高等有機(jī)化學(xué)羅一鳴課件

高等有機(jī)化學(xué)AdvancedOrganicChemistry

主講：羅一鳴

公共郵箱：用戶名：csuyjhxluo2011@密碼：200808高等有機(jī)化學(xué)緒論有機(jī)化合物:碳?xì)浠衔锛捌溲苌?有機(jī)化學(xué):研究有機(jī)化合物來源、制備、結(jié)構(gòu)、性能,應(yīng)用以及有關(guān)理論和方法的科學(xué)。現(xiàn)代有機(jī)化學(xué)立體化學(xué)(Stereochemistry)物理有機(jī)化學(xué)(Physicalorganicchemistry)有機(jī)合成化學(xué)(Organicsynthesischemistry)有機(jī)分析化學(xué)(Organicanalyticalchemistry)天然產(chǎn)物化學(xué)(Naturalproductschemistry)生物有機(jī)化學(xué)(Bioorganicchemistry)元素和金屬有機(jī)化學(xué)(Element&metalorganicchemistry)一、有機(jī)化合物與有機(jī)化學(xué)有機(jī)化學(xué)的重要應(yīng)用領(lǐng)域：（1）精細(xì)化工：石油加工濕法冶金制藥工業(yè)染料工業(yè)農(nóng)藥工業(yè)日用化工香料及食品添加劑行業(yè)二、高等有機(jī)化學(xué)

(AdvancedOrganicChemistry)

高等有機(jī)化學(xué):是基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)的深化和提高.物理有機(jī)化學(xué)是主體,主要論述有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu),反應(yīng)機(jī)理以及它們之間的關(guān)系。（2）有機(jī)光電材料高等有機(jī)化學(xué)的研究內(nèi)容與目的：高等有機(jī)化學(xué)是有機(jī)化學(xué)的核心部分(core)高等有機(jī)化學(xué)分子結(jié)構(gòu)的基本概念含碳化合物的反應(yīng)性反應(yīng)過程中的結(jié)構(gòu)變化反應(yīng)機(jī)理化合物中間體結(jié)構(gòu)揭示反應(yīng)的本質(zhì)、內(nèi)在規(guī)律，把有機(jī)反應(yīng)有機(jī)地聯(lián)系起來。目錄

高等有機(jī)化學(xué)講授內(nèi)容：1、取代基效應(yīng)(3h)2、立體化學(xué)(4h)3、芳香性及其理論(3h)4、有機(jī)化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的研究(3h)5、反應(yīng)活潑中間體(3h)6、親核取代(2h)7、碳碳重鍵加成和消除(2h)8、碳雜重鍵的加成(2h)9、重排反應(yīng)

(3h)10、軌道對稱守恒與光化學(xué)原理(3h)

有機(jī)化學(xué)研究前沿講座（4h）教材和參考書目1.魏榮寶,《高等有機(jī)化學(xué)》，高等教育出版社,2007。2.汪秋安，《高等有機(jī)化學(xué)》，化學(xué)工業(yè)出版社，2004。4.[美]J.馬奇

著

陶慎熹等譯

《高等有機(jī)化學(xué)》（上）人民教育出版社

19815.高振衡編《物理有機(jī)化學(xué)》（上）人民教育出版社

19826.《AdvancedOrganicChemistry》4thEdition,FrancisA.CareyandRichardJ.Sundberg,2001.第1章

取代基效應(yīng)

教學(xué)目的和要求1、掌握電子效應(yīng)（誘導(dǎo)、共軛、超共軛）的基本概念（定義、方向、強(qiáng)弱、傳導(dǎo)）2、掌握電子效應(yīng)和空間效應(yīng)對性能的影響3、了解場效應(yīng)的概念及其對化合物性能的影響4、學(xué)會用電子效應(yīng)和空間效應(yīng)解釋和預(yù)測反應(yīng)現(xiàn)象。課時安排：4h電子效應(yīng)場效應(yīng)空間效應(yīng)誘導(dǎo)效應(yīng)共軛效應(yīng)超共軛效應(yīng)（位阻效應(yīng)）(σ，π)(π-π,p-π)(σ-π,σ-p)(空間傳遞)取代基效應(yīng)

有機(jī)化合物因取代基不同而對分子性質(zhì)產(chǎn)生的影響稱為取代基效應(yīng)。歸納起來，取代基效應(yīng)可以分為兩大類。一類是電子效應(yīng)，包括場效應(yīng)和誘導(dǎo)效應(yīng)、共軛效應(yīng)。另一類是空間效應(yīng)。

實質(zhì)：結(jié)構(gòu)對性能的影響歸結(jié)于取代基的影響。1-1誘導(dǎo)效應(yīng)(Inductiveeffect)一、誘導(dǎo)效應(yīng)的涵義和特征

在有機(jī)化合物的分子中，由于電負(fù)性不同的取代基的影響沿著鍵鏈（單鏈或重鍵鏈）傳遞，致使分子中電子云密度，按取代基相對氫的電負(fù)性強(qiáng)弱所決定的方向而偏移的效應(yīng)，叫誘導(dǎo)效應(yīng)（I）。誘導(dǎo)效應(yīng)（inductiveeffect）方向：

吸電子誘導(dǎo)效應(yīng):-I；給電子誘導(dǎo)效應(yīng)：+I特點(diǎn)：

1.起源于電負(fù)性；

2．是一種靜電作用，在鍵鏈中傳遞只涉及到電子云密度分布的改變，即主要是鍵的極性的改變，且極性變化一般是單一方向的；

3．傳遞有一定限度，經(jīng)過三個碳原子以后，已極微弱（短程)

