核取代反應(yīng)SN2 和和SN2反應(yīng)機(jī)理的親核取代反應(yīng)反應(yīng)機(jī)理的親核取代反應(yīng)區(qū)分區(qū)分SN2與與SN2?反應(yīng)機(jī)制的關(guān)鍵在與，化學(xué)式中的雙鍵的位置有反應(yīng)機(jī)制的關(guān)鍵在與，化學(xué)式中的雙鍵的位置有沒有發(fā)生變化，沒有發(fā)生變化， SN2反應(yīng)機(jī)制雙鍵的位置不發(fā)生變化。反應(yīng)機(jī)制雙鍵的位置不發(fā)生變化。雜原子的雜原子的SN2反應(yīng)機(jī)理反應(yīng)機(jī)理SN2反應(yīng)機(jī)理中的特例反應(yīng)機(jī)理中的特例SN2反應(yīng)機(jī)理中的立體化學(xué)反應(yīng)機(jī)理中的立體化學(xué)消除反應(yīng)中的消除反應(yīng)中的E2反應(yīng)機(jī)理反應(yīng)機(jī)理E2反應(yīng)機(jī)理的立體化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的立體化學(xué)E2反應(yīng)機(jī)理的立體化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的立體化學(xué)C(sp2)-X的的E2消除反應(yīng)機(jī)理消除反應(yīng)機(jī)理練習(xí)練習(xí)

11、消除反應(yīng)中的消除反應(yīng)中的E2 反應(yīng)機(jī)理反應(yīng)機(jī)理E2消除反應(yīng)機(jī)理消除反應(yīng)機(jī)理消除反應(yīng)中的消除反應(yīng)中的E1cb反應(yīng)機(jī)理反應(yīng)機(jī)理E1cbE1cb反應(yīng)機(jī)理反應(yīng)機(jī)理（特點(diǎn)：兩步完成，第一步是堿進(jìn)攻酸性的（特點(diǎn)：兩步完成，第一步是堿進(jìn)攻酸性的H H原子，形成碳負(fù)離子。第二步是離去基團(tuán)原子，形成碳負(fù)離子。第二步是離去基團(tuán) 離去，形成新的離去，形成新的鍵。鍵。 ）（H H原子的酸性很強(qiáng)，而且離去基團(tuán)的離去性很弱時(shí)發(fā)生）原子的酸性很強(qiáng)，而且離去基團(tuán)的離去性很弱時(shí)發(fā)生）消除反應(yīng)中的消除反應(yīng)中的E1cb反應(yīng)機(jī)理反應(yīng)機(jī)理消除反應(yīng)或取代反應(yīng)的預(yù)測(cè)消除反應(yīng)或取代反應(yīng)的預(yù)測(cè)在在C(spC(sp3 3)-X)-X化合物的反應(yīng)

12、中，以消除反應(yīng)或取代反應(yīng)進(jìn)行主要取決于兩化合物的反應(yīng)中，以消除反應(yīng)或取代反應(yīng)進(jìn)行主要取決于兩個(gè)最主要因素：第一，親核試劑的親核性的強(qiáng)弱和含有孤對(duì)電子的化個(gè)最主要因素：第一，親核試劑的親核性的強(qiáng)弱和含有孤對(duì)電子的化合物的堿性的強(qiáng)弱。第二，反應(yīng)底物是否合物的堿性的強(qiáng)弱。第二，反應(yīng)底物是否MeMe、BnBn或是伯碳，仲碳，叔或是伯碳，仲碳，叔碳鹵代烷烴。碳鹵代烷烴。親核性和堿性親核性和堿性1. 親核性強(qiáng)親核性強(qiáng)，堿性弱堿性弱的基團(tuán)的基團(tuán), 如：如：Br-, I-, R2S, RS, R3P, CN-, 丙二酸酯負(fù)離丙二酸酯負(fù)離子等基團(tuán)。子等基團(tuán)。2. 親核性強(qiáng)親核性強(qiáng)，堿性強(qiáng)堿性強(qiáng)的基團(tuán)，如：的基團(tuán)

13、，如：RO-, R2N-, RCC-, Cl-。3. 親核性弱親核性弱，堿性強(qiáng)堿性強(qiáng)的基團(tuán)，如：的基團(tuán)，如：t-BuO, i-Pr2NLi (LDA), (Me3Si)2NK (KHMDS), i-Pr2NEt，DBU, DBN, TMG.親核加成反應(yīng)親核加成反應(yīng) 羰基化合物上的加成反應(yīng)羰基化合物上的加成反應(yīng) 羰基化合物有兩個(gè)主要的共振結(jié)構(gòu)式，羰基化合物有兩個(gè)主要的共振結(jié)構(gòu)式，R2C=O R2C+-O-, 從第二個(gè)共振結(jié)構(gòu)式從第二個(gè)共振結(jié)構(gòu)式中，可以看出碳原子帶有正電性，很容易發(fā)生羰基上親核加成反應(yīng)。中，可以看出碳原子帶有正電性，很容易發(fā)生羰基上親核加成反應(yīng)。 羰基化合物的羰基化合物的位上的氫

