精细有机合成第二章2

2.3亲核取代(qǔdài)反应反应(fǎnyìng)通式：R-H＋Z-R-Z＋H-R-H＋Z-YR-Z＋H-Y脂肪族化合物的亲核取代芳香族化合物的亲核置换芳环上氢的亲核取代共四十三页2.3.1脂肪族化合物的亲核取代(qǔdài)反应反应历程：双分子历程单分子历程反应的影响因素：作用物结构被取代离去基团亲核试剂(shìjì)溶剂共四十三页2.3.1.1反应(fǎnyìng)历程双分子(fēnzǐ)历程（SN2）+R－X[Nu······R······X]Nu－R+Nu:-X-亲核试剂过渡态离去基团单分子历程（SN1）第一步第二步R++-Nu:快R－NuX-R－XR++慢共四十三页2.3.1.2反应的影响(yǐngxiǎng)因素作用物结构(jiégòu)的影响图卤代烷烷基对水解速度的影响被进攻的碳原子上有给电性取代基，有利于SN1反应，分子中有吸电性取代基，则有利于SN2反应。

共四十三页被取代离去基团的影响(yǐngxiǎng)

（1）被取代离去基（X）接受电子能力越强，越有利于亲核取代反应的进行。（2）被取代离去基接受电子的能力取决于X-的稳定性和碱性。

X-碱性越弱，稳定性越强，越容易被亲核试剂(shìjì)取代而离去。RSO3—＞I—＞Br—＞Cl—＞RCOO—＞HO—＞H2N—一般说来，被取代的难易次序为：

共四十三页亲核试剂的影响（1）对SN1反应(fǎnyìng)影响不大，对SN2反应速度有明显的影响。（2）绝大多数试剂的亲核能力与其碱性一致。例如：C2H5O-＞OH-＞PhO-＞CH3CH2-＞H2O

（3）当可极化度起主导作用时，亲核性与碱性不一致。在同族元素的试剂中，亲核性是按电负性的下降而提高。例如：Iˉ＞Brˉ＞Clˉ＞Fˉ和PhSˉ＞PhOˉ共四十三页溶剂(róngjì)的影响（1）对SN1反应，极性溶剂有利于中性化合物R-X的解离。

R－X→R+＋X-溶剂(róngjì)极性越大，反应速度越快。（2）对SN2反应，Nu-易与质子传递型溶剂形成氢键，使反应活性降低。反应宜在非质子传递型溶剂中进行。共四十三页2.3.2芳环上氢的亲核取代(qǔdài)反应Nu:-优先进攻芳环上电子云密度最低的位置。反应的难易和定位(dìngwèi)规律与芳香族化合物的亲电取代反应相反。自学共四十三页2.3.3芳环上已有取代基的亲核置换(zhìhuàn)反应芳环的电子云密度较高，很难被Nu-进攻而直接引入-OH、-OR、-NH2等基团，只能通过(tōngguò)亲核置换来完成。首先在芳环上引入-Cl、

-SO3H、-N2+Cl-等吸电子取代基，使苯环上电子云密度降低，有利于亲核置换反应的发生。共四十三页2.3.3.1反应(fǎnyìng)历程双分子(fēnzǐ)历程单分子历程++慢++慢共四十三页2.3.3.2芳环上已有取代基对反应(fǎnyìng)的影响离去基团共轭位（邻、对位）有吸电子取代基存在(cúnzài)，对反应有利。10%NaOH350-400℃,20-30MPa10%NaOH160℃,0.6MPa10%NaOH100℃,常压共四十三页离去基团共轭位有供电子(diànzǐ)取代基，对反应不利。芳环上同时有多个离去基团（-Cl，-SO3H，

