有機(jī)化學(xué)反應(yīng)機(jī)理

1、有機(jī)化學(xué)反應(yīng)機(jī)理一. Clemmensen 還原 (P.364) 醛類或酮類分子中的羰基被鋅汞齊和濃鹽酸還原為亞甲基： 此法只適用于對(duì)酸穩(wěn)定的化合物。對(duì)酸不穩(wěn)定而對(duì)堿穩(wěn)定的化合物可用Wolff-Kishner-黃鳴龍反應(yīng)還原1. 反應(yīng)機(jī)理 本反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理較復(fù)雜,目前尚不很清楚.2. 反應(yīng)實(shí)例 Wolff-Kishner-黃鳴龍反應(yīng) (P.364)醛類或酮類在堿性條件下與肼作用，羰基被還原為亞甲基。原來Wolff-Kishner的方法是將醛或酮與肼和金屬鈉或鉀在高溫(約200 C)下加熱反應(yīng)，需要在封管或高壓釜中進(jìn)行，操作不方便。黃鳴龍改進(jìn)不用封管而在高沸點(diǎn)溶劑如一縮二乙二醇(二甘醇，b.p.

2、245 C)中，用氫氧化鈉或氫氧化鉀代替金屬鈉反應(yīng)。 對(duì)堿敏感的化合物不適合用此法還原，可用Clemmensen還原。1、反應(yīng)機(jī)理2、反應(yīng)實(shí)例二. 坎尼扎羅(Cannizzaro) 反應(yīng) (P.365)凡位碳原子上無活潑氫的醛類和濃NaOH或KOH水或醇溶液作用時(shí)，不發(fā)生醇醛縮合或樹脂化作用而起歧化反應(yīng)生成與醛相當(dāng)?shù)乃?成鹽)及醇的混合物。此反應(yīng)的特征是醛自身同時(shí)發(fā)生氧化及還原作用，一分子被氧化成酸的鹽，另一分子被還原成醇： 脂肪醛中，只有甲醛和與羰基相連的是一個(gè)叔碳原子的醛類，才會(huì)發(fā)生此反應(yīng)，其他醛類與強(qiáng)堿液，作用發(fā)生醇醛縮合或進(jìn)一步變成樹脂狀物質(zhì)。 具有-活潑氫原子的醛和甲醛首先發(fā)生羥醛縮

3、合反應(yīng)，得到無-活潑氫原子的-羥基醛，然后再與甲醛進(jìn)行交叉Cannizzaro反應(yīng)，如乙醛和甲醛反應(yīng)得到季戊四醇： 1.反應(yīng)機(jī)理 醛首先和氫氧根負(fù)離子進(jìn)行親核加成得到負(fù)離子，然后碳上的氫帶著一對(duì)電子以氫負(fù)離子的形式轉(zhuǎn)移到另一分子的羰基不能碳原子上。2.反應(yīng)實(shí)例三. Claisen 重排 P.(317)烯丙基芳基醚在高溫(200C)下可以重排，生成烯丙基酚。 當(dāng)烯丙基芳基醚的兩個(gè)鄰位未被取代基占滿時(shí)，重排主要得到鄰位產(chǎn)物，兩個(gè)鄰位均被取代基占據(jù)時(shí)，重排得到對(duì)位產(chǎn)物。對(duì)位、鄰位均被占滿時(shí)不發(fā)生此類重排反應(yīng)。 交叉反應(yīng)實(shí)驗(yàn)證明：Claisen重排是分子內(nèi)的重排。采用 g-碳 14C 標(biāo)記的烯丙基醚進(jìn)

4、行重排，重排后 g-碳原子與苯環(huán)相連，碳碳雙鍵發(fā)生位移。兩個(gè)鄰位都被取代的芳基烯丙基酚，重排后則仍是a-碳原子與苯環(huán)相連。1.反應(yīng)機(jī)理Claisen 重排是個(gè)協(xié)同反應(yīng)，中間經(jīng)過一個(gè)環(huán)狀過渡態(tài)，所以芳環(huán)上取代基的電子效應(yīng)對(duì)重排無影響。 從烯丙基芳基醚重排為鄰烯丙基酚經(jīng)過一次3,3s 遷移和一次由酮式到烯醇式的互變異構(gòu)；兩個(gè)鄰位都被取代基占據(jù)的烯丙基芳基酚重排時(shí)先經(jīng)過一次3,3s 遷移到鄰位(Claisen 重排)，由于鄰位已被取代基占據(jù)，無法發(fā)生互變異構(gòu)，接著又發(fā)生一次3,3s 遷移(Cope 重排)到對(duì)位，然后經(jīng)互變異構(gòu)得到對(duì)位烯丙基酚。 取代的烯丙基芳基醚重排時(shí)，無論原來的烯丙基雙鍵是Z-構(gòu)

5、型還是E-構(gòu)型，重排后的新雙鍵的構(gòu)型都是E-型，這是因?yàn)橹嘏欧磻?yīng)所經(jīng)過的六員環(huán)狀過渡態(tài)具有穩(wěn)定椅式構(gòu)象的緣故。2.反應(yīng)實(shí)例 Claisen 重排具有普遍性，在醚類化合物中，如果存在烯丙氧基與碳碳相連的結(jié)構(gòu)，就有可能發(fā)生Claisen 重排。四.弗瑞德-克來福特(Friedel-Crafts)烷基化反應(yīng)(P.201) 芳烴與鹵代烴、醇類或烯類化合物在Lewis催化劑(如AlCl3，F(xiàn)eCl3, H2SO4, H3PO4, BF3, HF等)存在下，發(fā)生芳環(huán)的烷基化反應(yīng)。 鹵代烴反應(yīng)的活潑性順序?yàn)椋篟F RCl RBr RI ; 當(dāng)烴基超過3個(gè)碳原子時(shí)，反應(yīng)過程中易發(fā)生重排。1.反應(yīng)機(jī)理 首先是鹵

6、代烴、醇或烯烴與催化劑如三氯化鋁作用形成碳正離子： 所形成的碳正離子可能發(fā)生重排，得到較穩(wěn)定的碳正離子： 碳正離子作為親電試劑進(jìn)攻芳環(huán)形成中間體s-絡(luò)合物，然后失去一個(gè)質(zhì)子得到發(fā)生親電取代產(chǎn)物：2.反應(yīng)實(shí)例 五. 弗瑞德-克來福特(Friedel-Crafts)酰基化反應(yīng)(P.200)芳烴與酰基化試劑如酰鹵、酸酐、羧酸、烯酮等在Lewis酸(通常用無水三氯化鋁)催化下發(fā)生?；磻?yīng)，得到芳香酮： 這是制備芳香酮類最重要的方法之一，在?；胁话l(fā)生烴基的重排。1.反應(yīng)機(jī)理2.反應(yīng)實(shí)例六. 威廉遜(Williamson )合成法 (P.318)鹵代烴與醇鈉在無水條件下反應(yīng)生成醚:如果使用酚類反應(yīng),

7、則可以在氫氧化鈉水溶液中進(jìn)行:鹵代烴一般選用較為活潑的伯鹵代烴(一級(jí)鹵代烴)、仲鹵代烴(二級(jí)鹵代烴)以及烯丙型、芐基型鹵代烴，也可用硫酸酯或磺酸酯。 本法既可以合成對(duì)稱醚，也可以合成不對(duì)稱醚。1.反應(yīng)機(jī)理 反應(yīng)一般是按SN2機(jī)理進(jìn)行的：2.反應(yīng)實(shí)例七. 邁克爾(Michael )加成反應(yīng)(P.378,499)一個(gè)親電的共軛體系和一個(gè)親核的碳負(fù)離子進(jìn)行共軛加成，稱為Micheal加成：1.反應(yīng)機(jī)理2.反應(yīng)實(shí)例八. Vilsmeyer 甲?；磻?yīng) (P.390)芳烴、活潑烯烴化合物用二取代甲酰胺及三氯氧磷處理得到醛類： 這是目前在芳環(huán)上引入甲酰基的常用方法。N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基-N-苯基

