第十六章元素有机化合物

1、第十六章元素有机化合物一、教学目的和要求1、掌握元素有机化合物的分类及重要性2、掌握CM健的一般合成方法3、掌握过渡金属 n -络合物的结构及合成上的应用4、了解有机元素化合物的性质及在合成上的应用二、教学重点与难点1、C M健的一般合成方法2、过渡金属n 络合物的结构及合成上的应用三、教学方法和教学学时1、教学方法：以课堂讲授为主，结合必要的课堂讨论。教学手段以板书和多媒 体相结合。2、教学学时：4学时四、教学内容第一节元素有机化合物的分类及重要性第二节 CM健的一般合成方法一、金属与卤代烃反响二、金属盐与有机金属化合物的反响三、烃类金属化反响四、金属或非金属氢化物与不饱和烃的加成第三节有机

2、锂化合物有机锂化合物的结构、性质及在合成上的应用第四节 第四节烷基硼化合物一、烷基硼及在合成上的应用二、烷基硼反响的立体化学第五节有机硅化合物有机硅化合物的制备及在合成上的应用第六节过渡金属n 络合物一、过渡金属元素的成健特征二、 不饱和烃n 络合物、夹心结构 n 络合物、金属n 络合物的结构五、课后作业、思考题习题：3, 4, 5。我们学习过的有机化合物，归纳起来主要是含有H , O, N , X及S, P等元素的碳化合物。这些元素以各种各样的方式与碳相结合，形成了数以百万计的有机化 合物。然而，能够与碳相结合的元素并非仅限于上述少数几个几素，除了零族元素 以外，绝大多数元素都能与碳相结合，

3、形成了一大类新颖的有机化合物，它们被统 称为元素有机化合物、严格地讲，元素有机化合物是指有机基团以碳原于直接与金 属或非金属元素相连结的化合物。如果有机基团是通过氧原于与金属或非金属元素 相连接的，这一类化合物就不属于元素有机化合物。本章将重点讨论锌、硼、硅及过渡元素的右机化合物、皱合前面已学过的有关 镁、磷、硫等元素有机化合物的知识，使我们对元素有机化学有一个初步的认识。§ 16-1元素有机化合物的分类和重要性一、元素有机化台物的分类根据元素在周期表的地位从各元素与碳成链的类型，大体上可把元素有机化合 物分为离子型化合物，d键化合物以及非经典键化合物等三大类型。1. 离子型化合物碱

4、金属和碱土金属电负性很小。它们所形成的烃基化合物，大多为离子型化合 物，其通式为RM , R2M ,它们具有离子化合物的典型特征，可以把它们看作为烃RH的盐类。由K, Na, Ca, Sr, Ba等元素所形成的烃基化物，一般不溶于烃类溶剂，具有 异乎寻常的反响活性，其溶液可以导电，对空气敏感，遇水发生剧烈水解。2. d键化合物IB、川B及m W B等元素电负性较大，它们主要生成d键化合物，即有机基团以d键与金属或非金属元素相键合的化合物，在这类化合物中，虽然有些化合物 的离子特性仍相当大，但大多数化合物是共价键占优势，典型的d键化合物的反响活性比典型的离子键化合物小，具有挥发性，对空气稳定，一

5、般溶于非极性溶剂。3. 非经典键化合物在元素有机化合物中，除了上述的离子型和 d键型化合物外，还存在许多化合 物，它们分子中的 MC键不能用普通的离子键或 d键来描述，其中有一类是属于 多中心键型化合物。另一大类非经典键化合物是由过渡金属与不饱和烃、芳烃包括非苯芳烃形成的化合物，通称为过渡金属 n 络合物。二、元素有机化台物的重要性元素有机化合物在理论研究上丰富和开展了化学结构理论，它在实际应用上为 工农业生产以及国防、尖端科学提供了性能优异的合成材料和各种具有特殊性能的 化学物质。元素有机化合物作为有机合成试剂利有机反响的高教、高选择性催化剂，近二 十多年来进行了广泛而深入的研究，开展迅速。

6、§ 16-1 C M键的一般合成方法合成金属或非金属的 C一 M键的方法很多，这里将结合以下各节的有关内容较 典型的制法介绍如下：一、金属与卤代烃反响利用金属句卤代烃直接反响制备金属有机化合物的方法历史悠久。典型的例子 是格氏试剂合成法，有机锂化合物也主要用该法制备。 -G&CI + 2口汎-："加口+Li口1- 2L，i25V-LiBr二、金属盐与有机金属化台物反响利用碱金属或碱土金属的有机化合物与其他金属盐类如卤化物反响，来合成其他金属的有机化合物，此反响可看作是复分解反响。2C2HsLi+Zn(：!: -(C-HjJjZn + 2IjQiQHaMgCl f C

