有機(jī)反應(yīng)機(jī)理第十章ppt課件

1、有機(jī)反應(yīng)機(jī)理第第10章章 重要合成反響機(jī)理分析重要合成反響機(jī)理分析10.1 不飽和烴的鹵加成反響10.4 羥醛縮合反響10.2 環(huán)氧乙烷與各種親核試劑的反響10.3 Mannich反響有機(jī)反應(yīng)機(jī)理10.1 不飽和烴的鹵加成反響10.1.1 鹵素與烯烴和炔烴的加成10.1.2 不飽和羧酸及其酯的鹵內(nèi)酯化反響10.1.3 N-鹵代酰胺、次鹵酸鹽等與不飽和烴的加成有機(jī)反應(yīng)機(jī)理10.1.1 鹵素與烯烴和炔烴的加成 MechanismElectrophilic additionFree radical addition有機(jī)反應(yīng)機(jī)理Electrophilic addition反響機(jī)理可表示如下：極化的鹵素

2、帶正電的部分先與烯烴加成，生成正碳離子中間體。根據(jù)鹵素的種類和烯烴的構(gòu)造，中間體可以是經(jīng)典的正碳離子，也可以是鹵橋正離子有機(jī)反應(yīng)機(jī)理鹵負(fù)離子優(yōu)先進(jìn)攻能使正碳離子穩(wěn)定的雙鍵碳原子CCR1R2R3R4XXCCR1R2R3R4XXCCR1R2R3R4XXCCR1R2R3R4XX有機(jī)反應(yīng)機(jī)理Experimental evidences Stereochemistry例如：經(jīng)由經(jīng)典正碳離子時那么由于CC單鍵的自在旋轉(zhuǎn)，同時生成相當(dāng)量的同向加成產(chǎn)物。經(jīng)由鹵橋正離子時發(fā)生對向加成有機(jī)反應(yīng)機(jī)理為什么X為OCH3時同向加成的比例添加？CH3HHXCH3HHXBrBrHCH3HXBrBrBr2/CCl4+X =

3、H 88% 12%X = OCH3 63% 37%有機(jī)反應(yīng)機(jī)理因此，當(dāng)X由H變?yōu)镺CH3基團(tuán)時，反響經(jīng)由經(jīng)典正碳離子中間體的能夠性添加。用共振實際可表示為：而在溴橋離子中，正電荷分散于三個原子上，不利于OCH3基團(tuán)穩(wěn)定化作用的最大發(fā)揚。在經(jīng)典的正碳離子中，正電荷更加集中于與苯環(huán)相聯(lián)的碳上，OCH3基團(tuán)的穩(wěn)定化作用更強(qiáng)。有機(jī)反應(yīng)機(jī)理CH3HHCH3OBrCH3HHCH3OBrCH3HHHBr有機(jī)反應(yīng)機(jī)理烯烴相對速率水合溴化CH3CH=CH211Z-CH3CH=CHCH31.6843E- CH3CH=CHCH30.7128(CH3)2C=CHCH343432131(CH3)2C=C(CH3)269

4、0929508解釋以下幾種烯烴水合和溴化相對速率與取代基數(shù)目和位置的關(guān)系有機(jī)反應(yīng)機(jī)理H3CHHHBr2BrH3CHHHBrCH3CHBrCH2BrH3OCCH2HH3CHOHCH3CHOHCH2H有機(jī)反應(yīng)機(jī)理Free radical mechanism氯、溴在自在基引發(fā)劑或光的作用下，可均裂為自在基，與不飽和烴發(fā)生自在基加成反響自在基引發(fā)劑：有機(jī)過氧化物、偶氮二異丁腈等 光引發(fā)：紫外光例如光鹵化加成的機(jī)理可表示如下有機(jī)反應(yīng)機(jī)理光引發(fā)自在基加成機(jī)理引發(fā)：XXh2 X (X = Cl, Br)傳遞：CCCCXCCXCCXXXXX2+終止：CCXXCCXXCCXCCXXX+有機(jī)反應(yīng)機(jī)理 光鹵加成的運

