高等有机化学-课件.pptx

2024/10/8 周二3.1 卤代烷烃的合成卤代烷烃的合成 v1、烷烃的卤代反应、烷烃的卤代反应 v2、卤代烃的取代反应（由于电负性的差异而有取代、卤代烃的取代反应（由于电负性的差异而有取代顺序）顺序）v 氯代烃或溴代烃能与I-发生SN2反应生成碘代烃：2024/10/8 周二v3、酮与、酮与PCl5反应生成双卤代烃反应生成双卤代烃 v4、Br2和和Cl2在烯烃上的反式加成在烯烃上的反式加成2024/10/8 周二v5、Br2和和Cl2在炔烃上的加成在炔烃上的加成 v6、卤化氢在炔烃上的加成、卤化氢在炔烃上的加成 2024/10/8 周二v7、醇与浓氢卤酸的反应、醇与浓氢卤酸的反应v8、醇与、醇与PBr3或或SOCl2的反应的反应 2024/10/8 周二3.2 卤代烷烃的反应卤代烷烃的反应v1、亲核取代反应、亲核取代反应vSN2反应反应v 甲基、一般的伯、仲烃基(无空间位阻)氯代物、溴代物和碘代物，易与OH-、RO-、SH-、RS-、CN-、R-CC-、RCOO-、R3N、N3-等强Lewis碱在极性非质子溶剂中进行SN2反应 2024/10/8 周二vSN2反应机理：反应机理：v 由于中心C原子为非立体中心，无法证实发生了构象反转；cis-1-氯-3-甲基环戊烷与OH-反应生成trans-3-甲基环戊醇能证实发生了构象反转：2024/10/8 周二v类似地，类似地，(R)-(-)-2-溴辛烷与溴辛烷与NaOH反应生成反应生成(S)-(+)-2-辛醇：辛醇：v (R)-(-)-2-溴辛烷 (S)-(+)-2-辛醇v D25=-34.25 D25=+9.90v 100%ee 100%ee 2024/10/8 周二v 作为亲核试剂，带有负电荷的亲核试剂比其共带有负电荷的亲核试剂比其共轭酸反应活性更高轭酸反应活性更高，如OH-H2O,RO-ROH;如果亲如果亲核原子相同，亲核试剂的反应活性顺序与其碱性顺核原子相同，亲核试剂的反应活性顺序与其碱性顺序相同序相同，如RO-HO-RCOO-H2O.2024/10/8 周二v 亲核试剂的反应活性还受溶剂的影响。由于极性质子溶剂能与强电极性质子溶剂能与强电负性离子形成氢键负性离子形成氢键，使得碱性强的离子亲核性反而弱，呈现以下亲核顺序：SH-CN-I-OH-N3-Br-CH3COO-Cl-F-H2O;对于极性非质子溶极性非质子溶剂剂如二甲基甲酰胺（DMF）、二甲亚砜（DMSO）、二甲基乙酰胺（DMA）、六甲基磷酰胺（HMPA），不能约束亲核试剂，使得亲核试使得亲核试剂的碱性和亲核反应活性相对提高，并与碱性顺序一致剂的碱性和亲核反应活性相对提高，并与碱性顺序一致，比如对卤素离子有下列亲核活性顺序：F-Cl-Br-I-。v 虽然极性非质子溶剂（如DMSO、DMF等）非常有利于SN2反应，但是这类溶剂都有沸点高，反应终了难以除去，同时也很贵，溶剂纯化也繁琐，另外在高温下有些溶剂甚至发生分解。比较而言，采用非极性非质子溶剂（如碳氢化合物或相对极性小的氯代烃）较好，具有沸点低、便宜、相对稳定的特点。采用相转移催化(phase-transfer catalysis)使得用极性溶剂的反应可用非极性溶剂：2024/10/8 周二v 离去基团对上述SN2反应和后面所讲的SN1反应，都是离都是离去基团形成的离子越稳定越有利于反应的进行去基团形成的离子越稳定越有利于反应的进行，因此离去基团的反应活性顺序与所形成离子碱性顺序正好相反，对于卤素离子具有以下顺序：I-Br-Cl-F-，由于这个原因，氟代烃很少用于亲核取代反应。其它比较好的离去基团有烷基磺酸根(RSO3-)、烷基硫酸根(R-O-SO3-)、对甲苯磺酸根(p-Me-C6H4-SO3-)、三氟甲磺酸根(F3CSO3-)等。而强碱性离子（如OH-）很少作为离去基团使亲核取代反应能有意义地进行。v 除了亲核试剂和离去基团的影响外，空间位阻对能否进行SN2反应也很重要，如叔丁基卤和新戊基卤，由于空间位阻，难以进行SN2反应而更易进行SN1反应。2024/10/8 周二vSN1反应反应v 当卤原子与3碳原子相连时，弱碱性的亲核试剂（弱的Lewis碱、中性分子、质子溶剂）与卤代烃在极性质子溶剂中进行的是SN1反应，反应速度决定于反应底物（卤代烃）的浓度而与亲核试剂的浓度无关。v 叔丁基氯与氢氧化钠/丙酮/水或水都是进行SN1反应：v 后者的反应机理可表示如下：2024/10/8 周二v 当SN1反应发生在立体中心C原子上时，一般得到的是外消旋产物。v 由于在SN1反应过程中出现C正离子过渡态，超共扼效应使得叔碳正离子更趋稳定，具有R3C-X结构的卤代烃更易发生SN1反应。