高等有機化學-反應機理-3

高等有機化學——反應機理主講教師:劉培念有機反應式正確了解有機化學反應式的書寫規(guī)范，對了解反應式的反應機理有很大的幫助。1.有機反應式書寫的幾個特點（常造成混淆）：(1)、箭頭上面有時是劑量的試劑，有時是催化劑，有時是溶劑。如：(2).有機反應常常是不平衡的。一些次要產(chǎn)物如鹽、水、氣體產(chǎn)物等經(jīng)常被省略。有機反應式(3).寫在反應式右邊的產(chǎn)物通常是經(jīng)過水處理之后的產(chǎn)物。有機反應式

(4).反應式箭頭上的試劑用分號隔開時，表示反應是分步驟進行（一鍋反應）。有機反應式J.Org.Chem.

1995,60,

5143-5149有機反應式

(5).反應式箭頭上的試劑被編號時，可以表示反應是分步驟進行的一鍋反應，也可以是分步反應的縮寫。有機反應的進行就是化學鍵的斷裂和再重新形成的過程。因此，寫反應機理時，首先要確定是那個化學鍵斷裂了，是那個化學鍵形成了。化學鍵的斷裂與形成判斷方法：(1).配平反應方程式

(2).對反應物和產(chǎn)物的所有原子（H除外）按順序進行編號！

(3).寫出斷裂和形成的σ鍵。注意：化學鍵的數(shù)目是指σ鍵的數(shù)目，因為只有σ鍵參與化學鍵的斷裂和形成，π鍵不參與。如：練習TetrahedronLetters,1995,36,4539-4542.

練習基本的有機反應種類1.加成反應2.消去反應基本的有機反應的種類3.取代反應4.重排反應有機反應機理的類型1.離子反應2.自由基反應3.周環(huán)反應4.金屬催化反應第二章極性反應的基礎知識極性反應（PolarReaction）在極性反應中，親核試劑與親電試劑發(fā)生反應。大部分極性反應是在酸性或堿性條件下進行的。1.親核試劑（Nucleophiles）

2.親電試劑（Electrophiles）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。具有親核性的原子可以是中性的，也可以帶有負電荷。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的，也可以是電正性的。親核性ⅰ.在同族元素中，周期高的原子親核性大，堿性則降低。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。堿性：I-<Br-<Cl-<F-；RS-<RO-以下是一些特例：ⅱ.當親核性原子的位阻變大時，親核性大大下降，而堿性稍有增加。堿性：t-BuO->EtO-;親核性：t-BuO-<<EtO-親核性iii負電荷的離域使堿性大大下降；相對而言，親核性則只是部分下降iv.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增加，但親核性增加得更多。親核性非親核性堿Meier’sRule離去基團離去基團注意：離去基團的PKb一般是可以反映離去基團的離去能力的，但個別是例外的，如：RCONR2可在強堿水溶液中水解。

-NR2的PKb為35，根據(jù)規(guī)則此基團的離去能力弱，但是它真正的離去基團是HNR2，PKb為10.所以此化合物具有強的親電性。C=C鍵既可以是親核性的也可以是親電性的，它的性質(zhì)取決于所連的官能團的性質(zhì)。一般來說，C=C鍵連有親核性官能團如RO–，R2N–，–CH2MgBr時，這個烯烴或芳香化合物是親核性的；C=C鍵連有親電性官能團如–COR,–CO2R，–CN，–NO2，–CH2X時，這個烯烴或芳香化合物是親電性的。獨特的C=C鍵（變色龍）在此要注意兩條規(guī)則：

