精細(xì)化學(xué)品合成原理-第2章-精細(xì)有機(jī)合成基礎(chǔ)1-1課件

12022/12/20復(fù)習(xí)－提問書P41-1:各個(gè)化工原料主要來自哪種資源？（1）甲烷（2）CO（3）乙炔（4）乙烯（5）固態(tài)蠟（6）長鏈脂肪酸（7）苯（8）萘22022/12/2032022/12/20一、極性試劑的分類

極性試劑是指那些能夠供給或接受一對電子以形成共價(jià)鍵的試劑。極性試劑：親電試劑和親核試劑。

52022/12/202親核試劑把一對電子提供給基質(zhì)以形成共價(jià)鍵的試劑稱親電試劑。這種試劑具有較高的電子云密度，與其它分子作用時(shí)，將進(jìn)攻該分子的低電子云密度中心，具有親核性能，包括以下幾類：陰離子；0H－、RO－、ArO－、NaSO－、NaS－、CN－等。極性分子中偶極的負(fù)端：NH3、RNH2、RR`NH、ArNH和NH2OH等；烯烴雙鍵和芳環(huán)；CH2＝CH2，C6H6等還原劑：Fe2+、金屬等。堿類。有機(jī)金屬化合物中的烷基：RMgX等2022/12/206第2章

精細(xì)有機(jī)合成基礎(chǔ)72022/12/2082022/12/20此外還有：不飽和烴的催化氫化，共軛二烯的雙烯合成等102022/12/20122022/12/20142022/12/20本章教學(xué)基本內(nèi)容和要求教學(xué)重點(diǎn)：芳香族親電取代反應(yīng)及定位規(guī)律精細(xì)有機(jī)合成中的溶劑效應(yīng)1.芳香族親電取代的定位規(guī)律2.化學(xué)反應(yīng)的計(jì)量學(xué)3.化學(xué)反應(yīng)器4.精細(xì)有機(jī)合成中的溶劑效應(yīng)5.氣—固相接觸催化6.相轉(zhuǎn)移催化7.均相配位催化8.電解有機(jī)合成152022/12/202.1芳香族親電取代的定位規(guī)律162022/12/20一、反應(yīng)歷程以苯的一元親電取代為例，其反應(yīng)過程可表示如下：σ絡(luò)合物又叫惠蘭特中間體或碳正離子中間體K-1k1k2化學(xué)反應(yīng)所經(jīng)歷的途徑或過程，又稱反應(yīng)機(jī)理。172022/12/20圖2-1苯系親電取代的能量變化圖ΔE3182022/12/20二、苯的二元親電取代反應(yīng)1、概念

苯的二元親電取代是指一元取代苯再進(jìn)行第二次親電取代的反應(yīng)。在絕大多數(shù)情況下，反應(yīng)的結(jié)果是苯環(huán)上的另一個(gè)氫被取代成為二元取代苯。BAABABAB++202022/12/20表2-1鄰、對位定位基和間位定位基定位效應(yīng)強(qiáng)度取代基電子效應(yīng)綜合性質(zhì)鄰、對位定位最強(qiáng)-O-給電子誘導(dǎo)效應(yīng)、給電子共軛效應(yīng)活化基強(qiáng)NR2、NHR、NH2、OH、OR吸電子誘導(dǎo)效應(yīng)小于給電子共軛效應(yīng)*給電子誘導(dǎo)效應(yīng)，給電子超共軛效應(yīng)中OCOR、NHCOR弱NHCHO、C6H5、CH3*、CR3*弱F、Cl、Br、I、CH2Cl、CH=CHCOOH、CH=CHNO2吸電子誘導(dǎo)效應(yīng)大于給電子共軛效應(yīng)間位定位強(qiáng)COR、CHO、COOR、CONH2、COOH，SO3H、CN、NO2、CF3**、CCl3**吸電子誘導(dǎo)效應(yīng)、吸電子共軛效應(yīng)**只有吸電子誘導(dǎo)效應(yīng)鈍化基最強(qiáng)NH3+、NR3+吸電子誘導(dǎo)效應(yīng)212022/12/20三、苯環(huán)上的已有取代基的定位規(guī)律及影響因素1、已有取代基的電子效應(yīng)誘導(dǎo)效應(yīng)(Inductiveeffect)