8、甲酰胺是常用的甲酰化試劑。1.反應(yīng)機(jī)理2.反應(yīng)實(shí)例九.賴默-梯曼(Reimer-Tiemann) 反應(yīng)(P.391)酚與氯仿在堿性溶液中加熱生成鄰位及對(duì)位羥基苯甲酸。含有羥基的喹啉、吡咯、茚等雜環(huán)化合物也能進(jìn)行此反應(yīng)。 常用的堿溶液是氫氧化鈉、碳酸鉀、碳酸鈉水溶液，產(chǎn)物一般以鄰位為主，少量為對(duì)位產(chǎn)物。如果兩個(gè)鄰位都被占據(jù)則進(jìn)入對(duì)位。不能在水中起反應(yīng)的化合物可吡啶中進(jìn)行，此時(shí)只得鄰位產(chǎn)物。1.反應(yīng)機(jī)理 首先氯仿在堿溶液中形成二氯卡賓，它是一個(gè)缺電子的親電試劑，與酚的負(fù)離子（）發(fā)生親電取代形成中間體（），（）從溶劑或反應(yīng)體系中獲得一個(gè)質(zhì)子，同時(shí)羰基的-氫離開形成（）或（），（）經(jīng)水解得到醛。2.反

9、應(yīng)實(shí)例 酚羥基的鄰位或?qū)ξ挥腥〈鶗r(shí)，常有副產(chǎn)物2,2-或4,4-二取代的環(huán)己二烯酮產(chǎn)生。例如：十.弗利斯(Fries)重排 (P.392)酚酯在Lewis酸存在下加熱,可發(fā)生?；嘏欧磻?yīng),生成鄰羥基和對(duì)羥基芳酮的混合物。重排可以在硝基苯、硝基甲烷等溶劑中進(jìn)行，也可以不用溶劑直接加熱進(jìn)行。 鄰、對(duì)位產(chǎn)物的比例取決于酚酯的結(jié)構(gòu)、反應(yīng)條件和催化劑等。例如，用多聚磷酸催化時(shí)主要生成對(duì)位重排產(chǎn)物，而用四氯化鈦催化時(shí)則主要生成鄰位重排產(chǎn)物。反應(yīng)溫度對(duì)鄰、對(duì)位產(chǎn)物比例的影響比較大，一般來講，較低溫度(如室溫)下重排有利于形成對(duì)位異構(gòu)產(chǎn)物(動(dòng)力學(xué)控制)，較高溫度下重排有利于形成鄰位異構(gòu)產(chǎn)物(熱力學(xué)控制)。

10、1.反應(yīng)機(jī)理2.反應(yīng)實(shí)例十一. 科爾伯(Kolbe) 反應(yīng)(P.411)脂肪酸鈉鹽或鉀鹽的濃溶液電解時(shí)發(fā)生脫羧，同時(shí)兩個(gè)烴基相互偶聯(lián)生成烴類： 如果使用兩種不同脂肪酸的鹽進(jìn)行電解，則得到混合物：1.反應(yīng)機(jī)理2.反應(yīng)實(shí)例十二.亨斯狄克(Hunsdicker )反應(yīng)(P.411)干燥的羧酸銀鹽在四氯化碳中與鹵素一起加熱放出二氧化碳，生成比原羧酸少一個(gè)碳原子的鹵代烴： X = Br , Cl , I1.反應(yīng)機(jī)理2.反應(yīng)實(shí)例十三.Rosenmund 還原(P.453)酰氯用受過硫喹啉毒化的鈀催化劑進(jìn)行催化還原，生成相應(yīng)的醛： 反應(yīng)物分子中存在硝基、鹵素、酯基等基團(tuán)時(shí)，不受影響。1.反應(yīng)實(shí)例十四. 波沃

11、-布蘭(Bouveault-Blanc) 還原 (P.454)脂肪族羧酸酯可用金屬鈉和醇還原得一級(jí)醇。，-不飽和羧酸酯還原得相應(yīng)的飽和醇。芳香酸酯也可進(jìn)行本反應(yīng)，但收率較低。本法在氫化鋰鋁還原酯的方法發(fā)現(xiàn)以前，廣泛地被使用，非共軛的雙鍵可不受影響。1.反應(yīng)機(jī)理 首先酯從金屬鈉獲得一個(gè)電子還原為自由基負(fù)離子，然后從醇中奪取一個(gè)質(zhì)子轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂苫?，再從鈉得一個(gè)電子生成負(fù)離子，消除烷氧基成為醛，醛再經(jīng)過相同的步驟還原成鈉，再酸化得到相應(yīng)的醇。2.反應(yīng)實(shí)例 醛酮也可以用本法還原，得到相應(yīng)的醇: 十五. 拜爾-維利格(Baeyer-Villiger) 反應(yīng)(P.463)1.反應(yīng)機(jī)理 過酸先與羰基進(jìn)行親核加

12、成，然后酮羰基上的一個(gè)烴基帶著一對(duì)電子遷移到-O-O-基團(tuán)中與羰基碳原子直接相連的氧原子上，同時(shí)發(fā)生O-O鍵異裂。因此，這是一個(gè)重排反應(yīng) 具有光學(xué)活性的3-苯基丁酮和過酸反應(yīng)，重排產(chǎn)物手性碳原子的枸型保持不變，說明反應(yīng)屬于分子內(nèi)重排： 不對(duì)稱的酮氧化時(shí)，在重排步驟中，兩個(gè)基團(tuán)均可遷移，但是還是有一定的選擇性，按遷移能力其順序?yàn)椋?醛氧化的機(jī)理與此相似，但遷移的是氫負(fù)離子，得到羧酸。 十六.Gattermann-Koch 反應(yīng)(P.368) 芳香烴與等分子的一氧化碳及氯化氫氣體在加壓和催化劑(三氯化鋁及氯化亞銅)存在下反應(yīng)，生成芳香醛：1.反應(yīng)機(jī)理2.反應(yīng)實(shí)例十八.佩金(Perkin)反應(yīng)(P.

13、471) 芳醛類不單能和醛、酮或酯類縮合，也能和（RCH3CO)2O型脂酸酐（-位碳上有二個(gè)活潑氫原子者）在此酸的鈉鹽（或叔胺）存在起“醇醛型縮合”反應(yīng)生成,不飽和酸類。 若干脂肪蔟醛也會(huì)起這種縮合。1.反應(yīng)機(jī)理 現(xiàn)在通常認(rèn)為堿性催化劑（CH3COO-或叔胺）奪取酸酐的氫，生成一個(gè)酸酐負(fù)離子，后者和醛發(fā)生親核加成，生成中間體-羥基酸酐，然后經(jīng)脫水和水解成,不飽和酸：2. 反應(yīng)實(shí)例（1）苯甲醛與乙酐及乙酸鉀加熱縮合，最后生成 -苯丙稀酸 （2）苯甲醛與丙酐及丙酸鈉縮合，生成-甲基-苯丙稀酸： 十九. Reformatsky 反應(yīng)(P.480) 醛或酮與a-鹵代酸酯和鋅在惰性溶劑中反應(yīng),經(jīng)水解后得