ⅰ.在吸電子基團的β位的C原子上具有親電性。不是α位上的C原子。如：βαβαⅱ.不要把正電荷與親電性混淆親電性的原子是C原子，不是O原子。CH2-OCH3CH2=OCH3++Me2N=CH2+Me2N-CH2+獨特的C=C鍵（變色龍）酸性條件和堿性條件：pKa值堿性條件下的反應機理：酸性條件和堿性條件：pKa值酸性條件下的反應機理：酸性條件和堿性條件：pKa值酸性條件和堿性條件：pKa值第三章堿性條件下的極性反應C(sp3)-Xσ鍵的取代反應C(sp3)-Xσ鍵的消除反應SN2反應機理的親核取代反應SN2和SN2’反應機理的親核取代反應區(qū)分SN2與SN2?反應機制的關鍵在與，化學式中的雙鍵的位置有沒有發(fā)生變化，SN2反應機制雙鍵的位置不發(fā)生變化。雜原子的SN2反應機理SN2反應機理中的特例β消除反應中的E2反應機理E2反應機理的立體化學E2反應機理的立體化學C(sp2)-X的E2消除反應機理練習β消除反應中的E2’反應機理E2消除反應機理β消除反應中的E1cb反應機理E1cb反應機理（特點：兩步完成，第一步是堿進攻酸性的H原子，形成碳負離子。第二步是離去基團離去，形成新的π鍵。）（H原子的酸性很強，而且離去基團的離去性很弱時發(fā)生）β消除反應中的E1cb反應機理消除反應或取代反應的預測在C(sp3)-X化合物的反應中，以消除反應或取代反應進行主要取決于兩個最主要因素：第一，親核試劑的親核性的強弱和含有孤對電子的化合物的堿性的強弱。第二，反應底物是否Me、Bn或是伯碳，仲碳，叔碳鹵代烷烴。親核性和堿性1.親核性強，堿性弱的基團,如：Br-,I-,R2S,RS,R3P,CN-,丙二酸酯負離子等基團。

2.親核性強，堿性強的基團，如：RO-,R2N-,RC≡C-,Cl-。3.親核性弱，堿性強的基團，如：t-BuO,i-Pr2NLi(LDA),(Me3Si)2NK(KHMDS),i-Pr2NEt，DBU,DBN,TMG.親核加成反應

羰基化合物上的加成反應羰基化合物有兩個主要的共振結(jié)構(gòu)式，R2C=OR2C+-O-,從第二個共振結(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。羰基化合物的α位上的氫有一定的弱酸性，在堿性條件下可被奪去，形成碳負離子。O=CR--CR2-O-CR=CR2碳負離子是一個很好的親核試劑。

堿進攻酸性的α-氫

親核試劑進攻缺電子的碳

酸和親電試劑進攻富電子的氧

羰基化合物的熱力學穩(wěn)定性與共振結(jié)構(gòu)式R2C+-O-的穩(wěn)定性有直接的關系，羰基化合物的熱力學穩(wěn)定性順序：

RCOCl<RCO2COR<RCHO<R2CO<RCO2R<RCONR2<ROCO2R<ROCONR2<R2NCONR2<RCO2-。羰基化合物的熱力學穩(wěn)定性順序羰基上的加成反應（CeCl3能促進羰基上的加成反應）羰基加成反應的立體化學羰基化合物與含氮親核試劑的加成反應醛、酮與可以與胺發(fā)生加成反應，也可以和胺的衍生物（羥氨、肼、苯肼）發(fā)生反應。與一級胺反應，氮上還有氫，加成物失去一份子水，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，因此可以用來保護羰基化合物。反應過程如下：二級胺與羰基化合物反應，可以生成烯胺。反應歷程如下：二級胺與羰基化合物反應

一分子醛或酮，在堿的作用下，形成碳負離子，此碳負離子與另一分子醛或酮的羰基發(fā)生親核加成反應。

反應歷程如下：羥醛縮合反應（Aldolreaction）羥醛縮合反應（Aldolreaction）Aldolreaction的立體化學Aldolreaction的立體化學Retro-aldol

反應Knoevenagel

縮合反應

（E1cb消除）Knoevenagel

縮合反應

共軛加成反應Michael加成反應RobinsonannulationRobinsonannulation第一步（Michael加成反應）Robinsonannulation第二步（Aldol

加成反應）Robinsonannulation第三步（脫水反應）思考題C(sp2）-X上的親核取代反應

羰基碳上的取代反應

許多羰基化合物（如：酯、酰氯、酰胺、酸酐）里，羰基連有離去基團，羰基碳上帶有一定的正電性，有利于親核試劑的進攻，發(fā)生親核取代反應。是加成-消除反應機理，不是SN2反應機理。

酯與胺反應生成酰胺羰基化合物在進行親核取代反應中除了會發(fā)生加成-消除反應機理之外，酰氯和酸酐還可以和醇進行消除-加成的反應機理的取代反應。

反應實例：加成-消除反應機理：酰氯和醇的酯化反應消除-加成反應機理：沒有α氫的羰基化合物不能進行此反應機理。酰氯和醇的酯化反應加成-消除反應的催化劑（I-也有類似作用）Claisen

縮合反應酯在堿的催化下縮合為β-酮酯。逆Claisen縮合反應格式試劑、金屬負氫試劑對酯基的加成反應格式試劑對酰胺的加成反應α,β-不飽和羰基化合物的烯基碳上的取代反應

α，β-不飽和羰基