精细有机合成单元反应 与合成设计 第一章

1、石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院 Tel:E-mail: 联系方式联系方式石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院精细化工的范畴精细化工的范畴生产精细化学品的工业，通称精细化学工业，简称精细化生产精细化学品的工业，通称精细化学工业，简称精细化工。工。所谓精细化学品，一般指的是批量小、纯度或质量要求高，所谓精细化学品，一般指的是批量小、纯度或质量要求高，而且利润高的化学品。而且利润高的化学品。 医药、农药、染料、涂料、颜料、香料、粘合剂、表面活医药、农药、染料、涂料、颜料、香料、粘合剂、表面活性剂、化妆品、助剂

2、、食品添加剂、功能树脂和化学促进性剂、化妆品、助剂、食品添加剂、功能树脂和化学促进生命物质等。生命物质等。 0 前言前言石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院精细化工的特点精细化工的特点（1）高技术密集度。）高技术密集度。（2）多品种。）多品种。（3）综合生产流程和多用途、多功能生产设备。）综合生产流程和多用途、多功能生产设备。 （4）商品性强。）商品性强。（5）新品种开发成功率低、时间长、费用高。）新品种开发成功率低、时间长、费用高。（6）技术垄断性强、销售利润高、附加价值高。）技术垄断性强、销售利润高、附加价值高。石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院精细化工在国民经济中的作用

3、精细化工在国民经济中的作用（1）直接用作最终产品或它的主要成分）直接用作最终产品或它的主要成分 （2）增加或赋予各种材料以特性）增加或赋予各种材料以特性（3）增进和保障农、林、牧、渔业的丰产丰收）增进和保障农、林、牧、渔业的丰产丰收 （4）丰富人民生活）丰富人民生活 （5）促进技术进步）促进技术进步（6）高经济效益）高经济效益石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院本课程所讨论内容本课程所讨论内容 从分子结构来看，它们大多数是在脂链、脂环、芳环或从分子结构来看，它们大多数是在脂链、脂环、芳环或杂环上含有一个或几个取代基的衍生物。其中最主要的杂环上含有一个或几个取代基的衍生物。其中最主要的取

4、代基有：取代基有：（1）-Cl、-Br、-I、-P等。等。（2）-SO3H、-SO2Cl、-SO2NH2、-SO2NHR等等（3）-NO2、-NO。（4）-NH2、-NHR、-NHA r、-NH2OH等等（5）-N2+Cl、-N2+HSO4；（6）-OH、-OR、-OAr, -OAc等；等；（7）-R。例如。例如-CH3、-C2H5、-CH(CH3)2等；等；精细有机合成的单元反应精细有机合成的单元反应石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院 为了在有机分子中引入或形成上述取代基，以及为了在有机分子中引入或形成上述取代基，以及为了形成杂环和新的碳环，所采用的化学反应叫做单为了形成杂环和新的

5、碳环，所采用的化学反应叫做单元反应或单元作业。最重要的单元反应有：元反应或单元作业。最重要的单元反应有：磺化、硫酸化反应磺化、硫酸化反应 硝化反应硝化反应 卤化反应卤化反应 还原反应还原反应氨解反应氨解反应 烷基化反应烷基化反应酰化反应酰化反应 氧化反应氧化反应 羟基化反应羟基化反应 酯化反应酯化反应缩合反应缩合反应石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院 上述单元反应可以归纳为三种类型：上述单元反应可以归纳为三种类型：第一类是有机分子中碳原于上的氢被各种取代基第一类是有机分子中碳原于上的氢被各种取代基所取代的反应，例如卤化、磺化、硝化和亚硝化、所取代的反应，例如卤化、磺化、硝化和亚硝化、

6、C-酰化、酰化、C-烃化等。烃化等。第二类是碳原子上的取代基转变为另一种取代基第二类是碳原子上的取代基转变为另一种取代基的反应，例如硝基还原为氨基等。的反应，例如硝基还原为氨基等。第三类是在有机分子中形成杂环或新的碳环的反第三类是在有机分子中形成杂环或新的碳环的反应即环合反应。应即环合反应。石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院 上述三类反应之间有密切的联系：上述三类反应之间有密切的联系：第一类反应常常为后两类反应准备条件。第一类反应常常为后两类反应准备条件。进行第二类反应时所形成的取代基的位置常常进行第二类反应时所形成的取代基的位置常常就是上一步进行第一类反应所引入的取代基的就是上一步

7、进行第一类反应所引入的取代基的位置。位置。而第三类反应也需要由碳原子上的取代基来提而第三类反应也需要由碳原子上的取代基来提供供C、N、O、S等原子来形成杂环或新的碳环。等原子来形成杂环或新的碳环。石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院 例如苯酚的合成路线很多，其中在工业生产上例如苯酚的合成路线很多，其中在工业生产上曾经采用过的合成路线至少有以下五个，它们各有曾经采用过的合成路线至少有以下五个，它们各有优缺点。优缺点。石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院3 天然气的利用天然气的利用 天然气是埋藏

8、在地下的可燃性气体，它的主天然气是埋藏在地下的可燃性气体，它的主要成分是甲烷。天然气可直接用来制炭黑、乙炔、要成分是甲烷。天然气可直接用来制炭黑、乙炔、氢氰酸（氨氧化法）、各种氯代甲烷、二硫化碳、氢氰酸（氨氧化法）、各种氯代甲烷、二硫化碳、甲醇、甲醛等产品。另外，天然气也可先制成合甲醇、甲醛等产品。另外，天然气也可先制成合成气（成气（CO+H2的混合气体），一氧化碳经各种羰的混合气体），一氧化碳经各种羰基合成反应可制得甲醇、高碳醇、正丁醛、甲酸、基合成反应可制得甲醇、高碳醇、正丁醛、甲酸、乙酸、丙酸、丙烯酸、丙烯酸酯和人造石油等化乙酸、丙酸、丙烯酸、丙烯酸酯和人造石油等化工产品。工产品。石河子