誘導(dǎo)效應(yīng)是短程的。若α-H被吸電子基(如－Cl)取代后，羧酸的酸性增強(qiáng)。

吸電子基距－COOH越遠(yuǎn)，對RCOOH的酸性影響越小。誘導(dǎo)效應(yīng)具有加合性二、誘導(dǎo)效應(yīng)的相對強(qiáng)度（一）確定方法1．通過測定取代酸、堿離解常數(shù)確定

①-I：-NO2>-N(CH3)2>-CN>-F>-Cl>-Br>-I>-OH②+I:-C(CH3)3>-CH2CH3>-CH3

2．通過分析NMR化學(xué)位移確定化學(xué)位移δ大，電子云密度低，取代基-I強(qiáng)。（*電子密度大，屏蔽大，需要的外加磁場H大，即?。浑娮用芏刃?，屏蔽小，需要的外加磁場H小，即大。）吸收強(qiáng)度

低場高場磁場強(qiáng)度H(↗)吸收強(qiáng)度

低場高場磁場強(qiáng)度H(↗)1H-NMR

CH3-FCH3-ClCH3-BrCH3-ICH3-Hδ2.20.23CHCl3CHCl2CH3Clδ

誘導(dǎo)效應(yīng)具有加合性。鹵代烴的1H-NMRδ值

3．通過測定偶極矩確定（偶極矩u/10-30(c.m)根據(jù)同一個烴上用不同的原子或基團(tuán)取代所得不同化合物的偶極矩，可計算出原子或基團(tuán)在分子中的誘導(dǎo)效應(yīng)，從而排出各原子或基團(tuán)的誘導(dǎo)效應(yīng)強(qiáng)度次序。甲烷的一取代物的偶極矩取代基μ(D)（在氣態(tài)）取代基μ(D)（在氣態(tài)）—CN3.94—Cl1.86—NO23.54—Br1.78—F1.81—I1.64可以看出這些基團(tuán)的負(fù)誘導(dǎo)效應(yīng)（-I）的順序為：

CN>NO2>Cl>F>Br>I>H

（二）影響誘導(dǎo)效應(yīng)相對強(qiáng)度的有關(guān)因素：

（取決于電負(fù)性大?。?/p>

1．周期律

同周期中，-I效應(yīng)自左至右增加。

Eg.

－I:-CR3<-NR2<-OR<-F

在同一族中，-I效應(yīng)自上而下降低。

Eg.

－I:-F>-Cl>-Br>-I；

-OR>-SR2．電荷

帶正電荷的基團(tuán)比同類型的不帶電荷的基團(tuán)吸電子能力強(qiáng)得多；而帶負(fù)電荷的基團(tuán)比同類型的不帶電荷的基團(tuán)給電子能力強(qiáng)得多。

Eg.–I效應(yīng):-NR3+>-NR2+I效應(yīng):-O->OR

同類基團(tuán)電荷的變化可改變誘導(dǎo)效應(yīng)的方向或強(qiáng)度。

Eg.,-COOH為另一-COOH的吸電子基；電離后，變成-COO-，對另一羧基而言為給電子基。3．飽和程度

與碳原子相連的原子，若是同種原子但飽和程度不同，則不飽和程度高的吸電子能力強(qiáng)。

–I效應(yīng)：

-C≡CR>-CR=CR2>-CR2-CR3=O>-OR≡N>=NR>-NR2

（電負(fù)性：CSP>CSP2>CSP3）三、烷基的誘導(dǎo)效應(yīng)

目前認(rèn)為烷基的誘導(dǎo)效應(yīng)方向取決于與什么樣的原子（團(tuán)）相連。如果與電負(fù)性比它小的原子（團(tuán)）相連，則表現(xiàn)出－Ｉ，如果與電負(fù)性比它大的原子（團(tuán)）相連，則表現(xiàn)出＋Ｉ。

1．烷基與飽和碳原子相連，誘導(dǎo)效應(yīng)為吸電子基。

烷基的電負(fù)性H-CH3-CH2CH3-CH(CH3)2-C(CH3)3電負(fù)性:

12.242.26脂肪醇在氣相中的相對酸性順序與溶液中相反：(CH3)3COH>(CH3)2CHOH>CH3CH2OH>CH3OH>HOH2.烷基與不飽和碳相連，仍存在吸電子誘導(dǎo)效應(yīng)，但此時存在σ-π超共軛效應(yīng)，且共軛效應(yīng)大于誘導(dǎo)效應(yīng)，總體表現(xiàn)為給電子基效應(yīng)。Eg.