5、用實例光鹵加成易發(fā)生于雙鍵上有吸電基的烯烴和芳烴，由于這些烯烴和芳烴難以與鹵素發(fā)生親電加成。例如有機(jī)反應(yīng)機(jī)理hClCHCCl2Cl2/ClClCHCCl2ClClClCCCl2驅(qū)鉤蟲藥hClClClClClClCl2/殺蟲劑（六六六）有機(jī)反應(yīng)機(jī)理Addition of fluorine to alkenesF2活性高，反響猛烈，易發(fā)生取代、聚合等副反響通常為自在基機(jī)理，合成上的運用有限氟原子的引入可以改良藥物的性質(zhì)，通常由鹵素 鹵素置換反響制備氟化物有機(jī)反應(yīng)機(jī)理Addition of iodine to alkenes通常按自在基機(jī)理反響CI鍵不穩(wěn)定，容易發(fā)生消除反響，碘與烯烴的加成往往是可逆

6、的有機(jī)反應(yīng)機(jī)理Addition of chlorine and bromine to alkenes是最重要的鹵加成反響合成上經(jīng)過氯化和溴化引入活潑官能團(tuán)，作為有機(jī)合成的中間體，運用非常廣泛有機(jī)反應(yīng)機(jī)理在無光照或自在基引發(fā)劑的情況下，通常按親電加成機(jī)理反響與氯的加成反響相比，溴的加成反響往往更傾向于經(jīng)由溴橋離子中間體，得到更多的對向加成產(chǎn)物例如以下反響有機(jī)反應(yīng)機(jī)理88% (對向加成）12%（同向加成）CH3HHHCH3HHHBrBrHCH3HHBrBrBr2/CCl4+E-55%56% (對向加成）28%29%（同向加成）CH3HHHCH3HHHClClHCH3HHClClCl2/CCl4+Z

7、-62%63%（同向加成）21%23%（對向加成）HCH3HHCH3HHHClClHCH3HHClClCl2/CCl4+有機(jī)反應(yīng)機(jī)理10.1.2 不飽和羧酸及其酯的鹵內(nèi)酯化反響,-不飽和羧酸與鹵素加成時，先生成鹵橋離子例如分子內(nèi)的羧基作為親核試劑進(jìn)攻鹵橋離子，生成五員或六員環(huán)內(nèi)酯，稱作鹵內(nèi)酯化反響有機(jī)反應(yīng)機(jī)理CH2COOHI2/KI/NaHCO3H2O/r. t., 4hCH2COOIHOOHHI有機(jī)反應(yīng)機(jī)理Formation of a six-membered lactone69%少量HHPhOOHOOHHBrPhCO2HCH CH PhBrBr+Br2/CHCl30oCr.t., 20mi

8、n有機(jī)反應(yīng)機(jī)理Halolactonization of unsaturated esters機(jī)理與不飽和羧酸的鹵內(nèi)酯化有所不同，反響中，發(fā)起親核進(jìn)攻的是羰基氧，而不是羥基氧有機(jī)反應(yīng)機(jī)理反響實例NBA為N-溴代乙酰胺：能夠的機(jī)理如下OOBrAcOOOAcOBrNBA/diox./H2OHClO4/r.t.OMeOAcO+60% 21%有機(jī)反應(yīng)機(jī)理OOBrAcOOOAcOBrNBA/diox./H2OHClO4/r.t.OMeOAcO+60% 21%NBAAcOBrOOMeaaH2OOBrAcOMeOOHbbOOMeAcOBrH2OOOMeAcOBrOH有機(jī)反應(yīng)機(jī)理10.1.3 N-鹵代酰胺、次鹵

9、酸鹽等與不飽和烴的加成 Addition of hypohalous acids (2) Addition of N-halo amides有機(jī)反應(yīng)機(jī)理 Addition of hypohalous acids 機(jī)理與鹵素的加成類似，先是次鹵酸分子中帶正電的鹵原子對不飽和烴的親電進(jìn)攻，生成鹵橋正離子，水分子或OH負(fù)離子進(jìn)攻鹵橋正離子就生成產(chǎn)物鹵醇XOHXOHOHX有機(jī)反應(yīng)機(jī)理第二步親核試劑進(jìn)攻鹵橋正離子的哪一個碳原子？為什么？有機(jī)反應(yīng)機(jī)理反響實例本卷須知次鹵酸通常不穩(wěn)定，需新穎制備立刻便用制備次碘酸時還要參與氧化劑，除去復(fù)原性較強(qiáng)的碘負(fù)離子OHClCl2/NaOH/H2OHgCl2/ 15oC

