第一章精细有机合成的一般原理.ppt

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1、第第1 1章章精细有机合成的一般原理精细有机合成的一般原理一、概述一、概述有机合成为人们提供了各种各样的有机化学品，如有机合成为人们提供了各种各样的有机化学品，如医药、农药、染料、表面活性剂、粘合剂等。医药、农药、染料、表面活性剂、粘合剂等。任务任务实现有价值的已知实现有价值的已知化合物的高效生产；化合物的高效生产；创造亲新的有价值创造亲新的有价值的物质与材料。的物质与材料。有机合成的目的有机合成的目的合成一些特殊的、新的合成一些特殊的、新的有机化合物，探索一些、有机化合物，探索一些、的合成路线或研究其他理的合成路线或研究其他理论问题，即实验室合成。为这论问题，即实验室合成。为这一目的所需要的

2、物质的量较少，一目的所需要的物质的量较少，但纯度要求较高。但纯度要求较高。为了工业上大量生产，即工业为了工业上大量生产，即工业化合成。成本问题非常重要。化合成。成本问题非常重要。有机化学三个研究领域有机化学三个研究领域（1 1）天然产物的分离、鉴定和结构测定）天然产物的分离、鉴定和结构测定（2 2）物理有机化学）物理有机化学（3 3）有机合成）有机合成现代有机合成回顾与进展现代有机合成回顾与进展有机合成的初创期有机合成的初创期有机合成的艺术期有机合成的艺术期科学与艺术的融合期科学与艺术的融合期艺术期艺术期科学艺术科学艺术融合融合初创期初创期有机合成有机合成初创期初创期19世纪到世纪到20世纪初

3、世纪初1828年德国化学家维勒合成尿素年德国化学家维勒合成尿素1840年德国化学家柯尔柏合成醋酸年德国化学家柯尔柏合成醋酸1850年法国化学家贝特洛合成油脂年法国化学家贝特洛合成油脂19世纪初法国化学家拉瓦锡、德国化学家李比希和英国物世纪初法国化学家拉瓦锡、德国化学家李比希和英国物理、化学家法拉第发展定量测定有机物组成的方法理、化学家法拉第发展定量测定有机物组成的方法19世纪有机物结构理论的建立，中心内容包括碳的四价和世纪有机物结构理论的建立，中心内容包括碳的四价和成键（德国化学家凯库勒和英国化学家库帕，成键（德国化学家凯库勒和英国化学家库帕，1858），苯），苯的结构（凯库勒，的结构（凯库勒

4、，1865），碳价键的四面体构型（荷兰化），碳价键的四面体构型（荷兰化学家范托夫和法国化学家勒贝尔学家范托夫和法国化学家勒贝尔）1828Wohler合成尿素合成尿素.1856年年Hofmann和和Perkin得到了得到了第一个人工合成的染料苯胺紫第一个人工合成的染料苯胺紫苯胺紫苯胺紫茜红茜红（1,2-二羟基蒽醌）二羟基蒽醌）靛蓝靛蓝（联（联-2-亚吲哚亚吲哚-3-酮酮）苯的分子轨道图苯的分子轨道图八元环八元环环辛四烯环辛四烯Cyclooctatetraene环丁二烯2+2环加成反应实例 1901-1910年间年间,G.Ciamacian和和P.Silber在意大利在意大利进行光化学反应研究进行

5、光化学反应研究肉桂酸反-2,4-二苯基环丁烷-反-1,3-二甲酸苯甲醛 三甲基乙烯环氧丙烷颠茄酮的合成颠茄酮的合成1902年年Willstatter以近以近20步反应合成步反应合成颠茄酮颠茄酮1917年年R.Robinson在中性水介质中在中性水介质中(生理条生理条件件)一步缩合得到一步缩合得到颠茄酮，开创了天然产物颠茄酮，开创了天然产物的生物合成的生物合成Willstatter完成的茛宕碱（完成的茛宕碱（tropine）的合成路线）的合成路线 R.Robinson的的tropine合成路线合成路线 琥珀醛甲胺丙酮二甲酸Mannich反应结构理论和反应方法研究结构理论和反应方法研究1874年年

6、W.Korner验证了苯的结构。验证了苯的结构。1885年年W.H.Perkin的碳环合成。的碳环合成。1911年年R.Willstatter合成环辛四烯和合成环辛四烯和1905年对环丁年对环丁二烯高度不稳定结构的研究。二烯高度不稳定结构的研究。1901-1910年年G.Ciamacian和和P.Silber发现第一个发现第一个2+2环加成反应。环加成反应。1917年年R.Robinson完成颠茄酮的合成。完成颠茄酮的合成。.艺术期艺术期 20世纪上半叶世纪上半叶研究技术全面革新研究技术全面革新有机物结构理论的重要进展有机物结构理论的重要进展新的反应方法研究新的反应方法研究天然产物全合成天然产

