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第2章 精细有机合成的理论基础-2


更容易SN1, + ( B ) C H = C H C H C H O H + H C l C H = C H C H C H C l+ H O 2 2 2 2 2 2 2 3 2 CH CH=CHCH + >CH2=CHCH2CH2
(4)
H C H C H S H + N a B r S半径越大, ( A ) C H C H C H B r + N a S H C 3 2 2 3 2 2 越容易极化, H C H C H O H + N a B r 亲核性越强 ( B ) C H C H C H B r + N a O HC 3 2 2 3 2 2
2.影响反应历程和速度的因素
(1)作用物的结构 SN1:单分子亲核取代反应.主要考察形成的C正离子的稳定性 被进攻的碳原子上有给电性取代基;取代基的p-p(如α-氯代 醚类)和p-π(如烯丙基卤化物)共轭有利于SN1。在RX里, 按SN1进行的RX的活性为:烯丙型,苄基型>叔RX>仲RX>伯 RX SN2:双分子亲核取代反应. 主要考察空间阻力.受到的阻力 越小,活性就越大.
( A ) ( C H ) C H C H C l + S H 3 2 2 ( C H ) C H C H S H + C l 3 2 2 ( C H ) C H C H S H + I 3 2 2
(1)
( C H ) C H C H I + S H ( B ) 3 2 2
C H 3
( A )C H C H C H C H B r + C N 3 2 2
(5) (A)
+ C H C O O A g C H C H C H C l 3 3 2O 2
C H C O O H 3
C H C O O C H C H C H A g C l + 3 2O 2 3
(B)
C H C H C H C l+ C H C O O A g 3O 2 2 3
C H C O O H 3
注意:烯丙型RX and 苄基型RX,发生 SN2反应的活性也是非常大的,与伯RX 相当
(2)离去基团的影响
越容易形成负离子(或接受电子能力强)的离去基 团越有利于亲核取代反应的进行。难易次序:
(3)亲核试剂的影响
对SN1影响不大,对SN2反应有明显的影响。绝大多 数试剂的亲核能力与其碱性一致。
C2H5O >OH >C6H5O >C2H5S >H2O
到阻碍,就以反式共平面的消除方式为主。
② 单分子消除反应历程(E1历程):
单分子消除反应历程(E1)分两步进行,分子上离去基先解离掉 (控制步骤)生成正碳离子,第二步在碱性条件下消除β-H质子 后形成烯烃:
反应为一级,反应速率与碱的浓度无关,v =k[RX]
当形成的C正离子比较稳定时,反应优先按E1历程进行。E1和SN1反 应常同时发生,两者比值常根据溶剂的极性和温度的不同而异。
C H C H S H + I 3 2
C H C H S H + I 3 2
甲醇是质子性溶剂,DMF为非质子溶剂有利于SN2
2.4 消除反应
消除反应:有机物分子中同时除去两个原子(或原子团),形成一个 新分子的反应。这种反应通常是不饱和程度增加的反应。分β 消除和α 消除两种。
(1) β-消除反应 在相邻的两个碳原子上除去两个基团,生成烯(炔)烃化合物。 ① 双分子消除反应历程(E2历程):双分子消除反应通常在强碱性试剂存在下 发生。当亲核性试剂的碱性试剂Nu接近β-H时,形成过渡态,而后发生C-H 键和C-X键的同时断裂,形成烯键。
C H C O O C H C H C H + A g C l 3 2 2O 3
P-P共轭效应 (6) (A) (B)
C H C H C H 3 2O 2
C H C H C H 3 2O 2
C H C H I + S H 3 2
H O H 3 -C
C H C H I + S H 3 2
M F - D
烯烃结构的影响:当碳-碳双键上连有给电性取代基时,有利于稳定正离子,加快 了反应速度;当碳-碳双键上连有吸电性取代基时,降低了碳正离子稳定性,反应 速度减慢。 卤素的亲电性:Cl2 > Br2 > I2。
2、亲核加成 亲核加成中最重要的是羰基的亲核加成。C=O 中带正 电荷的C原子与亲核试剂发生反应。参与加成反应的亲 核试剂有三类:
体的形成,反应一步进行。通式如下:
SN2历程的特征: ①Nu-从离去基团背面进攻;②构型反转(R/S);③旧键 断裂与新键形成同时;④二级反应,即v = k[RCH2X][OH-]; 假一级反应(当 [OH-] ﹥ ﹥ [RCH2X] 时 ),v = k[RCH2X]
(2)单分子亲核取代反应历程(SN1)
同族元素的亲核试剂中,原子半径越大,越容易极 化,亲核性越强