9、大学化学化工学院石河子大学化学化工学院4 农林牧渔副产品的利用农林牧渔副产品的利用含糖或淀粉的农副产品经水解可以得到各种单糖，例如葡含糖或淀粉的农副产品经水解可以得到各种单糖，例如葡萄糖、果糖等。如果用适当的微生物酶进行发酵，可分别萄糖、果糖等。如果用适当的微生物酶进行发酵，可分别得到乙醇、丙酮得到乙醇、丙酮/丁醇、丁酸、葡萄糖酸和醋酸等。丁醇、丁酸、葡萄糖酸和醋酸等。从含纤维素的农副产品经水解可以得到己糖和戊糖。己糖从含纤维素的农副产品经水解可以得到己糖和戊糖。己糖经发酵可得到乙醇，戊糖经水解可得到糠醛。经发酵可得到乙醇，戊糖经水解可得到糠醛。从含油的动植物可以得到各种动物油和植物油。它们也

10、是从含油的动植物可以得到各种动物油和植物油。它们也是有用的化工原料。油脂经水解可以得到甘油和各种脂肪酸。有用的化工原料。油脂经水解可以得到甘油和各种脂肪酸。另外，从某些动植物还可以提取药物、香料、食品添加剂另外，从某些动植物还可以提取药物、香料、食品添加剂以及制备它们的中间体。以及制备它们的中间体。石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院 精细有机合成反应按照进行方式不精细有机合成反应按照进行方式不同，从形式上可以分为取代反应、加成同，从形式上可以分为取代反应、加成反应、消除反应，以及其他重排反应等。反应、消除反应，以及其他重排反应等。每一种反应又可以分为若干种类。每一种反应又可以分为若干

11、种类。第一章第一章 有机合成反应理论有机合成反应理论石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院 取代反应根据反应试剂性质和反应物分子取代反应根据反应试剂性质和反应物分子中碳中碳-氢键断裂方式不同，分为亲电取代、亲核氢键断裂方式不同，分为亲电取代、亲核取代和游离基取代反应。取代和游离基取代反应。 加成反应根据加成的基本途径不同，可以加成反应根据加成的基本途径不同，可以分为亲电加成、亲核加成、游离基加成和环加分为亲电加成、亲核加成、游离基加成和环加成。成。 消除反应可以根据被消除原子或原子团位消除反应可以根据被消除原子或原子团位置不同，分为置不同，分为-消除和消除和-消除等。消除等。 重排反应也

12、可以分为许多类。重排反应也可以分为许多类。第一章第一章 有机合成反应理论有机合成反应理论石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院A B+BACl ClhvCl+ClCHHHH+ClHCl+HHHC键的断裂键的断裂均裂和异裂均裂和异裂 有机物在发生化学反应时，总是伴随着共价键的断有机物在发生化学反应时，总是伴随着共价键的断裂的生成。共价键的断裂有两种方式裂的生成。共价键的断裂有两种方式均裂和异裂均裂和异裂。一、共价键的均裂一、共价键的均裂 两原子间的共用电子对平均分配，两原子各保留一两原子间的共用电子对平均分配，两原子各保留一个电子。个电子。共价键的这种断裂方式称共价键的这种断裂方式称键的均

13、裂键的均裂。均裂生成的单电子原子或原子团叫做自由基或游离基。均裂生成的单电子原子或原子团叫做自由基或游离基。石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院 自由基反应又称游离基反应，是精细有机合自由基反应又称游离基反应，是精细有机合成中一类较重要的反应。成中一类较重要的反应。 常用的产生自由基方法有三种：热离解法、常用的产生自由基方法有三种：热离解法、光离解法和电子转移法。光离解法和电子转移法。 自由基反应自由基反应石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院1.热离解法热离解法石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院2. 光离解法光离解法 石河子

14、大学化学化工学院石河子大学化学化工学院 光解生成自由基比起热解来市两个主要优点：光解生成自由基比起热解来市两个主要优点： 首先是它能在任何温度下进行，特别适用于在较低首先是它能在任何温度下进行，特别适用于在较低湿度下不易裂解或根本不能裂解的强键。如偶氮烷类。湿度下不易裂解或根本不能裂解的强键。如偶氮烷类。 其次是它能通过调节光的照射强度和吸收物种的浓其次是它能通过调节光的照射强度和吸收物种的浓度来控制生成自由基的速度。度来控制生成自由基的速度。石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院3 电子转移法电子转移法石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院 主要可以分为三类：自由基与饱和健反应，

15、同时主要可以分为三类：自由基与饱和健反应，同时夺取一个原子；自由基加成到不饱和键上；自由基与夺取一个原子；自由基加成到不饱和键上；自由基与其他自由基反应，产生偶联或歧化。其他自由基反应，产生偶联或歧化。 (A)夺取反应夺取反应 自由基与饱和有机化合物反应时，通自由基与饱和有机化合物反应时，通常要从碳原子上夺取一个原子，一般是氢。常要从碳原子上夺取一个原子，一般是氢。自由基反应的分类自由基反应的分类石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院 (B)加成反应加成反应 自由基可加成到各种不饱和基团上去。自由基可加成到各种不饱和基团上去。最重要的是加成到最重要的是加成到cc键上，这种加成反应的选择性