7、物全合成研究技术革新研究技术革新紫外光谱、红外光谱、核磁共振、紫外光谱、红外光谱、核磁共振、X射线衍射射线衍射吸附色层分析、离子交换树脂、质谱分析、色谱质吸附色层分析、离子交换树脂、质谱分析、色谱质谱联用谱联用多肽合成中的固相合成法多肽合成中的固相合成法有机物结构理论重要进展有机物结构理论重要进展有机反应的选择性有机反应的选择性 化学选择性、区域选择性、立体选择性化学选择性、区域选择性、立体选择性构象分析构象分析轨道对称守衡原理轨道对称守衡原理过渡金属有机化学的发展过渡金属有机化学的发展构象分析构象分析nK.S.Pitzer证实分子内旋转中存在着非键合相互作用的能垒 nO.Hassel确立了环

8、己烷体系的椅式构象、直立和平伏键以及构象转换 n1950年有机化学家D.H.R.Barton建立了构象分析理论体系 环辛四烯环辛四烯Cyclooctatetraene4n systems,8 pi electronsNonplanar“tub”conformationHuckels rule does not apply环丁二烯环丁二烯三元环三元环环丙烯体系环丙烯体系aromaticantiaromatic七元环七元环环庚三烯离子环庚三烯离子CycloheptatrienylIons环庚三烯负离子antiaromatic环庚三烯正离子aromaticCyclooctatetraeneDiani

9、on环辛四烯二价负离子环辛四烯二价负离子aromatic10轮烯轮烯aromaticaromaticnonaromatic有机物结构理论重要进展有机物结构理论重要进展有机反应的选择性有机反应的选择性 化学选择性、区域选择性、立体选择性化学选择性、区域选择性、立体选择性构象分析构象分析轨道对称守衡原理轨道对称守衡原理过渡金属有机化学的发展过渡金属有机化学的发展Claisen重排重排苯基烯丙基醚邻烯丙基苯酚烯丙基乙烯基醚 4-戊烯醛3-苯基-1,5-已二烯1-苯基-1,5-已二烯Cope重排重排轨道对称守衡原理 n有机化学家有机化学家Woodward和量子化学家和量子化学家Hoffman共同提出了

10、轨道对称守衡原理共同提出了轨道对称守衡原理n分子轨道对称守恒原理认为：化学反应分子轨道对称守恒原理认为：化学反应是分子轨道进行重新组合的过程，在一是分子轨道进行重新组合的过程，在一个协同反应中，分子轨道的对称性是守个协同反应中，分子轨道的对称性是守恒的恒的 有机物结构理论重要进展有机物结构理论重要进展有机反应的选择性有机反应的选择性 化学选择性、区域选择性、立体选择性化学选择性、区域选择性、立体选择性构象分析构象分析轨道对称守衡原理轨道对称守衡原理过渡金属有机化学的发展过渡金属有机化学的发展新的反应方法研究新的反应方法研究均相不对称催化氢化均相不对称催化氢化手性硼氢化反应手性硼氢化反应-二羰基

11、化合物的环硫醚合成法二羰基化合物的环硫醚合成法四叔丁基正四面烷的合成四叔丁基正四面烷的合成L-多巴的合成多巴的合成 L-多巴 手性膦配位体-铑试剂 均相手性催化剂用于手性丁内酯的合均相手性催化剂用于手性丁内酯的合成成-酮酸 手性硼氢化试剂手性硼氢化试剂pcBHR*用于用于（1s,2s）-反反-2-甲基环戊醇的合成甲基环戊醇的合成重结晶1-甲基环戊烯硼氢化氧化（1s,2s）-反-2-甲基环戊醇蒎基硼烷 双蒎基硼烷 手性硼氢化试剂手性硼氢化试剂pcBHR*和和pc2BR*用于手性烷基硼酸酯的合成用于手性烷基硼酸酯的合成手性烷基硼酸酯手性烷基硼酸酯（1s,2s）-（+）-2-甲基环戊基硼酸二乙酯甲基

12、环戊基硼酸二乙酯（s）-（+）-丁丁-2-基硼酸二乙酯基硼酸二乙酯 新的反应方法研究新的反应方法研究均相不对称催化氢化均相不对称催化氢化手性硼氢化反应手性硼氢化反应-二羰基化合物的环硫醚合成法二羰基化合物的环硫醚合成法四叔丁基正四面烷的合成四叔丁基正四面烷的合成3+2环加成环加成3-甲基庚甲基庚-2,4-二酮的合成二酮的合成 丁硫羟酸3-溴丁-2-酮S-烷基化缩环化，硫消除-二羰基化合物环硫醚合成法机理分子内亲核进攻环硫中间体以半缩酮开环脱硫-二羰基化合物维生素B12前体的合成内硫酰胺过氧化苯甲酰氧化二硫化物环酰基烯胺硫醚中间体环化、开环、脱硫脱氢氰酸联四环前体环酰基烯胺胺氰酰基硫代内硫酰胺新

