精細(xì)化學(xué)品合成原理-第2章-精細(xì)有機(jī)合成基礎(chǔ)1-1

12023/1/31復(fù)習(xí)－提問書P4習(xí)題1-1:各個(gè)化工原料主要來自哪種資源？（1）甲烷（2）CO（3）乙炔（4）乙烯（5）固態(tài)蠟（6）長(zhǎng)鏈脂肪酸（7）苯（8）萘22023/1/3132023/1/31一、極性試劑的分類

極性試劑是指那些能夠供給或接受一對(duì)電子以形成共價(jià)鍵的試劑。極性試劑：親電試劑和親核試劑。

42023/1/311親電試劑親電試劑是從基質(zhì)上取走一對(duì)電子形成共價(jià)鍵的試劑。這種試劑電子云密度較低，應(yīng)中進(jìn)攻其他分子的高電子云密度中心，具有親電性能，包括以下幾類：陽離子：NO2+、NO+、R+、R-C+=O、ArN2+、R4N+等；含有可極化和已經(jīng)極化共價(jià)鍵的分子：Cl2、Br2、HF、HCl、SO3、RCOCl、CO2等；含有可接受共用電子對(duì)的分子（未飽和價(jià)電子層原子的分子）：AlCl3、FeCl3、BF3等；羰基的雙鍵。氧化劑：Fe3+、O3、H2O2等。酸類。鹵代烷中的烷基：R-X。52023/1/312親核試劑把一對(duì)電子提供給基質(zhì)以形成共價(jià)鍵的試劑稱親電試劑。這種試劑具有較高的電子云密度，與其它分子作用時(shí)，將進(jìn)攻該分子的低電子云密度中心，具有親核性能，包括以下幾類：陰離子；0H－、RO－、ArO－、NaSO－、NaS－、CN－等。極性分子中偶極的負(fù)端：NH3、RNH2、RR`NH、ArNH和NH2OH等；烯烴雙鍵和芳環(huán)；CH2＝CH2，C6H6等還原劑：Fe2+、金屬等。堿類。有機(jī)金屬化合物中的烷基：RMgX等2023/1/316第2章

精細(xì)有機(jī)合成基礎(chǔ)72023/1/3182023/1/31此外還有：不飽和烴的催化氫化，共軛二烯的雙烯合成等92023/1/31102023/1/31112023/1/31122023/1/31132023/1/31142023/1/31本章教學(xué)基本內(nèi)容和要求教學(xué)重點(diǎn)：芳香族親電取代反應(yīng)及定位規(guī)律精細(xì)有機(jī)合成中的溶劑效應(yīng)1.芳香族親電取代的定位規(guī)律2.化學(xué)反應(yīng)的計(jì)量學(xué)3.化學(xué)反應(yīng)器4.精細(xì)有機(jī)合成中的溶劑效應(yīng)5.氣—固相接觸催化6.相轉(zhuǎn)移催化7.均相配位催化8.電解有機(jī)合成152023/1/312.1芳香族親電取代的定位規(guī)律162023/1/31一、反應(yīng)歷程以苯的一元親電取代為例，其反應(yīng)過程可表示如下：σ絡(luò)合物又叫惠蘭特中間體或碳正離子中間體K-1k1k2化學(xué)反應(yīng)所經(jīng)歷的途徑或過程，又稱反應(yīng)機(jī)理。172023/1/31圖2-1苯系親電取代的能量變化圖ΔE3182023/1/31二、苯的二元親電取代反應(yīng)1、概念