10、20oC有機(jī)反應(yīng)機(jī)理也可改用次鹵酸叔丁酯作鹵化劑，在非水溶劑中反響，可生成相應(yīng)的鹵醇衍生物HCCH2t-BuOCl/HOAc/H2O 25oC, 20minCH CH2ClHOOEtOt-BuOCl/EtOH55oC0oCOClOEtEtO有機(jī)反應(yīng)機(jī)理次鹵酸叔丁酯可由以下反響制備t-BuOHt-BuOClNaOCl/AcOH 10oC, 5min99%100%t-BuOHt-BuOClCl2/NaOH/H2O15oC20oC, 0.5h72%99%有機(jī)反應(yīng)機(jī)理(2) Addition of N-halo amides常用鹵代酰胺H3CCONHClH3CCONHBrNCANBANClOONBrO

11、ONCSNBS有機(jī)反應(yīng)機(jī)理Mechanism and products正的鹵原子先與不飽和鍵加成構(gòu)成鹵橋正離子，親核試劑水或溶劑進(jìn)攻鹵橋正離子得鹵醇或其衍生物反響服從Markofnikoff規(guī)那么有機(jī)反應(yīng)機(jī)理反響式RCOHNHXXNuXNu有機(jī)反應(yīng)機(jī)理反響實例80%90%OOAcOHOOOAcOHOBrHONBA/diox.H2O/HClO4有機(jī)反應(yīng)機(jī)理Dalton反響： NBS與烯烴在二甲亞砜中反響水存在下：產(chǎn)物為鹵醇枯燥條件下：產(chǎn)物為鹵酮，是合成鹵酮的有效方法有機(jī)反應(yīng)機(jī)理Dalton反響的機(jī)理HNBSDMSOBrOSMeMeHBrOSMe2H2OHBrOSMe2OHHBrOHHBrOSMe

12、2干燥BrO有機(jī)反應(yīng)機(jī)理反響實例PhHHCH3Ph CH CH CH3OHBrerythro, 92%NBS/DMSO/H2OOAcOCH2OgluAc4AcOOAcOCH2OgluAc4AcOBrO90%NBS/DMSO有機(jī)反應(yīng)機(jī)理10.2 環(huán)氧乙烷與各種親核試劑的反響8.2.1 環(huán)氧乙烷與芳烴的反響環(huán)氧乙烷與芳烴的反響8.2.2 環(huán)氧乙烷與活潑氫化合物的反響環(huán)氧乙烷與活潑氫化合物的反響8.2.3 環(huán)氧乙烷與金屬有機(jī)化合物的反響環(huán)氧乙烷與金屬有機(jī)化合物的反響有機(jī)反應(yīng)機(jī)理10.2.1 環(huán)氧乙烷與芳烴的反響環(huán)氧乙烷與芳烴的反響CH3CH3CH2H2COAlCl3r.t.CH3CH3CH2CH2O

13、H40%機(jī)理？機(jī)理？有機(jī)反應(yīng)機(jī)理Mechanism在在Lewis酸催化下進(jìn)展，類似于酸催化下進(jìn)展，類似于Friedel-Crafts反響反響有機(jī)反應(yīng)機(jī)理CH2H2COAlCl3CH2CH2OAlCl3CH2CH2OAlCl3HCH2CH2OAl Cl3CH2CH2OHAlCl3有機(jī)反應(yīng)機(jī)理Regeoselectivity and stereoselectivityRegeoselectivity: 單取代環(huán)氧乙烷反響，芳基單取代環(huán)氧乙烷反響，芳基進(jìn)攻取代較多的碳原子進(jìn)攻取代較多的碳原子Stereoselectivity: 手性衍生物反響時，發(fā)生構(gòu)型手性衍生物反響時，發(fā)生構(gòu)型轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化有機(jī)反應(yīng)機(jī)理