7、dCk (QHJiCd + ZMgCh3CflH5 MeBr + BF*MgRrF2(.HtMgRr 卜 迥YG區bSig 辽MgRiCl3&出屈尺由+ACb (C，H3)jA + 3MKBrCI三、烃类的金后化反响 XJ Lj.GH& + Na- <H；Na+ L yH?环戊二册+ x-GKAi 四、金属或非金属氢化物与不饱和烃加成THI< 、RCncib + HIL - FRCHQHJP-or:-RCHClb I H- Si<h 一 A_ RO4&H£i(?bBL.§ 16-2有机锂化台物、结构和性质锂的烃化物具有碱金属有机化合

8、物的一些通性；例如，化学性质很活泼暴露 在空气中立即自然与水及水蒸气迅速反响等。但是行机理化合物在化学键特性上和 一些主要的物理性质上同其他碱金属有机化合物之间存在着明显的差异。有机理化合物通常为液体或低熔点固体。烷基锂的反响活性与分子缔合度很有关系、缔合作 用降低了烷基锂的反响活性，聚集态的活性远低于单体 烷基锂的活性。、有机锂化台物在有机合成中的应用在碱金属有机化合物中以有机锂化合物的活性最小，但要比格氏试剂更活泼些,反响方式与格氏试剂相同。1 .与CO2及活性氢的化合物反响烷基锂与C02反响生成羧酸盐，酸化转变为羧酸，这是实验室里合成羧酸的一 种方法。CO?RLi 一- RCOOIJ 一

9、:一 RCnOH2 .与碳基化合物的加成反响烷基锂与醛、酮反响分别得到第二醇和第三醇。反RrI _HjC)HiHLi + X?=QRO 亠0 Li1 - - R C - OHR"- 丨I3 .与羧酸反响4与a、B 不饱和碳基化合物的共扼加成格氏试剂和有机锂试剂与 1, 4不饱和酮的加成反响 1, 2加成和1 , 4加成 方式都可能发生，而有机铜锂试剂对1, 4不饱和酮的加成选择性极好，根本上生成1, 4 加成产物。例如：I+ (CH?)sCuLi-1)乙, lOrrnn <-99%CH,C)CH2CH!IICCIch372%§ 16-3有机硼化合物硼和铝同为川A元素，

10、可是硼的化学行为不太象侣而象硅。硼可以形成许多硼 氢化合物，简称为硼烷。一、二硼烷最简单的硼烷是 BH3,它不能游离存在，倾向于二聚为比拟稳定的二硼烷B2H6。二硼烷为气体(沸点一92C )，在空气中自燃，遇水立即水解为出和B(0H)3。2NaBH4 + 2CH3COOH -B2H6 +2 +2CH3COONa3NaBH4 + 4BF3 * 0 (C/J 2 m+3NaBF4 +4 (C2HS) 20二、烷基硼硼烷中的氢被烃基取代后的化合物称为烃基硼烷。RB三烃基硼烷sp2杂化，分子的立体形象是 sp3杂化，分子的立体形象转*NHsRBHRBH一烃基硼烷二烃基硼烷最简单的三烃基硼烷是三甲基硼烷

11、， 分子中的硼呈 平面三角形构型。三烃基硼烷形成配位化合物后， 硼呈 变成四面体构型。B十:NH, _I/八CHSC比 CH.平面构型阿闻侔构塑W杂此3杂比/RCH=CH,.、KC由CH尹吃兔比 RCHCHjBH，. KCHjCHEH一烷基硼烷二烷基硼烷RCH=CH?1rch2ch2 3b三烷基珈烷RC = CH+l/ZBHg RC = CH+R2BH 三、烷基硼在有机合成中的应用1.硼氢化-复原烯烃的硼氢化-复原相当于烯烃的双键发生顺式加氢，最后得到烯烃的复原产物烷烃。CH.CH/C=CHC2H5CH3COOH lH.CHCHC 尹 52.硼氢化-卤化烯烃在适当条件下发生的硼氢化-卤化反响相

12、当于烯烃的双键与卤化氢发生反马氏规那么的加成，产物是卤代烃。例如，三烃基硼烷在氧化剂氯胺T的存在下，可以和碘化钠发生反响，得到的产物相当于原料烯烃与碘化氢发生了反马氏规那么的加 成。3.硼氢化-氧化烯烃的硼氢化-氧化相当于烯烃的双键和水发生反马氏规那么的加成，可以用来制备醇。b£vthf硼氯化H2o5Joir氧化'u ru异松垛磐而炔烃的硼氢化-氧化那么可以用来制备醛和酮。C = CH> n-C4H9CHjCHO4.硼氢化-加成许多烃基硼烷可与 类化合物。a , 3 -不饱和醛、酮发生1 , 4-加成，继而水解得到醛、酮烯悭0rsbh2=ch-c-chrch2ch=c-