13、的反应方法研究新的反应方法研究均相不对称催化氢化均相不对称催化氢化手性硼氢化反应手性硼氢化反应-二羰基化合物的环硫醚合成法二羰基化合物的环硫醚合成法四叔丁基正四面烷的合成四叔丁基正四面烷的合成四叔丁基正四面烷的合成四叔丁基正四面烷的合成 正四面烷环丁二烯双自由基四叔丁基环戊二烯酮交叉环化失去CO四叔丁基环丁二烯四叔丁基正四面烷复杂天然产物的全合成复杂天然产物的全合成 n维生素维生素B12的合成，的合成，R.B.Woodward和和A.Eschenmoser，1977n高效植物生长素赤霉酸（高效植物生长素赤霉酸（gibberellicacid）的合）的合成，成，E.J.Corey，1978n杀真

14、菌莫能菌素（杀真菌莫能菌素（monensin）的合成，）的合成，Y.Kishi，1979n抗癌性美登木素（抗癌性美登木素（maytanosine）合成，）合成，E.J.Corey，1980n抗菌素红霉素（抗菌素红霉素（erythromycin）的合成，）的合成，R.B.Woodward，1981维生素维生素B12R.B.Woodward和和A.Eschenmoser，1977红霉素红霉素 抗菌素红霉素（抗菌素红霉素（erythromycin）R.B.Woodward，1981美登素美登素抗癌性美登木素（抗癌性美登木素（maytanosine）E.J.Corey，1980天然产物合成的其他成果天

15、然产物合成的其他成果天然色素的分离鉴定和合成天然色素的分离鉴定和合成包括胡萝卜素、花色素、黄酮、血红包括胡萝卜素、花色素、黄酮、血红素素大环酮香料的分离鉴定和合成大环酮香料的分离鉴定和合成包括麝香酮、灵猫酮包括麝香酮、灵猫酮单糖的呋喃和呋喃型环系结构的证实单糖的呋喃和呋喃型环系结构的证实维生素维生素C的合成的合成元素分析微量化以适应天然产物研究元素分析微量化以适应天然产物研究 科学与艺术融合期 20世纪后半叶至今世纪后半叶至今合成反应和方法学研究合成反应和方法学研究天然产物全合成天然产物全合成功能分子的合成研究功能分子的合成研究E.J.Corey提出逆合成分析 E.J.Corey提出了一套进行

16、有机合成设提出了一套进行有机合成设计的原则和方法，即确定如何将要合成的计的原则和方法，即确定如何将要合成的目标分子按可再结合的原则在分子的适当目标分子按可再结合的原则在分子的适当部位进行切割，而成为较小的起始原料分部位进行切割，而成为较小的起始原料分子，然后再将这些原料分子按一定顺序和子，然后再将这些原料分子按一定顺序和反应结合起来（包括分子的立体结构），反应结合起来（包括分子的立体结构），从而得到目标化合物。从而得到目标化合物。有机合成的突出成就有机合成的突出成就nKishi等完成的含有等完成的含有64个手性碳中心的天个手性碳中心的天然海葵毒素（然海葵毒素（palytoxin）的合成）的合成

17、 nSchreiber等对等对FK-506的细胞免疫抑制剂的细胞免疫抑制剂和和FK-1012的基因开关研究的基因开关研究 n高通量自动化合成技术高通量自动化合成技术 有机合成的发展趋势有机合成的发展趋势 n合成什么合成什么（开展具有独特功能的分子的研究，（开展具有独特功能的分子的研究，包括各种性能的材料、生理活性分子、天然包括各种性能的材料、生理活性分子、天然产物等，合成具有特定功能的分子和分子聚产物等，合成具有特定功能的分子和分子聚集体，开辟集体，开辟“合成生物学合成生物学”和和“化学材料学化学材料学”新领域）新领域）n怎么合成怎么合成（合成选择性、有效性、绿色合成、（合成选择性、有效性、绿

18、色合成、快速合成和非共价合成，特别重视与新的合快速合成和非共价合成，特别重视与新的合成方法的结合，以及提高合成的效率和简捷成方法的结合，以及提高合成的效率和简捷性等。）性等。）科学与艺术融合期 20世纪后半叶至今世纪后半叶至今合成反应和方法学研究合成反应和方法学研究理想的合成 n“理想的理想的”合成方法合成方法 n美国斯坦福大学美国斯坦福大学Wender教授对理想的合成作了完整的教授对理想的合成作了完整的定义：一种理想的合成指的是用简单的、安全的、环定义：一种理想的合成指的是用简单的、安全的、环境友好的、资源有效的操作，快速、定量地把廉价、境友好的、资源有效的操作，快速、定量地把廉价、易得的起

19、始原料转化为天然或设计的目标分子。易得的起始原料转化为天然或设计的目标分子。nSharpless提出点击化学（提出点击化学（ClickChemistry）的概念，）的概念，即通过若干高对映选择性和通用性的关键化学反应快即通过若干高对映选择性和通用性的关键化学反应快速合成各种有用的分子。速合成各种有用的分子。合成反应合成反应n合成反应主要有氧化、还原和碳合成反应主要有氧化、还原和碳-碳键的生碳键的生成三大类。成三大类。n不对称环不对称环氧化氧化n均相不对称催化均相不对称催化氢化氢化 美国的美国的Knowles和日本的和日本的Noyori因在因在不对称催化氢化不对称催化氢化方面的出色工方面的出色工