CH3→CH=CH2;

CH3→C≡CH3.烷基與N、O、S等比碳電負(fù)性強(qiáng)的元素相連，烷基的誘導(dǎo)效應(yīng)是給電子的。如脂肪胺的堿性大于氨。4.烷基與比碳電負(fù)性弱的元素（如Mg、Al、Zn、B、Na）相連，烷基的誘導(dǎo)效應(yīng)是吸電子的。

此外，烷基的電子效應(yīng)還與溫度和溶劑有關(guān)。

靜態(tài)誘導(dǎo)效應(yīng)（IS）：未發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時分子中電子云密度分布狀況的變化，基態(tài)分子的永久極性。

動態(tài)誘導(dǎo)效應(yīng)(Id)：外來試劑的極性核心接近反應(yīng)分子時，尤其是試劑對分子的起始進(jìn)攻而導(dǎo)致過渡態(tài)的形成時，會引起分子中電子云密度分布狀態(tài)的變化，暫時的極化效應(yīng)。這種由于外界電場引起電子云分布狀態(tài)的改變稱之為動態(tài)誘導(dǎo)，即可極化性。極化度大小取決于外界電場和分子體系電子云流動性的大小。四、靜態(tài)誘導(dǎo)效應(yīng)和動態(tài)誘導(dǎo)效應(yīng)(1)同族元素的原子及其原子團(tuán)Id:

-O－＞-OR＞-O＋R2

-NR2＞-N＋R3

Id:

-I＞-Br＞-Cl＞-F(2)同周期元素的原子及其原子團(tuán)Id:

-CR3＞-NR2＞-OR＞-F同一周期，隨著原子序數(shù)的增加，元素的電負(fù)性增大，對電子的約束性增大，因此極化性變小。同一族，由上到下原子序數(shù)增加，電負(fù)性減小，電子受核的約束減小，電子的活動性、可極化性增加，動態(tài)誘導(dǎo)效應(yīng)增強(qiáng)。

在化學(xué)反應(yīng)過程中，動態(tài)誘導(dǎo)起主導(dǎo)作用。

如RX發(fā)生SN反應(yīng)的活性次序為：

RI＞RBr＞RCl

π鍵比σ活潑

五、誘導(dǎo)效應(yīng)對反應(yīng)性能的影響1、對反應(yīng)方向的影響：又如：+N(CH3)3具有強(qiáng)烈的-I效應(yīng)，是一很強(qiáng)的間位定位基。2、對反應(yīng)速率的影響如親核加成反應(yīng)活性：Cl3C-CHO＞Cl2CHCHO＞ClCH2CHO＞CH3CHO又如RX發(fā)生SN反應(yīng)的活性次序為：

RI＞RBr＞RCl后者是動態(tài)誘導(dǎo)（極化）的結(jié)果3、對化學(xué)平衡的影響如：氯代乙酸的酸性比乙酸大乙酸中的一個α-氫原子被氯原子取代后，由于氯的-I效應(yīng)，使羧基離解程度加大，而且使生成的氯乙酸負(fù)離子比乙酸負(fù)離子穩(wěn)定，所以在下面兩個離解平衡中：乙醛的水合反應(yīng)是可逆的，形成的水化物很不穩(wěn)定。而三氯乙醛的水合反應(yīng)則比較容易，能生成穩(wěn)定的水合物并能離析和長期存在。主要是由于三氯甲基強(qiáng)烈的-I效應(yīng)使羰基碳原子帶部分正電荷，親核反應(yīng)容易進(jìn)行，同時水合三氯乙醛因形成氫鍵也增加了穩(wěn)定性。六、場效應(yīng)（fieldeffect）

分子中原子之間相互影響的電子效應(yīng)，不是通過鍵鏈而是通過空間傳遞的，稱為場效應(yīng)（fieldeffects）。場效應(yīng)和誘導(dǎo)效應(yīng)通常難以區(qū)分，它們往往同時存在而且作用方向一致，實際上場效應(yīng)是誘導(dǎo)效應(yīng)的一種表現(xiàn)形式，所以也把場效應(yīng)和誘導(dǎo)效應(yīng)總稱為極性效應(yīng)。

場效應(yīng)與距離的平方成反比，距離越遠(yuǎn)，作用越小。8-氯-1-蒽酸分子中，C-Cl鍵偶極負(fù)的一端靠近羧基質(zhì)子的一端，使質(zhì)子離解困難。

或者說，離解質(zhì)子后的負(fù)電荷因排斥穩(wěn)定性較低。丙二酸的pKa1值明顯小于乙酸的pKa；而pKa2值大于pKa1，后者可能是誘導(dǎo)效應(yīng)和場效應(yīng)的綜合影響結(jié)果。又如：

順丁烯二酸反丁烯二酸

PKa11.933.03PKa26.594.54

負(fù)離子比較穩(wěn)定負(fù)離子的穩(wěn)定性較低（正、負(fù)偶級的吸引）（負(fù)電荷之間的批排斥）顯然是由于羧基吸電的場效應(yīng)，使順式丁烯二酸的酸性比反式高，但在第二次電離時，卻由于-COO-負(fù)離子供電的場效應(yīng)，使順式的酸性低于反式。如果單從誘導(dǎo)效應(yīng)考慮，兩者應(yīng)沒有區(qū)別。1-2共軛效應(yīng)(Conjugativeeffect)

一、共軛體系的分類經(jīng)典共價鍵：定域鍵；電子定域運(yùn)動。共軛體系：離域鍵；電子離域運(yùn)動（運(yùn)動范圍增加）；具有離域鍵的體系稱共軛體系。共軛體系主要有三類：（一）π-π共軛體系

CH2=CH-CH=O;CH2=CH-CH=CH2;CH2=CH-C≡CH;CH2=CH-C≡N;（二）P-∏共軛體系：

σ-π超共軛σ-p超共軛電子離域比較微弱（三）超共軛體系（σ-π；σ-p）二、共軛效應(yīng)的涵義和特征共軛效應(yīng)：

電子通過共軛體系傳遞并引起性質(zhì)的改變的效應(yīng)。特征：

1.共軛效應(yīng)只存在共軛體系中，最突出的特征是它的傳導(dǎo)方式。離域的電子沿共軛鍵而傳遞，結(jié)果是共軛鍵的電子云密度或多或少發(fā)生平均化（表現(xiàn)為鍵長的平均化）∏-∏共軛

0.154nm0.134nm（0.135nm0.146nm）0.139nm

P-∏共軛

0.177nm0.138nm0.164nm

σ-∏共軛

（0.148nm0.135nm）

鍵長平均化：共軛體系中的單鍵鍵長↘，雙鍵鍵長↗。2．傳導(dǎo)距離

誘導(dǎo)效應(yīng)是短程的；共軛效應(yīng)可遠(yuǎn)程傳遞。Eg.