v 其它的SN1反应例子：v (CH3)3C-Br+H2O(CH3)3C-OH+HBrv (CH3)3C-Cl+CH3OH(CH3)3C-OCH3+HClv (CH3)3C-Cl+HCOOH(CH3)3C-OOCH+HClv 这些反应由于是和溶剂反应，因此又称溶剂分解反应溶剂分解反应(solvolysis)。2024/10/8 周二v2、消除反应（、消除反应（elimination reaction）v 消除反应是与取代反应竞争的一类重要反应。v 在消除反应中，应用最多的是脱卤化氢反应。v 类似亲核取代反应，消除反应也有双分子和单分子消除反应之分，分别略称为E2和和E1反应反应。一般说来，强碱性、弱亲核性、高温有利于消除反应的进行。2024/10/8 周二v 对于1卤代烃卤代烃，当采用非位阻的碱非位阻的碱如乙氧基负离子时，碱很易接近连接离去基团的C原子，因此形成的主要是主要是SN2反应产物反应产物：v 1卤代烃与位阻强碱（如叔丁氧负离子）则主要发生主要发生E2消除反应消除反应：2024/10/8 周二v 对于2卤代烃卤代烃，强碱有利于发生发生E2消除反应消除反应 v 上述反应中的E2消除反应机理为：2024/10/8 周二v 2卤代烃与弱碱卤代烃与弱碱（如Cl-、CH3COO-等）或可极化离子（如Br-、I-、RS-等）较易进行SN2反应：2024/10/8 周二v 对于3卤代烃卤代烃，由于空间位阻难以进行空间位阻难以进行SN2反应，反应，易于进行消除反应易于进行消除反应；即使进行取代反应，进行的也是SN1反应反应。v 叔丁基溴在强碱乙醇钠存在下，主要发生E2消除反应，生成异丁烯：2024/10/8 周二v 叔丁基氯在弱碱性、低温条件叔丁基氯在弱碱性、低温条件下则主要发生主要发生SN1反应，只有较少量E1产物：2024/10/8 周二v 对于C原子数目更多的原子数目更多的3卤代烃卤代烃，根据强碱性基团的大小强碱性基团的大小不同，生成的烯烃也有显著差异。当碱性基团较小时碱性基团较小时更易生成双键上取代基多即热力学稳定的烯烃，此即为Zaitsev规则规则:v 当碱性基团较大时碱性基团较大时易于生成取代基少的烯烃，此即为Hofmann规则规则：2024/10/8 周二v 基于卤代烃发生取代和消除反应的条件和机理，可容易地得出下列反应的主要产物：2024/10/8 周二v3.卤代烃和金属反应生成有机金属化合物v C-Na和C-K主要表现出离子键的性质；C-Pb、C-Sn、C-Tl和C-Hg主要体现共价键的性质；C-Li和C-Mg在介于上述二者之间。v（1）有机锂化合物v 一般在乙醚和四氢呋喃中制备。v 其它的有机锂如甲基锂、乙基锂、苯基锂等可用同样方法合成。v 卤代烃的反应活性顺序RIRBrRCl(氟代烷烃和芳香烃很少用于有机锂的合成)。2024/10/8 周二v由于有机锂能缓慢发生下述反应：v 用乙醚作溶剂的有机锂多数在使用前制备。市场上销售的有机锂一般溶于己烷等碳氢化合物。v 有机锂可与羰基化合物进行类似Grignard试剂的反应：2024/10/8 周二v 有机锂可用于合成很有应用价值的烃基铜锂，后者能与卤代烃反应(Corey-Posner,Whitesides-House synthesis)：2024/10/8 周二v（2）格氏试剂）格氏试剂(Grignard Reagents)v 法国化学家Victor Grignard于1900发现，并因此于1912年获得Nobel奖。v v v 卤代烃的反应活性顺序同样为RIRBrRCl，有机氟格氏试剂很少，芳香格氏试剂由芳香溴代物和碘代物比氯代物容易制备。2024/10/8 周二v 由于能够进行各种反应，含有下列基团的卤代烃不能用于制备Grignard试剂：2024/10/8 周二3.3 卤代烯烃的合成卤代烯烃的合成v1、邻二卤代烃的消除反应v2、Br2和Cl2在炔烃上的加成2024/10/8 周二v3、卤化氢在炔烃上的加成2024/10/8 周二3.4 卤代烯烃的反应卤代烯烃的反应v1、与烃基铜锂的反应v2、消除反应2024/10/8 周二第三章习题第三章习题 v1、下列反应能否进行，如果能够进行，完成反应方程。v2、(R)-(-)-2-溴辛烷与NaOH可进行SN2反应生成(S)-(+)-2-辛醇，写出其反应机理。2024/10/8 周二v3、写出下列反应的主要产物，手性分子以其立体结构式表示。2024/10/8 周二v4、异丙基溴在C2H5ONa/C2H5OH/55C条件下主要生成丙烯，而与醋酸钠在室温条件下主要生成醋酸异丙酯，以反应机理表示上述两反应。v5、当分别用乙醇钠和叔丁醇钾处理2-溴-2-甲基丁烷时，相应进行的是Zaitsev消除反应和 Hofmann消除反应，写出下式的主要产物。2024/10/8 周二参考答案参考答案v1、下列反应能否进行，如果能够进行，完成反应方程。2024/10/8 周二v3、写出下列反应的主要产物，手性分子以其立体结构式表示。、写出下列反应的主要产物，手性分子以其立体结构式表示。