14、到b-羥基酸酯。1.反應(yīng)機(jī)理首先是a-鹵代酸酯和鋅反應(yīng)生成中間體有機(jī)鋅試劑，然后有機(jī)鋅試劑與醛酮的羰基進(jìn)行加成，再水解：2.反應(yīng)實(shí)例二十. Kolbe-Schmidt 反應(yīng)(P.485) 酚鈉和二氧化碳在加壓下于125150 C反應(yīng)，生成鄰羥基苯甲酸，同時(shí)有少量對(duì)羥基苯甲酸生成： 反應(yīng)產(chǎn)物與酚鹽的種類及反應(yīng)溫度有關(guān)，一般來講，使用鈉鹽及在較低的溫度下反應(yīng)主要得到鄰位產(chǎn)物，而用鉀鹽及在較高溫度下反應(yīng)則主要得對(duì)位產(chǎn)物： 鄰位異構(gòu)體在鉀鹽及較高溫度下加熱也能轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)位異構(gòu)體：1.反應(yīng)機(jī)理 反應(yīng)機(jī)理目前還不太清楚。2.反應(yīng)實(shí)例二十一.Claisen 酯縮合反應(yīng)(P.489)含有-氫的酯在醇鈉等堿性縮合

15、劑作用下發(fā)生縮合作用，失去一分子醇得到-酮酸酯。如2分子乙酸乙酯在金屬鈉和少量乙醇作用下發(fā)生縮合得到乙酰乙酸乙酯。二元羧酸酯的分子內(nèi)酯縮合見Dieckmann縮合反應(yīng)。 1.反應(yīng)機(jī)理乙酸乙酯的-氫酸性很弱（pKa-24.5),而乙醇鈉又是一個(gè)相對(duì)較弱的堿（乙醇的pKa15.9），因此，乙酸乙酯與乙醇鈉作用所形成的負(fù)離子在平衡體系是很少的。但由于最后產(chǎn)物乙酰乙酸乙酯是一個(gè)比較強(qiáng)的酸，能與乙醇鈉作用形成穩(wěn)定的負(fù)離子，從而使平衡朝產(chǎn)物方向移動(dòng)。所以，盡管反應(yīng)體系中的乙酸乙酯負(fù)離子濃度很低，但一形成后，就不斷地反應(yīng)，結(jié)果反應(yīng)還是可以順利完成。 常用的堿性縮合劑除乙醇鈉外，還有叔丁醇鉀、叔丁醇鈉、氫化鉀

16、、氫化鈉、三苯甲基鈉、二異丙氨基鋰（LDA）和Grignard試劑等。2.反應(yīng)實(shí)例 如果酯的-碳上只有一個(gè)氫原子，由于酸性太弱，用乙醇鈉難于形成負(fù)離子，需要用較強(qiáng)的堿才能把酯變?yōu)樨?fù)離子。如異丁酸乙酯在三苯甲基鈉作用下，可以進(jìn)行縮合，而在乙醇鈉作用下則不能發(fā)生反應(yīng)： 兩種不同的酯也能發(fā)生酯縮合，理論上可得到四種不同的產(chǎn)物，稱為混合酯縮合，在制備上沒有太大意義。如果其中一個(gè)酯分子中既無-氫原子，而且烷氧羰基又比較活潑時(shí)，則僅生成一種縮合產(chǎn)物。如苯甲酸酯、甲酸酯、草酸酯、碳酸酯等。與其它含-氫原子的酯反應(yīng)時(shí)，都只生成一種縮合產(chǎn)物。 實(shí)際上這個(gè)反應(yīng)不限于酯類自身的縮合，酯與含活潑亞甲基的化合物都可以發(fā)

17、生這樣的縮合反應(yīng)，這個(gè)反應(yīng)可以用下列通式表示：二十二.Cope 消除反應(yīng)(P.527) 叔胺的N-氧化物(氧化叔胺)熱解時(shí)生成烯烴和N,N-二取代羥胺，產(chǎn)率很高。 實(shí)際上只需將叔胺與氧化劑放在一起，不需分離出氧化叔胺即可繼續(xù)進(jìn)行反應(yīng)，例如在干燥的二甲亞砜或四氫呋喃中這個(gè)反應(yīng)可在室溫進(jìn)行。此反應(yīng)條件溫和、副反應(yīng)少，反應(yīng)過程中不發(fā)生重排，可用來制備許多烯烴。當(dāng)氧化叔胺的一個(gè)烴基上二個(gè)位有氫原子存在時(shí)，消除得到的烯烴是混合物，但是 Hofmann產(chǎn)物為主；如得到的烯烴有順反異構(gòu)時(shí)，一般以 E-型為主。例如：1.反應(yīng)機(jī)理 這個(gè)反應(yīng)是E2順式消除反應(yīng)，反應(yīng)過程中形成一個(gè)平面的五員環(huán)過度態(tài)，氧化叔胺的氧作

18、為進(jìn)攻的堿： 要產(chǎn)生這樣的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，氨基和-氫原子必須處于同一側(cè)，并且在形成五員環(huán)過度態(tài)時(shí)，,-碳原子上的原子基團(tuán)呈重疊型，這樣的過度態(tài)需要較高的活化能，形成后也很不穩(wěn)定，易于進(jìn)行消除反應(yīng)。2.反應(yīng)實(shí)例二十三.加布里埃爾(Gabriel)合成法(P.532) 鄰苯二甲酰亞胺與氫氧化鉀的乙醇溶液作用轉(zhuǎn)變?yōu)猷彵蕉柞啺符}，此鹽和鹵代烷反應(yīng)生成N-烷基鄰苯二甲酰亞胺，然后在酸性或堿性條件下水解得到一級(jí)胺和鄰苯二甲酸，這是制備純凈的一級(jí)胺的一種方法。 有些情況下水解很困難，可以用肼解來代替：1.反應(yīng)機(jī)理鄰苯二甲酰亞胺鹽和鹵代烷的反應(yīng)是親核取代反應(yīng)，取代反應(yīng)產(chǎn)物的水解過程與酰胺的水解相似2.反應(yīng)實(shí)例二

19、十四.Hofmann 重排（降解）(P.538) 酰胺用溴(或氯)在堿性條件下處理轉(zhuǎn)變?yōu)樯僖粋€(gè)碳原子的伯胺:1. 反應(yīng)機(jī)理2. 反應(yīng)實(shí)例二十五.Hofmann 消除反應(yīng)(P.548) 季銨堿在加熱條件下(100-200C)發(fā)生熱分解,當(dāng)季銨堿的四個(gè)烴基都是甲基時(shí),熱分解得到甲醇和三甲胺: 如果季銨堿的四個(gè)烴基不同,則熱分解時(shí)總是得到含取代基最少的烯烴和叔胺:1. 反應(yīng)實(shí)例二十六. Hell-Volhard-Zelinski 反應(yīng)(P.412) 羧酸在催化量的三鹵化磷或紅磷作用下，能與鹵素發(fā)生a-鹵代反應(yīng)生成a-鹵代酸： 本反應(yīng)也可以用酰鹵作催化劑。1. 反應(yīng)機(jī)理2. 反應(yīng)實(shí)例二十七. Arnd

20、t-Eister 反應(yīng) (P.565) 酰氯與重氮甲烷反應(yīng)，然后在氧化銀催化下與水共熱得到酸。1.反應(yīng)機(jī)理 重氮甲烷與酰氯反應(yīng)首先形成重氮酮（1），（1）在氧化銀催化下與水共熱，得到?；ㄙe（2），（2）發(fā)生重排得烯酮（3），（3）與水反應(yīng)生成酸，若與醇或氨（胺）反應(yīng)，則得酯或酰胺。 2.反應(yīng)實(shí)例 二十八.Arbuzov-Michaelis 反應(yīng) (P.591) 亞磷酸三烷基酯作為親核試劑與鹵代烷作用，生成烷基膦酸二烷基酯和一個(gè)新的鹵代烷： 鹵代烷反應(yīng)時(shí)，其活性次序?yàn)椋篟I RBr RCl。除了鹵代烷外，烯丙型或炔丙型鹵化物、a-鹵代醚、a- 或 b-鹵代酸酯、對(duì)甲苯磺酸酯等也可以進(jìn)行反應(yīng)。當(dāng)