表現(xiàn)為一個酰胺（無堿性，無羰基一般反應(yīng)）三、共軛效應(yīng)的相對強(qiáng)度共軛效應(yīng)：①吸電子效應(yīng)（-C表示）②給電子效應(yīng)（+C表示）共軛效應(yīng)的方向與強(qiáng)弱，可由實驗確定。共軛效應(yīng)與誘導(dǎo)效應(yīng)的不同共軛效應(yīng)是一類重要的電子效應(yīng)，它和誘導(dǎo)效應(yīng)在產(chǎn)生原因和作用方式上都是不同的。誘導(dǎo)效應(yīng)：鍵的定域；是短程作用，隨著距離的延伸迅速減弱。共軛效應(yīng)：鍵的離域，是遠(yuǎn)程作用，發(fā)生交替極化，強(qiáng)弱不隨距離的延伸而變化。這兩種電子效應(yīng)可存在于同一結(jié)構(gòu)中。

指出CH3CH=CH—CH=CHCl結(jié)構(gòu)中存在的各種電子效應(yīng)。共軛效應(yīng)傳導(dǎo)的方式與傳導(dǎo)到達(dá)的距離與誘導(dǎo)效應(yīng)都不同。誘導(dǎo)效應(yīng)是由于鍵的極性或極化性沿σ鍵傳導(dǎo)，而共軛效應(yīng)則是通過π電子的轉(zhuǎn)移沿共軛鏈傳遞，是靠電子離域傳遞；共軛效應(yīng)的傳導(dǎo)可以一直沿著共軛鍵傳遞而不會明顯削弱,不象誘導(dǎo)效應(yīng)削弱得那么快，取代基相對距離的影響不明顯，而且共軛鏈愈長，通常電子離域愈充分，體系能量愈低愈穩(wěn)定，鍵長平均化的趨勢也愈大。例如苯，電子高度離域的結(jié)果，電子云已完全平均化，不存在單雙鍵的區(qū)別，苯環(huán)為正六角形，C-C-C鍵角為120°，C-C鍵長均為0.139nm。三、共軛效應(yīng)的相對強(qiáng)度共軛效應(yīng)：①吸電子效應(yīng)（-C表示）②給電子效應(yīng)（+C表示）共軛效應(yīng)的方向與強(qiáng)弱，可由實驗確定。取代基共軛效應(yīng)的強(qiáng)弱取決于組成該體系原子的性質(zhì)、共價狀態(tài)、鍵的性質(zhì)、空間排布等因素，可以通過偶極矩的測定計算出或由周期表推導(dǎo)出。在同一體系中，相同位置上引入不同取代基時，取代基共軛效應(yīng)的強(qiáng)弱主要取決于兩個因素，即取代基中心原子的電負(fù)性的相對大小及其主量子數(shù)的相對大小。1、通過測定偶極矩確定

（從含有某些官能團(tuán)的一系列飽和及芳香化合物的偶極矩測定數(shù)據(jù)，可比較該官能團(tuán)共軛效應(yīng)的強(qiáng)度和電子轉(zhuǎn)移的方向）eg.

μ=6.20×10-30c·mμ=5.67×10-30c·m△μ

=6.20-5.67=+0.53c·m

氯苯中Cl顯+C效應(yīng)

μ=14.11×10-30c·mμ=11.81×10-30c·m△μ

=(11.81-14.11=-2.30c·m

-NO2表現(xiàn)為-C效應(yīng)。由相應(yīng)的飽和脂肪族和芳香族化合物的偶極矩差值△u，可大致估計某些取代基的共軛效應(yīng)強(qiáng)度；△u的符號決定著共軛效應(yīng)體系中電子轉(zhuǎn)移的方向：△u為“+”號，取代基為+C效應(yīng)；△u為“-”號，取代基為-C效應(yīng)。CH3-X與C6H5-X(X為取代基)偶極矩△u列舉如下：XOHFClBrCOCH3COOCH2CH3CNNO2△μ+0.97+0.80+0.53+0.23-0.53-0.63-1.50-2.30

+C效應(yīng)增大

-C效應(yīng)增大X中含未共用電子對，P-∏共軛；X為強(qiáng)電負(fù)性基團(tuán)，∏-∏共軛。判斷共軛效應(yīng)的強(qiáng)度次序，還可利用如下規(guī)律：2.理論分析（1）周期律關(guān)于+C效應(yīng):同周期中，原子序數(shù)↗，+C↘.(原因：原子序數(shù)↗，原子半徑↘，電負(fù)性↗，故+C↘)eg.+C效應(yīng)：-NR2>-OR>-FB.

同族中，原子序數(shù)↗，+C↘eg.+C效應(yīng)：-F>-Cl>-Br>-I;-OR>-SR>-SeR酸性：PKa4.143.97(+C效應(yīng)：-F>-Cl)

關(guān)于-C效應(yīng)：C．同周期的取代基，中心原子的原子序數(shù)↗，-C↗.

