有机合成中溶剂的选择课件

3.2

精细有机合成中的溶剂作用1概述溶剂的分类离子化作用和理解作用溶剂的静电效应对反应速度的影响（Houghes-Ingold规则）专一性溶剂化作用对亲核取代反应速度的影响有机反应中溶剂的使用和选择（自学）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3.2.1

概述库仑力(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）23.2.2

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。3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＝1.54D4有机溶剂的偶极矩μ在0～5.5D之间。极性溶剂：分子中具有永久偶极的溶剂。分子中没有永久偶极的溶剂，如环己烷、苯等。无极性溶剂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。5（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。6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。7（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8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）:B

A

:BA

+酸(EPA)亲电试剂碱(EPD)亲核试剂酸-碱配合物

EPA/EPD配合物9EPA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10按BrΦnsted 酸碱理论分类质子给体溶剂：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H2O11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、N12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133.2.3

离子化作用和离解作用14离子原和离子体离子化过程和离解过程离解性溶剂和离子化溶剂3.2.3.1

离子原和离子体离子原指在固态时具有分子晶格的偶极型化合物，在液体时仍以分子状态存在，与溶剂发生作用时可形成离子。如氯化氢、烷基卤和金属有机化合物等。离子体固态时具有离子晶格结构，在熔融状态或稀溶液中以离子形式存在的化合物，如金属卤化物等153.2.3.2

离子化过程和离解过程离子原溶剂化溶剂化离子化离子体溶剂化的离子对（缔合离子）溶剂化正离子溶剂化负离子溶剂化的独立离子A+与B-的作用力与溶剂的ε成反比离子化过程：离子原的共价键发生异裂产生离子对的过程。离解过程：离子对或缔合离子转变为独立离子的过程。溶剂必须对离子原的共价键进行进攻16离子化方式：EPD进攻：对离子原共价键的正端作亲电进攻，使正离子溶剂化，自由的或裸的负离成为高活性的反应质点。EPA进攻：对离子原共价键的负端作亲核进攻，使负离子溶剂化，自由的或裸的负离成为高活性的反应质点。EPD/EPA双进攻：两种溶剂或一种两性溶剂同时进攻共价键的正、负端，生成溶剂化的正、负离子。173.2.3.3

离解性溶剂和离子化溶剂18离子化溶剂：具有强的EPD性质或EPA性质。离解性溶剂：具有高的介电常数。3.2.4

溶剂的静电效应对反应速度的影响(Houghes-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－XRδ+Xδ-R+

+

X-19例：≠溶剂C2H5OHCH3OHHCOOHH2OHCONH2ε24.5532.7058.578.39111.0μ(D)1.731.701.821.823.37极性小大k1(相对)191220033500043020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Y-

+

R－XYδ-

R Xδ-电荷分散

电荷密度降低Y－R

+

X

-21例：溶剂CH3COCH3C2H5OHCH3OH(CH2OH)2H2Oε20.724.5532.737.778.39μ(D)2.861.731.702.281.82k（相对）130004416171*I-

+

CH3Ik[*Iδ-

CH3Iδ-

]I－CH3I-+22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。233.2.5

专一性溶剂化作用对亲核反应速度的影响24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3.2.5.1 质子传递型溶剂对SN反应速度的影响对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。[Rδ+

Xδ-R－X

+

HS

H－S]R+

+

X-

HS+

Y-R－Y25SN2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。Y

+

R－X

+

HS

R[

Yδ+Xδ-H－S]Y+－R

+

X-

H－S有利于离去基团的离去，使反应加速26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