21、亞酸三烷基酯中三個(gè)烷基各不相同時(shí)，總是先脫除含碳原子數(shù)最少的基團(tuán)。本反應(yīng)是由醇制備鹵代烷的很好方法，因?yàn)閬喠姿崛榛タ梢杂纱寂c三氯化磷反應(yīng)制得： 如果反應(yīng)所用的鹵代烷 RX 的烷基和亞磷酸三(RO)3P 的烷基相同（即 R = R），則 Arbuzov 反應(yīng)如下： 這是制備烷基膦酸酯的常用方法。 除了亞磷酸三烷基酯外，亞膦酸酯 RP(OR)2 和次亞膦酸酯 R2POR 也能發(fā)生該類反應(yīng)，例如： 1. 反應(yīng)機(jī)理 一般認(rèn)為是按 SN2 進(jìn)行的分子內(nèi)重排反應(yīng)： 2. 反應(yīng)實(shí)例 二十九.Sandmeyer 反應(yīng)(P.571) 重氮鹽用氯化亞銅或溴化亞銅處理，得到氯代或溴代芳烴： 這個(gè)反應(yīng)也可以用新制

22、的銅粉和HCl或HBr來實(shí)現(xiàn)(Gattermann反應(yīng))。1.反應(yīng)機(jī)理2.反應(yīng)實(shí)例三十.Schiemann 反應(yīng)(P.571) 芳香重氮鹽和氟硼酸反應(yīng)，生成溶解度較小的氟硼酸重氮鹽，后者加熱分解生成氟代芳烴： 此反應(yīng)與Sandmeyer反應(yīng)類似。 1.反應(yīng)機(jī)理 本反應(yīng)屬于單分子芳香親核取代反應(yīng)，氟硼酸重氮鹽先是分解成苯基正離子，受到氟硼酸根負(fù)離子進(jìn)攻后得到氟代苯。2.反應(yīng)實(shí)例三十一.Gatterman 反應(yīng)(P.573) 重氮鹽用新制的銅粉代替亞銅鹽(見Sandmeyer反應(yīng))作催化劑，與濃鹽酸或氫溴酸發(fā)生置換反應(yīng)得到氯代或溴代芳烴： 本法優(yōu)點(diǎn)是操作比較簡(jiǎn)單，反應(yīng)可在較低溫度下進(jìn)行，缺點(diǎn)是其產(chǎn)

23、率一般較Sandmeyer反應(yīng)低。1. 反應(yīng)機(jī)理 見Sandmeyer反應(yīng)2. 反應(yīng)實(shí)例三十二. Curtius 重排反應(yīng)(P.579) ?；B氮化物在惰性溶劑中加熱分解生成異氰酸酯: 異氰酸酯水解則得到胺：1.反應(yīng)機(jī)理2.反應(yīng)實(shí)例三十三.Schmidt 重排反應(yīng)(P.579) 羧酸、醛或酮分別與等摩爾的疊氮酸(HN3)在強(qiáng)酸(硫酸、聚磷酸、三氯乙酸等)存在下發(fā)生分子內(nèi)重排分別得到胺、腈及酰胺： 其中以羧酸和疊氮酸作用直接得到胺的反應(yīng)最為重要。羧酸可以是直鏈脂肪族的一元或二元羧酸、脂環(huán)酸、芳香酸等；與Hofmann 重排、Curtius 反應(yīng)和Lossen 反應(yīng)相比，本反應(yīng)胺的收率較高. 1.

24、反應(yīng)機(jī)理 本反應(yīng)的機(jī)理與Hofmann 重排、Curtius 反應(yīng)和Lossen 反應(yīng)機(jī)理相似，也是形成異氰酸酯中間體：當(dāng)R為手性碳原子時(shí)，重排后手性碳原子的構(gòu)型不變：2.反應(yīng)實(shí)例三十四.Hantsch 合成法(P.604,618) 兩分子b-羰基酸酯和一分子醛及一分子氨發(fā)生縮合反應(yīng)，得到二氫吡啶衍生物，再用氧化劑氧化得到吡啶衍生物。這是一個(gè)很普遍的反應(yīng)，用于合成吡啶同系物。1.反應(yīng)機(jī)理 反應(yīng)過程可能是一分子b-羰基酸酯和醛反應(yīng)，另一分子b-羰基酸酯和氨反應(yīng)生成b-氨基烯酸酯，所生成的這兩個(gè)化合物再發(fā)生Micheal加成反應(yīng)，然后失水關(guān)環(huán)生成二氫吡啶衍生物，它很溶液脫氫而芳構(gòu)化，例如用亞硝酸或

25、鐵氰化鉀氧化得到吡啶衍生物：2.反應(yīng)實(shí)例三十五.Wittig 反應(yīng)(P.591) Wittig 試劑與醛、酮的羰基發(fā)生親核加成反應(yīng)，形成烯烴：1.反應(yīng)機(jī)理2.反應(yīng)實(shí)例三十六.Parr-Knorr 合成反應(yīng)(P.604) 1,4-二羰基化合物在無水的酸性條件下脫水，生成呋喃及其衍生物。1,4-二羰基化合物與氨或硫化物反應(yīng)，可得吡咯、噻吩及其衍生物。1.反應(yīng)機(jī)理2.反應(yīng)實(shí)例三十七.Chichi babin 反應(yīng)(P.618) 雜環(huán)堿類，與堿金屬的氨基物一起加熱時(shí)發(fā)生胺化反應(yīng)，得到相應(yīng)的氨基衍生物，如吡啶與氨基鈉反應(yīng)生成2-氨基啶，如果位已被占據(jù)，則得-氨基吡啶，但產(chǎn)率很低。 本法是雜環(huán)上引入氨基的

26、簡(jiǎn)便有效的方法，廣泛適用于各種氮雜芳環(huán)，如苯并咪唑、異喹啉、丫啶和菲啶類化合物均能發(fā)生本反應(yīng)。喹啉、吡嗪、嘧啶、噻唑類化合物較為困難。氨基化試劑除氨基鈉、氨基鉀外，還可以用取代的堿金屬氨化物：1.反應(yīng)機(jī)理 反應(yīng)機(jī)理還不是很清楚，可能是吡啶與氨基首先加成，（），（）轉(zhuǎn)移一個(gè)負(fù)離子給質(zhì)子給予體(AH)，產(chǎn)生一分子氫氣和形成小量的2-氨基吡啶（），此小量的（）又可以作為質(zhì)子的給予體，最后的產(chǎn)物是2-氨基吡啶的鈉鹽，用水分解得到2-氨基吡啶：2.反應(yīng)實(shí)例 吡啶類化合物不易進(jìn)行硝化，用硝基還原法制備氨基吡啶甚為困難。本反應(yīng)是在雜環(huán)上引入氨基的簡(jiǎn)便有效的方法，廣泛適用于各種氮雜芳環(huán)，如苯并咪唑、異喹啉、吖

27、啶和菲啶類化合物均能發(fā)生本反應(yīng)三十八.Skraup 合成法(P.622)苯胺（或其他芳胺）、甘油、硫酸和硝基苯（相應(yīng)于所用芳胺）、五氧化二砷（As2O5)或三氯化鐵等氧化劑一起反應(yīng)，生成喹啉。本合成法是合成喹啉及衍生物最重要的合成法。苯胺環(huán)上間位有給電子取代基時(shí)，主要在給電子取代基的對(duì)位關(guān)環(huán)，得取代喹啉；當(dāng)苯胺環(huán)上間位有吸電子取代基團(tuán)時(shí)，則主要在吸電子取代基團(tuán)的鄰位關(guān)環(huán)，得取代喹啉。很多喹啉類化合物，均可用此法進(jìn)行合成。1.反應(yīng)機(jī)理2.反應(yīng)實(shí)例 也可用，-不飽和醛或酮代替甘油，或用飽和醛發(fā)生羥醛縮合反應(yīng)得到，-不飽和醛再進(jìn)行反應(yīng)，其結(jié)果是一樣的。三十九.Haworth 反應(yīng)(P.635) 萘和