-C=O>C=NR>C=CR2

（電負(fù)性↗，對電子吸引力↗）D.同族的取代基，中心原子的原子序數(shù)↗，-C↘

=O>=S同周期比：主要考慮電負(fù)性；同族比:主要考慮半徑(2)電荷帶正電荷的取代基對電子的吸引力比中性的大，-C↗；帶負(fù)電荷的取代基對電子的排斥力比中性的大，+C↗；

–C效應(yīng)：

+C效應(yīng)：將下列各組基團(tuán)按指定電子效應(yīng)排序：四、動態(tài)共軛效應(yīng)靜態(tài)共軛效應(yīng)：分子在基態(tài)時存在的內(nèi)在的、永久的共軛效應(yīng)；動態(tài)共軛效應(yīng)：發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時，由于外界電場的影響，使電子云密度在反應(yīng)瞬間重新分配的效應(yīng)。暫時的電子效應(yīng)。一般是促進(jìn)反應(yīng)。動態(tài)共軛效應(yīng)舉例：例如：1，3-丁二烯在基態(tài)時存在共軛效應(yīng)，表現(xiàn)體現(xiàn)內(nèi)能降低，電子云分布發(fā)生變化，鍵長趨于平均化，這是靜態(tài)共軛效應(yīng)的體現(xiàn)。而在反應(yīng)時，由于外電場的影響，電子云沿共軛鏈發(fā)生轉(zhuǎn)移，出現(xiàn)正負(fù)電荷交替分布，這就是動態(tài)共軛效應(yīng)。例如1,3-丁二烯分子無靜態(tài)極化，分子無極性。當(dāng)受到試劑如H+作用時，產(chǎn)生交替極化。烯丙基正離子的穩(wěn)定性具有靜態(tài)極化的體系也可發(fā)生動態(tài)極化，兩種極化的方向總是一致的，相互加強(qiáng)。動態(tài)極化總是有利于反應(yīng)的。當(dāng)誘導(dǎo)效應(yīng)和共軛效應(yīng)方向不一致時，反應(yīng)的區(qū)域選擇性總是由共軛效應(yīng)決定，而反應(yīng)的活性則視兩種效應(yīng)的相對強(qiáng)弱而定。如氯乙烯分子中由于氯原子的誘導(dǎo)效應(yīng)使得雙鍵π電子云密度減少（親電加成活性小于乙烯），又由于富電子的P—π共軛效應(yīng)，使得雙鍵碳上的電子密度得到部分補(bǔ)償，所以氯乙烯再與HCl加成時，氯原子主要加到C1上。穩(wěn)定性：

CH3CH=Cl＋＞＋

CH2CH2Cl五、共軛效應(yīng)與反應(yīng)性

共軛效應(yīng)對化合物化學(xué)性質(zhì)的影響是多方面的，如影響到化學(xué)平衡、反應(yīng)方向、反應(yīng)機(jī)理、反應(yīng)產(chǎn)物、反應(yīng)速度和酸堿性等，而且共軛效應(yīng)的影響往往超過誘導(dǎo)效應(yīng)的影響。1、對有機(jī)物酸堿性的影響羧酸的酸性是因為羧酸分子中具有p-π共軛，增大了O-H鍵的極性，促使氫容易離解，且形成的羧基負(fù)離子共軛效應(yīng)增強(qiáng)，更穩(wěn)定。醇一般為中性，苯酚由于p-π共軛，有一定的酸性。烯醇式的1，3-二酮具有微弱的酸性，也是由于p-π共軛作用。

烯醇烯醇負(fù)離子由于p-π共軛效應(yīng)，芳香胺如苯胺的堿性比脂肪族胺弱，而酰胺則幾乎呈中性。通常情況下，碳碳雙鍵是不會與親核試劑加成的。但由于在α,β-不飽和醛、酮中，C=C與C=O共軛，親核試劑不僅能加到羰基上，還能加到碳碳雙鍵上。以3-丁烯-2-酮與氰化氫的加成為例：CH2

CH-C-CH3d-d+d+d-O+CN-HCNCH2

CH-C-CH3OHCNCH2-CH2-C-CH3OCN+羰基上的親核加成產(chǎn)物1,4-加成的歷程，碳碳雙鍵上的加成產(chǎn)物2.對反應(yīng)方向和反應(yīng)產(chǎn)物的影響2.對反應(yīng)方向和反應(yīng)產(chǎn)物的影響

插烯作用是共軛醛、酮中一種特殊作用，也是由于共軛效應(yīng)的緣故。3.對反應(yīng)速度的影響共軛效應(yīng)對化合物的反應(yīng)速率影響很大。如在鹵代苯的鄰、對位上連有硝基，對堿性水解反應(yīng)活性的影響很大。這是由于—NO2具有很強(qiáng)的－C效應(yīng)，當(dāng)它連在鄰、對位時能得到很好的傳遞。1-3超共軛效應(yīng)(Hyperconjugation)共軛效應(yīng)：①∏-∏共軛；②P-∏共軛；

③σ-∏超共軛；④σ–P超共軛eg.