16、键上，这种加成反应的选择性良好。反应几乎全部发生在亚甲基上。良好。反应几乎全部发生在亚甲基上。 (C)偶联及歧化偶联及歧化 两个白由基的化合导致生成新键，成两个白由基的化合导致生成新键，成为二聚物。为二聚物。石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院A+B-+A BCCH3CH3CH3ClCCH3CH3CH3+Cl二、共价键的异裂二、共价键的异裂 两原子间的共用电子对在断键时，完全转两原子间的共用电子对在断键时，完全转移到其中一个原子上，移到其中一个原子上，共价键的这种断裂方式共价键的这种断裂方式称称键的异裂键的异裂。 共价键异裂的结果产生产生了共价键异裂的结果产生产生了带正电或负带正电或负

17、电的离子。电的离子。石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院H2OSN1+重排CH3 C- CH CH3CH3H3C+H2OCH3- C- CH- CH3CH3H3COHCH3-C-CH-CH3CH3BrH3CCH3-C-CH-CH3CH3H3C-H+石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院1.亲核取代反应亲核取代反应RHZRZHRHZRZH第一章第一章 有机合成反应理论有机合成反应理论石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院第一章第一章 有机合成反应理论有机合成反应理论1.1 脂肪族亲核取代反应脂肪族亲核取代反应 R X+ NuR Nu+XSNNuX?1.1.1 反应动力学方程反

18、应动力学方程 R X+R OH +XOH石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院SN2反应反应r = k2RXNu-SN1反应反应r = k1RX石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院SN2反应反应R X+ NuR NuX慢慢R Nu +X过过渡渡态态快快Ex 1OH +C BrHHH慢慢CBrHHHHO过过渡渡态态快快CHHHHO+Br石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院SN2反应反应SN2反应能量变化图反应能量变化图RNuXR X+NuR Nu +X能量能量反应进程反应进程石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院SN1反应反应R X+ NuR慢慢+XRR Nu快快Ex

19、 2(CH3)3CBr慢慢(CH3)3C +Br(CH3)3C+ C2H5OH快快(CH3)3COC2H5+H石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院SN1反应反应SN1反应能量变化图反应能量变化图R3C-X+NuR3C XR3CX+NuR3C NuR3C-Nu+X能量能量反应进程反应进程石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院1.1.2 影响反应的因素影响反应的因素 烷基结构烷基结构 对于对于SN2反应：反应： 伯伯叔叔v103 RX的活性由高到低为：CH3X、伯卤烷（1o）、仲卤烷（2o）、叔卤烷（3o） 对于对于SN1反应：反应： 叔叔伯伯v106 RX的活性由高到低为：烯丙基卤

20、、苄基卤、叔卤烷（3o）、仲卤烷（2o）、伯卤烷（1o）、 CH3X石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院1.1.2 影响反应的因素影响反应的因素 立体化学和重排立体化学和重排 CH3CHC6H13II*-+CH3COCH3CCH3HC6H13I*+I-SR消旋化速度是交换反应速度的两倍消旋化速度是交换反应速度的两倍 CH3CCH3CH3CH2Br+C2H5O-C2H5OHCH3CCH3CH3CH2OC2H5+Br-石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院1.1.2 影响反应的因素影响反应的因素 CH3CCH3CH3CH2BrC2H5OHCH3CCH3OC2H5CH2CH3+CH3C

21、CH3CHCH3CH3CCH3CH3CH2BrCH3CCH3CH3CH2+ Br-CH3CCH3CH3CH2CH3CCH3CH2CH3石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院1.1.2 影响反应的因素影响反应的因素 进入基团进入基团亲核试剂亲核试剂碱性：是对一个质子的亲和能力碱性：是对一个质子的亲和能力亲核性：是对一个碱在过渡态对碳原子的亲和能力亲核性：是对一个碱在过渡态对碳原子的亲和能力亲核性取决于两个因素：碱性和可极化性亲核性取决于两个因素：碱性和可极化性一般来说，第三、第四周期元素的亲核性强，第二周一般来说，第三、第四周期元素的亲核性强，第二周期元素的碱性强期元素的碱性强碱性强弱与溶

22、剂有很大的关系，所以亲核性也受溶剂碱性强弱与溶剂有很大的关系，所以亲核性也受溶剂的影响，但是可极化性很少受溶剂影响。的影响，但是可极化性很少受溶剂影响。石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院1.1.2 影响反应的因素影响反应的因素 在质子溶剂中，常见的亲核试剂的亲核性由高在质子溶剂中，常见的亲核试剂的亲核性由高到低的顺序：到低的顺序：RS-ArS-I-CN-OH-N3-Br-ArO-吡啶吡啶AcO-H2O在偶极溶剂中，有些试剂的亲核性顺序是相反的：在偶极溶剂中，有些试剂的亲核性顺序是相反的：F-Cl-Br-I-在在SN1反应中，反应速率与亲核试剂无关反应中，反应速率与亲核试剂无关石河子大

23、学化学化工学院石河子大学化学化工学院1.1.2 影响反应的因素影响反应的因素 离去基团离去基团CX键越弱，键越弱，X-越容易离去越容易离去XCX键的强弱取决与键的强弱取决与X-的电负性，即的电负性，即X-的碱性，的碱性，也就是说离去基团的碱性越弱，形成的的负离子也就是说离去基团的碱性越弱，形成的的负离子愈稳定，也就越被亲核基团所取代。愈稳定，也就越被亲核基团所取代。碱性大小：碱性大小：I-Br-RBrRCl石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院 除卤代烷的卤素外，硫酸酯及磺酸酯的酸除卤代烷的卤素外，硫酸酯及磺酸酯的酸根均是好的离去基团，如：根均是好的离去基团，如：1.1.2 影响反应的因