20、作以及作以及S.Sharpless在在不对称环氧化不对称环氧化方面所作出杰出贡献而共同获方面所作出杰出贡献而共同获2001年诺贝尔化学奖。年诺贝尔化学奖。n碳碳-碳键生成碳键生成的反应、的反应、C=N双键的反应以及双键的反应以及C=C双键的官能团化反应双键的官能团化反应方法学研究方法学研究n现代合成方法学现代合成方法学多位点反应多位点反应新型金属参与的反应新型金属参与的反应光学活性有机催化剂（不含金属）催化的反应光学活性有机催化剂（不含金属）催化的反应 科学与艺术融合期 20世纪后半叶至今世纪后半叶至今合成反应和方法学研究合成反应和方法学研究天然产物全合成天然产物全合成紫杉醇（紫杉醇（Taxo

21、l）紫杉醇（紫杉醇（Taxol）是从红豆杉中分离出来的化合物，）是从红豆杉中分离出来的化合物，1971年年报道了它的结构。报道了它的结构。该化合物在该化合物在1992年被美国食品和药品管理局年被美国食品和药品管理局（FDA）批准为抗乳腺癌和抗卵巢癌的药物。由于紫杉醇在红）批准为抗乳腺癌和抗卵巢癌的药物。由于紫杉醇在红豆杉树皮中含量很低，又表现出独特的抗癌机制，因此紫杉醇豆杉树皮中含量很低，又表现出独特的抗癌机制，因此紫杉醇引起了生物、医学、制药、生态和有机合成等学科领域的极大引起了生物、医学、制药、生态和有机合成等学科领域的极大重视，成为一个重视，成为一个“明星明星”分子。分子。Nicolao

22、u小组和小组和Holton小组几小组几乎同时于乎同时于1994年率先报道了紫杉醇的全合成，随后年率先报道了紫杉醇的全合成，随后Danishefsky，Wender，Mukaiyama和和Kuwajima小组分别完成了其全合成小组分别完成了其全合成。万古霉素万古霉素万古霉素是一个有代表性的糖万古霉素是一个有代表性的糖肽类肽类抗生素，抗生素，其结构最终于其结构最终于1982年确定。万古霉素因其重要的生物、医学作用以及独特年确定。万古霉素因其重要的生物、医学作用以及独特的作用机制而成为全合成的目标分子。它在结构上含有的作用机制而成为全合成的目标分子。它在结构上含有2个个16元双芳基大环醚以及一个元双

23、芳基大环醚以及一个12元双芳基环系，两个环系均存在元双芳基环系，两个环系均存在旋转对映异构现象，此外，七肽苷元上的两个糖基更增加了旋转对映异构现象，此外，七肽苷元上的两个糖基更增加了目标分子的复杂性。目标分子的复杂性。1999年年Nicolaou小组完成了万古霉素的小组完成了万古霉素的全合成。全合成。神经毒素神经毒素（brevetoxinB）神经毒素神经毒素brevetoxinB是赤潮产生的有毒海水的活性成分。是赤潮产生的有毒海水的活性成分。brevetoxinB由由11个环、个环、23个手性中心构成，是一个具有规整结构个手性中心构成，是一个具有规整结构和美感的分子。和美感的分子。Nicola

24、ouNicolaou小组经小组经1212年的努力，终于在年的努力，终于在19951995年完成年完成了了brevetoxin Bbrevetoxin B的全合成，的全合成，19981998年，同一研究小组经过年，同一研究小组经过1010年的努年的努力，完成了更富挑战性的力，完成了更富挑战性的brevetoxin Abrevetoxin A的全合成。的全合成。Spongistatin1（R1=ClR2=AcR3=Ac）Spongistatin1（altohyrtinA）是一个从海绵中提取出）是一个从海绵中提取出来的强抗癌活性化合物，该分子由来的强抗癌活性化合物，该分子由51个碳、个碳、6个吡喃环

25、个吡喃环（其中（其中4个存在于个存在于2个分离的螺缩酮单元中）四十二元个分离的螺缩酮单元中）四十二元内酯环和内酯环和1个氯代双烯单元所组成。个氯代双烯单元所组成。Kishi小组于小组于1998年年完成了这一困难的化合物的不对称全合成完成了这一困难的化合物的不对称全合成。埃坡霉素埃坡霉素A（epothiloneA）埃坡霉素埃坡霉素A（epothilone，R=H）和）和B（R=Me）是）是2个结构相个结构相对简单，但具有与紫杉醇相似的抗癌作用机理的天然产物，由对简单，但具有与紫杉醇相似的抗癌作用机理的天然产物，由于具有强的与微管蛋白结合的能力，有望成为比紫杉醇更好的于具有强的与微管蛋白结合的能力