14、有一定的弱酸性，在堿性條件下可被奪去，形成碳負(fù)離子。位上的氫有一定的弱酸性，在堿性條件下可被奪去，形成碳負(fù)離子。O=CR-CR2 -O-CR=CR2 碳負(fù)離子是一個(gè)很好的親核試劑。碳負(fù)離子是一個(gè)很好的親核試劑。 CCHRO堿進(jìn)攻酸性的堿進(jìn)攻酸性的-氫氫 親核試劑進(jìn)攻缺電子的碳親核試劑進(jìn)攻缺電子的碳 酸和親電試劑進(jìn)攻富電子的氧酸和親電試劑進(jìn)攻富電子的氧 羰基化合物的熱力學(xué)穩(wěn)定性與共振結(jié)構(gòu)式羰基化合物的熱力學(xué)穩(wěn)定性與共振結(jié)構(gòu)式R2C+-O-的穩(wěn)定性有直接的的穩(wěn)定性有直接的關(guān)系，羰基化合物的熱力學(xué)穩(wěn)定性順序：關(guān)系，羰基化合物的熱力學(xué)穩(wěn)定性順序：RCOCl RCO2COR RCHO R2CO RCO2

15、R RCONR2 ROCO2R ROCONR2 R2NCONR2 RCO2-。羰基化合物的熱力學(xué)穩(wěn)定性順序羰基化合物的熱力學(xué)穩(wěn)定性順序羰基上的加成反應(yīng)羰基上的加成反應(yīng)（CeCl3能促進(jìn)羰基上的加成反應(yīng)）能促進(jìn)羰基上的加成反應(yīng)）羰基加成反應(yīng)的立體化學(xué)羰基加成反應(yīng)的立體化學(xué)羰基化合物與含氮親核試劑的加成反應(yīng)羰基化合物與含氮親核試劑的加成反應(yīng) 醛、酮與可以與胺發(fā)生加成反應(yīng)，也可以和胺的衍生物（羥氨、肼、苯肼）發(fā)醛、酮與可以與胺發(fā)生加成反應(yīng)，也可以和胺的衍生物（羥氨、肼、苯肼）發(fā)生反應(yīng)。與一級(jí)胺反應(yīng)，氮上還有氫，加成物失去一份子水，變?yōu)閬啺贩Q為西佛生反應(yīng)。與一級(jí)胺反應(yīng)，氮上還有氫，加成物失去一份子水，

16、變?yōu)閬啺贩Q為西佛堿。亞胺在稀酸中水解，可得回原來的羰基化合物及其胺，因此可以用來保護(hù)羰堿。亞胺在稀酸中水解，可得回原來的羰基化合物及其胺，因此可以用來保護(hù)羰基化合物。反應(yīng)過程如下：基化合物。反應(yīng)過程如下：二級(jí)胺與羰基化合物反應(yīng)，可以生成烯胺。二級(jí)胺與羰基化合物反應(yīng)，可以生成烯胺。反應(yīng)歷程如下：反應(yīng)歷程如下：二級(jí)胺與羰基化合物反應(yīng)二級(jí)胺與羰基化合物反應(yīng)一分子醛或酮，在堿的作用下，形成碳負(fù)離子，此碳負(fù)離子與另一分子醛一分子醛或酮，在堿的作用下，形成碳負(fù)離子，此碳負(fù)離子與另一分子醛或酮的羰基發(fā)生親核加成反應(yīng)?；蛲聂驶l(fā)生親核加成反應(yīng)。反應(yīng)歷程如下：反應(yīng)歷程如下：羥醛縮合反應(yīng)（羥醛縮合反應(yīng)（Aldo

17、l reaction）羥醛縮合反應(yīng)（羥醛縮合反應(yīng)（Aldol reaction）Aldol reaction的立體化學(xué)的立體化學(xué)Aldol reaction的立體化學(xué)的立體化學(xué)練習(xí)練習(xí)（安息香縮合反應(yīng)）（安息香縮合反應(yīng)） Retro-aldol 反應(yīng)反應(yīng)Knoevenagel 縮合反應(yīng)縮合反應(yīng)（E1cb消除）消除）Knoevenagel 縮合反應(yīng)縮合反應(yīng)共軛加成反應(yīng)共軛加成反應(yīng)Michael 加成反應(yīng)加成反應(yīng)Robinson annulationRobinson annulation第一步（第一步（ Michael 加成反應(yīng)）加成反應(yīng)）Robinson annulation第二步（第二步（ A

18、ldol 加成反應(yīng)）加成反應(yīng)）Robinson annulation第三步（第三步（ 脫水反應(yīng)）脫水反應(yīng)）思考題思考題C(sp2）-X上的親核取代反應(yīng)上的親核取代反應(yīng) 羰基碳上的取代反應(yīng)羰基碳上的取代反應(yīng) 許多羰基化合物（如：酯、酰氯、酰胺、酸酐）里，羰基連有離去基團(tuán)，許多羰基化合物（如：酯、酰氯、酰胺、酸酐）里，羰基連有離去基團(tuán)，羰基碳上帶有一定的正電性，有利于親核試劑的進(jìn)攻，發(fā)生親核取代反應(yīng)。羰基碳上帶有一定的正電性，有利于親核試劑的進(jìn)攻，發(fā)生親核取代反應(yīng)。是加成是加成- -消除反應(yīng)機(jī)理，不是消除反應(yīng)機(jī)理，不是SN2SN2反應(yīng)機(jī)理。反應(yīng)機(jī)理。 酯與胺反應(yīng)生成酰胺酯與胺反應(yīng)生成酰胺羰基化合物在進(jìn)行親核取代反應(yīng)中除了會(huì)發(fā)生加成羰基化合物在進(jìn)行親核取代反應(yīng)中除了會(huì)發(fā)生加成- -消除反應(yīng)機(jī)理之外，消除反應(yīng)機(jī)理之外，酰氯和