精細(xì)有機合成第二章2

2.3親核取代(qǔdài)反應(yīng)反應(yīng)(fǎnyìng)通式：R-H＋Z-R-Z＋H-R-H＋Z-YR-Z＋H-Y脂肪族化合物的親核取代芳香族化合物的親核置換芳環(huán)上氫的親核取代共四十三頁2.3.1脂肪族化合物的親核取代(qǔdài)反應(yīng)反應(yīng)歷程：雙分子歷程單分子歷程反應(yīng)的影響因素：作用物結(jié)構(gòu)被取代離去基團親核試劑(shìjì)溶劑共四十三頁2.3.1.1反應(yīng)(fǎnyìng)歷程雙分子(fēnzǐ)歷程（SN2）+R－X[Nu······R······X]Nu－R+Nu:-X-親核試劑過渡態(tài)離去基團單分子歷程（SN1）第一步第二步R++-Nu:快R－NuX-R－XR++慢共四十三頁2.3.1.2反應(yīng)的影響(yǐngxiǎng)因素作用物結(jié)構(gòu)(jiégòu)的影響圖鹵代烷烷基對水解速度的影響被進攻的碳原子上有給電性取代基，有利于SN1反應(yīng)，分子中有吸電性取代基，則有利于SN2反應(yīng)。

共四十三頁被取代離去基團的影響(yǐngxiǎng)

（1）被取代離去基（X）接受電子能力越強，越有利于親核取代反應(yīng)的進行。（2）被取代離去基接受電子的能力取決于X-的穩(wěn)定性和堿性。

X-堿性越弱，穩(wěn)定性越強，越容易被親核試劑(shìjì)取代而離去。RSO3—＞I—＞Br—＞Cl—＞RCOO—＞HO—＞H2N—一般說來，被取代的難易次序為：

共四十三頁親核試劑的影響（1）對SN1反應(yīng)(fǎnyìng)影響不大，對SN2反應(yīng)速度有明顯的影響。（2）絕大多數(shù)試劑的親核能力與其堿性一致。例如：C2H5O-＞OH-＞PhO-＞CH3CH2-＞H2O

（3）當(dāng)可極化度起主導(dǎo)作用時，親核性與堿性不一致。在同族元素的試劑中，親核性是按電負(fù)性的下降而提高。例如：Iˉ＞Brˉ＞Clˉ＞Fˉ和PhSˉ＞PhOˉ共四十三頁溶劑(róngjì)的影響（1）對SN1反應(yīng)，極性溶劑有利于中性化合物R-X的解離。

R－X→R+＋X-溶劑(róngjì)極性越大，反應(yīng)速度越快。（2）對SN2反應(yīng)，Nu-易與質(zhì)子傳遞型溶劑形成氫鍵，使反應(yīng)活性降低。反應(yīng)宜在非質(zhì)子傳遞型溶劑中進行。共四十三頁2.3.2芳環(huán)上氫的親核取代(qǔdài)反應(yīng)Nu:-優(yōu)先進攻芳環(huán)上電子云密度最低的位置。反應(yīng)的難易和定位(dìngwèi)規(guī)律與芳香族化合物的親電取代反應(yīng)相反。自學(xué)共四十三頁2.3.3芳環(huán)上已有取代基的親核置換(zhìhuàn)反應(yīng)芳環(huán)的電子云密度較高，很難被Nu-進攻而直接引入-OH、-OR、-NH2等基團，只能通過(tōngguò)親核置換來完成。首先在芳環(huán)上引入-Cl、

-SO3H、-N2+Cl-等吸電子取代基，使苯環(huán)上電子云密度降低，有利于親核置換反應(yīng)的發(fā)生。共四十三頁2.3.3.1反應(yīng)(fǎnyìng)歷程雙分子(fēnzǐ)歷程單分子歷程++慢++慢共四十三頁2.3.3.2芳環(huán)上已有取代基對反應(yīng)(fǎnyìng)的影響離去基團共軛位（鄰、對位）有吸電子取代基存在(cúnzài)，對反應(yīng)有利。10%NaOH350-400℃,20-30MPa10%NaOH160℃,0.6MPa10%NaOH100℃,常壓共四十三頁離去基團共軛位有供電子(diànzǐ)取代基，對反應(yīng)不利。芳環(huán)上同時有多個離去基團（-Cl，-SO3H，

