有机单元反应 第二章 有机合成基础.pptVIP

* 第二章精细有机合成基础 一、脂肪族亲核取代反应 脂肪族化合物中与碳相连的原子或基团，被具有给电子能力的原子或基团取代的化学过程。 反应通式 NU：+ RX = RNU + X- 例如：苄基丙二酸二乙酯的合成 脂肪族亲核取代反应历程有两种极限情况：单分子亲核取代反应（SN1）和双分子亲核取代反应（SN2）。 1、?双分子亲核取代反应（SN2） 以溴甲烷为例的SN2反应历程 反应物 能量 反应进程 过渡态 产物 （1）形成过渡态的过程是最慢的一步，过渡态的能量最高---需要加热。 （2）过渡态时新键未完全形成，旧键未完全断裂，有五个基团按一定秩序围绕中心碳原子，比较拥挤。因此，反应物的空间位阻对反应速度影响较大。旧键断裂所需要的能量可部分地由新键形成时所释放出的能量供给。 （3）理想情况下为二级反应，反应速度与底物和亲核试剂的浓度都有关，V=k2[RX][NU-]。 SN2反应能量变化图 过渡态 2、单分子亲核取代反应（SN1） 一般表达式 SN1反应能级图 SN2反应能级图 SN1反应的特征：（1）反应分两步进行，反应物首先解离成正碳离子，再与亲核试剂结合。正碳离子越稳定反应速度越快。（2）理想情况下为一级反应，反应速度只与反应物浓度有关。 V=k1[R3C-L]。（3）光学活性的反应物在反应中基本发生外消旋化。常伴有消除和重排反应。 3、影响亲核取代反应的因素 （1）烷基结构 影响亲核取代反应的主要因素：电子效应（诱导效应、共轭效应、超共轭效应的综合）和空间效应。 100 7.9 0.22 ～0 SN2反应相对速度 总结：与中心碳原子相连的甲基越多，过渡态越拥挤，所需的活化能越高，反应速度减小。 结论： 叔卤代烷因为空间位阻很大，难以发生SN2反应，而按SN1反应历程进行。叔正碳离子上有较多的C-H键与正碳离子的空轨道发生δ－p超共轭作用，正电荷较好地离域，更加稳定，反应速度加快。 100 0.023 0.0133 0.0034 SN1反应相对速度 （2）亲核试剂 亲核性是倾向于将未共用电子对给予底物的中心碳原子并与之结合的能力。碱性是与质子结合的能力。试剂的亲核性和碱性有密切关系，但二者不能等同。 试剂 相对碱度 1.6 0.3 0.76 相对速度常数 2020 4300 8900 虽然吡啶碱性最弱，因为亲核原子氮的空间位阻最小，因此，其亲核反应速度相比很快；3-甲基吡啶的3-甲基对于氮原子的空间没有影响。 （3）离去基团 对于SN2反应，由于底物和亲核试剂都参与过渡态的形成，因此，反应的难易与离去基团有关。C-X键越弱，X-的碱性越弱，就越容易被亲核试剂排挤出去。所以是好的离去基团。 如：对甲苯磺酰基、甲磺酰基 （4）溶剂 对于SN1反应，增加溶剂的极性，反应速度明显增加。因为溶剂的极化能力越强，正碳离子的生成就越快。 对于SN2反应，由于底物和亲核试剂都参加控制步骤，所以不同的亲核试剂和底物，溶剂的影响不一样。 思考题 （1）某一卤代烃发生亲核取代反应时，向反应液中加入一亲核性更强的亲核试剂或改变亲核试剂的浓度时，反应速度明显加快，该反应为SN1或SN2反应？ （2）脂肪族SN1和SN2亲核取代反应与底物和亲核试剂浓度的关系： A、只和底物浓度有关 B、与底物和亲核试剂浓度都有关 C、与底物和亲核试剂浓度无关 答：该反应是SN2反应。因为SN2反应的反应速率与底物和亲核试剂的浓度均有关，改变底物和亲核试剂的浓度都可以改变SN2反应的反应速率。本题中向反应液中加入一亲核性更强的亲核试剂或增加亲核试剂的浓度时，反应速度明显加快。与SN2反应吻合，故该反应是SN2反应。 控制步骤 极快 1、反应历程 π配合物 σ配合物 或Wheland中间体 σ配合物共振杂化体 二、芳香族亲电取代反应 π配合物形成和解离速度很快，△E1很小，对反应速率和产物没有大的影响。不作为独立反应步骤。 σ配合物中苯环共轭体系被破坏，△E2比较大，对反应速率和产物没有大的影响。不作为独立反应步骤。 △E3一般小于△E2， σ配合物的生成反应的控制步骤。 2、苯环上已有取代基的定位规律----实验规律 苯环上已有取代基的类型 第一类（邻、对位）定位基：与苯环相连的原子拥有未共用电子对，它们使苯环活化（卤原子例外），新取代基进入其邻、对位。 主要有： 第二类（间位）