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文档之家› 第3章 一般有机化学反应机理1-自由基反应
第3章 一般有机化学反应机理1-自由基反应
A→产物 r=k[A] A+B→产物 r=k[A][B] A+B+C→产物 r=k[A][B][C]
上述基元反应中,双分子反应是最常见的;单分子反应次之; 三分子反应为数很少。至今尚未发现三分子以上的基元反应。
2010秋
华东理工大学-王朝霞课件
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化学反应
化学反应包括由反应物向产物的转化,反应主要以单分子 或双分子反应进行。
1。 3。 CH3 4。 2。 CH3CH C CH2CH2CH3
CH3 CH3
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d. 碳自由基的稳定性
常见碳自由基稳定性顺序
CH2
> ( CH3)3 C > (CH3)2 CH > CH3CH2 > CH3
CH2 CH CH2
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③ 少量氧可以抑制反应的进行,因生成不活泼的过氧甲基自 由基(CH3OO·)而使反应终止,待一段时间氧消耗完后, 反应还可继续,此段时间称为诱导期。
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反应机理及其所解决的问题
反应机理是由反应物转变为产物的途径,若为基元反应, 则为一步反应得到产物;若不为基元反应,则可以分解为多步 基元反应过程。
碳自由基、碳正离子、碳负离子、键的极性与反应 活泼中间体、过渡态结构。 3. 自由基反应历程:自由基取代反应、自由基加成反 应(烯烃自由基加成、合成有机过氧化物的自由基 加成)。
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教学大纲
4. 亲电反应历程:亲电加成反应(马尔科夫尼科夫规 则、加卤化氢、加卤素、加次卤酸)。亲电取代反 应。
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结论 自由基愈稳定愈容易形成; 烷基取代数目愈多,形成的自由基稳定性愈大; 共轭强度越大,自由基越稳定; 超共轭强度越大,自由基越稳定。
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碳正离子
碳正离子是由键的异裂失去成键电子而产生的。碳正离子极 不稳定,仅存在极短的时间(约10-9 s),不易捕捉,但核磁共 振仪可观察到它的存在。
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快速翻转的角锥体
角
锥
复杂的烷基自由基多为快速翻转的角锥型结构,如叔丁基
构
自由基,转换的能量为2.51 KJ/mol,孤电子处在一个sp3杂
型
化轨道上,烯基取代自由基也容易翻转,反应后手性消失。
刚性角锥体
在二环[2.2.2]-1-辛基自由基中,孤电子也处在一个sp3杂化 轨道上,但由于桥环的原因,碳的构型不能翻转,是一刚 性角锥体结构。
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从键的离解能推知自由基的稳定性
CH3-H → ·CH3 + H·
435 KJ/mol
难
CH3CH2-H → ·CH2CH3 + H·
410 KJ/mol
CH3CH-H → ·CHCH3 + H·
395 KJ/mol
CH3
CH3
CH3 CH3 CH3C-H → ·CCH3 + H·
CH3 CH3
反应级数与反应分子数的差别
a) 反应分子数和反应级数是属于不同范畴的二个概念,前者为 理论的概念,而后者为实验的概念,必须加以明确地区别。
b) 质量作用定律只适用于基元,不适用于非基元反应和总包反 应,后者的速率方程必须由实验测定。
c) 鉴定一个反应是否是基元反应,往往要做长期的大量的动力 学研究工作。
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反应级数与反应分子数的差别
概念所属 范围
定义或意义
反应 级数
是对宏观 的总包反 应而言的
反应的宏观 速率对浓度 的依赖的方
次
反应 是对微观 参加该反应 分子 的基元反 的反应物微 数 应而言的 粒数目
允许值
整数、 分数、 零或负
数
只可能 是一、 二、三
对指定反应 是否有固定
HCl Cl
HCl
化学反应
CH3Cl Cl
基
元
Cl2
反
应
CH3Cl
CH3CH3
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从各步基元反应我们可以认识到:
① 可通过对反应的原料配比、光照时间、反应温度、投料方 式等的变化来控制反应产物。
② 反应是自由基型,可以被高温、光照、过氧化物所催化, 一般在气相或非极性溶剂中进行。
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CH2 CH2 CHCH2
p-
p-
共轭效应
H
HCHH3 C H
CHH3 CC CHC3
> Leabharlann H3p H H C HH
p-σ超共轭效应
共轭强度越大,自由基越稳定;σ-p超共轭的强度 与C-H键数目有关,σ-p重叠的几率越大,超共轭强度越 大,自由基越稳定。
研究反应机理的意义 了解影响反应的各种因素,最大限度地提高反应的产率。 发现反应的一些规律,指导研究的深入。
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反应热和活化能
反应热是状态函数,仅表示反应物与产物的能量差。反应热 可以通过离解能数据计算得出。
CH3 H
435
Cl Cl
243
CH3 Cl
CH2 CH CH2
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碳正离子是缺电子的,任何使中心原子电子云密度增加的基团都 能使碳正离子稳定,影响碳正离子稳定性的因素有以下四点:
电子效应 空间效应 芳香性 溶剂效应
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诱导效应 共轭效应 超共轭效应
请同学课后复习相关教材并分 析比较各种碳正离子的稳定性
反应机理(或反应历程)就是对反应物到产物所经历过程 的详细描述和理论解释,特别是对中间体杂化状态、能量变化 的描述。
依据的实验事实越多,则由此作出的理论解释越可靠。一 个反应的历程应经得起实验事实的考验,并应有一定的预见性。
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反应机理所要解决的问题
反应是如何开始的? 反应条件起什么作用? 产物生成的合理途径? 决速步骤是哪一步? 经过了什么中间体? 副产物是如何生成的?