苯的二元親電取代是指一元取代苯再進(jìn)行第二次親電取代的反應(yīng)。在絕大多數(shù)情況下，反應(yīng)的結(jié)果是苯環(huán)上的另一個(gè)氫被取代成為二元取代苯。BAABABAB++192023/1/312、單環(huán)芳烴二元親電取代反應(yīng)的定位規(guī)律1、定位規(guī)律EAAEAEAE++①?zèng)Q定反應(yīng)的難易——以苯的相對(duì)反應(yīng)速率為標(biāo)準(zhǔn)，分為活化基和鈍化基②決定反應(yīng)的位置——以鄰對(duì)位產(chǎn)率60%為標(biāo)準(zhǔn)，分為鄰對(duì)位基和間位基理論平均值：40%40%20%定位基團(tuán)202023/1/31表2-1鄰、對(duì)位定位基和間位定位基定位效應(yīng)強(qiáng)度取代基電子效應(yīng)綜合性質(zhì)鄰、對(duì)位定位最強(qiáng)-O-給電子誘導(dǎo)效應(yīng)、給電子共軛效應(yīng)活化基強(qiáng)NR2、NHR、NH2、OH、OR吸電子誘導(dǎo)效應(yīng)小于給電子共軛效應(yīng)*給電子誘導(dǎo)效應(yīng)，給電子超共軛效應(yīng)中OCOR、NHCOR弱NHCHO、C6H5、CH3*、CR3*弱F、Cl、Br、I、CH2Cl、CH=CHCOOH、CH=CHNO2吸電子誘導(dǎo)效應(yīng)大于給電子共軛效應(yīng)間位定位強(qiáng)COR、CHO、COOR、CONH2、COOH，SO3H、CN、NO2、CF3**、CCl3**吸電子誘導(dǎo)效應(yīng)、吸電子共軛效應(yīng)**只有吸電子誘導(dǎo)效應(yīng)鈍化基最強(qiáng)NH3+、NR3+吸電子誘導(dǎo)效應(yīng)212023/1/31三、苯環(huán)上的已有取代基的定位規(guī)律及影響因素1、已有取代基的電子效應(yīng)誘導(dǎo)效應(yīng)(Inductiveeffect)

（I）：由電負(fù)性大小決定。共軛效應(yīng)（T）：包括π-π共軛和p-π共軛。＋I(xiàn):供電子-I:吸電子＋T:供電子-T:吸電子222023/1/31有+I，無T：如-C2H5，-CH3

（1）使σ-配合物穩(wěn)定，活化苯環(huán)；（2）使鄰、對(duì)位取代產(chǎn)物更穩(wěn)定；（3）為鄰、對(duì)位定位基。232023/1/31有-I，無T：如-N+(CH3)3、-CF3、-CCl3等（1）使σ-配合物均不穩(wěn)定，使苯環(huán)鈍化；（2）使鄰、對(duì)位取代產(chǎn)物更不穩(wěn)定；（3）為間位定位基。242023/1/31有-I，-T：如-NO2、-CN、-COOH、-CHO等（1）誘導(dǎo)效應(yīng)與共軛效應(yīng)作用一致；（2）則使苯環(huán)鈍化；（3）間位定位基。252023/1/31有+I，+T：如-O-、-CH3

（1）共軛效應(yīng)與誘導(dǎo)效應(yīng)作用一致；（2）則使苯環(huán)活化；（3）鄰、對(duì)位定位基。262023/1/31有-I，+T，且|-I|<|+T|：如-OH、-OCH3、-NH2、-N(CH3)2、-NHCOCH3等（1）誘導(dǎo)效應(yīng)與共軛效應(yīng)作用不一致，共軛效應(yīng)作用大于誘導(dǎo)效應(yīng)，使苯環(huán)活化；（2）使鄰、對(duì)位取代產(chǎn)物更穩(wěn)定；（3）鄰、對(duì)位定位基。

272023/1/31有-I，+T，且|-I|>|+T|：如-F,-Cl,-Br,-I等（1）總效果使苯環(huán)電子云密度降低；（2）使取代基鄰、對(duì)位電子云密度低于間位；（3）鄰、對(duì)位定位基。282023/1/31兩類定位基：鄰、對(duì)位定位基（第一類定位基）：