14、CH2COHCH3AlCl3CH2HOCHH3C芳基進(jìn)攻取代較多的，更能穩(wěn)定正電荷的碳原子芳基進(jìn)攻取代較多的，更能穩(wěn)定正電荷的碳原子有機(jī)反應(yīng)機(jī)理10.2.2 環(huán)氧乙烷與活潑氫化合物的反響環(huán)氧乙烷與活潑氫化合物的反響堿催化；親核試劑進(jìn)攻環(huán)氧乙烷取代較少的碳堿催化；親核試劑進(jìn)攻環(huán)氧乙烷取代較少的碳有機(jī)反應(yīng)機(jī)理CH3CCH2COEtOONaOEt/EtOHCH3CCHCOEtOOCH2HCOH2CClCH3CCHOCOEtOCH2CHCH2ClOCH3CCHOCOCH2CHCH2ClO68%NaOEt/EtOHClO機(jī)理？機(jī)理？有機(jī)反應(yīng)機(jī)理10.2.3 環(huán)氧乙烷與金屬有機(jī)化合物的反響環(huán)氧乙烷與金屬有

15、機(jī)化合物的反響進(jìn)攻取代較少的碳原子進(jìn)攻取代較少的碳原子有機(jī)反應(yīng)機(jī)理HCCH2OH2CH3CCH3 Mg BrHCCH2H2CH3COHCH368%OCCH3COH3COOiBu2CuLiCOH3COOOH60%有機(jī)反應(yīng)機(jī)理8.3 Mannich反響反響B(tài) Tollens & von Marle, 1903PhCH3OCH2ONH4ClPhCH2NCH2OH2CPhOOPh有機(jī)反應(yīng)機(jī)理C Mannich, 1917CH2ONH4ClNNH3CPhH3COH2CNNCH3PhH3COCH2NNCH3PhCH3OCH2NNNCH3PhCH3O有機(jī)反應(yīng)機(jī)理Mannich反響通式反響通式Mann

16、ich反響是醛或酮與胺和含活潑氫的化合物反響是醛或酮與胺和含活潑氫的化合物之間的三組分縮合之間的三組分縮合R5R6OR7R2R1OR4HNR3+acid or basesolventHOHR5NOR6R7R4R3R1R2enolizablecarbonyl compoundnon-enolizablealdehyde or ketoneMannich base胺組分胺組分醛組分醛組分酸組分酸組分Mannich堿堿有機(jī)反應(yīng)機(jī)理胺組分：胺組分： 氨、伯胺、仲胺氨、伯胺、仲胺醛組分：醛組分： 甲醛，其他醛或酮甲醛，其他醛或酮酸組分：含酸組分：含-氫的羰基化合物，硝基化合物，氫的羰基化合物，硝基化合物

17、，硝胺或芳烴等硝胺或芳烴等有機(jī)反應(yīng)機(jī)理Mannich反響條件反響條件反響通常在弱酸或弱堿條件下進(jìn)展反響通常在弱酸或弱堿條件下進(jìn)展有些反響也可在中性條件下進(jìn)展有些反響也可在中性條件下進(jìn)展不同的反響或反響的不同階段要求不同的不同的反響或反響的不同階段要求不同的pH值值控制適當(dāng)?shù)目刂七m當(dāng)?shù)膒H值對反響的勝利至關(guān)重要值對反響的勝利至關(guān)重要有機(jī)反應(yīng)機(jī)理Mannich反響的機(jī)理反響的機(jī)理不同條件下，能夠按不同的機(jī)理進(jìn)展不同條件下，能夠按不同的機(jī)理進(jìn)展通常以為先發(fā)生醛胺縮合，再與酸組分反響通常以為先發(fā)生醛胺縮合，再與酸組分反響有機(jī)反應(yīng)機(jī)理R2R1OHR2R1OHR4NHR3P.T.NR4R3R2R1OHHH

18、OHNR4R2R3R1NR4R2R3R1醛胺縮合構(gòu)成亞胺正離子醛胺縮合構(gòu)成亞胺正離子iminium ion)Iminium ionAminocarbenium ion有機(jī)反應(yīng)機(jī)理亞胺正離子與酸組分的反響亞胺正離子與酸組分的反響R5R6OR7HR5R6OHR7NR4R2R3R1R5NOHR6R7R4R3R1R2HR5NOR6R7R4R3R1R2有機(jī)反應(yīng)機(jī)理也能夠先發(fā)生活性氫化合物的也能夠先發(fā)生活性氫化合物的-羥烷基化，再與胺羥烷基化，再與胺脫水羥醛縮合機(jī)理脫水羥醛縮合機(jī)理),如硝基烷的反響如硝基烷的反響NH3 (18% aquous solution) 10oC, pH = 1CHNO2O2NN