26、，有望成为比紫杉醇更好的抗癌药。抗癌药。Epothilone AEpothilone A在在2020世纪世纪9090年代中期分离出来后仅年代中期分离出来后仅6 6个个月月DanishefskyDanishefsky小组就完成了它的全合成，随后小组就完成了它的全合成，随后NicolaouNicolaou小组小组和和SchinzerSchinzer小组也相继完成了小组也相继完成了Epothilone AEpothilone A的全合成。的全合成。海葵毒素海葵毒素（127个碳原子，个碳原子，64个不对称中心，个不对称中心，7个个分子内双键，被誉为有机合成中的攀登珠穆朗玛峰，分子内双键，被誉为有机合成

27、中的攀登珠穆朗玛峰，20世纪世纪90年代初由美国哈佛大学的研究小组合成）年代初由美国哈佛大学的研究小组合成）Palytoxin海葵毒素具有过氧结构的抗疟活性化合物具有过氧结构的抗疟活性化合物青蒿素 蒿甲醚 鹰爪素 甘松素 科学与艺术融合期 20世纪后半叶至今世纪后半叶至今合成反应和方法学研究合成反应和方法学研究天然产物全合成天然产物全合成功能分子的合成研究功能分子的合成研究展望展望n有机合成化学离绿色合成的要求还有巨大的差有机合成化学离绿色合成的要求还有巨大的差距，还远远达不到进行反应控制的水平距，还远远达不到进行反应控制的水平,在复杂在复杂分子的合成时需要大量使用保护基。分子的合成时需要大量

28、使用保护基。n与生物体系复杂、精巧的合成相比，也许当今与生物体系复杂、精巧的合成相比，也许当今的有机合成还只是处于石器时代或青铜器时代！的有机合成还只是处于石器时代或青铜器时代！n从合成化学的发展轨迹从合成化学的发展轨迹,我们完全有理由相信，我们完全有理由相信，它的发展将没有终点，而且永远也不会有终点，它的发展将没有终点，而且永远也不会有终点，将不断为人类创造更多的奇迹。将不断为人类创造更多的奇迹。衡量有机合成反应的量度指标衡量有机合成反应的量度指标 单程转化率（单程转化率（xA）指反应物转化掉的反应物指反应物转化掉的反应物A A的量占投入的该反的量占投入的该反应物的量的百分比。应物的量的百分

29、比。xA=转化掉的反应转化掉的反应A A的量的量投入反应器的反应物投入反应器的反应物A A的量的量100%一个化学反应以不同的反应物为基准进行一个化学反应以不同的反应物为基准进行一个化学反应以不同的反应物为基准进行一个化学反应以不同的反应物为基准进行计算所得的转化率是不同的，所以转化率计算所得的转化率是不同的，所以转化率计算所得的转化率是不同的，所以转化率计算所得的转化率是不同的，所以转化率的计算必须指明是何种反应物的转化率。的计算必须指明是何种反应物的转化率。的计算必须指明是何种反应物的转化率。的计算必须指明是何种反应物的转化率。理论收率理论收率（YP）是指生成的目的产物的物质的量占输入反应

30、物是指生成的目的产物的物质的量占输入反应物的物质的量的百分率。的物质的量的百分率。YP=生成的目的产物的物质的量生成的目的产物的物质的量投入反应器的反应物质的量投入反应器的反应物质的量100%收率收率是化学反应的经济指标是化学反应的经济指标。选择性（选择性（S S）指某一反应物转化成目的产物其理论消指某一反应物转化成目的产物其理论消耗的物质的量占该反应物在反应中实际耗的物质的量占该反应物在反应中实际消耗的总物质的量的百分率消耗的总物质的量的百分率。S=转化为目的产物其理论消耗的物质的量转化为目的产物其理论消耗的物质的量该反应物在反应中实际消耗的总物质的量该反应物在反应中实际消耗的总物质的量10

31、0%选择性是衡量反应质量的指标。选择性是衡量反应质量的指标。转化率、选择性和理论收率间的转化率、选择性和理论收率间的关系关系理论收率理论收率理论收率理论收率(Y)=(Y)=(Y)=(Y)=转化率（转化率（转化率（转化率（x x x x）选择性（选择性（选择性（选择性（S S S S）1.1 1.1 有机反应的基本过程有机反应的基本过程n键的断裂键的断裂n1.1.均裂均裂n2.2.异裂异裂1.1 1.1 有机反应的基本过程有机反应的基本过程n键的形成键的形成n1.1.两个游离基结合成键两个游离基结合成键n2.2.两个带相反电荷的质点结合成键两个带相反电荷的质点结合成键n3.3.一个离子与一个中性

32、分子成键一个离子与一个中性分子成键1.1 1.1 有机反应的基本过程有机反应的基本过程 断键与成键同步发生断键与成键同步发生1.断裂一个单键，形成一个单键断裂一个单键，形成一个单键2.一个双键转化成单键，与此同时，形成一个单键一个双键转化成单键，与此同时，形成一个单键1.1 1.1 有机反应的基本过程有机反应的基本过程n分子内重排分子内重排基团带着一对电子迁移基团带着一对电子迁移原因：叔碳正离子比伯碳正离子稳定原因：叔碳正离子比伯碳正离子稳定 基团带着原来键的一个电子迁移基团带着原来键的一个电子迁移左式中的游离基可以离域左式中的游离基可以离域到两个相邻苯环，从而增到两个相邻苯环，从而增加了它的