（∏鍵的-H較活潑，原因σ-∏共軛）甲基的給電子作用：①+I效應(yīng)；②超共軛效應(yīng)。

超共軛效應(yīng)在化合物分子的物理性能和化學(xué)反應(yīng)性能上都有所反映。鍵長平均化是共軛效應(yīng)的一種體現(xiàn)，超共軛效應(yīng)也有這種表現(xiàn)。表1-7超共軛效應(yīng)對C-C、C==C、C≡C鍵長的影響化學(xué)鍵孤立的CH3-CH2=CH2中CH3-C≡C-CH3

中C-CC=CC≡CC-CC=CC-CC≡C鍵長/nm0.1540.1340.1200.14880.13530.14570.1211當(dāng)C－H鍵與雙鍵直接相連時，C－H鍵的強(qiáng)度減弱，H原子的活性增加。

羰基化合物的α－C原子的H原子在取代反應(yīng)中是活潑的

C－H鍵上的σ電子發(fā)生離域，形成σ－π共軛。σ電子已經(jīng)不再定域在原來的C、H兩原子之間，而是離域在C3－C2之間，使H原子容易作為質(zhì)子離去。這種共軛強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)弱于π-πp-π共軛。超共軛效應(yīng)的作用：CCCHHHHHH使分子的偶極距增加：使正碳離子穩(wěn)定性增加:

在叔碳正離子中C－H鍵與空的p軌道具有9個超共軛效應(yīng)的可能，其結(jié)果：正電荷分散在3個碳原子上。當(dāng)-CH3與發(fā)色團(tuán)乙烯相連時，可使乙烯的最大吸收波長增加5nm（紅移）。甲苯和二甲基苯比苯的紫外吸收峰分別紅移8nm和16nm.

與∏鍵鄰接的碳上C-H鍵愈多，其共軛作用愈強(qiáng)。eg.

σ-P超共軛效應(yīng)烷基碳正離子穩(wěn)定性順序：

光譜學(xué)證據(jù)：1-4空間效應(yīng)(Stericeffect)

分子內(nèi)或分子間不同取代基相互接近時，由于取代基的體積大小、形狀不同，相互接觸而引起的物理的相互作用－空間效應(yīng)（位阻效應(yīng)）?？臻g效應(yīng)的作用：1.化合物（構(gòu)象）的穩(wěn)定性2.化合物的酸堿性pKa1<pKa2

當(dāng)t-Butyl在鄰位時，把羧基擠出了與苯環(huán)所在平面，羧基的－C效應(yīng)消失（或苯基的+C效應(yīng)消失）。pKa

甲酸3.7苯甲酸4.12PKa7.168.24位阻影響硝基的-C效應(yīng)當(dāng)胺同質(zhì)子酸作用時，其堿性強(qiáng)度順序為：R3N>R2NH>RNH2>NH3當(dāng)它與體積較大的Lewis酸作用時，堿性強(qiáng)度順序為：R3N<R2NH<RNH2<NH3兩者在相互接近過程中，基團(tuán)位阻導(dǎo)致相互排斥作用－F－張力(Face-Strain)2.6-二甲基吡啶幾乎不與R3B作用3.利用堵位基團(tuán)的空間效應(yīng)進(jìn)行選擇性反應(yīng)4.對反應(yīng)活性的影響

伯鹵代烷的乙醇解的相對速度是與中心碳原子連接的烷基大小相關(guān)的：SN2反應(yīng)乙氧基從背后進(jìn)攻R越大，位阻越大SN1相對速度:1.002.062.436.91

原因：中心碳原子為sp3雜化，鍵角為109.50，三個烷基顯得擁擠,而使分子具有張力，這種張力稱為后張力。（相對于離去基團(tuán)而言，三烷基具有的張力稱為后張力）

中心碳離域成碳正離子后，變?yōu)閟p2雜化，鍵角120°，即降低了這種張力，中心碳原子所連基團(tuán)越大，則離解為碳正離子時張力降低越多，故其反應(yīng)活性越大。1-4取代基效應(yīng)應(yīng)用實例1、比較酸性：注意：在苯環(huán)上的基團(tuán)共軛效應(yīng)只影響鄰對位-C,-I+C,-I-I-I2、比較化合物中各N原子的堿性3、由①到②，堿性只增大3倍，而由③到④堿性增大40000倍，試解釋之。相鄰原子的擁擠阻止分子中N原子上的p軌道與苯環(huán)共軛.4、嘧啶和吡啶哪一個堿性大？哪一個SEAr反應(yīng)活性大？哪一個SNAr反應(yīng)活性大？為什么？解：嘧啶比吡啶增加了一個吸電子的N原子，嘧啶的堿性較小；或者說，多一個吸電子的N，少一個供電子的C；嘧啶為一元堿，因為成正離子后，吸電子性大大增加。吡啶較易發(fā)生親電取代（SEAr

），嘧啶較易發(fā)生親核取代SNAr

第2章立體化學(xué)原理Stereochemistry

立體化學(xué)是研究分子中原子或基團(tuán)在空間的排列狀況，以及不同的排列對分子的物理、化學(xué)、生理性質(zhì)所產(chǎn)生的影響。異構(gòu)現(xiàn)象：