-NO2，-CN，-N=N-等）同时存在时，Cl优先被置换。

共四十三页自由基是具有不成对电子的化学物种，它可以是原子、基团或分子。大多数自由基很活泼，在反应过程中只能瞬时存在。产生自由基的方法有三种：热离解法和光离解法是使分子中共价键的一对电子发生(fāshēng)均裂而产生自由基；电子转移法是可变价金属离子得电子或失电子使中性分子离解为自由基和正离子或负离子；电解法是中性分子在电极表面得电子或失电子而生成正离子基或负离子基。自由基反应大都是链反应，其反应历程包括三个阶段，即链引发、连增长和链终止。2.4自由基反应(fǎnyìng)共四十三页加成反应分为三种类型：亲电加成、亲核加成、自由基加成。2.5.1亲电加成亲电加成一般发生在碳—碳重键上，因为烯烃、快烃分子中的π—电子具有较大的活动性，表现出亲核性，所以它们容易与多种亲电试剂发生亲电加成反应。常用的亲电试剂有：强酸(例如硫酸、氢卤酸)、Lewis酸(例如FeCl3、A1C13)、卤素、次卤酸、卤代烷等。双键连有供电(ɡònɡdiàn)基时使反应加快，有吸电基时使反应减慢。2.5加成反应(jiāchénɡfǎnyīnɡ)共四十三页其反应历程分两步进行：首先生成碳正离子中间产物，然后(ránhòu)快速生成产物。共四十三页2.5.2亲核加成亲核加成是由亲核试剂进攻而引起的加成反应，主要发生(fāshēng)在碳氧双键上，在碱催化下总是带正电荷的碳原子与亲核试剂反应。2.5.3自由基加成自由基加成是反应试剂在光、高温或引发剂的作用下先生成游离基，然后与碳碳重键发生加成反应，它们都是链反应。例如卤素和卤化氢对碳碳重键的加成反应。共四十三页2.6精细有机合成中的溶剂(róngjì)作用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专一性溶剂化作用对亲核取代(qǔdài)反应速度的影响有机反应中溶剂的使用和选择（自学）共四十三页溶剂对有机反应的影响溶液和溶解作用（1）相同分子(fēnzǐ)之间的引力与不同分子(fēnzǐ)之间的引力的相互关系。（2）由分子的极性所引起的缔合程度。（3）溶剂化作用。（4）溶剂和溶质的分子量。溶剂和溶质之间的相互作用2.6.1概述(ɡàishù)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）共四十三页2.6.2溶剂(róngjì)的分类按化学(huàxué)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。共四十三页按偶极矩和介电常数(jièdiànchánɡshù)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(chéngjī)，单位：德拜（D）。即：μ＝q×d例：μ＝1.54D共四十三页极性溶剂：分子中具有(jùyǒu)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(róngjì)

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。共四十三页（2）介电常数(jièdiànchánɡshù)（ε）也叫电容率或相对电容率，是表示电介质或绝缘材料(juéyuáncáiliào)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。共四十三页极性溶剂(róngjì)：ε＞15～20非极性溶剂：ε＜15～20介电常数主要影响溶剂中离子(lízǐ)的溶剂化作用和离子(lízǐ)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。共四十三页（3）溶剂极性的本质(běnzhì)——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(bāokuò)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)值共四十三页按Lewis酸碱理论分类(fēnlèi)(电子理论）Lewis酸碱理论(lǐlùn)：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

共四十三页EPA溶剂：具有缺电子或酸性部位，亲电试剂(shìjì)，

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(bùwèi)，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共四十三页质子给体溶剂：主要是酸，如H2SO4、CH3COOH质子受体溶剂：主要是碱，如NH3、CH3CON(CH3)2两性(liǎngxìng)溶剂：既可接受质子，又可提供质子，如H2O按Brownsted酸碱理论(lǐlùn)分类(质子理论)共四十三页按专一性溶质(róngzhì)、溶剂相互作用分类质子传递型溶剂：含有能与电负性元素(yuánsù)(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、二硫化碳共四十三页2.6.3离子化作用(zuòyòng)和离解作用(zuòyòng)离子原和离子体离子化过程(guòchéng)和离解过程(guòchéng)离解性溶剂和离子化溶剂共四十三页2.6.3.1离子(lízǐ)原和离子(lízǐ)体离子(lízǐ)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，如金属卤化物等共四十三页2.6.3.2离子化过程(guòchéng)和离解过程(guòchéng)离子化过程：离子原的共价键发生异裂产生(chǎnshēng)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。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成反比溶剂必须对离子原的共价键进行进攻共四十三页离子化方式(fāngshì)：EPD进攻(jìngōng)：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，自由的或裸的正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。共四十三页2.6.3.3离解(líjiě)性溶剂和离子化溶剂离子化溶剂：具有强的EPD性质(xìngzhì)或EPA性质。离解性溶剂：具有高的介电常数。共四十三页2.6.4溶剂的静电效应对反应速度的影响(yǐngxiǎng)(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(zēngjiā)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-+共四十三页对于从起始(qǐshǐ)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。电荷分散(fēnsàn)电荷密度降低Y－RX-R－XY-+RXδ-δ-Y+SN2反应共四十三页例：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-+共四十三页对于从起始反应物变为活化(huóhuà)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(xìngzhì)及专一性溶剂化作用对反应速度的影响。共四十三页2.6.5专一性溶剂(róngjì)化作用对亲核反应速度的影响质子传递型溶剂对SN反应速度(fǎnyìngsùdù)的影响非质子传递极性溶剂对SN反应速度的影响共四十三页2.6.5.1质子传递型溶剂对SN反应速度(fǎnyìngsùdù)的影响对SN1反应速度(fǎnyìngsùdù)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共四十三页SN2反应速度(fǎn