吕萍有机反应机理解夏描述

1、有机反应机理解析 浙江大学化学系 吕萍 2011夏 一：有机反应机理描述一：有机反应机理描述 二：加成反应二：加成反应三：消除反应三：消除反应四：取代反应四：取代反应五：重排反应五：重排反应六：串联反应六：串联反应 2 有机反应的本质：有机反应的本质： ?旧键的断裂，新键的形成旧键的断裂，新键的形成 ?电子的重新分部电子的重新分部 ?离子型反应，电子从富的地方流向贫的地方离子型反应，电子从富的地方流向贫的地方 3 一：有机反应机理描述一：有机反应机理描述 1.1 共价键的断裂 4 一：有机反应机理描述一：有机反应机理描述 1.2 中间体的结构 5 一：有机反应机理描述一：有机反应机理描述 1.

2、3 有机物种 缺电子物种：亲电试剂，正离子或带部分正电荷的基团；Electrophile: H+, C+, X+, C=O,. 富电子物种：亲核试剂，负离子或带部分负电荷的基团。 Nucleophile: RO-, ROH, RNH-, RNH2,. 6 一：有机反应机理描述一：有机反应机理描述 1.4 箭头的表示方法 7 8 一：有机反应机理描述一：有机反应机理描述 1.5 共振式和共振杂化体 ?每一个共振式是正确的Lewis 结构式，Octet Rule ?共振式对真实分子结构的贡献不一定相同 ?共轭电子的排布不同，原子核骨架不变 真实分子结构: 共振杂化体 9 10 11 一：有机反应机

3、理描述一：有机反应机理描述 1.6 反应进程图 一步反应一步反应 一个过渡态一个过渡态 活化能活化能 能量有利能量有利 二步反应二步反应 两个过渡态，一个中间体两个过渡态，一个中间体 活化能活化能 能量有利能量有利 12 一：有机反应机理描述一：有机反应机理描述 1.7 有机反应类型 13 14 加成加成 + + 消除消除 15 一：有机反应机理描述一：有机反应机理描述 1.8 有机反应选择性 16 立体选择性：立体选择性： 17 一：有机反应机理描述小结：一：有机反应机理描述小结： 1.1 共价键的断裂共价键的断裂 1.2 中间体的结构中间体的结构 1.3 有机物种有机物种 1.4 箭头的表

4、示方法箭头的表示方法 1.5 共振式与共振杂化体共振式与共振杂化体 1.6 反应进程图反应进程图 1.7 有机反应类型有机反应类型 1.8 有机反应选择性有机反应选择性 18 PL摄于2011年3月18日 19 二：加成反应二：加成反应 种类： 20 二：加成反应二：加成反应 2.1 亲电加成反应 缺电子物种缺电子物种 E+ 富电子底物富电子底物 21 2.1 亲电加成反应Br?nsted酸 马氏规则：氢加在含氢多的碳原子上。马氏规则：氢加在含氢多的碳原子上。 为什么？为什么？22 取代基的电子效应：诱导效应（取代基的电子效应：诱导效应（I I）和共轭效应（）和共轭效应（C C） 23 马氏规

5、则：氢加在含氢多的碳原子上。马氏规则：氢加在含氢多的碳原子上。 从底物的结构来看： 从中间体的稳定性来看： 碳正离子碳正离子 24 碳正离子结构： 碳正离子的相对稳定性如下： s-p 超共轭： p-p 共轭： 25 碳正离子重排：碳正离子重排： 驱动力驱动力1 1 更稳定的碳正离子： 驱动力驱动力2 2 减小环张力： 26 2.1 亲电加成反应Lewis酸 卤素： 诱导偶极诱导偶极 立体选择性立体选择性 27 底物为不对称烯烃时：底物为不对称烯烃时： 区域选择性区域选择性 28 醋酸汞水：醋酸汞水： 区域选择性区域选择性 立体选择性立体选择性 a. 羟汞化反应： b. 还原： 无立体选择性无立

6、体选择性 只有区域选择性！只有区域选择性！ 29 醋酸汞醇：醋酸汞醇： 1. 羟汞化反应羟汞化反应/还原还原 2. 区域选择性区域选择性 30 底物为末端炔烃时：底物为末端炔烃时： 1. 催化量的汞盐；催化量的汞盐； 2. 不需要还原剂；不需要还原剂； 3. 区域选择性。区域选择性。 31 硼烷：硼烷： a. 硼氢化反应： 1. 同面加成；同面加成； 2. 区域选择性。区域选择性。 32 b. 氧化反应： 立体专一性得以保留立体专一性得以保留 净结果：净结果： 33 亲电加成反应小结：亲电加成反应小结： E+： H+, X+, Hg2+, BH3, 34 PL摄于2011年3月18日 35 亲