33、稳定性加了它的稳定性1.1 有机反应的基本过程有机反应的基本过程 基团迁移时不带原来的键合电子基团迁移时不带原来的键合电子 原因：氧负离子比碳负离子稳定原因：氧负离子比碳负离子稳定n电子传递电子传递n一个有强烈趋势释放出一个电子质点能够通一个有强烈趋势释放出一个电子质点能够通过电子转移与一个具有强烈趋势接受电子的质过电子转移与一个具有强烈趋势接受电子的质点发生反应点发生反应1.2 1.2 有机反应的分类有机反应的分类n 按反应类型分按反应类型分 1.2 1.2 有机反应的分类有机反应的分类n一、加成一、加成1、亲电加成、亲电加成烯烃双键的碳原子上含有烷基则在受到亲电试剂烯烃双键的碳原子上含有烷

34、基则在受到亲电试剂攻击时，连有更多烷基取代基的位置将优先生成碳正攻击时，连有更多烷基取代基的位置将优先生成碳正离子。离子。n烯烃受到亲电试剂攻击生成中间产物碳正离子，存在烯烃受到亲电试剂攻击生成中间产物碳正离子，存在着质子消除和亲核试剂加成两个竞争反应。在加成反着质子消除和亲核试剂加成两个竞争反应。在加成反应受到空间位阻时，将有利于发生质子消除反应。应受到空间位阻时，将有利于发生质子消除反应。n含有两个或更多共扼双键的化合物在进行加成反应时，含有两个或更多共扼双键的化合物在进行加成反应时，由于中间产物碳正离子的电荷可离域到两个或更多个由于中间产物碳正离子的电荷可离域到两个或更多个碳原子上，得到

35、的产物常常是混合物。如碳原子上，得到的产物常常是混合物。如1,31,3丁二烯丁二烯加溴加溴1.2 1.2 有机反应的分类有机反应的分类n2 2、亲核加成、亲核加成在羰基邻位有大的基团存在时，将阻碍在羰基邻位有大的基团存在时，将阻碍加成反应进行。芳醛、芳酮的反应比肪族加成反应进行。芳醛、芳酮的反应比肪族同系物要慢，这是由于在形成过渡态时，同系物要慢，这是由于在形成过渡态时，破坏了羰基的双键与芳环之间共轭的稳定破坏了羰基的双键与芳环之间共轭的稳定性。芳环上带有吸电子基团，可使加成反性。芳环上带有吸电子基团，可使加成反应容易发生，而带有供电子基因，则对反应容易发生，而带有供电子基因，则对反应起阻碍作

36、用。应起阻碍作用。1.2 1.2 有机反应的分类有机反应的分类n二、消除二、消除消除反应可分为两种，消除反应可分为两种，消除，消除，消除消除1 1、消除消除消除反应历程有双分子历程消除反应历程有双分子历程(E2)(E2)和单分和单分子历程子历程(E1)(E1)两种。两种。双分子双分子消除反应，消除反应，反应活性：反应活性：-I-Br-Cl-F；叔；叔仲仲伯伯单分子消除反应单分子消除反应,反应活性同反应活性同E E2 21.2 1.2 有机反应的分类有机反应的分类n2 2、消除消除二氯碳烯，二氯碳烯是活泼质点，但不能分离得二氯碳烯，二氯碳烯是活泼质点，但不能分离得到，在碱性介质中它将水解成酸到，

37、在碱性介质中它将水解成酸1.2 1.2 有机反应的分类有机反应的分类n三、取代三、取代连接在碳上的一个基团被另一个基团取代的反应有连接在碳上的一个基团被另一个基团取代的反应有三种不同的途径，即同步取代、先消除再加成和先三种不同的途径，即同步取代、先消除再加成和先加成再消除加成再消除。1、同步取代、同步取代 参加同步取代反应的试剂可以是亲参加同步取代反应的试剂可以是亲核的或亲电的，而原子与游离基则不能直接在碳上核的或亲电的，而原子与游离基则不能直接在碳上发生取代反应。发生取代反应。n由于亲核试剂的进攻是由于亲核试剂的进攻是沿着离去基团的沿着离去基团的相反方向靠近相反方向靠近，在发生取代的碳原子上

38、，在发生取代的碳原子上将发生构型转化。将发生构型转化。n SNSN2 2取代反应与取代反应与E E2 2消除反应相互竞争，何消除反应相互竞争，何者占优势与各种因素有关。在进行者占优势与各种因素有关。在进行SNSN2 2反反应时，烷基活泼性的顺序是应时，烷基活泼性的顺序是伯伯 仲仲 叔叔。这是由于空间位阻的影响所致。这是由于空间位阻的影响所致。1.2 1.2 有机反应的分类有机反应的分类n2、先消除再加成、先消除再加成当碳原子与一个容易带着一对键合电子脱当碳原子与一个容易带着一对键合电子脱落的基团相连接时，可发生单分子溶剂分落的基团相连接时，可发生单分子溶剂分解反应解反应(SN1)。例如。例如n