-NO2，-CN，-N=N-等）同時存在時，Cl優(yōu)先被置換。

共四十三頁自由基是具有不成對電子的化學(xué)物種，它可以是原子、基團或分子。大多數(shù)自由基很活潑，在反應(yīng)過程中只能瞬時存在。產(chǎn)生自由基的方法有三種：熱離解法和光離解法是使分子中共價鍵的一對電子發(fā)生(fāshēng)均裂而產(chǎn)生自由基；電子轉(zhuǎn)移法是可變價金屬離子得電子或失電子使中性分子離解為自由基和正離子或負(fù)離子；電解法是中性分子在電極表面得電子或失電子而生成正離子基或負(fù)離子基。自由基反應(yīng)大都是鏈反應(yīng)，其反應(yīng)歷程包括三個階段，即鏈引發(fā)、連增長和鏈終止。2.4自由基反應(yīng)(fǎnyìng)共四十三頁加成反應(yīng)分為三種類型：親電加成、親核加成、自由基加成。2.5.1親電加成親電加成一般發(fā)生在碳—碳重鍵上，因為烯烴、快烴分子中的π—電子具有較大的活動性，表現(xiàn)出親核性，所以它們?nèi)菀着c多種親電試劑發(fā)生親電加成反應(yīng)。常用的親電試劑有：強酸(例如硫酸、氫鹵酸)、Lewis酸(例如FeCl3、A1C13)、鹵素、次鹵酸、鹵代烷等。雙鍵連有供電(ɡònɡdiàn)基時使反應(yīng)加快，有吸電基時使反應(yīng)減慢。2.5加成反應(yīng)(jiāchénɡfǎnyīnɡ)共四十三頁其反應(yīng)歷程分兩步進行：首先生成碳正離子中間產(chǎn)物，然后(ránhòu)快速生成產(chǎn)物。共四十三頁2.5.2親核加成親核加成是由親核試劑進攻而引起的加成反應(yīng)，主要發(fā)生(fāshēng)在碳氧雙鍵上，在堿催化下總是帶正電荷的碳原子與親核試劑反應(yīng)。2.5.3自由基加成自由基加成是反應(yīng)試劑在光、高溫或引發(fā)劑的作用下先生成游離基，然后與碳碳重鍵發(fā)生加成反應(yīng)，它們都是鏈反應(yīng)。例如鹵素和鹵化氫對碳碳重鍵的加成反應(yīng)。共四十三頁2.6精細(xì)有機合成中的溶劑(róngjì)作用概述溶劑的分類離子化作用和理解作用溶劑的靜電效應(yīng)對反應(yīng)速度的影響專一性溶劑化作用對親核取代(qǔdài)反應(yīng)速度的影響有機反應(yīng)中溶劑的使用和選擇（自學(xué)）共四十三頁溶劑對有機反應(yīng)的影響溶液和溶解作用（1）相同分子(fēnzǐ)之間的引力與不同分子(fēnzǐ)之間的引力的相互關(guān)系。（2）由分子的極性所引起的締合程度。（3）溶劑化作用。（4）溶劑和溶質(zhì)的分子量。溶劑和溶質(zhì)之間的相互作用2.6.1概述(ɡàishù)庫侖力(靜電引力)：離子-離子力、離子-偶極力范德華力(內(nèi)聚力)：偶極-偶極力、偶極-誘導(dǎo)偶極力、瞬時偶極-誘導(dǎo)偶極力專一性力：包括氫鍵締合作用、電子對給體－受體作用、溶劑化作用、離子化作用合離解作用等。非專一性力(普遍）共四十三頁2.6.2溶劑(róngjì)的分類按化學(xué)(huàxué)結(jié)構(gòu)分類無機溶劑：水、液氨、液體二氧化硫、氟化氫、濃硫酸、熔融氫氧化鈉和氫氧化鉀、四氯化鈦、三氯化磷合三氯氧磷等。有機溶劑：脂烴、環(huán)烷烴、芳烴、鹵代烴、醇、醚、酚、醛、酮、羧酸、羧酸酯、硝基物、胺、腈、酰胺、砜和亞砜、雜環(huán)化合物等。共四十三頁按偶極矩和介電常數(shù)(jièdiànchánɡshù)分類（1）偶極矩（μ）：指偶極分子中電量相等的兩個相反電荷中的一個電荷的電量（q），與這兩個電荷間距離（d）的乘積(chéngjī)，單位：德拜（D）。即：μ＝q×d例：μ＝1.54D共四十三頁極性溶劑：分子中具有(jùyǒu)永久偶極的溶劑。有機溶劑的偶極矩μ在0～5.5D之間。無極性溶劑(róngjì)