24、素影响反应的因素 CH3SO3-、PhSO3-、p-Me-PhSO3-OH-、OR-、NH2-、NHR-因为碱性强，是不好的离去基团因为碱性强，是不好的离去基团因此：因此：R OH + X-RXR OH + X-RXHor ZnCl2R OH2R OHZnCl2石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院1.1.2 影响反应的因素影响反应的因素 溶剂效应溶剂效应 质子溶剂有利于质子溶剂有利于SN1反应，而对于反应，而对于SN2反应时，反应时，亲核试剂被溶剂分子包围，必须要除掉亲核试剂亲核试剂被溶剂分子包围，必须要除掉亲核试剂周围的部分溶剂分子，才能与底物接触周围的部分溶剂分子，才能与底物接触

25、。 在偶极溶剂中，亲核试剂不受偶极溶剂分子在偶极溶剂中，亲核试剂不受偶极溶剂分子的包围，负离子很难溶剂化，所以的包围，负离子很难溶剂化，所以SN2反应在偶极反应在偶极溶剂中进行比在质子溶剂中快。溶剂中进行比在质子溶剂中快。RXRXRX+RX +Nu-RXNuX+RNu增加溶剂的极性有利于增加溶剂的极性有利于SN1反应，而对于反应，而对于SN2反应不利。反应不利。 石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院1.1.3 氧亲核试剂的反应氧亲核试剂的反应 酯的水解酯的水解 CROORH+, H2O- H2ORCOOH + ROHRCOO- + ROHOH- , H2O石河子大学化学化工学院石河子大

26、学化学化工学院羧酸的酯化羧酸的酯化 1.1.3 氧亲核试剂的反应氧亲核试剂的反应 RCOOH +ROHHRCOOR + H2O（1 1）使某一个反应底物过量，一般是醇；）使某一个反应底物过量，一般是醇；（2 2）通过蒸馏移出生成的酯或者水；）通过蒸馏移出生成的酯或者水；（3 3）通过共沸蒸馏移除水；）通过共沸蒸馏移除水；（4 4）通过使用吸水试剂去除水。）通过使用吸水试剂去除水。石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院1.1.3 氧亲核试剂的反应氧亲核试剂的反应 酯的醇解酯的醇解 即转酯反应即转酯反应 RCOOR + ROHHOH-RCOOR+ ROH 通过蒸除较低沸点的醇，就可把较低沸点

27、的酯通过蒸除较低沸点的醇，就可把较低沸点的酯转变成较高沸点的酯转变成较高沸点的酯。石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院1.1.3 氧亲核试剂的反应氧亲核试剂的反应 酰卤的醇解酰卤的醇解 RCOX + ROHRCOOR+ HXR和和R可以时伯、仲、叔烷基或芳基可以时伯、仲、叔烷基或芳基。用酚的铊盐可高产率的获得酚酯用酚的铊盐可高产率的获得酚酯。+ H2OCOCl2+ CH3OHClCOOCH3氯甲酸甲酯为农药多菌灵的中间体。氯甲酸甲酯为农药多菌灵的中间体。 石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院1.1.4 硫亲核试剂的反应硫亲核试剂的反应 硫亲核试剂反应要比氧亲核试剂更为快速和平稳

28、硫亲核试剂反应要比氧亲核试剂更为快速和平稳 。RCl + SO32-RSO3-+Cl-烷基磺酸盐烷基磺酸盐 阴离子表阴离子表面活性剂面活性剂 CCO+HSO3-CCOH SO3-H2O石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院1.1.4 硫亲核试剂的反应硫亲核试剂的反应 H2CCH2O+NaHSO3H2CCH2OH SO3-CH3NH2H2CCH2NHCH3SO3-C17H33COClH2CCH2NSO3-C17H33OCCH3石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院1.1.5 氮亲核试剂的反应氮亲核试剂的反应 氨或胺的烷基化氨或胺的烷基化 NH3+ 3RX- 3HXR3NRXR4N+X

29、-RNH2+ 2RX- 2HXR2RNRXR3RN+X-RRNH+RX- HXRRRNRXR2RRN+X-RRRNRXRRRRN+X-CH COOHXRNH3+CH COOHNH2R 氨基酸碱性比氨基酸碱性比氨还弱的伯胺氨还弱的伯胺 石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院1.1.5 氮亲核试剂的反应氮亲核试剂的反应 CCO+NH3CCOH NH2CCOCCOH2NHCCOCCOH3N石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院1.1.6 卤素亲核试剂的反应卤素亲核试剂的反应 常用的卤素亲核试剂：常用的卤素亲核试剂：HX、无机酰卤、无机酰卤、SOCl2、PCl3、PCl5、 POCl3石河

30、子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院1.1.7在磺酰基硫上的在磺酰基硫上的亲核取代反应亲核取代反应 RSO2Cl +H2ORSO2OH + HClRSO2OR+H2ORSO2OH + ROHRSO2NR2+H2ORSO2OH + NHR2OH-H+磺酰氯在无酸的条件下，用水就能水解；磺酰氯在无酸的条件下，用水就能水解；磺酸酯易水解，用水或稀碱即可；磺酸酯易水解，用水或稀碱即可；磺酰胺水解比上两种难，需要用酸水解。磺酰胺水解比上两种难，需要用酸水解。石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院1.2 芳香族亲电取代反应芳香族亲电取代反应 1.2.1 苯的一元亲电取代反应苯的一元亲电取代反应