-O-,-N(CH3)2,-NH2,-OH,-OCH3,-NHCOCH3,-OCOCH3,-F,-Cl,-Br,-I,-CH3,-CH2Cl,-CH2COOH,-CH2F等。間位定位基（第二類定位基）：

-N+(CH3)3,-CF3,-NO2,-CN,-SO3H,-COOH,-CHO,-COOCH3,-COCH3,-CONH2,-N+H3,-CCl3等。292023/1/31練習(xí)1：指出下列物質(zhì)取代反應(yīng)的位置COCH3CH2CH3SO3H練習(xí)2：排出下列物質(zhì)取代反應(yīng)的難易順序⑥CH3BrNO2OHCHOH①②③④⑤302023/1/312、已有取代基的空間效應(yīng)已有取代基的空間效應(yīng)Ro/p-CH31.66-C2H50.90-CH(CH3)20.41-C(CH3)30.12(1)在極性效應(yīng)相差不大時(shí)，已有取代基體積越大，鄰位異構(gòu)產(chǎn)物的比例越小。

表一硝化（AcONO2,0℃)產(chǎn)物異構(gòu)體比例312023/1/31(2)當(dāng)極性效應(yīng)起主導(dǎo)作用時(shí)，結(jié)果可能相反。Xo/p-F0.15-Cl0.55-Br0.77-I0.83

表一硝化（HNO3,67.5%H2SO4,25℃)產(chǎn)物異構(gòu)體比例322023/1/313、親電試劑的活潑性（電子效應(yīng)）親電試劑的活潑性越高，親電取代反應(yīng)速度越快，反應(yīng)的選擇性越低。親電試劑的活潑性越低，親電取代反應(yīng)速度越低，反應(yīng)的選擇性越高。332023/1/31異構(gòu)產(chǎn)物比例，％反應(yīng)類型氯化C-?；疌-烷化反應(yīng)條件Cl2(CH3COOH,25℃)CH3COCl(AlCl3,C2H4Cl2,25℃)C2H5Br(GaBr3,C6H5CH3,25℃)kT/kB3401282.47表親電試劑活潑性的影響342023/1/314、親電試劑的空間效應(yīng)5、新取代基的空間效應(yīng)

親電試劑／新引入取代基的體積越大，鄰位產(chǎn)物越少。

表甲苯C-烷化反應(yīng)新引入基團(tuán)對(duì)異構(gòu)體比例的影響新引入基團(tuán)反應(yīng)條件異構(gòu)產(chǎn)物比例，％鄰位間位對(duì)位CH3CH3Br(GaBr3,C6H5CH3,45℃)55.79.934.4C2H5C2H5Br(GaBr3,C6H5CH3,25℃)38.421.040.6CH(CH3)2CH(CH3)2Br(GaBr3,C6H5CH3,25℃)26.226.247.2C(CH3)3C(CH3)3Br(GaBr3,C6H5CH3,25℃)032.167.9352023/1/312.1芳香族親電取代的定位規(guī)律6、反應(yīng)的可逆性對(duì)于不可逆的親電取代反應(yīng)，電子效應(yīng)對(duì)定位起主導(dǎo)作用，即各異構(gòu)產(chǎn)物的生成比例主要取決于各異構(gòu)物的δ配合物中間體的相對(duì)穩(wěn)定性。對(duì)于可逆反應(yīng)（親電取代反應(yīng)），則是空間效應(yīng)對(duì)定位效應(yīng)起主要作用，即各異構(gòu)產(chǎn)物的生成比例主要取決于各異構(gòu)產(chǎn)物之間的空間位阻和平衡關(guān)系。362023/1/312.1芳香族親電取代的定位規(guī)律6、反應(yīng)的可逆性對(duì)于不可逆的親電取代反應(yīng)，電子效應(yīng)對(duì)定位起主導(dǎo)作用，即各異構(gòu)產(chǎn)物的生成比例主要取決于各異構(gòu)物的δ配合物中間體的相對(duì)穩(wěn)定性。對(duì)于可逆反應(yīng)（親電取代反應(yīng)），則是空間效應(yīng)對(duì)定位效應(yīng)起主要作用，即各異構(gòu)產(chǎn)物的生成比例主要取決于各異構(gòu)產(chǎn)物之間的空間位阻和平衡關(guān)系。372023/1/31溫度