28、丁二酸酐發(fā)生Friedel-Crafts酰化反應(yīng)然后按標(biāo)準(zhǔn)的方法還原、關(guān)環(huán)、還原、脫氫得到多環(huán)芳香族化合物。1.反應(yīng)機(jī)理 見Friedel-Crafts?；磻?yīng)2.反應(yīng)實(shí)例四十、Mannich 反應(yīng)(P.748) 含有a-活潑氫的醛、酮與甲醛及胺(伯胺、仲胺或氨)反應(yīng)，結(jié)果一個(gè)a-活潑氫被胺甲基取代，此反應(yīng)又稱為胺甲基化反應(yīng)，所得產(chǎn)物稱為Mannich堿。1.反應(yīng)機(jī)理2.反應(yīng)實(shí)例四十一、Diels-Alder 反應(yīng)(P.179)含有一個(gè)活潑的雙鍵或叁鍵的化合物(親雙烯體)與共軛二烯類化合物(雙烯體)發(fā)生1,4-加成，生成六員環(huán)狀化合物：這個(gè)反應(yīng)極易進(jìn)行并且反應(yīng)速度快，應(yīng)用范圍極廣泛，是合成環(huán)狀

29、化合物的一個(gè)非常重要的方法。帶有吸電子取代基的親雙烯體和帶有給電子取代基的雙烯體對(duì)反應(yīng)有利。常用的親雙烯體有：下列基團(tuán)也能作為親雙烯體發(fā)生反應(yīng)：常用的雙烯體有：1、反應(yīng)機(jī)理這是一個(gè)協(xié)同反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)，雙烯體和親雙烯體彼此靠近，互相作用，形成一個(gè)環(huán)狀過渡態(tài)，然后逐漸轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物分子：反應(yīng)是按順式加成方式進(jìn)行的，反應(yīng)物原來的構(gòu)型關(guān)系仍保留在環(huán)加成產(chǎn)物中。例如：正常的Diels-Alder反應(yīng)主要是由雙烯體的HOMO(最高已占軌道)與親雙烯體的LUMO(最低未占軌道)發(fā)生作用。反應(yīng)過程中，電子從雙烯體的HOMO“流入”親雙烯體的LUMO。也有由雙烯體的LUMO與親雙烯體的HOMO作用發(fā)生反應(yīng)的。2、反應(yīng)

30、實(shí)例 本反應(yīng)具有很強(qiáng)的區(qū)域選擇性，當(dāng)雙烯體與親雙烯體上均有取代基時(shí)，主要生成兩個(gè)取代基處于鄰位或?qū)ξ坏漠a(chǎn)物： 當(dāng)雙烯體上有給電子取代基、親雙烯體上有不飽和基團(tuán)如：與烯鍵(或炔鍵)共軛時(shí)，優(yōu)先生成內(nèi)型(endo)加成產(chǎn)物四十二、Dieckmann 縮合反應(yīng)(P.491)1.反應(yīng)機(jī)理2.反應(yīng)實(shí)例四十三、Bischler-Napieralski 合成法(P.622)1.反應(yīng)機(jī)理2.反應(yīng)實(shí)例四十四、Fischer重排(P.607) N-亞硝基芳胺用鹽酸或氫溴酸或其乙醇溶液處理時(shí)氨基氮上的亞硝基轉(zhuǎn)移到芳核上去形成p-硝基芳胺(對(duì)位重排): 通常發(fā)生對(duì)位重排，但在奈系化合物中如N-亞硝基-N-加基-2-奈

31、胺則發(fā)生鄰位重排成1-亞硝基化合物：反應(yīng)機(jī)理 在HCl存在下，N-亞硝基化合物首先解離成仲胺及NOCl然后進(jìn)行亞硝基化：四十五.Ullmann反應(yīng)(P.319) 鹵代芳烴在銅粉存在下加熱發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)生成聯(lián)苯類化合物。如碘代苯與銅粉共熱得到聯(lián)苯：這個(gè)反應(yīng)的應(yīng)用范圍廣泛，可用來合成許多對(duì)稱和不對(duì)稱的聯(lián)苯類化合物。芳環(huán)上有吸電子取代基存在時(shí)能促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行，尤其以硝基、烷氧羰基在鹵素的鄰位時(shí)影響最大，鄰硝基碘苯是參與Ullmann反應(yīng)中最活潑的試劑之一。1、反應(yīng)機(jī)理 本反應(yīng)的機(jī)理還不肯定，可能的機(jī)理如下：另一種觀點(diǎn)認(rèn)為反應(yīng)的第二步是有機(jī)銅化合物之間發(fā)生偶聯(lián)：2、反應(yīng)實(shí)例當(dāng)用兩種不同結(jié)構(gòu)的鹵代芳烴混合

32、加熱時(shí)，則有三種可能產(chǎn)物生成，但常常只得到其中一種。例如，2,4,6-三硝基氯苯與碘苯作用時(shí)主要得到2,4,6-三硝基聯(lián)苯：二、馬氏規(guī)則的解釋和碳正離子的穩(wěn)定性馬氏規(guī)則是由實(shí)驗(yàn)總結(jié)出來的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則，它的理論解釋可以從結(jié)構(gòu)和反應(yīng)歷程兩方面來理解。1 用誘導(dǎo)效應(yīng)和-共軛效應(yīng)來解釋1）用誘導(dǎo)效應(yīng)解釋2）-共軛效應(yīng)來解釋當(dāng)鍵直接與雙鍵相連時(shí)，這樣的體系中存在著電子的離域現(xiàn)象，其結(jié)果使極化。2用潑中間體碳正離子的穩(wěn)定性來解釋正碳離子的雜化狀態(tài)及結(jié)構(gòu)如下所示：定性的說，碳正離子的穩(wěn)定性順序?yàn)椋涸颍簭碾娯?fù)性看，Csp2 Csp3 故烷基上的電荷向C+ 轉(zhuǎn)移，分散了C+ 的電荷，烷基越多，分散作用越大，碳正離

33、子越穩(wěn)定。從-P共軛效應(yīng)看，參與-P共軛的鍵數(shù)目越多，則正電荷越分散，碳正離子越穩(wěn)定。碳正離子的穩(wěn)定性越大，越易生成，當(dāng)有兩種碳正離子可能生成時(shí)，則優(yōu)先生成穩(wěn)定的碳正離子，故主要得到馬氏產(chǎn)物。例如：苯環(huán)上親電取代反應(yīng)的定位規(guī)律掌握兩類定位基的定位規(guī)律，定位規(guī)律的理論解釋及其在有機(jī)合成中的應(yīng)用基本概念：定位基：在進(jìn)行親電取代反應(yīng)時(shí)，苯環(huán)上原有取代基，不僅影響著苯環(huán)的取代反應(yīng)活性，同時(shí)決定著第二個(gè)取代基進(jìn)入苯環(huán)的位置，即決定取代反應(yīng)的位置。原有取代基稱做定位基。一、兩類定位基在一元取代苯的親電取代反應(yīng)中，新進(jìn)入的取代基可以取代定位基的鄰、間、對(duì)位上的氫原子，生成三種異構(gòu)體。如果定位基沒有影響，生成