31、+EEEHE+HEHEHEHEHHH0.250.100.30石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院 -络合物络合物R+R石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院 -络合物络合物HCl气+AlCl3 固H ClAlCl3RH ClAlCl3+RH HAlCl4-石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院 -络合物络合物CH3CH3H3CC2H5FBF3, -80oCCH3CH3H3CHC2H5BF4-oC石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院1.2.1 苯的一元亲电取代反应苯的一元亲电取代反应 芳香族亲电取代反应历程：芳香族亲电取代反应历程： ArH +EArHEk1k-1Ar

32、HEArE +Hk21 2 石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院1.2.2 苯的二元亲电取代反应苯的二元亲电取代反应 定位规律：定位规律： 取代基的性质：取代基的性质： 活化基：活化基： 钝化基：钝化基： 邻、对位定位邻、对位定位 间位定位间位定位 石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院1.2.2 苯的二元亲电取代反应苯的二元亲电取代反应 OHClHOHClHOHClHOHClHOHClHOHClH-OHClHOHClHOHClHOHClHOHClOHClHH-OHHClOHHClOHHClOHHClOHClH-石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院1.2.2 苯的二元亲电

33、取代反应苯的二元亲电取代反应 硝基硝基苯的硝化苯的硝化 NNO2HNO2NO2OONNO2HOONNO2HOONNO2HOOH+-NNO2OOH+-NO2HNOONO2HNOONO2HNOONO2HNO2NNO2OOH+-NO2HNOONO2HNOONO2HNOONO2HNO2石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院1.2.2 苯的二元亲电取代反应苯的二元亲电取代反应 氯氯苯的硝化苯的硝化 ClNO2HClNO2HClNO2HClNO2HClNO2HClNO2H-ClO2NHClO2NHClO2NHClO2NHClNO2ClO2NHH-ClHNO2ClHNO2ClHNO2ClHNO2ClN

34、O2H-石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院1.2.2 苯的二元亲电取代反应苯的二元亲电取代反应 影响影响苯的二元产物异构体比例的因素：苯的二元产物异构体比例的因素： A 反应温度反应温度 如：反应温度从如：反应温度从0oC升高到升高到100oC，对，对 位异构体占优势位异构体占优势B 空间效应空间效应 C 催化剂催化剂 如：溴苯溴化时如：溴苯溴化时 用不同的催化剂用不同的催化剂D 亲电试剂亲电试剂 E 反应的可逆性反应的可逆性 BrBr13%2%85%8%30%62%FeCl3AlCl3OH3C+O2NOCCH3OOH3CO2NOCCH3OOH3CNO2H苯甲醚直接硝化，对位为苯甲醚

35、直接硝化，对位为67，邻位为，邻位为31，如果用，如果用硝乙酐做硝化剂，则邻位产物为硝乙酐做硝化剂，则邻位产物为71，对位为，对位为28 石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院1.2.4 稠环化合物的亲电取代反应稠环化合物的亲电取代反应 对于萘对于萘的亲电取代反应在的亲电取代反应在a a位比位比b b位更容易位更容易 HEHEEH 对于萘可逆对于萘可逆的亲电取代反应，取代基会转移到空间的亲电取代反应，取代基会转移到空间阻碍作用较小的阻碍作用较小的b b位，如萘的磺化，当温度为位，如萘的磺化，当温度为8080oC时，时，主要生成主要生成a a位产物，但当温度升高到位产物，但当温度升高到16

36、0160oC时，则产物时，则产物就转变成就转变成b b位产物。位产物。石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院1.2.4 稠环化合物的亲电取代反应稠环化合物的亲电取代反应 萘萘的二元亲电取代反应的二元亲电取代反应 当萘环上已有的当萘环上已有的a a位位取代基为活化基时：取代基为活化基时：OHHNO3 - H2SO4OHOH+NO2NO2OHBr2 , FeBr3OHBr大量石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院萘萘的二元亲电取代反应的二元亲电取代反应 当萘环上已有的当萘环上已有的a a位位取代基为钝化基时：取代基为钝化基时：NO2HNO3 - H2SO4NO2NO2+NO2NO2大量

37、SO3HSO3HSO3H+大量H2SO4SO3HHO3SHNO3 - H2SO4+SO3HSO3HSO3HNO2NO2大量石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院萘萘的二元亲电取代反应的二元亲电取代反应 萘萘的磺化还出现一些例外情况的磺化还出现一些例外情况 SO3HH2SO4HO3SSO3HSO3H+HO3S大量CH3H2SO4HO3SCH3大量石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院萘萘的多元亲电取代反应的多元亲电取代反应 萘萘的多元亲电取代反应的多元亲电取代反应 基本上与苯的多元取代类似基本上与苯的多元取代类似OHHNO3 - H2SO4NO2OHNO2NO2石河子大学化学化工学院

38、石河子大学化学化工学院1.3芳香族亲核取代反应芳香族亲核取代反应 芳香族亲核取代是亲核试剂对芳环进攻的芳香族亲核取代是亲核试剂对芳环进攻的反应，这类取代按反应类型可以分为：芳环上反应，这类取代按反应类型可以分为：芳环上氢的亲核取代；芳环上已有取代基的亲核取代氢的亲核取代；芳环上已有取代基的亲核取代和通过苯炔中间体的亲核取代。和通过苯炔中间体的亲核取代。 按反应历程可以分为：双分子反应，单按反应历程可以分为：双分子反应，单分子反应和苯炔中间体等历程。分子反应和苯炔中间体等历程。石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院1.3.1反应动力学与历程反应动力学与历程 (1)双分子反应双分子反应 大多