（I）：由電負(fù)性大小決定。共軛效應(yīng)（T）：包括π-π共軛和p-π共軛。＋I(xiàn):供電子-I:吸電子＋T:供電子-T:吸電子232022/12/20有-I，無T：如-N+(CH3)3、-CF3、-CCl3等（1）使σ-配合物均不穩(wěn)定，使苯環(huán)鈍化；（2）使鄰、對位取代產(chǎn)物更不穩(wěn)定；（3）為間位定位基。242022/12/20有-I，-T：如-NO2、-CN、-COOH、-CHO等（1）誘導(dǎo)效應(yīng)與共軛效應(yīng)作用一致；（2）則使苯環(huán)鈍化；（3）間位定位基。262022/12/20有-I，+T，且|-I|<|+T|：如-OH、-OCH3、-NH2、-N(CH3)2、-NHCOCH3等（1）誘導(dǎo)效應(yīng)與共軛效應(yīng)作用不一致，共軛效應(yīng)作用大于誘導(dǎo)效應(yīng)，使苯環(huán)活化；（2）使鄰、對位取代產(chǎn)物更穩(wěn)定；（3）鄰、對位定位基。

272022/12/20有-I，+T，且|-I|>|+T|：如-F,-Cl,-Br,-I等（1）總效果使苯環(huán)電子云密度降低；（2）使取代基鄰、對位電子云密度低于間位；（3）鄰、對位定位基。282022/12/20兩類定位基：鄰、對位定位基（第一類定位基）：

-O-,-N(CH3)2,-NH2,-OH,-OCH3,-NHCOCH3,-OCOCH3,-F,-Cl,-Br,-I,-CH3,-CH2Cl,-CH2COOH,-CH2F等。間位定位基（第二類定位基）：

-N+(CH3)3,-CF3,-NO2,-CN,-SO3H,-COOH,-CHO,-COOCH3,-COCH3,-CONH2,-N+H3,-CCl3等。302022/12/202、已有取代基的空間效應(yīng)已有取代基的空間效應(yīng)Ro/p-CH31.66-C2H50.90-CH(CH3)20.41-C(CH3)30.12(1)在極性效應(yīng)相差不大時(shí)，已有取代基體積越大，鄰位異構(gòu)產(chǎn)物的比例越小。

表一硝化（AcONO2,0℃)產(chǎn)物異構(gòu)體比例312022/12/20(2)當(dāng)極性效應(yīng)起主導(dǎo)作用時(shí)，結(jié)果可能相反。Xo/p-F0.15-Cl0.55-Br0.77-I0.83

表一硝化（HNO3,67.5%H2SO4,25℃)產(chǎn)物異構(gòu)體比例322022/12/203、親電試劑的活潑性（電子效應(yīng)）親電試劑的活潑性越高，親電取代反應(yīng)速度越快，反應(yīng)的選擇性越低。親電試劑的活潑性越低，親電取代反應(yīng)速度越低，反應(yīng)的選擇性越高。332022/12/20異構(gòu)產(chǎn)物比例，％反應(yīng)類型氯化C-?；疌-烷化反應(yīng)條件Cl2(CH3COOH,25℃)CH3COCl(AlCl3,C2H4Cl2,25℃)C2H5Br(GaBr3,C6H5CH3,25℃)kT/kB3401282.47表親電試劑活潑性的影響342022/12/204、親電試劑的空間效應(yīng)5、新取代基的空間效應(yīng)

親電試劑／新引入取代基的體積越大，鄰位產(chǎn)物越少。

表甲苯C-烷化反應(yīng)新引入基團(tuán)對異構(gòu)體比例的影響新引入基團(tuán)反應(yīng)條件異構(gòu)產(chǎn)物比例，％鄰位間位對位CH3CH3Br(GaBr3,C6H5CH3,45℃)55.79.934.4C2H5C2H5Br(GaBr3,C6H5CH3,25℃)38.421.040.6CH(CH3)2CH(CH3)2Br(GaBr3,C6H5CH3,25℃)26.226.247.2C(CH3)3C(CH3)3Br(GaBr3,C6H5CH3,25℃)032.167.9352022/12/202.1芳香族親電取代的定位規(guī)律6、反應(yīng)的可逆性對于不可逆的親電取代反應(yīng)，電子效應(yīng)對定位起主導(dǎo)作用，即各異構(gòu)產(chǎn)物的生成比例主要取決于各異構(gòu)物的δ配合物中間體的相對穩(wěn)定性。對于可逆反應(yīng)（親電取代反應(yīng)），則是空間效應(yīng)對定位效應(yīng)起主要作用，即各異構(gòu)產(chǎn)物的生成比例主要取決于各異構(gòu)產(chǎn)物之間的空間位阻和平衡關(guān)系。362022/12/202.1芳香族親電取代的定位規(guī)律6、反應(yīng)的可逆性對于不可逆的親電取代反應(yīng)，電子效應(yīng)對定位起主導(dǎo)作用，即各異構(gòu)產(chǎn)物的生成比例主要取決于各異構(gòu)物的δ配合物中間體的相對穩(wěn)定性。對于可逆反應(yīng)（親電取代反應(yīng)），則是空間效應(yīng)對定位效應(yīng)起主要作用，即各異構(gòu)產(chǎn)物的生成比例主要取決于各異構(gòu)產(chǎn)物之間的空間位阻和平衡關(guān)系。372022/12/20溫度