(4)溶剂的影响
对SN1反应,极性溶剂有利于中性化合物R-X的解离 溶剂极性越大, 反应速度越快 对SN2反应,Nu-易与质子传递型溶剂形成氢键,使
反应活性降低。反应宜在非质子传递型溶剂中进行
3.芳香族环上氢的亲核取代反应
反应时,亲核试剂优先进攻环上电子云密度最低的位置, 故(反应难易和定位规律)与芳香族亲电取代反应相反。
β-消除反应定向规律
a)查依采夫(Saytzeff)法则:
从卤代烷消除卤化氢时,氢从含氢量少的碳原子上消除,主 要生成不饱和碳原子上连有烷基数目最多的烯烃。
b) 霍夫曼(Hofmann)法则: 季铵碱分解时,主要生成
在不饱和碳原子上连有烷基数目最少的烯烃。
c)若分子中已有一个双键,消除反应后形成新的双键位置,
不论按何种消除历程,均以形成共轭双键产品为主。
(2) α -消除反应
在相同的碳原子上消除两个原子(或原子团),也称1,1-消除,形成卡宾(Carbene, >C:),由于卡宾的特殊价键状态和化学结构,可发生多种化学反应。
(3) 消除反应影响因素
反应物分子结构的影响 a)空间效应:
无论E2还是E1机理,反应均有利 (因E2是进攻β-H原子)。
迈森海默络合物
b)单分子历程 (一级反应) 重氮盐的水解或醇解生成醇或醚是亲核置换反应, 其历程按SN1进行:
c. 苯炔历程 第一步:消除卤化氢,形成苯炔中间体; 第二步:亲核加成生成取代产物
CH3 Cl
KNH 2-液NH 3
CH3
NH2 + CH3 NH2
62%(非预期的)
必须使用强碱
38%(预期的)
δ CLeabharlann Oδ1)能形成碳负离子的化合物,主要是含有活泼α-H的醛,酮,羧酸及其衍生物 和亚砜等。这类亲核加成是在酯键上形成新的C-C键的重要方法。
特点:①由于芳香环和亲核试剂的电子云密度都比较高, 所以这类反应较难发生。②当芳环上连接有吸电子基团 时,使邻位和对位的电子云密度下降得比间位更多,该 位有利于发生亲核取代反应。
4.芳香族已有取代基的亲核置换反应
(1)重要性
在芳环上引入某些基团。要在芳环上引入-OH、-OR、-OAr、NH2、-NHR、-NR2、-NHAr、-CN和-SH等取代基的化合物,采用环 上H的亲核取代相当困难。
反应为二级,反应速度v =k[Nu][RX]
E2和SN2的比较:
E2历程和SN2历程很相似,区别在E2历程中碱性试剂进攻β-氢原子, 而SN2历程中亲核试剂进攻α碳原子上。 按E2历程进行反应,离去基团的空间排布在理论上有两种,即顺 式消除和反式消除。
1) 对烷基化合物,单键可以自由旋转,很难确定按哪种方式进行; 2) 但烯烃衍生物和脂环化合物中,双键和环上的单键自由旋转受
2. 卤代烷与NaOH在水-乙醇溶液中进行反应,下列哪些是 SN2机理?哪些是SN1机理?
(1) 产物发生Walden转化; (2) 增加溶剂的含水量反应明显加快; (3)有重排反应; (4)叔卤代烷反应速率大于仲卤代烷; (5)反应只有一步。
SN2 SN1 SN1 SN1 SN2
3)下列每一对反应中,预测哪一个更快,为什么?
b)电子效应:
β-碳原子上有吸电子基团,增加了β-氢原子的活性,有利于E2反应。 c. 离去基团的性质:离去基团吸电子能力增加,使β-H原子的电子云密 度下降,有利于E2消除,而对E1消除无明显影响。
反应条件的影响
a)试剂碱性的影响:
高浓度的强碱性试剂在非质子化溶剂中,有利于双分子历程, 且对E2比对SN2更有利。 低浓度的碱或者没有碱存在时,在质子化溶剂中有利于单分子 历程,且对SN1比对E1更有利。 b)溶剂(介质)的影响:
对于单分子反应历程,首先是形成C+离子,增加溶剂极性可以使反 应速率提高,但是对E1和SN1产物比例影响较小 对于双分子反应历程,非极性溶剂对SN2和E2反应均有利。
c)温度的影响: 升高反应温度对E1和E2消除均有利
2.5 自由基反应
自由基反应属快速链反应,反应历程包括三个阶段:链引发、链传递和链 终止。自由基反应应用十分广泛,如卤化、磺化、氧化、聚合等。 自由基的产生方式: 1.热离解法:化合物受热到一定温度发生热离 解,产生自由基.
该历程中反应是分两步进行的,第一步,中心C原子与离去基间 发生异裂,生成一个不稳定的碳正离子中间体;
第二步,碳正离子与亲核试剂结合生成新的化合物。
★ SN1反应机制的特点 ●反应分两步,第一步是控制步骤,即C-X键首先断裂形成碳正 离子; ●过渡态为平面结构,中心原子由sp3杂化转化为sp2杂化; ●亲核试剂可以从碳正离子两侧与之结合,生成等量的对映体, 即发生消旋化; ●此类反应与亲核试剂的亲核能力及浓度无关。一级反应,即v = k[R3CX] ★ SN1反应立体化学: 生成等量的对映体即外消旋体
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