39、分子上若带有能够使碳正离子稳定化的取代基，分子上若带有能够使碳正离子稳定化的取代基，则反应容易进行。则反应容易进行。对于卤烷而言，其活泼性对于卤烷而言，其活泼性顺序是叔顺序是叔 仲仲 伯。伯。nSNSN1 1溶剂分解反应与溶剂分解反应与E E1 1消除反应也是相互竞争消除反应也是相互竞争的，的，E E1 1SNSN1 1之比与离去基团的性质无关，因之比与离去基团的性质无关，因为二者之间的竞争发生在形成碳正离子以后。为二者之间的竞争发生在形成碳正离子以后。例如例如1.2 1.2 有机反应的分类有机反应的分类n3.先加成再消除先加成再消除n当不饱和化合物发生取代反应时，一般要经过当不饱和化合物发生

40、取代反应时，一般要经过先加成再消除两个阶段，比较重要的反应有先加成再消除两个阶段，比较重要的反应有羰基上的亲核取代和在芳香碳原于上的亲核、羰基上的亲核取代和在芳香碳原于上的亲核、亲电与游离基取代。亲电与游离基取代。n(1)羰基上的亲核取代羰基上的亲核取代n羧酸衍生物中的羰基与吸电子基团相连接时，羧酸衍生物中的羰基与吸电子基团相连接时，容易按加成容易按加成消除历程进行取代反应。例如消除历程进行取代反应。例如酰基衍生物的活泼顺序是酰基衍生物的活泼顺序是酰氯酰氯 酸酐酸酐 酯酯 酰胺。酰胺。1.2 1.2 有机反应的分类有机反应的分类n强酸对羧酸的酯化具有催化作用，其强酸对羧酸的酯化具有催化作用，其

41、原因在于可增加羰基碳原子的正电性原因在于可增加羰基碳原子的正电性。1.2 1.2 有机反应的分类有机反应的分类n(2)芳香碳上的亲核取代芳香碳上的亲核取代n卤苯本身发生亲核取代要求十分激烈的条件，卤苯本身发生亲核取代要求十分激烈的条件，在其邻、对位带有吸电子取代基时，反应容易很在其邻、对位带有吸电子取代基时，反应容易很多。多。n(3)芳香碳上的亲电取代芳香碳上的亲电取代n芳环与亲电试剂的反应按加成芳环与亲电试剂的反应按加成消除历程进行。消除历程进行。大多数情况下第一步是速率控制步骤，如苯的硝大多数情况下第一步是速率控制步骤，如苯的硝化反应；也有一些反应第二步脱质子是速率控制化反应；也有一些反应

42、第二步脱质子是速率控制步骤，如苯的磺化反应。步骤，如苯的磺化反应。1.2 1.2 有机反应的分类有机反应的分类n(4)芳香碳上的游离基取代芳香碳上的游离基取代n与亲核试剂和亲电试剂一样，游离基或原子与芳香化合与亲核试剂和亲电试剂一样，游离基或原子与芳香化合物之间的反应也是通过加成消除历程进行的。例如物之间的反应也是通过加成消除历程进行的。例如n PhCOOOOCPh一一PhCO2n PhCO2一一Ph+CO2 由于在取代基的邻、对位发生取代时，有利于中间游离基产物的离域，由于在取代基的邻、对位发生取代时，有利于中间游离基产物的离域，因此，取代反应优先发生在邻位和对位。因此，取代反应优先发生在邻

43、位和对位。取代反应取代反应取代反应取代反应取代反应指与碳原子相连的原子或基团被另一取代反应指与碳原子相连的原子或基团被另一个原子或基团所替代的反应。个原子或基团所替代的反应。脂肪族亲核取代反应（SN）卤代烷中卤素卤代烷中卤素的电负性很强，的电负性很强，因此，因此，C-XC-X键的键的电子对偏向卤原子电子对偏向卤原子底物底物亲核试剂亲核试剂（进入基团（进入基团）离去基团离去基团 单分子亲核取代反应单分子亲核取代反应(S(SN N1)1)叔丁基溴的水解叔丁基溴的水解:该反应的反应速度仅取决于叔丁基溴的浓度，而不受该反应的反应速度仅取决于叔丁基溴的浓度，而不受OH-浓度的影响。浓度的影响。反应速度反

44、应速度=k(CH3)3CBrSN1反应历程可用下式来表示：反应历程可用下式来表示：卤代烷首先离解为正碳离子与卤代烷首先离解为正碳离子与带负电荷的离去基团，而离解带负电荷的离去基团，而离解过程需要消耗能量，是控制反过程需要消耗能量，是控制反应速度的步骤，也是速度最慢应速度的步骤，也是速度最慢的步骤。的步骤。离解生成正碳离子离解生成正碳离子随后立即与亲核试随后立即与亲核试剂反应，而这一过剂反应，而这一过程速度极快程速度极快。由于该亲核取代反应中控制反应速度的一步控制反应速度的一步控制反应速度的一步控制反应速度的一步是单分子是单分子是单分子是单分子，因此这种反应称为单分子亲核取代反应。S SN N1