19、O21 molr.t.2530oC, 15 minC CH2NO2O2NNO2OHCH2O 1.05 mol (30% aquous solution)C CH2NO2O2NNO2NHCH2CNO2NO2NO2有機(jī)反應(yīng)機(jī)理羰基羰基-位氨烷基位氨烷基化化CH2CH3CCH2CH3OCH2OCH2ONHHCH3H2CNCH2CH3CH3H3CO有機(jī)反應(yīng)機(jī)理雜環(huán)的氨烷基化雜環(huán)的氨烷基化NCH2(CH2)2CH3CH2OHNMe2HClNCH2(CH2)2CH3NMe2Me2N84%亞胺正離子對雜環(huán)的親電取代有機(jī)反應(yīng)機(jī)理芳環(huán)的氨烷基化芳環(huán)的氨烷基化OHOHCH2NMe2CH2OHNMe2亞胺正離子對芳

20、環(huán)的親電取代有機(jī)反應(yīng)機(jī)理Benjamin L, Peter P, William T. B, and Harry J. M. The Proline-Catalyzed Direct Asymmetric Three-Component Mannich Reaction: Scope, Optimization, and Application To the Highly Enantioselective Synthesis of 1,2-Amino Alcohols. J. AM. CHEM. SOC. 2019,124(5): 827-833有機(jī)反應(yīng)機(jī)理CH3CCH3ONO2CHONH2O

21、MeNHOMeNO2O50%, 94% e e L-脯氨酸有機(jī)反應(yīng)機(jī)理10.3 羥醛縮合反響羰基化合物脫羰基化合物脫氫構(gòu)成的負(fù)碳離子氫構(gòu)成的負(fù)碳離子(烯醇負(fù)離子或烯醇負(fù)離子或其鹽和酯其鹽和酯)與另一分子羰基化合物加成構(gòu)成與另一分子羰基化合物加成構(gòu)成羥基羥基羰基化物的反響稱作羥醛縮合反響羰基化物的反響稱作羥醛縮合反響有機(jī)反應(yīng)機(jī)理-羥基烷基化羥基烷基化反響結(jié)果相當(dāng)于在羰基的反響結(jié)果相當(dāng)于在羰基的位引入了一個羥烷基位引入了一個羥烷基經(jīng)典羥醛縮合反響通式R1R2OR3OR4+acid or baseR3R2OOHR4R1dehydrationR3R2OR4R1有機(jī)反應(yīng)機(jī)理為什么稱為為什么稱為aldol

22、縮合縮合?Aldol是是3-hydroxybutanal的俗名的俗名, 是乙醛的縮合是乙醛的縮合產(chǎn)物產(chǎn)物H3CHOH3CHO+HOOH3-hydroxybutanalaldol有機(jī)反應(yīng)機(jī)理堿催化堿催化aldol縮合機(jī)理縮合機(jī)理R3OR4HR3OR4R1R2OBHBBHR3R2OOHR4R1R3OR4有機(jī)反應(yīng)機(jī)理酸催化酸催化aldol縮合機(jī)理縮合機(jī)理R3OR4HHAR3OHR4HAHAR3OR4HR1R2OHAAR1R2OH+ AR3OR4HR1R2OHHAR3R2OOHR4R1有機(jī)反應(yīng)機(jī)理Possible products假設(shè)反響的兩組分都含假設(shè)反響的兩組分都含氫，可得四種產(chǎn)物氫，可得四種產(chǎn)物

23、, 例例如如CHH3COCH3CCH3OBCH3CCH2OCHOHCH3CH3CCH2CHOOHCH3CH3CCH2OCOHCH3CH3CHH3COHCH2CHO有機(jī)反應(yīng)機(jī)理假設(shè)兩組分羰基碳上都連有不同的烷基，能夠的假設(shè)兩組分羰基碳上都連有不同的烷基，能夠的產(chǎn)物會更多產(chǎn)物會更多B八種產(chǎn)物R1R2OR3R4O+有機(jī)反應(yīng)機(jī)理Significant cases in synthesis 含含活性氫的醛酮的本身縮合活性氫的醛酮的本身縮合 芳醛與含芳醛與含活性氫的醛、酮的縮合活性氫的醛、酮的縮合 甲醛與含甲醛與含活性氫的醛、酮之間的縮合活性氫的醛、酮之間的縮合 分子內(nèi)的羥醛縮合分子內(nèi)的羥醛縮合 定向羥醛