39、数亲核取代反应是双分子反应，大多数亲核取代反应是双分子反应，在动力学上属二级反应；最常见的芳在动力学上属二级反应；最常见的芳香族亲核取代反应是从被吸电子基活香族亲核取代反应是从被吸电子基活化的卤代物中对卤素的置换，例如对化的卤代物中对卤素的置换，例如对硝基卤苯与亲核试剂的反应。硝基卤苯与亲核试剂的反应。石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院(2)单分子反应单分子反应 非常普遍的例子是芳香重氮盐的亲核置换：非常普遍的例子是芳香重氮盐的亲核置换：反应的速率只与反应的速率只与ArN2+有关，而与有关，而与Nu-无关。无关。该反应分两步进行：该反应分两步进行：第一步第一步 第二步第二步ArN2+

40、 + Nu-ArNu + N2ArN2+慢Ar+ + N2Ar+ + Nu-快ArNu石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院（3）用氨基碱氨解）用氨基碱氨解ClKNH2 , NH3- HCl*NH2*+NH248%52%石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院BrOCH3NH2-NH3NH2OCH3BrOCH3NH2- NH3BrOCH3- Br-OCH3+ NH2-NH2OCH3- NH2-NH3NH2OCH3石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院CHCXCHC慢C CE1,快b bH二二. 消除反应消除反应 消除反应同取代反应相同的是也分消除反应同取代反应相同的是也分单分子

41、单分子和和双分双分子子两种反应机理。两种反应机理。1. 单分子消除反应（单分子消除反应（E1） E1反应与反应与SN1反应的机理相似，也是分二步进反应的机理相似，也是分二步进行，同样有正碳离子中间体生成。影响反应速率的因行，同样有正碳离子中间体生成。影响反应速率的因素仅与卤烷有关。反应机理如下：素仅与卤烷有关。反应机理如下：石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院 有利于有利于SN1反应的因素，同样也有利于反应的因素，同样也有利于E1反应，反应，这两种反应是竞争反应。这两种反应是竞争反应。 生成正碳离子中间体后，生成正碳离子中间体后，OH进攻正碳离子，进攻正碳离子，则是则是SN1反应，若进

42、攻反应，若进攻bbH，则是，则是E1反应。反应。 在在E1反应中生成的正碳离子也会重成更稳定的反应中生成的正碳离子也会重成更稳定的正碳离子，消除正碳离子，消除bbH 后得到的也是重排后的产物。后得到的也是重排后的产物。石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院CHHRCH2XOH-过渡态过渡态CHHRCH2XHOCHRCH22. 双分子消除反应（双分子消除反应（E2） 与与SN2反应类似，整个反应一步完成。反应类似，整个反应一步完成。石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院碱进攻不同的位置，发生不碱进攻不同的位置，发生不同的反应，同的反应，对同一个卤烷在对同一个卤烷在某条件下是发生某条件

43、下是发生SN反应还反应还是是E反应？反应？CH CH2HRXOH-E2SN2 此反应反应速率与卤烷及进攻试剂（碱）的浓度此反应反应速率与卤烷及进攻试剂（碱）的浓度都有关，所以是双分子消除反应（都有关，所以是双分子消除反应（E2）。）。 E2反应与反应与SN2反应的关系与反应的关系与E1与与SN1反应的关系反应的关系相同，也是互为竞争反应。相同，也是互为竞争反应。 有利于有利于E2反应的反应因素同样有利于反应的反应因素同样有利于SN2 反应。反应。石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院影响影响SN和和E反应反应的因素的因素 经研究，影响经研究，影响SN反应和反应和E反应主要有以下三个方面：

44、反应主要有以下三个方面：、卤烷的结构卤烷的结构 、进攻试剂、进攻试剂 、反应温度。、反应温度。 、卤烷结构对反应的影响、卤烷结构对反应的影响 卤原子所连卤原子所连aaC上支链越多，空间阻碍越大，发生上支链越多，空间阻碍越大，发生SN2反应越困难、反应越困难、E2反应则较易发生。反应则较易发生。 卤原子所连卤原子所连aaC上支链越少，空间阻碍越小，发生上支链越少，空间阻碍越小，发生SN2反应越容易、反应越容易、E2反应则较困难（反应则较困难（bbH）。）。 石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院BrEtONaOEt+主次SN2ClEtONaOEt+主次E2 叔卤烷易生成稳定的叔卤烷易生成稳

45、定的C离子，在一般条件下（非离子，在一般条件下（非强碱性条件）强碱性条件）SN1、E1同时发生，当叔卤烷同时发生，当叔卤烷bbH多多（含较多支链），则（含较多支链），则E1反应容易发生。反应容易发生。石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院 、 试剂的碱性和浓度试剂的碱性和浓度 一般来说，试剂碱性强，较易发生一般来说，试剂碱性强，较易发生E反应；试剂碱性弱、反应；试剂碱性弱、浓度低，易发生浓度低，易发生SN2反应。反应。 试剂碱性的强弱：试剂碱性的强弱：RONa(NaOH/醇)NaOH/H2O E反应用反应用KOH或或NaOH/醇溶液，醇溶液，SN反应用反应用NaOH/H2O石河子大学化学