（1）通常情況下，溫度升高，親電取代反應(yīng)活性增高，選擇性下降?；焖嵯趸?℃5％94％1％40℃7％91％2％90℃13％85％2％7、反應(yīng)條件的影響382023/1/31

（2）使不可逆的磺化、C-烷化反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)榭赡娣磻?yīng)，從而影響產(chǎn)物異構(gòu)體的比例。實(shí)例1：磺化磺化392023/1/31實(shí)例2：402023/1/31反應(yīng)介質(zhì)硝化反應(yīng)介質(zhì)++乙酸酐約92％少量約8％

硫酸約30％少量約70％412023/1/31催化劑的影響

（1）改變E+的極性效應(yīng)或空間效應(yīng)。（2）改變反應(yīng)歷程?；腔腔疕gSO4催化422023/1/31已有兩個(gè)取代基為同一類型定位基，且處于間位，則定位作用一致。已有兩個(gè)取代基為同一類型定位基，且處于鄰、對(duì)位，則定位作用不一致——取決于定位能力的強(qiáng)弱。四、苯環(huán)上已有兩個(gè)取代基的定位規(guī)律主產(chǎn)物少量432023/1/31已有兩個(gè)取代基為不同類型定位基，且處于鄰、對(duì)位，則定位作用一致。已有兩個(gè)取代基為不同類型定位基，且處于間位，則定位作用不一致——取決于第一類定位基。442023/1/31(1)苯環(huán)上已有取代基的定位效應(yīng)具有加和性。

(2)當(dāng)苯環(huán)上已有兩個(gè)取代基對(duì)新取代基的定位效應(yīng)不一致時(shí)，新取代基進(jìn)入苯環(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)大于鈍化基的定位效應(yīng)；鄰、對(duì)位的定位效應(yīng)大于間位的定位效應(yīng)?；罨亩ㄎ恍?yīng)有下列強(qiáng)弱次序：

O-＞NR2＞NH2＞OH＞NHCOCH3＞X＞CH3(3)當(dāng)苯環(huán)上兩個(gè)取代基都是鈍化基時(shí)，很難再進(jìn)入新取代基。鈍化基的定位效應(yīng)有下列強(qiáng)弱次序：

N(CH3)3+＞NO2＞CN＞SO3H＞COOH＞CHO＞COCH3

(4)新取代基一般不進(jìn)入1,3-取代苯的2位。苯的多元親電取代反應(yīng)的定位規(guī)律452023/1/31462023/1/31472023/1/31練習(xí)3：在下述兩題中，各選擇一條更好的合成路線。-BrCH3Br2/FeH2SO4H2SO4CH3SO3HBr2/FeKMnO4COOHCOOHBr2/FeCH3SO3H-BrCH3CH3CH3COOHCOOH-Br??-BrCH3Br2/FeKMnO4CH3482023/1/31練習(xí)4：選擇合理的合成路線氯化、磺化①ClSO3H②NO2COCH3?；?、硝化ClCl2/FeH2SO4HNO3/H2SO4CH3COCl/AlCl3COCH3NO2？492023/1/31NO2BrCOOHCH3③氧化、硝化、溴化④CH3NO2BrCOOH硝化、溴化、氧化CH3BrCH3溴化？注1：引入第三個(gè)基團(tuán)時(shí)，前兩個(gè)基團(tuán)的定位作用一致更好。KMnO4COOHNO2COOHHNO3H2SO4Br2/FeNO2BrCH3KMnO4HNO3H2SO4Br2/FeCH3NO2BrCOOH？502023/1/31五、萘環(huán)的定位規(guī)律

萘的結(jié)構(gòu)X－射線衍射結(jié)果：萘分子中，18