24、縮合包含交叉縮合定向羥醛縮合包含交叉縮合有機(jī)反應(yīng)機(jī)理8.3.1 醛、酮的本身縮合醛、酮的本身縮合有機(jī)反應(yīng)機(jī)理羥烷基化產(chǎn)物羥烷基化產(chǎn)物 , -不飽和酮不飽和酮dehydrationR2OR1R1R2R1R2O+R1R2Oacid or baseR2OR1OHR1R2有機(jī)反應(yīng)機(jī)理Control of reaction degreeCondensation of aldehydes高溫或強(qiáng)堿催化，可使平衡向高溫或強(qiáng)堿催化，可使平衡向,-不飽和醛的方向不飽和醛的方向挪動挪動例如例如有機(jī)反應(yīng)機(jī)理NaOH2580HOHOCHOOHCHO有機(jī)反應(yīng)機(jī)理Condensation of ketones速度慢，平衡

25、偏向反響物速度慢，平衡偏向反響物例如：丙酮縮合到達(dá)平衡時，羥烷基化產(chǎn)物的濃度例如：丙酮縮合到達(dá)平衡時，羥烷基化產(chǎn)物的濃度僅為丙酮濃度的僅為丙酮濃度的0.01；脫水可使平衡向右挪動；脫水可使平衡向右挪動有機(jī)反應(yīng)機(jī)理Ba(OH)2I2 or H2SO471%H3CCH3OH3CCH3OOOHO有機(jī)反應(yīng)機(jī)理Industrial ApplicationSynthesis of 2-ethylhexanol有機(jī)反應(yīng)機(jī)理HO5%NaOH15 18HOOHH2/Ni140 150OHOH10%NaOH70 80CHO160H2/ NiCH2OH有機(jī)反應(yīng)機(jī)理10.3.2 芳醛與含芳醛與含活性氫的醛、酮的縮合活

26、性氫的醛、酮的縮合Claisen-Schimidt反響反響有機(jī)反應(yīng)機(jī)理芳醛無芳醛無氫，通?？傻脝我划a(chǎn)物氫，通常可得單一產(chǎn)物起始縮合產(chǎn)物起始縮合產(chǎn)物-羥基芳丙醛酮易脫水羥基芳丙醛酮易脫水,生成的生成的烯烴與芳環(huán)共軛，反響能順利進(jìn)展烯烴與芳環(huán)共軛，反響能順利進(jìn)展有機(jī)反應(yīng)機(jī)理R1R2O+ArCHOR1R2OOHArH2OR1R2OAr有機(jī)反應(yīng)機(jī)理正常為反式雙鍵正常為反式雙鍵Configuration of the productOCHONaOH/H2O/EtOH15 30OHH有機(jī)反應(yīng)機(jī)理CHHHOPhHROHHPhCROPh與RC 鄰位交叉，能量高OBCHHHOPhHROHHPhCROBPh與RC 對位交叉，較穩(wěn)定 O有機(jī)反應(yīng)機(jī)理羰基碳上連有兩個不同的烷基的酮與芳香醛反響的羰基碳上連有兩個不同的烷基的酮與芳香醛反響的位置選擇性位置選擇性堿催化：反響發(fā)生在位阻小的堿催化：反響發(fā)生在位阻小的位上位上酸催化：反響發(fā)生在取代較多的酸催化：反響發(fā)生在取代較多的位上位上這一規(guī)律與羰基化合物這一規(guī)律與羰基化合物鹵取代反響類鹵取代反響類似似有機(jī)反應(yīng)機(jī)理CHOONaOHOHClO有機(jī)反應(yīng)機(jī)理10.3.3甲醛與含甲醛與含活性氫的醛、酮之間的縮合活性氫的醛、酮之間的縮合Tollens縮合羥甲基化反響縮合羥甲基化反響有機(jī)反應(yīng)機(jī)理