精细有机合成中的溶剂效应

关于精细有机合成中的溶剂效应第1页，共32页，2022年，5月20日，15点46分，星期五溶剂对有机反应的影响溶液和溶解作用溶剂和溶质之间的相互作用库仑力(静电引力)：离子-离子力、离子-偶极力范德华力(内聚力)：偶极-偶极力、偶极-诱导偶极力、瞬时偶极-诱导偶极力专一性力：包括氢键缔合作用、电子对给体－受体作用、溶剂化作用、离子化作用合离解作用等。非专一性力(普遍）（特定）第2页，共32页，2022年，5月20日，15点46分，星期五2.4.1溶剂的分类按化学结构分类无机溶剂：水、液氨、液体二氧化硫、氟化氢、浓硫酸、熔融氢氧化钠和氢氧化钾、四氯化钛、三氯化磷合三氯氧磷等。有机溶剂：脂烃、环烷烃、芳烃、卤代烃、醇、醚、酚、醛、酮、羧酸、羧酸酯、硝基物、胺、腈、酰胺、砜和亚砜、杂环化合物等。第3页，共32页，2022年，5月20日，15点46分，星期五按偶极矩和介电常数分类（1）偶极矩（μ）：

指偶极分子中电量相等的两个相反电荷中的一个电荷的电量（q），与这两个电荷间距离（d）的乘积，单位：德拜（D）。即：μ＝q×d例：μ＝1.54D第4页，共32页，2022年，5月20日，15点46分，星期五极性溶剂：分子中具有永久偶极的溶剂。有机溶剂的偶极矩μ在0～5.5D之间。无极性溶剂分子中没有永久偶极的溶剂，如环己烷、苯等。μ＜2.5D的有机溶剂，如氯苯、二氯甲烷等。

偶极矩主要影响在溶质（分子或离子）周围溶剂分子的定向作用。第5页，共32页，2022年，5月20日，15点46分，星期五（2）介电常数（ε）

也叫电容率或相对电容率，是表示电介质或绝缘材料电性能的一个重要参数。

具有永久偶极或诱导偶极的溶剂分子被充电的电容器板强制形成一个有序排列，即极化作用，极化作用越大，介电常数越大。

介电常数表示溶剂分子本身分离出电荷的能力，或溶剂使它偶极定向的能力。

第6页，共32页，2022年，5月20日，15点46分，星期五极性溶剂：ε＞15～20非极性溶剂：ε＜15～20

介电常数主要影响溶剂中离子的溶剂化作用和离子体的离解作用。

有机溶剂的介电常数ε在2～190之间，ε越大，溶剂极性越强。第7页，共32页，2022年，5月20日，15点46分，星期五（3）溶剂极性的本质——溶剂化作用

每一个被溶解的分子或离子被一层或几层溶剂分子或松或紧地包围的现象，叫做溶剂化作用，它包括溶剂与溶质之间所有专一性和非专一性相互作用的总和。（4）溶剂极性参数实验极性参数——ET(30)值第8页，共32页，2022年，5月20日，15点46分，星期五按Lewis酸碱理论分类Lewis酸碱理论：酸是电子对受体（EPA）碱是电子对给体（EPD）:A+:BAB

酸(EPA)碱(EPD)酸-碱配合物亲电试剂亲核试剂EPA/EPD配合物

第9页，共32页，2022年，5月20日，15点46分，星期五EPA溶剂：具有缺电子或酸性部位，亲电试剂，

择优使EPD或负离子溶剂化。如水、醇、酚、羧酸等。EPD溶剂：具有富电子或碱性部位，亲核试剂，

择优使EPA或正离子溶剂化。如：醇、醚、羰基化合物中的氧氨类和N－杂环化合物中的氮原子第10页，共32页，2022年，5月20日，15点46分，星期五质子给体溶剂：主要是酸，如H2SO4、CH3COOH质子受体溶剂：主要是碱，如NH3、CH3CON(CH3)2两性溶剂：既可接受质子，又可提供质子，如H2O

按BrΦnsted酸碱理论分类第11页，共32页，2022年，5月20日，15点46分，星期五按起氢键给体的作用分类质子传递型溶剂：氢键给体，质子给体，EPA。如羟基、氨基、羧基和酰胺基非质子传递型溶剂：氢键受体，EPD。如O、N第12页，共32页，2022年，5月20日，15点46分，星期五按专一性溶质、溶剂相互作用分类质子传递型溶剂：含有能与电负性元素(F、Cl、O、S、

N、P)相结合的氢原子，ε＞15。水、醇、酚、羧酸、氨、未取代酰胺等非质子传递极性溶剂：高介电常数，高偶极矩。丙酮、DMF、硝基苯、乙腈、二甲基亚砜、环丁砜等非质子传递非极性溶剂：低介电常数，低偶极矩。烷烃、环烷烃、芳烃、卤代烃、叔胺、二硫化碳第13页，共32页，2022年，5月20日，15点46分，星期五2.4.2“相似相溶”原则