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第三步反应是一个放热反应,活化能只有4 KJ/mol,很容易进行。
过渡态[H3C···Cl···Cl]
4 KJ/mol
E活化
∆H
Cl-CH3+Cl·
·CH3+Cl-Cl
-106 KJ/mol
反应热(∆H):反应物和产物之间的能量差。 活化能(E活化):过渡态与反应物之间的能量差,
是形成过渡态所需的最低能量。
当碳与三个大的基团相连时,由于碳从sp3杂化(角锥型) 转变为sp2杂化(平面型)可以减少取代基间的排斥力, 有利于碳正离子的形成。
5. 亲核反应历程:亲核加成反应(炔烃亲核加成反应、 羰基亲核加成(与格氏试剂、氨的衍生物、水、 醇)、环醚的亲核加成(酸性下,碱性下)、亲核 取代反应(卤烷 SN1、SN2瓦尔登翻转;醇与氢卤 酸、卤化物;醚的酸解)、芳环上亲核取代、羧酸 衍生物的亲核取代。
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教学大纲
6. 消除反应历程:卤烷(E1、E2、E1CB、影响因素)、醇 (E1、E2)、季铵盐霍夫曼消除(E2)、消除加成(苯 炔)。
7. △氧化还原反应历程:还原历程(双键和叁键催化加氢、 可溶氢化物还原);氧化反应(醇、酮、烯)。
8. △周环反应机理:周环反应分类(电环化反应,环加成 反应,σ键迁移反应),周环反应的特点。
(CH3)3C·
烷基自由基
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H2C CHCH2
烯丙基型自由基
桥头碳自由基
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b. 碳自由基的结构
甲基及其他简单的烷基自由基
★
平面构型 sp2杂化 具有平面的或接近平面的构型
自
由
基
结
H
构
HC
角锥构型 sp3杂化
H
平面结构中,带孤电子的碳为sp2 杂化,孤电子占据一个p轨道。
基元反应 化学反应 反应级数与反应分子数的差别 反应机理及其所解决的问题 反应热和活化能
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基元反应
简称元反应,是指反应物分子在碰撞中能够直接转化为生成 物分子的反应。只有基元反应才服从质量作用定律:在定温下,基 元反应的速率与所有反应物浓度的乘积成正比,各物质浓度的方次 等于反应式中相应物质的化学计量数。
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一些角华东锥理型工的大学自-王由朝基霞课件
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c. 碳自由基的分类 各种类型碳、氢的表达方式: 按 与 周 围 连 接 的 碳 原 子 个 数 , 分 别 称 为 伯 碳 (1°)、 仲 碳 (2°) 、叔碳(3°) 、季碳(4°),与之相连的氢则称为伯氢(1°)、 仲氢(2°) 、叔氢(3°) 。相应的碳形成相应的自由基。
349
H Cl
431
H=(435+243)-(349+431)= -102 KJ/ mol
用反应热来说明反应的难易程度是不完全的,因为本反应 不是一步完成的。
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Cl Cl
Cl
CH4
CH3
Cl2
Cl
Cl
H= 243 KJ/mol
CH3
HCl H= 435-431 = 4 KJ/mol