分子中沒有永久偶極的溶劑，如環(huán)己烷、苯等。μ＜2.5D的有機溶劑，如氯苯、二氯甲烷等。偶極矩主要影響在溶質(zhì)（分子或離子）周圍溶劑分子的定向作用。共四十三頁（2）介電常數(shù)(jièdiànchánɡshù)（ε）也叫電容率或相對電容率，是表示電介質(zhì)或絕緣材料(juéyuáncáiliào)電性能的一個重要參數(shù)。具有永久偶極或誘導(dǎo)偶極的溶劑分子被充電的電容器板強制形成一個有序排列，即極化作用，極化作用越大，介電常數(shù)越大。介電常數(shù)表示溶劑分子本身分離出電荷的能力，或溶劑使它偶極定向的能力。共四十三頁極性溶劑(róngjì)：ε＞15～20非極性溶劑：ε＜15～20介電常數(shù)主要影響溶劑中離子(lízǐ)的溶劑化作用和離子(lízǐ)體的離解作用。有機溶劑的介電常數(shù)ε在2～190之間，ε越大，溶劑極性越強。共四十三頁（3）溶劑極性的本質(zhì)(běnzhì)——溶劑化作用

每一個被溶解的分子或離子被一層或幾層溶劑分子或松或緊地包圍的現(xiàn)象，叫做溶劑化作用，它包括(bāokuò)溶劑與溶質(zhì)之間所有專一性和非專一性相互作用的總和。（4）溶劑極性參數(shù)實驗極性參數(shù)——ET(30)值共四十三頁按Lewis酸堿理論分類(fēnlèi)(電子理論）Lewis酸堿理論(lǐlùn)：酸是電子對受體（EPA）堿是電子對給體（EPD）

A+:BAB

酸(EPA)堿(EPD)酸-堿配合物親電試劑親核試劑EPA/EPD配合物

共四十三頁EPA溶劑：具有缺電子或酸性部位，親電試劑(shìjì)，

擇優(yōu)使EPD或負(fù)離子溶劑化。如水、醇、酚、羧酸等。EPD溶劑：具有富電子或堿性部位(bùwèi)，親核試劑，

擇優(yōu)使EPA或正離子溶劑化。如：醇、醚、羰基化合物中的氧氨類和N－雜環(huán)化合物中的氮原子共四十三頁質(zhì)子給體溶劑：主要是酸，如H2SO4、CH3COOH質(zhì)子受體溶劑：主要是堿，如NH3、CH3CON(CH3)2兩性(liǎngxìng)溶劑：既可接受質(zhì)子，又可提供質(zhì)子，如H2O按Brownsted酸堿理論(lǐlùn)分類(質(zhì)子理論)共四十三頁按專一性溶質(zhì)(róngzhì)、溶劑相互作用分類質(zhì)子傳遞型溶劑：含有能與電負(fù)性元素(yuánsù)(F、Cl、O、S、

N、P)相結(jié)合的氫原子，ε＞15。水、醇、酚、羧酸、氨、未取代酰胺等非質(zhì)子傳遞極性溶劑：高介電常數(shù)，高偶極矩。丙酮、DMF、硝基苯、乙腈、二甲基亞砜、環(huán)丁砜等非質(zhì)子傳遞非極性溶劑：低介電常數(shù)，低偶極矩。烷烴、環(huán)烷烴、芳烴、鹵代烴、叔胺、二硫化碳共四十三頁2.6.3離子化作用(zuòyòng)和離解作用(zuòyòng)離子原和離子體離子化過程(guòchéng)和離解過程(guòchéng)離解性溶劑和離子化溶劑共四十三頁2.6.3.1離子(lízǐ)原和離子(lízǐ)體離子(lízǐ)原