7、核加成反应 富电子物种富电子物种 Nu 缺电子中心缺电子中心 缺电子： 亲核加成特点：碳的杂化类型的变化；亲核加成特点：碳的杂化类型的变化； 基团的电子效应影响；基团的电子效应影响； 反应的可逆。反应的可逆。 36 2.2 2.2 亲核加成反应碳作为亲核试剂 Grignard反应： Grignard形成： 37 产物：各种各样的醇 38 羟醛缩合反应 碱催化缩合： 碱催化脱水： 亲核加成 + 消除 39 酸催化缩合： 酸催化脱水： 亲核加成 + 消除 40 Micheal加成 活泼氢 pKa 15 烯醇负离子 底物： a,b-不饱和羰基化合物 产物： 1,5-二羰基 化合物 41 2.2 亲核

8、加成反应氧作为亲核试剂 水合： 42 半缩醛酮形成： 43 缩醛酮形成： 羰基的保护基 44 硫缩醛酮的形成： 硫缩醛酮的去保护： 45 硫缩醛酮的用途1：还原羰基成亚甲基 硫缩醛酮的用途2：极性逆转 46 Smith A. B., Journal of the American Chemical Society, 2006, 128 (1): 6667 逆转逆转2 逆转逆转1 逆转逆转3 逆转逆转4 47 2.2 亲核加成反应氮作为亲核试剂 NH3, RNH2, R2NH, R3N, R4N+X- Schiff碱形成： 48 亚胺、肟、腙的形成： 49 Beckmann重排 50 Wolff

9、-Kishner-Huang 还原 ： 51 烯胺的形成： 52 烯胺形成的机理： 53 Stork 烯胺烷基化 Micheal加成 54 亲核加成反应小结：亲核加成反应小结： Nu: C-, O, S, N, 55 PL摄于2011年3月18日 56 2.3 自由基加成反应 CH3CH2CH=CH2HBr无过氧化物有过氧化物CH3CH2CH CH2BrHCH3CH2CH CH2HBr反马氏规则产物 90%95%57 链引发R O O R2 R O2 R OHBrR OHBrCH3CHCH2链增长BrCH2=CH CH3BrCH3CHCH2BrCH3CHCH2BrBrHBrCH3CH2CH2B

10、r反马氏规则产物 链终止BrBrBr2BrCH3CHCH2H3C CH CH2BrBrBrCH3CHCH2CH3CHCH2CH3CH2CH2CH3BrBrCH2BrCH2Br58 环加成反应 Diels-Alder反应： 立体专一性立体专一性 区域选择性区域选择性 59 2.4 立体专一性：立体专一性： 区域选择性：区域选择性： 60 偶极环加成反应 臭氧氧化：臭氧氧化： 61 2.5 自由基加成 环加成 偶极环加成 62 三：消除反应三：消除反应 63 3.1 E2消除区域选择性 Zaitsev Rule 区域选择性！区域选择性！ 64 3.1 E2消除立体选择性 反式共平面消除反式共平面消

11、除 立体选择性！立体选择性！ 65 3.2 E1消除 Zaitsev Rule 区域选择性！区域选择性！ 碳正离子碳正离子 无立体选择性！无立体选择性！ 66 3.3 E1cB消除 Boord 烯烃合成 67 Hofmann 消除： Hofmann Rule 区域选择性！区域选择性！ 68 Cope 消除： 顺式共平面消除顺式共平面消除 立体选择性！立体选择性！ 69 PL摄于2011年3月18日 70 四：取代反应四：取代反应 71 4.1 饱和碳原子上亲核取代SN2 影响因素：影响因素： ?底物 ?亲核试剂 ?溶剂 ?离去基团 ?和E2的竞争 背面进攻背面进攻 立体选择性！立体选择性！ 7

12、2 4.2 饱和碳原子上亲核取代SN1 碳正离子碳正离子 无立体选择性！无立体选择性！ 影响因素：影响因素： ?底物 ?亲核试剂 ?溶剂 ?离去基团 ?和E1的竞争 73 4.2 饱和碳原子上亲核取代SN1 碳正离子碳正离子 无立体选择性！无立体选择性！ 74 自由基取代 75 4.3 自由基取代 76 4.3 PL摄于2011年3月18日 77 五：重排反应五：重排反应 78 5.1 重排到缺电子的碳原子上 Wagner-Meerwein重排 Olah, J.Am.Chem.Soc. 1964, 68,5679 79 Pinacol重排 80 5.2 重排到缺电子的氧原子上 Baeyer-V

13、illiger氧化 81 Hock重排过氧化氢异丙苯的重排 82 5.3 重排到缺电子的氮原子上 Beckmann重排 Hoffman降解 83 Curtius重排 84 Lossen重排 85 Schmidt重排 86 LG: H2O, X-, -OTs, N2, 87 5.4 周环反应 Cope 重排 88 5.4 周环反应 Claisen 重排 89 90 六：串联反应六：串联反应 6.1 芳香烃亲电取代芳香烃亲电取代加成消除加成消除 91 硝化 磺化 卤代 酰化 烷基化 92 活化基 vs 钝化基 o,p-定位基 vs m-定位基 93 VilsmeierHaack 反应 94 芳香烃亲核取代芳香烃亲核取代加成消除机理 95 6.26.2芳香烃亲核取代芳香烃亲核取代消