46、化工学院石河子大学化学化工学院、反应温度、反应温度一般来讲，一般来讲，温度较高温度较高时总是有利于时总是有利于E反应，反应，不利于不利于SN反应，温度较低时则正相反。反应，温度较低时则正相反。、消除反应方向、消除反应方向 用用Saytzeff规则判断。规则判断。石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院 三、三、 加成加成 加成反应可分为两种：一种是亲电加成；另一种是亲核加成。加成反应可分为两种：一种是亲电加成；另一种是亲核加成。 1亲电加成亲电加成RHC CH2+ HCl慢RHC CH3+ Cl-RHC CH3+ Cl-快HC CH3ClR石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院O2N

47、CHCH2+HClO2NH2CCH2+ClO2NCH2CH2Cl(C6H5)3CCCH3CH2Br2(C6H5)3CCCH3CH2Br-H(C6H5)3CCCH2CH2Br+(C6H5)3CCCH3CHBr石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院2亲核加成亲核加成CR(R)HO+H CNCR(R)HO-CNCR(R)HOHCN氧负离子中间体氧负离子中间体R2CO+CNH2OR2CCNOH+OH石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院(2) 与胺作用生成希夫碱与胺作用生成希夫碱（Schiff base）(Ar)RC(R)HOH2N R(Ar)RC(R)HOHNHRH2O(Ar)RC(R)

48、HNR(3) 与羟胺（与羟胺（H2N-OH）作用生成肟）作用生成肟 RC(R)HOH2N OHRC(R)HNOH白肟石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院(4) 与肼、苯肼、与肼、苯肼、2,4二硝基苯肼反应二硝基苯肼反应RC(R)HOH2N NH2RC(R)HN NH2腙RC(R)HOH2N NHRC(R)HN NH苯腙RC(R)HOH2N NHO2NNO2RC(R)HNO2O2NNHN2,4-二硝基苯腙石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院(5) 与氨基脲的反应与氨基脲的反应生成的缩氨脲多为白色结晶，有固定的熔点。生成的缩氨脲多为白色结晶，有固定的熔点。RC(R)HOCONH2N

49、HH2NRC(R)HN NHNH2OC白缩氨脲O氨基脲氨基脲氨基脲氨基脲N NH C NH2O环己酮-缩氨脲石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院四、缩合反应四、缩合反应 缩合一般系指两个或两个以上分子间通过生缩合一般系指两个或两个以上分子间通过生成新的碳碳、碳杂原子或杂原子杂原子键，成新的碳碳、碳杂原子或杂原子杂原子键，从而形成较大的单一分子的反应，缩合反应通常从而形成较大的单一分子的反应，缩合反应通常伴随脱去某一种简单分子。伴随脱去某一种简单分子。石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院 含有活泼含有活泼-氢的醛或酮在碱或酸的催化作用氢的醛或酮在碱或酸的催化作用下生成下生成-羟基

50、醛或羟基醛或-羟基酮的反应统称为羟基酮的反应统称为Aldol缩缩合反应。合反应。1 羟醛缩合反应羟醛缩合反应2 CH3CHONaOHCH3CH(OH)CH2CHO-H2OCH3CH CHCHO石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院CH3COH-CH2COH+CH3C CH2CHOO-H+ H2OCH3C CH2CHOOHH+ OH-CH3COH+ OH-CH2COHH2C CHO-+ H2O石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院H3C CCH3O+ H+H3C CCH3O+HH3C C+CH3OHH3C C+OHCH3+H2CCOHCH3H3C COHCH3CH2CO+HCH3 在

51、酸催化下缩合首先形成正碳离子，然后与另在酸催化下缩合首先形成正碳离子，然后与另一分子发生亲电加成。一分子发生亲电加成。石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院H3C COHCH3CH2COCH3+ H+H3C CO+H2CH3CH2COCH3H3C CCH3CHCOCH3石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院增塑剂增塑剂2-乙基己醇乙基己醇H3CHC CH2+ CO + H2CoCH3CH2CH2CHOOH-CH3CH2CH2CHCHCHOC2H5OHH2OCCHOC2H5H3CH2CH2CHCH2,NiCH3CH2CH2CH2CHCH2OHC2H5-石河子大学化学化工学院石河子大学

52、化学化工学院2 酯缩合反应酯缩合反应 酯缩合反应系指以羧酸酯为亲电试剂，在碱性催化剂酯缩合反应系指以羧酸酯为亲电试剂，在碱性催化剂作用下，与含活泼甲基或亚甲基羰基化合物的负碳离子缩作用下，与含活泼甲基或亚甲基羰基化合物的负碳离子缩合而生成合而生成-羰羰基类化合物的反应，总称为克莱森缩合反应。基类化合物的反应，总称为克莱森缩合反应。石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院 典型实例是两分子乙酸乙酯在无水乙醇钠的催化作用典型实例是两分子乙酸乙酯在无水乙醇钠的催化作用下缩合，生成乙酰乙酸乙酯。下缩合，生成乙酰乙酸乙酯。酯酯缩合可分为同酯自身缩合和异酯交叉缩合两类。酯酯缩合可分为同酯自身缩合和异酯

53、交叉缩合两类。（1）同酯自身缩合）同酯自身缩合CH3COOC2H5+CH3COOC2H5C2H5ONaCH3COCH2COOC2H5+ C2H5OH石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院反应机理反应机理C2H5OHCH3COONaCH3COOHOOCH3CCH2COC2H5 +Na+OOCH3CCHCOC2H5C2H5ONaC2H5O-OCH3COC2H5OC2H5O-CH2COC2H5C2H5ONaOCH3CCH2COC2H5OOOCH3COC2H5OCH3CCH2COC2H5-+石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院（2）异酯交叉缩合）异酯交叉缩合 两种不同的酯，其中一个不含两