指在固態(tài)時具有分子晶格的偶極型化合物，在液體時仍以分子狀態(tài)存在，與溶劑發(fā)生作用時可形成離子。

如氯化氫、烷基鹵和金屬有機化合物等。離子體固態(tài)時具有離子晶格結(jié)構(gòu)，在熔融狀態(tài)或稀溶液中以離子形式存在的化合物，如金屬鹵化物等共四十三頁2.6.3.2離子化過程(guòchéng)和離解過程(guòchéng)離子化過程：離子原的共價鍵發(fā)生異裂產(chǎn)生(chǎnshēng)離子對的過程。離解過程：離子對或締合離子轉(zhuǎn)變?yōu)楠毩㈦x子的過程。離子原溶劑化溶劑化離子化離子體溶劑化的離子對（締合離子）溶劑化正離子溶劑化負(fù)離子溶劑化的獨立離子A+與B-的作用力與溶劑的ε成反比溶劑必須對離子原的共價鍵進行進攻共四十三頁離子化方式(fāngshì)：EPD進攻(jìngōng)：對離子原共價鍵的正端作親電進攻，使正離子溶劑化，自由的或裸的負(fù)離成為高活性的反應(yīng)質(zhì)點。EPA進攻：對離子原共價鍵的負(fù)端作親核進攻，使負(fù)離子溶劑化，自由的或裸的正離成為高活性的反應(yīng)質(zhì)點。EPD/EPA雙進攻：兩種溶劑或一種兩性溶劑同時進攻共價鍵的正、負(fù)端，生成溶劑化的正、負(fù)離子。共四十三頁2.6.3.3離解(líjiě)性溶劑和離子化溶劑離子化溶劑：具有強的EPD性質(zhì)(xìngzhì)或EPA性質(zhì)。離解性溶劑：具有高的介電常數(shù)。共四十三頁2.6.4溶劑的靜電效應(yīng)對反應(yīng)速度的影響(yǐngxiǎng)(Houghes-Ingold規(guī)則)對于從起始反應(yīng)物變?yōu)榛罨浜衔飼r電荷密度增加(zēngjiā)的反應(yīng)，溶劑極性增加，使反應(yīng)速度加快。異性電荷分離電荷密度增加SN1反應(yīng)R－Xδ+RXδ-R+X-+共四十三頁對于從起始(qǐshǐ)反應(yīng)物變?yōu)榛罨浜衔飼r電荷密度降低的反應(yīng)，溶劑極性增加，使反應(yīng)速度減慢。電荷分散(fēnsàn)電荷密度降低Y－RX-R－XY-+RXδ-δ-Y+SN2反應(yīng)共四十三頁例：溶劑CH3COCH3C2H5OHCH3OH(CH2OH)2H2Oε20.724.5532.737.778.39μ(D)2.861.731.702.281.82k（相對）130004416171I*-+CH3Ik[I*δ-CH3Iδ-]I－CH3I-+共四十三頁對于從起始反應(yīng)物變?yōu)榛罨?huóhuà)配合物時電荷密度變化很小或無變化的反應(yīng)，溶劑極性的改變對反應(yīng)速度的影響極小。局限性：忽略了溶劑的類型、溶劑的EPD和EPA性質(zhì)(xìngzhì)及專一性溶劑化作用對反應(yīng)速度的影響。共四十三頁2.6.5專一性溶劑(róngjì)化作用對親核反應(yīng)速度的影響質(zhì)子傳遞型溶劑對SN反應(yīng)速度(fǎnyìngsùdù)的影響非質(zhì)子傳遞極性溶劑對SN反應(yīng)速度的影響共四十三頁2.6.5.1質(zhì)子傳遞型溶劑對SN反應(yīng)速度(fǎnyìngsùdù)的影響對SN1反應(yīng)速度(fǎnyìngsùdù)的影響質(zhì)子傳遞型溶劑使負(fù)離子溶劑化，有利于負(fù)離子的離去和碳正離子的形成，使反應(yīng)速度加快。R－X+HS[Rδ+Xδ-H－S]R+X+-HS+Y-R－Y共四十三頁SN2反應(yīng)速度(fǎn