13、ch0rch2ch2cch3B位上有烷基取代的a，3 -不饱和醛、酮要在自由基引发剂的存在下才能顺利 进行此类反响。少数烷基硼烷可与醛发生 1 , 2-加成，然后在碱性条件下氧化得到 醇。5.硼氢化-烃基化h2o2j oh"在碱性条件下，烷基硼烷可使a -卤代羰基化合物发生烃基化反响，这是在羰基a -碳上接长碳链的良好方法。a +峡罰»B啓严卞DyhJ-OR6. 选择性复原许多烃基硼烷是具有高度选择性的复原剂，它们能使醛羰基、 酮羰基顺利复原，而分子中的硝基、酯羰基、羧酸羰基等不受干扰。复原的立体选择性也很高。CH5CCOOC2H5孩基円-3. 3.1壬顷 旦 CH3CHC

14、OOCH582畑7. 烯烃的立体选择性合成乙烯基硼烷的衍生物在制备Z型烯烃、E型烯烃、共轭E, E-二烯烃、共轭Z,E-二烯烃和共轭Z, Z-二烯烃方面具有很高的选择性。例如，将碘加到烯基、二烷 基或环烷基硼烷的碱溶液中，硼原子上的一个烷基基团转移到邻近的碳原子上，生 成Z型烯烃。而烯基、二烷基硼烷同溴化腈反响那么生成E型烯烃。又如，二烯基氯代硼烷在甲基铜诱导下发生偶联反响可得到立体化学纯度很高、 产率很好的E, E -1 , 4-二烯化合物。> CHXH,C= C< 2 Sch3ch/ kch2ch3烃基硼烷涉及到的反响丰富多样，而且大都具有反响条件温和、操作简便、立 体选择性好

15、、产率高等优点，它们在精细有机合成方面、特别是在天然产物的立体 合成方面显现了很好的应用价值。§ 16-2 有机硅化合物一、有机硅化合物的结构硅是第W A元素，位于碳之下，外层电子构型为3s23p2，硅在大多数化合物中处于sp3杂化状态，是四价元素，当它以单键与四个不同的基团相连时，分子的立体形象呈四面体结构，有一对光活性异构体。甲基"乙基、异丙基氯硅烷的光活异构体当硅的3d空轨道参与成键时，有两种杂化状态，它们分别是sp3d杂化和sp3d2杂化，前者形成的化合物呈双三角锥形，硅为5价，后者形成的化合物呈正八面体形，硅为6价。二、有机硅化合物的类型1 .硅烷及卤硅烷硅可以形

16、成分子式与烷烃相似的氢化物，称为硅烷。SiH4SiH3SiH3HSjCI.!CHjSiCl.四粗代硅三探睚烷甲昂三氯睚烷一甲基一一贏槎烷CH.1ch3CCHjJjSCISiC)2CH;=CH -SiCl3亍甲基氛琏烷二苯華：甌粧烷苯基甲基二拥畦烷乙烬基甲基二低硅烷2 .硅酸酯类壬甲棊甲氧基硅烷3 硅氧烷类二甲基一乙施基应烷罩基-乙植基磋焼CHjS -0 Si1 | '屮 CHi六帀呈二4E氧規CH3 ch3iiCH3St- O-SiO0CHr Si OSi YH3 CH3尺甲基环四程較悦三、有机硅化合物的制备烃基卤硅烷及烃基硅酸酯是合成有机硅高分子的重要原料又叫有机硅单体。合成烃基卤硅

17、烷及烃基硅酸酯的比拟成熟的方法主要有两种；一种是由格氏试剂或锂 试剂与卤硅烷或硅酸酯反响来制备，这是实验室里常用的合成方法，另一种力法是 由E. G. R。 chow于1944年研制成功的直接合成法，它奠定了有机硅橡胶的工业 根底。所谓直接合成法就是指由硅料与卤代烃主要是氯 RH烷或氯苯在高温及催化刑存在厂进行反响，直接合成烃基卤硅烷，产物为混合物。CHSiCI. + (CHZCI - CHHCL 等JiQHQ r宙赢戸厲巴I四、有机硅化合物的重要反响1 . Si 一 X键的水解2 .硅醇的缩合反响在酸或碱的存在下，大多数硅醇不稳定，易进一步缩台形成相应的硅氧烷。值 得注意的是硅酸的脱水方式与

18、醇类不尽一致。CH3SiOlli3-.不反响 1H.ICHjCH?CH, SiO :HH H -SiCHjCHj皿CH. CHSHjO1-.f CH.- SiQSiCHjH'ICHi CH,3 .硅醚OHA1 %三甲基氯硅烷在碱存在下，很易与醇反响，生成三甲基硅醚。Tid fCH，CL . -7KV 5 卜【2“+ 1；ILCRO- -''27H1 ,H2Q, 76V五、硅油、硅橡胶和硅树脂自学§6-2过渡金属n络合物过渡金属有机化学已开展成为元素有机化学中极为重要的分支，它对现代化学 结构理论的开展作出了重大的奉献，过渡金属络合物作为新型高效高选择性催化剂 的应