45、 1反应能量变化图反应能量变化图 :溴甲烷在碱性水溶液中的水解反应溴甲烷在碱性水溶液中的水解反应:双分子亲核取代反应双分子亲核取代反应(S(SN N2)2)溴甲烷在碱性水溶液中的水解反应速度取决于两个反应物的浓度，溴甲烷在碱性水溶液中的水解反应速度取决于两个反应物的浓度，该反应的反应历程可认为卤代烷和羟基离子都参与了限速步骤。该反应的反应历程可认为卤代烷和羟基离子都参与了限速步骤。该反应是一个同步过该反应是一个同步过程，亲核试剂从反应程，亲核试剂从反应物离去基团的背面向物离去基团的背面向与它连接的碳原子进与它连接的碳原子进攻，先与碳原子形成攻，先与碳原子形成较弱的键较弱的键离去基团与碳原子的键

46、有离去基团与碳原子的键有所减弱，两者与碳原子成所减弱，两者与碳原子成直线形状，碳原子上另外直线形状，碳原子上另外三个键逐渐由伞形转变成三个键逐渐由伞形转变成平面。平面。这一过程需要消耗能量这一过程需要消耗能量(即活即活化能化能)，所以这一过程较慢，所以这一过程较慢，是控制反应速度的步骤是控制反应速度的步骤。S SN N2 2反应能量变化图反应能量变化图 :影响反应的因素在在S SN N1 1反应中，与离去基团相连的碳原子背面的空间阻碍越大，越不反应中，与离去基团相连的碳原子背面的空间阻碍越大，越不易发生易发生S SN N2 2反应，而越容易发生反应，而越容易发生S SN N1 1反应。反应。在

47、在S SN N1 1反应中，亲核试剂的性质对反应速度没有影响。反应中，亲核试剂的性质对反应速度没有影响。S SN N2 2反应中亲反应中亲核试剂的亲核性对反应速度影响显著。核试剂的亲核性对反应速度影响显著。进入基团的碱性愈强进入基团的碱性愈强,其亲核性能力也愈强其亲核性能力也愈强。I-CN-OH-BrAcO-H2O离去基团的碱性愈弱，形成的负离子愈稳定，愈容易被进入基团离去基团的碱性愈弱，形成的负离子愈稳定，愈容易被进入基团取代。按离去基团的碱性大小排列次序为：取代。按离去基团的碱性大小排列次序为：I-Br-Cl-I-Br-Cl-脂肪族亲电取代反应脂肪族亲电取代反应 脂肪族亲电取代反应最重要的

48、离去基团是外层缺少电子对而能脂肪族亲电取代反应最重要的离去基团是外层缺少电子对而能很好存在的离去基团。重要是有氢作离去基团的反应，亲电取代常很好存在的离去基团。重要是有氢作离去基团的反应，亲电取代常在酸性较强的位置上发生在酸性较强的位置上发生。SE2和SE1 SE2(前面进攻)构型保持 SE2(后面进攻)构型转化 SE1取代反应的的动力学是一级的，包括两步：慢的离解和快的结合芳香族亲电取代反应 苯的一元亲电取代 芳环上的亲电取代反应历程:芳香环是一个环状共轭体系，电子云密度较高，容易受到亲电试芳香环是一个环状共轭体系，电子云密度较高，容易受到亲电试剂的进攻，发生亲电取代反应剂的进攻，发生亲电取

49、代反应。首先是亲电试剂进攻芳环，生成-络合物离去基团变成正离子离开，离去基团在多数情况下为质子取代基的电子效应给电子诱导效应使芳环活化，吸电子诱导效应使芳给电子诱导效应使芳环活化，吸电子诱导效应使芳环钝化。环钝化。诱诱导导效效应应是是由由邻邻键键的的极极化化而而引引起起的的某某个个键键的的极极化化。诱诱导导效应对邻键的影响最大，随着键的远离影响迅速减弱。效应对邻键的影响最大，随着键的远离影响迅速减弱。芳芳环环上上的的取取代代基基使使电电子子云云向向芳芳环环偏偏移移，增增加加芳芳环环电电子子云云密密度度，增增强强碱碱性性，增增大大芳芳环环亲亲电电能能力力的的，这这类类取取代代基基具具有有给给电电

50、子子诱诱导导效效应应;取取代代基基使使芳芳环环上上电电子子云云向向取取代代基基偏偏移移，从从而降低芳环电子云密度，这类取代基具有吸电子诱导效应。而降低芳环电子云密度，这类取代基具有吸电子诱导效应。共轭效应是由共轭体系内取代基引起的共轭体系的电子共轭效应是由共轭体系内取代基引起的共轭体系的电子云密度的变化，因而对分子的电子云密度分布产生影响云密度的变化，因而对分子的电子云密度分布产生影响。芳芳环环上上已已有有取取代代基基通通过过共共轭轭效效应应供供给给芳芳环环电电子子的的称称为为给给电电子子的的共共轭轭效应；移走芳环电子的称吸电子共轭效应。效应；移走芳环电子的称吸电子共轭效应。给电子的共轭效应使