54、种不同的酯，其中一个不含a a-H。NCOOCH3+ CH3CH2CH2COOEtNaHNCOCHCOOEtCH2CH3COOCH2CH3COOCH2CH3+C6H5CH2COOC2H51) C2H5ONa2) H+COOCH2CH3COCHCOOC2H5C6H5石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院五五 环加成反应环加成反应Diels-AlderDiels-Alder反应（双烯合成）反应（双烯合成）HCHCCH2CH2+CH2CH2CH2HCHCCH2CH2CH2是六个电子参与的4+2环加成协同反应双烯体二烯共轭二烯亲二烯亲双烯体石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院-CHO,-

55、COR, -COOH, -COOR, -COCl, -CN,-NO2石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院CHO+CHOCHO+CHO+CHOCHO+OOOOOO石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院 相转移催化（相转移催化（phase transfer catalyzed reaction, PTC)，它是有机合成中最引人瞩目的新技，它是有机合成中最引人瞩目的新技术。术。第三节第三节 相转移催化相转移催化 在有机合成中常遇到非均相有机反应，在有机合成中常遇到非均相有机反应，这类反应的速度很慢，效果差。如：这类反应的速度很慢，效果差。如： 石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学

56、院 要使它们发生反应，传统的最好方法就是用能使两要使它们发生反应，传统的最好方法就是用能使两种反应物都能溶解的溶剂，例如种反应物都能溶解的溶剂，例如DMSO、DMF或或HMPA.但这些溶剂的缺点首先是价格高、不易回收，但这些溶剂的缺点首先是价格高、不易回收，同时一旦混入一点水，对反应很不利。同时一旦混入一点水，对反应很不利。 应用相转移催化作用，即在两相体系中加入少量应用相转移催化作用，即在两相体系中加入少量的相转移催化剂，它可穿过两相之间的界面，把反应的相转移催化剂，它可穿过两相之间的界面，把反应实体（实体（-CN）从水相转移到有机相中，使它与底物）从水相转移到有机相中，使它与底物（RX）反

57、应，并把反应中的另一种负离子带入水相中，）反应，并把反应中的另一种负离子带入水相中，而相转移催化剂没有损耗，只是重复地起而相转移催化剂没有损耗，只是重复地起“转送转送”负负离子的作用。离子的作用。石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院相转移催化剂及催化原理：相转移催化剂及催化原理： 相转移催化是指相转移催化是指：一种催化剂能加速，或者能使：一种催化剂能加速，或者能使分别处于两种互不相溶的溶剂中的物质发生反应，反分别处于两种互不相溶的溶剂中的物质发生反应，反应时，催化剂把一种实际参加反应的实体，从一相转应时，催化剂把一种实际参加反应的实体，从一相转移到另一相中，以便使它于底物相遇而发生反应

58、。移到另一相中，以便使它于底物相遇而发生反应。 这种现象和过程叫相转移催化（作用），这种这种现象和过程叫相转移催化（作用），这种催化剂叫相转移催化剂。如：季铵盐、冠醚等。催化剂叫相转移催化剂。如：季铵盐、冠醚等。 石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院 常用的相转移催化剂可分为季铵盐类、冠醚类常用的相转移催化剂可分为季铵盐类、冠醚类及阴离子表面活性剂三大类。及阴离子表面活性剂三大类。相转移催化剂的种类相转移催化剂的种类 一类使用范围广、催化效果好、价格也便宜的催化一类使用范围广、催化效果好、价格也便宜的催化剂。应用范围广的有氯化三正辛基甲基铵、

59、氯化四正丁剂。应用范围广的有氯化三正辛基甲基铵、氯化四正丁基铵、溴化三正辛基乙基鏻、溴化正十六烷基三正丁基基铵、溴化三正辛基乙基鏻、溴化正十六烷基三正丁基鏻等。鏻等。 一般要求四个烷基的碳原子数总和大于一般要求四个烷基的碳原子数总和大于12，其中含，其中含1525个碳原于的季铵盐和季鏻盐都可产生较好的催化个碳原于的季铵盐和季鏻盐都可产生较好的催化作用。作用。(1)季铵盐季铵盐石河子大学化学化工学院石河子大学化学化工学院（2）冠醚类）冠醚类 冠醚类也称非离子型相转移催化剂。它们具有特殊的冠醚类也称非离子型相转移催化剂。它们具有特殊的络和功能，它的化学结构特点是分子中具有络和功能，它的化学结构特点

60、是分子中具有（YCH2CH2）n重复单位；式中重复单位；式中Y为氧、氮或其它杂原子，为氧、氮或其它杂原子，由于它们的形状似皇冠，故称冠醚。由于它们的形状似皇冠，故称冠醚。 冠醚能与碱金属形成络合物，这是由于冠醚的氧原冠醚能与碱金属形成络合物，这是由于冠醚的氧原子上的未共享电子对向着环的内侧，当适合于环的大小子上的未共享电子对向着环的内侧，当适合于环的大小正离子进入环内，则由于偶极形成电负性的碳氧键和金正离子进入环内，则由于偶极形成电负性的碳氧键和金属正离子借静电吸引而形成络合物。同时，又有疏水性属正离子借静电吸引而形成络合物。同时，又有疏水性的亚甲基均匀排列在环的外侧，是形成的金属络合物仍的亚