（1）通常情況下，溫度升高，親電取代反應(yīng)活性增高，選擇性下降。混酸硝化0℃5％94％1％40℃7％91％2％90℃13％85％2％7、反應(yīng)條件的影響382022/12/20

（2）使不可逆的磺化、C-烷化反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)榭赡娣磻?yīng)，從而影響產(chǎn)物異構(gòu)體的比例。實(shí)例1：磺化磺化392022/12/20實(shí)例2：402022/12/20反應(yīng)介質(zhì)硝化反應(yīng)介質(zhì)++乙酸酐約92％少量約8％

硫酸約30％少量約70％412022/12/20催化劑的影響

（1）改變E+的極性效應(yīng)或空間效應(yīng)。（2）改變反應(yīng)歷程?；腔腔疕gSO4催化422022/12/20已有兩個(gè)取代基為同一類型定位基，且處于間位，則定位作用一致。已有兩個(gè)取代基為同一類型定位基，且處于鄰、對位，則定位作用不一致——取決于定位能力的強(qiáng)弱。四、苯環(huán)上已有兩個(gè)取代基的定位規(guī)律主產(chǎn)物少量432022/12/20已有兩個(gè)取代基為不同類型定位基，且處于鄰、對位，則定位作用一致。已有兩個(gè)取代基為不同類型定位基，且處于間位，則定位作用不一致——取決于第一類定位基。442022/12/20(1)苯環(huán)上已有取代基的定位效應(yīng)具有加和性。

(2)當(dāng)苯環(huán)上已有兩個(gè)取代基對新取代基的定位效應(yīng)不一致時(shí)，新取代基進(jìn)入苯環(huán)的位置取決于已有取代基定位效應(yīng)的強(qiáng)弱。通?；罨亩ㄎ恍?yīng)大于鈍化基的定位效應(yīng)；鄰、對位的定位效應(yīng)大于間位的定位效應(yīng)。活化基的定位效應(yīng)有下列強(qiáng)弱次序：

O-＞NR2＞NH2＞OH＞NHCOCH3＞X＞CH3(3)當(dāng)苯環(huán)上兩個(gè)取代基都是鈍化基時(shí)，很難再進(jìn)入新取代基。鈍化基的定位效應(yīng)有下列強(qiáng)弱次序：

N(CH3)3+＞NO2＞CN＞SO3H＞COOH＞CHO＞COCH3

(4)新取代基一般不進(jìn)入1,3-取代苯的2位。苯的多元親電取代反應(yīng)的定位規(guī)律452022/12/20462022/12/20472022/12/20練習(xí)3：在下述兩題中，各選擇一條更好的合成路線。-BrCH3Br2/FeH2SO4H2SO4CH3SO3HBr2/FeKMnO4COOHCOOHBr2/FeCH3SO3H-BrCH3CH3CH3COOHCOOH-Br??-BrCH3Br2/FeKMnO4CH3482022/12/20練習(xí)4：選擇合理的合成路線氯化、磺化①ClSO3H②NO2COCH3?；?、硝化ClCl2/FeH2SO4HNO3/H2SO4CH3COCl/AlCl3COCH3NO2？492022/12/20NO2BrCOOHCH3③氧化、硝化、溴化④CH3NO2BrCOOH硝化、溴化、氧化CH3BrCH3溴化？注1：引入第三個(gè)基團(tuán)時(shí)，前兩個(gè)基團(tuán)的定位作用一致更好。KMnO4COOHNO2COOHHNO3H2SO4Br2/FeNO2BrCH3KMnO4HNO3H2SO4Br2/