34、的產(chǎn)物是三種異構(gòu)體的混合物，其中鄰位取代物 40%（2/5）、間位取代物 40%（2/5）和對(duì)位取代物 20%（1/5）。實(shí)際上只有一種或二種主要產(chǎn)物。例如各種一元取代苯進(jìn)行硝化反應(yīng)，得到下表所示的結(jié)果： 排在苯前面的取代硝化產(chǎn)物主要是鄰位和對(duì)位取代物，除鹵苯外，其它取代苯硝化速率都比苯快；排在苯后面取代硝化產(chǎn)物主要是間位取代物，硝化速率比苯慢得多。歸納大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果，根據(jù)苯環(huán)上的取代基（定位基）在親電取代反應(yīng)中的定位作用，一般分為兩類：第一類定位基又稱鄰對(duì)位定位基：O-，N(CH3)2，NH2，OH，OCH3，NHCOCH3，OCOCH3，F(xiàn)，Cl，Br，I，R，C6H5 等。第二類定位基又稱

35、間位定位基：N+(CH3)3，NO2，CN，SO3H，CHO，COCH3，COOH，COOCH3，CONH2，N+H3 等。兩類定位基的結(jié)構(gòu)特征：第一類定位基與苯環(huán)直接相連的原子上只有單鍵，且多數(shù)有孤對(duì)電子或是負(fù)離子；第二類定位基與苯環(huán)直接相連的原子上有重鍵，且重鍵的另一端是電負(fù)性大的元素或帶正電荷。兩類定位基中每個(gè)取代基的定位能力不同，其強(qiáng)度次序近似如上列順序。二、定位規(guī)律的電子理論解釋在一取代苯中，由于取代基的電子效應(yīng)沿著苯環(huán)共軛鏈傳遞，在環(huán)上出現(xiàn)了電子云密度較大和較小的交替分布現(xiàn)象，因而環(huán)上各位置進(jìn)行親電取代反應(yīng)的難易程度不同，出現(xiàn)兩種定位作用。也可以從一取代苯進(jìn)行親電取代反應(yīng)生成的中間

36、體 絡(luò)合物的相對(duì)穩(wěn)定性的角度進(jìn)行考察，當(dāng)親電試劑 E+ 進(jìn)攻一取代苯時(shí)生成三種絡(luò)合物： Z 不同，生成的三種 絡(luò)合物碳正離子的穩(wěn)定性不同，出現(xiàn)了兩種定位作用。1第一類定位基對(duì)苯環(huán)的影響及其定位效應(yīng)以甲基、氨基和鹵素原子為例說明。甲基 在甲苯中，甲基的碳為 sp3 雜化，苯環(huán)碳為 sp2 雜化，sp2 雜化碳的電負(fù)性比 sp3 雜化碳的大，因此，甲基表現(xiàn)出供電子的誘導(dǎo)效應(yīng)（A）。另外，甲基 CH 鍵的軌道與苯環(huán)的 軌道形成 超共軛體系（B）。供電誘導(dǎo)效應(yīng)和超共軛效應(yīng)的結(jié)果，苯環(huán)上電子密度增加，尤其鄰、對(duì)位增加得更多。因此，甲苯進(jìn)行親電取代反應(yīng)比苯容易，而且主要發(fā)生在鄰、對(duì)位上。親電試劑 E+ 進(jìn)

37、攻甲基的鄰、間、對(duì)位置，形成三種 絡(luò)合物中間體，三種 絡(luò)合物碳正離子的穩(wěn)定性可用共振雜化體表示：進(jìn)攻鄰位：進(jìn)攻對(duì)位：進(jìn)攻間位：親電試劑進(jìn)攻苯生成的 絡(luò)合物的碳正離子也可以用共振雜化體表示：顯然，共振雜化體和比穩(wěn)定，因?yàn)閏和b的正電荷在有供電基的叔碳上，較分散。而在中，正電荷都分布在仲碳上，不穩(wěn)定。所以甲基是鄰對(duì)位定位基。共振雜化體比穩(wěn)定，雖然在和中的共振極限結(jié)構(gòu)式都是正電荷分布在仲碳上，但甲基有供電性，使的正電荷可以分散在環(huán)和甲基上，因此，甲基活化了苯環(huán)。從共軛效應(yīng)和共振論兩種觀點(diǎn)分析、考察甲苯的親電取代反應(yīng)，都得出甲基是第一類定位基、有活化苯環(huán)作用的一致結(jié)論。氨基 在苯胺中，NC 鍵為極性鍵

38、，N有吸電子的誘導(dǎo)效應(yīng)（C），使環(huán)上電子密度減少；但同時(shí)氮原子有孤對(duì)電子，與苯環(huán)形成供電的p共軛效應(yīng)（D），使環(huán)上電子密度增加：在這里，共軛效應(yīng)大于誘導(dǎo)效應(yīng)，所以綜合效應(yīng)使是環(huán)上電子密度增加，尤其是氨基的鄰位和對(duì)位增加更多。因此，苯胺進(jìn)行親電取代反應(yīng)比苯更容易，且主要發(fā)生在氨基的鄰、對(duì)位上?？疾焐傻闹虚g體絡(luò)合物碳正離子的穩(wěn)定性也得到同樣的結(jié)論。 （3）鹵原子 鹵原子比較特殊，是一類使苯環(huán)鈍化的第一類定位基。以氯苯為例，在氯苯中氯原子是強(qiáng)吸收電子基，強(qiáng)的吸電子誘導(dǎo)效應(yīng)使苯環(huán)電子密度降低，比苯難進(jìn)行親電取代反應(yīng)。但氯原子與苯環(huán)又有弱的供電的 p- 共軛效應(yīng)（C的2p軌道與 Cl 的 3p 軌道形

39、成 p- 共軛體系，沒有 C 的 2p 軌道與 N 的 2p 軌道形成的 p- 共軛體系有效），使氯原子鄰、對(duì)位上電子密度減少得不多，因此表現(xiàn)出鄰對(duì)位定位基的性質(zhì)。2第二類定位基對(duì)苯環(huán)的影響及其定位效應(yīng)以硝基苯為例說明。在硝基苯中，硝基存在著吸電子的誘導(dǎo)效應(yīng)（E），還存在著吸電子的-共軛效應(yīng)（F）： 這兩種電子效應(yīng)都使苯環(huán)上電子密度降低，親電取代反應(yīng)比苯難；共軛效應(yīng)的結(jié)果，使硝基的間位上電子密度降低得少些，表現(xiàn)出間位定位基的作用。親電試劑進(jìn)攻硝基苯時(shí)，形成鄰、間、對(duì)三種 絡(luò)合物中間體：進(jìn)攻鄰位：進(jìn)攻對(duì)位：進(jìn)攻間位：共振雜化體 比 和 穩(wěn)定，因?yàn)樵?和 中有正電荷分布在有強(qiáng)吸電子基團(tuán)的叔碳上的極

40、限結(jié)構(gòu)式 c 和 b 不穩(wěn)定。因此，硝基是第二類定位基，取代反應(yīng)發(fā)生在間位上。共振雜化體有強(qiáng)吸電子基團(tuán)，與相應(yīng)的苯的共振雜化體相比， 不穩(wěn)定。因此，硝基表現(xiàn)出鈍化苯環(huán)的作用。三、對(duì)鄰、對(duì)位產(chǎn)物比例的影響因素1空間效應(yīng)環(huán)上有鄰對(duì)位定位基存在時(shí)，生成鄰位和對(duì)位產(chǎn)物的比例與定位基和新進(jìn)入基團(tuán)的體積有關(guān)系。這兩種基團(tuán)體積越大，空間位阻越大，鄰位產(chǎn)物越少。烷基苯的硝化反應(yīng)隨著烷基的體積增大，鄰位硝基苯的比例減少。烷基硝化反應(yīng)時(shí)異構(gòu)體分布苯環(huán)上原有定位基不變，隨著進(jìn)入基團(tuán)體積增大，鄰位異構(gòu)體的比例也減少。如表所示。甲基苯烷基化時(shí)異構(gòu)分布2反應(yīng)溫度的影響反應(yīng)溫度不同，鄰、對(duì)位異構(gòu)體的比例不同。如 3催化劑的