立體化學(xué)起源于1848年，法國化學(xué)家巴斯德(Pasteur)將外消旋的酒石酸銨鈉的結(jié)晶，分離成左旋體和右旋體，從而發(fā)現(xiàn)了對映異構(gòu)現(xiàn)象。立體化學(xué)是研究化合物分子在三維空間的立體形象與其物理性質(zhì)，反應(yīng)性能以及生理活性之間的關(guān)系的科學(xué)。立體化學(xué)已成為化學(xué)學(xué)科的一個重要分支，研究分子的立體結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系已成為化學(xué)的一項重要內(nèi)容。20世紀(jì)50年代中期，反應(yīng)停(沙利度胺，Thalidomide)作為鎮(zhèn)靜劑，有減輕孕婦清晨嘔吐的作用而被廣泛應(yīng)用。結(jié)果在歐洲導(dǎo)致1.2萬例胎兒致殘，即海豹嬰。于是1961年該藥從市場上撤消。后來發(fā)現(xiàn)沙利度胺R型具有鎮(zhèn)靜作用，而S型卻是致畸的罪魁禍?zhǔn)?。研究人員進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)沙利度胺任一異構(gòu)體在體內(nèi)都能轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)對映體，因此無論是S型還是R型，作為藥物都有致畸作用。反應(yīng)停事件:(S)-thalidomide(R)-thalidomide反應(yīng)停事件1984年荷蘭藥理學(xué)家Ariens極力提倡手性藥物以單一對映體上市，抨擊以消旋體形式進(jìn)行藥理研究以及上市。他的一系列論述的發(fā)表，引起藥物部門廣泛的重視。1992年，美國食品和醫(yī)藥管理局提出法規(guī)，申報手性藥物時，必須對不同對映體的作用敘述清楚。2001年諾貝爾化學(xué)獎授予了3位美日科學(xué)家，表彰他們在手性催化氫化反應(yīng)和手性催化氧化反應(yīng)領(lǐng)域所做出的重大貢獻(xiàn)。目前，研究和發(fā)展新的手性技術(shù)，借此獲得光學(xué)純的手性藥物，已成為許多實驗室和醫(yī)藥公司追求的目標(biāo)。

構(gòu)造：分子中各原子間相互結(jié)合的順序（連接順序）

構(gòu)型：原子或基團(tuán)在空間的排列方式

構(gòu)象：具有一定構(gòu)型的分子由于單鍵旋轉(zhuǎn)使分子內(nèi)的原子或原子團(tuán)在空間產(chǎn)生不同的排列。問題：二甲基環(huán)己烷有多少構(gòu)造異構(gòu)體？1，3-二甲基環(huán)己烷是否存在構(gòu)型異構(gòu)體？其中順式構(gòu)型是否存在構(gòu)象異構(gòu)體？

對映異構(gòu)體：互為鏡象的兩種構(gòu)型異構(gòu)體。手性：一個物體若與自身鏡象不能疊合，具有手性。不能與鏡象疊合的分子叫手性分子；手性分子都具有旋光性。能與鏡象疊合的分子叫非手性分子。分子的手性是存在對映異構(gòu)體的必要和充分條件。2-1對映異構(gòu)

旋光性物質(zhì)（光活性物質(zhì)）：能使偏振光旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)。光學(xué)活性的物質(zhì)總是成對出現(xiàn)，一個左旋，一個右旋，互為對映體；一、分子的對稱因素和手性判斷分子具有手性的充分必要條件：分子既沒有對稱面，沒有對稱中心，也沒有四重交替對稱軸。一般情況下，只要分子中既沒有對稱面也沒有對稱中心，即可判斷它是手性分子。手性分子的幾種情況：⑴分子含有手性中心即不對稱碳原子（連接四個不同取代基的碳原子）⑵非碳手性中心（Si,N,S,PAs以及B等）；非碳原子所形成的不對稱四面體（或三角錐體）化合物也有對映異構(gòu)現(xiàn)象。（3）手性膦、手性氮與手性砜類化合物（4）含手性軸的化合物：分子的軸上原子不是對稱的被取代，而使分子具有手性。a.

丙二烯衍生物（具手性軸）

b.聯(lián)芳基型化合物（具手性軸）

聯(lián)苯型丙二烯型

（5）

手性面分子（分子中無手性中心，無手性軸）

取代對苯二酚雙環(huán)醚衍生物。下列哪些化合物為手性分子

含手性軸，手性分子非手性分子非手性分子判斷下列分子是否有手性：手性分子的生物作用手性分子的立體結(jié)構(gòu)與受體的立體結(jié)構(gòu)(受體靶位有互補(bǔ)關(guān)系時，其活性部位才能進(jìn)入受體的靶位，產(chǎn)生應(yīng)有的生理作用。而一對對映體只有其中一個適合進(jìn)入一個特定受體靶位，產(chǎn)生生理活性。效應(yīng)。手性分子與手性生物受體之間的相互作用例如：

(+)-多巴（無生理效應(yīng)）

(-)-多巴（抗帕金森病）

你認(rèn)為下列闡述中哪些是正確的？哪些是錯誤的？為什么？一對對映體總有實物與鏡影關(guān)系。所有手性分子都有非對映體。所有具有手性碳的化合物都是手性分子。具有R構(gòu)型的手性化合物必定有右旋的旋光方向。如果一個化合物沒有對稱面，它必然是手性的。二、旋光性和手性的關(guān)系兩個圓偏振光重疊所產(chǎn)生的平面偏振光例如，一束平面偏振光在右旋光活性的物質(zhì)中傳播，其右旋圓偏振光比左旋圓偏振光傳播的速度快，于是在通過這種物質(zhì)之后，透射出來的兩種圓偏振光重新組合成的平面偏振光的偏振面就向右旋轉(zhuǎn)了一個角度。