一个溶质易溶于化学结构相似的溶剂，而不易溶于化学结构完全不同的溶剂。极性溶质易溶于极性溶剂，非极性溶质易溶于非极性溶剂。第14页，共32页，2022年，5月20日，15点46分，星期五2.4.3电子对受体(EPA)溶剂和电子对给体(EPD)溶剂位阻小位阻大正离子M＋的溶剂化第15页，共32页，2022年，5月20日，15点46分，星期五2.4.4溶剂极性对反应速度的影响Houghes-Ingold规则溶剂对亲电取代反应的影响溶剂对亲核取代反应的影响硬软酸碱原则（HSAB）与溶剂效应的关系第16页，共32页，2022年，5月20日，15点46分，星期五2.4.4.1Houghes-Ingold规则

对于从起始反应物变为活化配合物时电荷密度增加的反应，溶剂极性增加，使反应速度加快。异性电荷分离电荷密度增加SN1反应R－Xδ+RXδ-R+X-+第17页，共32页，2022年，5月20日，15点46分，星期五例：≠溶剂C2H5OHCH3OHHCOOHH2OHCONH2ε24.5532.7058.578.39111.0μ(D)1.731.701.821.823.37极性小大k1(相对)1912200335000430第18页，共32页，2022年，5月20日，15点46分，星期五

对于从起始反应物变为活化配合物时电荷密度降低的反应，溶剂极性增加，使反应速度减慢。SN2反应电荷分散电荷密度降低Y－RX-R－XY-+RXδ-δ-Y+第19页，共32页，2022年，5月20日，15点46分，星期五例：溶剂CH3COCH3C2H5OHCH3OH(CH2OH)2H2Oε20.724.5532.737.778.39μ(D)2.861.731.702.281.82k（相对）130004416171I*-+CH3Ik[I*δ-CH3Iδ-]I－CH3I-+第20页，共32页，2022年，5月20日，15点46分，星期五对于从起始反应物变为活化配合物时电荷密度变化很小或无变化的反应，溶剂极性的改变对反应速度的影响极小。局限性：忽略了溶剂的类型、溶剂的EPD和EPA性质及专一性溶剂化作用对反应速度的影响。第21页，共32页，2022年，5月20日，15点46分，星期五2.4.4.2溶剂对亲电取代反应速度的影响溶剂转化率/%偶极矩μ/D介电常数ε二氧六环00.452.21氯苯1.371.545.651,1,2,2-四氯乙烷3.311.718.001,2-二氯乙烷8.371.8610.45乙酐15.322.8220.70N,N-二甲基甲酰胺17.563.8636.71硝基苯28.674.2134.82表苯绕蒽醌在不同溶剂中一溴化的转化率第22页，共32页，2022年，5月20日，15点46分，星期五（溶剂化）（溶剂化）（溶剂化）（溶剂化）（弱极性）（非极性）（π-配合物，极性较强）（σ-配合物，强极性）第23页，共32页，2022年，5月20日，15点46分，星期五2.4.4.3溶剂对亲核取代反应速度的影响质子传递型溶剂对SN反应速度的影响非质子传递极性溶剂对SN反应速度的影响第24页，共32页，2022年，5月20日，15点46分，星期五质子传递型溶剂对SN1反应速度的影响

质子传递型溶剂使负离子溶剂化，有利于负离子的离去和碳正离子的形成，使反应速度加快。R－X+HS[Rδ+Xδ-H－S]R+X+-HS+Y-R－Y第25页，共32页，2022年，5月20日，15点46分，星期五质子型传递溶剂对SN2反应速度的影响情况一：对活化配合物负端的氢键缔合作用比对反应质点Y的氢键缔合作用强。有利于离去基团的离去，使反应加速Y+R－X+HSYδ+RXδ-[H－S]Y－R+X+-H－S第26页，共32页，2022年，5月20日，15点46分，星期五情况二：对反应质点的专一性溶剂化作用强。降低了亲核试剂的反应活性，使反应速度降低。Y-RXδ-[S－H]HS+Y+R－X-例：

I-Br-Cl-F-专一性溶剂化作用小大反应活性大小第27页，共32页，2022年，5月20日，15点46分，星期五

属于EPD溶剂，优先使正离子专一性溶剂化，并使负离子成为裸露负离子，亲核活性增加。非质子传递极性溶剂对SN反应速度的影响第28页，共32页，2022年，5月20日，15点46分，星期五2.4.4.4硬软酸碱原则（HSAB原则）与溶剂效应的关系硬酸和硬碱指的是由电负性高的小原子或小分子构成的酸和碱。硬酸：H+、Li+、Na+、BF3、AlCl3、氢键给体HX等；硬碱：F-、Cl-、RO-、H2O、ROH、R2S、NH3等。第29页，共32页，2022年，5月20日，15点46分，星期五软酸和软碱指的是由电负性低的大原子或大分