41、影響 利用現(xiàn)代催化技術(shù)，可以控制取代基的定位作用，如使用有擇型催化作用的分子篩催化乙苯的乙基化，可以得到高選擇性的對(duì)二乙苯。工業(yè)上就是用分子篩催化合成對(duì)二乙苯。后者催化脫氫，得到交聯(lián)聚苯乙烯的共聚單體對(duì)二乙烯基苯： 甲苯與丙烯烷基化反應(yīng)，使用不同孔徑的分子篩催化劑，分別得到間甲基異丙苯和對(duì)甲基異丙基苯。已應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)裝置上。間甲基異丙基苯和對(duì)甲基異丙基苯分別是制備間甲基苯酚和對(duì)甲基苯酚的原料。四、二元取代苯的定位規(guī)律當(dāng)苯環(huán)上有兩個(gè)取代基時(shí)，第三個(gè)取代基進(jìn)入苯環(huán)的位置，主要由原來的兩個(gè)取代基的性質(zhì)決定。大體上說，苯環(huán)上有兩個(gè)取代基時(shí)，有三種定位情況。1苯環(huán)上原有兩個(gè)取代基對(duì)引入第三個(gè)取代基的定

42、位作用一致，第三個(gè)取代基進(jìn)入苯環(huán)的位置就由它們共同定位。例如，下列化合物引入第三個(gè)取代基時(shí)，第三個(gè)取代基主要進(jìn)入箭頭所示的位置： 2苯環(huán)上原有兩個(gè)取代基，對(duì)進(jìn)入第三個(gè)取代基的定位作用不一致，兩個(gè)取代基屬同一類定位基，這時(shí)第三個(gè)取代基進(jìn)入苯環(huán)的位置主要由定位作用強(qiáng)的取代基所決定。如果兩個(gè)取代基定位作用強(qiáng)度較小時(shí)，得到兩個(gè)定位基定位作用的混合物： 3苯環(huán)上原有兩個(gè)取代基對(duì)引入第三個(gè)取代基的定位作用不一致，兩個(gè)取代基不同類定位基時(shí)，這時(shí)第三個(gè)取代基進(jìn)入苯環(huán)的位置主要由第一類定位基定位： 在考慮第三個(gè)取代基進(jìn)入苯環(huán)的位置時(shí)，除考慮原有兩個(gè)取代基的定位作用外，還應(yīng)該考慮空間位阻，如 3-乙酰氨基苯甲酸的

43、 2 位取代產(chǎn)物很少。五、定位規(guī)律在有機(jī)合成上的應(yīng)用應(yīng)用定位規(guī)律可以選擇可行的合成路線，得到較高的產(chǎn)率和避免復(fù)雜的分離過程。例如由甲苯合成間硝基苯甲酸，應(yīng)采用先氧化后硝化的步驟： 由對(duì)硝基甲苯合成2，4-二硝基苯甲酸，其合成路線有如下兩條： 顯然第一條合成路線較合理，可以簡(jiǎn)化分離步驟，同時(shí)硝化一步反應(yīng)較第二條路線的硝化一步反應(yīng)易進(jìn)行，因?yàn)閮蓚€(gè)取代基（CH3，NO2）的定位作用是一致的。定位規(guī)律只適用于動(dòng)力學(xué)控制的反應(yīng)。例如，叔丁苯在 FeCl3 催化下，與叔丁基氯反應(yīng)生成對(duì)二叔丁基苯：這與定位規(guī)律一致，但用過量的AlCl3為催化劑，則生成 1，3，5-三叔丁基苯： 這是因?yàn)樵谶^量強(qiáng)酸作用下，烷

44、基化和脫烷基化達(dá)成平衡，鄰、對(duì)位烷基化快，脫烷基化也容易；間位烷基化慢，脫烷基化也較難，最后變成熱力學(xué)上穩(wěn)定的均三叔丁基苯。六、關(guān)鍵詞定位基，定位規(guī)律，兩類定位基，定位規(guī)律的性質(zhì)解釋，二元取代苯的定位規(guī)律，定位規(guī)律的應(yīng)用親核加成 （羰基上）羰基加成中親核試劑結(jié)合到羰基的碳原子上，而親電試劑與羰基氧原子連接。在酸性條件下由親電試劑（H+）首先加上去；而在堿性條件下則是親核試劑首先加上去。若親核試劑為： H- 或：R-,那么加成反應(yīng)是不可逆的，但若親核試劑為NR2、 鹵素X-等加成反應(yīng)則一般為可逆的。多重鍵 C=N 和 CN 其性質(zhì)類似羰基。在羰基加成反應(yīng)中，由于起始物羰基碳原子的配位數(shù)為 3，而

45、產(chǎn)物中羰基.該羰基碳原子的配位數(shù)則增加到4，所以立體因素對(duì)該反應(yīng)的影響是明顯的，如圖（a）。圖（a） 羰基加成 在羰基由于鍵極化，使得氧原子上帶部分負(fù)電荷，碳原子上帶部分正電荷。因?yàn)檠踉涌梢孕纬杀容^穩(wěn)定的氧負(fù)離子，它較帶正電荷的碳原子要穩(wěn)定得多。因此反應(yīng)的活性中心是羰基中帶正電荷的碳。這樣在反應(yīng)時(shí)，醛、酮分子中碳氧雙鍵很容易被帶有負(fù)電荷或帶有未共用電子對(duì)的試劑即親核試劑所進(jìn)攻。這一步反應(yīng)通常是決定反應(yīng)速度的一步。這種在決定反應(yīng)速率的一步，是由親核試劑進(jìn)攻而發(fā)生的加成反應(yīng)，與烯烴的親電加成反應(yīng)不同，稱為親核加成反應(yīng)。 氮上至少有一個(gè)氫的氨及其衍生物與醛或酮羰基加成時(shí)，其直接產(chǎn)物在反應(yīng)條件下一般

46、立即消除水而得到含 的鍵的最終產(chǎn)物如圖（b）。圖（b） 氨及其衍生物的加成情形羧酸及其衍生物RCOZ在羰基加成后，可裂去離核基團(tuán)Z而得到取代產(chǎn)物。雙分子親核取代反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)與機(jī)理對(duì)于溴代甲烷和羥基負(fù)離子之間進(jìn)行的SN反應(yīng)，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測(cè)定，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)的速率取決于兩個(gè)反應(yīng)物 (CH3Br 和 -OH) 的濃度。反應(yīng)速率方程為：。即反應(yīng)速率與每個(gè)反應(yīng)物濃度的一次方成正比。對(duì)于一個(gè)在液相中進(jìn)行的 SN 反應(yīng)，在反應(yīng)溫度、壓力、溶劑性質(zhì)等不變的條件下，每個(gè)鹵代烷都有各自不變的k值。從這個(gè)反應(yīng)速率方程可見，它是一個(gè)二級(jí)的動(dòng)力學(xué)方程，反應(yīng)是雙分子的。記為 SN2。CH3Br 與 -OH 以 SN2 方式進(jìn)行反應(yīng)

47、的過程可描述如下，即 SN2 反應(yīng)機(jī)理：在鹵代烷按 SN2 機(jī)理進(jìn)行反應(yīng)時(shí)，親核試劑對(duì)中心碳原子的攻擊是在C-X鍵的鹵原子離去的反方向進(jìn)行的；只有這樣，進(jìn)入的 -OH 和離去的 X才相距最遠(yuǎn)，在達(dá)到過渡狀態(tài)時(shí)，各個(gè)原子和基團(tuán)之間的排斥作用才能最低，使過渡狀態(tài)相對(duì)較為穩(wěn)定而有利于反應(yīng)的完成。SN2反應(yīng)的立體化學(xué)SN2反應(yīng)是一步完成的反應(yīng)翻轉(zhuǎn)，新鍵的生成和舊鍵的斷裂是同時(shí)進(jìn)行的。由于親核試劑是在碳鹵鍵背后攻擊中心碳原子，所以在達(dá)到過渡狀態(tài)時(shí)，進(jìn)入基團(tuán) (Nu-) 已經(jīng)把中心碳與另外三個(gè)原子或基團(tuán)形成的鍵排斥到同一個(gè)平面內(nèi)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，離去基團(tuán)(X-)逐步遠(yuǎn)離中心碳，這時(shí)在平面內(nèi)的三個(gè) 鍵所連接

48、的原子或基團(tuán)在空間上更為有利地轉(zhuǎn)向X-離去的方向；最終結(jié)果是中心碳原子的構(gòu)型發(fā)生了轉(zhuǎn)化，即在反應(yīng)前后中心碳原子的構(gòu)型發(fā)生了翻轉(zhuǎn)。這種現(xiàn)象叫做瓦爾登翻轉(zhuǎn)(Walden invertion)。中心碳原子構(gòu)型翻轉(zhuǎn)是SN2反應(yīng)的特征。如果中心碳原子在反應(yīng)前有一定的構(gòu)型，具有旋光性，則在發(fā)生 SN2 反應(yīng)后，中心碳原子的構(gòu)型必定改變，其旋光性也將隨之變化。例如，從實(shí)驗(yàn)測(cè)定得知，HO- 與 2-溴辛烷的反應(yīng)是二級(jí)反應(yīng)，通過構(gòu)型測(cè)定已知 (+)-2-辛醇與 (-)-2-溴辛烷的構(gòu)型是相反的；當(dāng) (-)-2-溴辛烷和 HO- 發(fā)生 SN2 反應(yīng)時(shí)，得到的產(chǎn)物是 (+)-2-辛醇。通過對(duì)這個(gè)反應(yīng)的研究，表明了S

49、N2反應(yīng)是構(gòu)型完全翻轉(zhuǎn)的反應(yīng)。單分子親核取代反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)和機(jī)理叔溴丁烷在稀堿溶液中發(fā)生水解，生成的產(chǎn)物主要是叔丁醇，還有少量的異丁烯： 通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定，這個(gè)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程是一級(jí)的，=kt-BuBr。這表明，在叔溴丁烷的水解反應(yīng)中，反應(yīng)的速率只由叔溴丁烷的濃度所控制，而與堿的濃度無關(guān)。這個(gè)反應(yīng)的機(jī)理不同于 SN2 反應(yīng)，不是一步反應(yīng)過程，而是一個(gè)多步驟反應(yīng)：1)2)3）4)在溶劑(H2O)的作用下，叔溴丁烷先按著(1)式解離生成碳正離子(CH3)3C+ 和溴負(fù)離子 Br-，需要吸收能量。與(2)、(3)、(4)相比是最難于發(fā)生的，是整個(gè)反應(yīng)的控制步驟。生成的碳正離子與 -OH 結(jié)合生成 C-O

50、鍵的同時(shí)放出能量，是一個(gè)非常易于進(jìn)行的過程。水是大量存在于反應(yīng)體系中的，雖然它是溶劑，但水分子也能與生成的碳正離子結(jié)合，而后迅速脫去一個(gè)質(zhì)子生成醇，所以(3)式的發(fā)生是必然的。如果碳正離子在沒有與 -OH 或 H2O 結(jié)合之前就從鄰位碳原子上脫去一個(gè)質(zhì)子，則產(chǎn)生烯烴。在整個(gè)反應(yīng)過程中，在控制步驟(1)里，碳溴鍵的斷裂與-OH 無關(guān)，是單分子行為，所以稱之為單分子的親核取代反應(yīng)，記為 SN1。在 SN1 反應(yīng)中，中心碳原子的雜化狀態(tài)變化是：sp3sp2sp3。中間體碳正離子的生成是這個(gè)過程的特征。整個(gè)反應(yīng)過程的能量變化如圖所示。 SN1反應(yīng)的立體化學(xué)在鹵代烷的SN1反應(yīng)中，生成的中間體碳正離子是

51、一個(gè) sp2 雜化的平面構(gòu)型，當(dāng)親核試劑與這個(gè)碳正離子成鍵時(shí)，可以從平面兩側(cè)與之結(jié)合，產(chǎn)生兩種構(gòu)型的產(chǎn)物。如果鹵代烷的中心碳原子是手性的，則產(chǎn)物會(huì)出現(xiàn)外消旋化。如果反應(yīng)物是鹵代環(huán)烷烴，而且有順反構(gòu)型，當(dāng)按 SN1 反應(yīng)機(jī)理發(fā)生反應(yīng)后，所得產(chǎn)物就會(huì)出現(xiàn)順反混合物，也被實(shí)驗(yàn)事實(shí)所證明。例如： 外消旋化是鹵代烷發(fā)生 SN1 反應(yīng)的立體化學(xué)特征。但是，幾乎所有鹵代烷的SN1 機(jī)理反應(yīng)的產(chǎn)物并不是完全外消旋化，即產(chǎn)物不是 100% 的外消旋體。其主要原因是先行離去的鹵負(fù)離子可以與生成的碳正離子以離子對(duì)的形態(tài)留存于原來的空間方位，這就使親核試劑從碳正離子平面兩側(cè)進(jìn)入的概率不均等，因而形成一定量的構(gòu)型轉(zhuǎn)化的

52、產(chǎn)物。SN1 反應(yīng)的另一特點(diǎn)是常伴有重排反應(yīng)發(fā)生。例如： 四、鄰基參與的親核取代反應(yīng)機(jī)理以上討論的SN1和SN2反應(yīng)，反應(yīng)物和親核試劑是兩種不同的化合物，這種反應(yīng)是分子間的反應(yīng)。如果親核試劑與離去基團(tuán)處于同一分子內(nèi)，能否發(fā)生分子內(nèi)的親核取代反應(yīng)？答案是肯定的，但是有條件的。當(dāng)親核基團(tuán)與離去基團(tuán)位置適當(dāng)，且能反式共平面才能發(fā)生反應(yīng)。如：-氯乙醇在堿催化作用下合成環(huán)氧乙烷的反應(yīng)： 這是一種分子內(nèi)的SN2反應(yīng),它遠(yuǎn)比分子間的SN2反應(yīng)有利。鄰基參與（鄰基效應(yīng)）：有旋光性的溴代丙酸鹽的堿性水解反應(yīng)，得到構(gòu)型保持的旋光性-羥基丙酸鹽 O 在這一反應(yīng)中，鄰近的羧基負(fù)離子從離去溴原子的背后進(jìn)攻碳原子，促使溴原子離去，形成三元環(huán)內(nèi)酯中間體，然后親核試劑-OH從Br-離去的方面進(jìn)攻碳，使構(gòu)型保持： 在同一分子中，一個(gè)基團(tuán)參與并制約和反應(yīng)中心相連的另一個(gè)基團(tuán)所發(fā)生的反應(yīng)，這種分子內(nèi)基團(tuán)之間的特殊作用稱為鄰基效應(yīng)或鄰基參與。如這種參與使反應(yīng)速率加快，則稱為鄰基協(xié)助。溴代丙酸鹽堿性水解反應(yīng)，實(shí)際上經(jīng)理了兩次SN2反應(yīng)。一次是由于鄰基參與的分子內(nèi)的SN2反應(yīng)，接著是羥基負(fù)離子-OH與內(nèi)酯中間體的分子間SN2反應(yīng)。有鄰基參與的親核取代反應(yīng)的特點(diǎn)是反應(yīng)中心原子的構(gòu)型保持不變，取代反應(yīng)的速率快。鄰基參與不限于親核取代反應(yīng)，在消除反應(yīng)、重排反應(yīng)、加成反應(yīng)、