當(dāng)偏振光通過一個分子對稱的介質(zhì)時，兩種圓偏振光受到分子的作用相同，以相同的速度通過這種介質(zhì)，偏振光原來的偏振面不變，即對稱分子無旋光活性。如果偏振光通過由手性分子組成的介質(zhì)，則右旋圓偏振光從右邊接近分子，左旋圓偏振光從左邊接近分子，由于分子的不對稱性，這兩種圓偏振光所遇到的基團(tuán)不同，不同基團(tuán)的極化度不相同，所以兩種圓偏振光的折射率不同，即兩種圓偏振光經(jīng)過手性分子時所遇到的阻力不同，從而使二者傳播的速度不同。三、外消旋體外消旋體（racemicmixture或racemate）：一對對映體的等量混合物，常用（±）或dl表示。

外消旋體是否顯旋光性？為什么？不顯旋光性。因為對映體間旋光角度相等，而其方向相反，正好相互抵消。四、非對映體和內(nèi)消旋體1、非對映體當(dāng)分子中有n個手性碳原子時，則最多有2n個立體異構(gòu)體。

2,3,4-三羥基丁醛

(a)(b)(c)(d)

對映體對映體

(a)與(c)或(d)、(b)與(c)或(d)間彼此不成鏡像關(guān)系的立體異構(gòu)體稱非對映體。2、內(nèi)消旋體(mesomer)酒石酸：

分子中有兩個相同的手性碳。如果按照2n規(guī)則，最多可有四個立體異構(gòu)體。但實際上酒石酸分子只有三個立體異構(gòu)體：(a)(b)(c)(d)

含對稱面，對位交叉式構(gòu)象含對稱中心。是非手性分子，稱內(nèi)消旋體。

對映體←相同→內(nèi)消旋體內(nèi)消旋酒石酸分子

對稱面問題：內(nèi)消旋體是否顯旋光性？為什么？答案：不顯旋光性。因為內(nèi)消旋體有一對稱面，互為對稱的兩部分對偏振光的影響相互抵消，使整個分子不表現(xiàn)旋光性。為什么僅考察其重疊式構(gòu)象就能判斷分子是否有手性呢？

這是因為若分子的重疊式構(gòu)象是非手性的，它的對位交叉式構(gòu)象因存在對稱中心也是非手性的，而其它各種構(gòu)象雖然有手性，但肯定存在與之相對映的互為鏡像關(guān)系構(gòu)象。

內(nèi)消旋酒石酸的兩個鄰位交叉式構(gòu)象，相互對映，不能重合，有手性。但由于它們的能量相同，存在的幾率相同，室溫下又不能分離，所以相互抵消了旋光性，整體表現(xiàn)不具旋光性。

酒石酸立體異構(gòu)體的物理性質(zhì)

熔點(diǎn)（℃）

溶解度（g）

(—)酒石酸(＋)酒石酸內(nèi)消旋酒石酸(±)酒石酸170170140206139.0139.0125.020.0-12+120020[α]D赤式和蘇式：赤式：兩個取代基在同側(cè)。蘇式：兩個取代基在不同側(cè)。如：Erythro(赤式)threo(蘇式)2，3，4-三氯戊烷：假手性碳原子：五、構(gòu)象異構(gòu)和構(gòu)型異構(gòu)構(gòu)象異構(gòu)：室溫下，可通過單鍵的旋轉(zhuǎn)相互轉(zhuǎn)變。構(gòu)型異構(gòu)：必須提供足夠能量，斷裂共價鍵才能相互轉(zhuǎn)變。每種構(gòu)型有其各自的構(gòu)象異構(gòu)體。S-2-丁醇費(fèi)歇爾投影式與紐曼投影式之間的轉(zhuǎn)換：費(fèi)歇爾投影式與紐曼投影式之間的轉(zhuǎn)換六、潛手性關(guān)系（一）潛手性中心

非手性分子CX2Y2

如CH3CH2CH3C-2上的兩個H地位相等,（立體化學(xué)環(huán)境相同）等位（homotopic）關(guān)系。另一非手性分子如丙酸：

C-2的兩個H地位并不相等。象CX2YZ分子中的碳原子被稱為潛手性中心(prochiralcenter)；分子中的X被不同于X,Y,Z的基團(tuán)取代后形成的對映體時，兩個基團(tuán)(X)稱為對映異位基團(tuán)；兩個基團(tuán)的這一關(guān)系稱為對映異位關(guān)系。(R)(S)

前（潛）手性碳和前（潛）手性氫被取代后，成為手性碳——pro-C被D代后，得S-構(gòu)型——Hs被D代后，得R-構(gòu)型——HR（二）潛手性面(prochiralface)

具有對稱面的不飽和鍵經(jīng)過加成得到一對對映體，可說明另一種潛手性關(guān)系，即Prochiralface.

如苯乙酮加氫得到外消旋產(chǎn)物α-苯乙醇。

從左側(cè)看，O→C→H的順序，其轉(zhuǎn)向是順時針的，稱為R面；從右側(cè)看，稱為S面。

R面與S面，對映異構(gòu)關(guān)系，稱為對映異位面；特殊試劑可辨認(rèn)。Eg.

七、對映異構(gòu)體的合成及化學(xué)（一）手性中心的產(chǎn)生非手性分子轉(zhuǎn)化成手性分子如：正丁烷的氯代，控制條件可得到主要產(chǎn)物——2-氯丁烷，該分子存在手性碳，但產(chǎn)物不旋光。為什么？因為得到的是等量的左旋體和右旋體的混合物——外消旋體。為什么會形成外消旋體？

正丁烷的氯代歷程中，產(chǎn)生仲丁基自由基中間體——平面構(gòu)型——氯從平面上下方進(jìn)攻機(jī)會均等。

（二）外消旋化(racemization):旋光物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)椴恍獾耐庀w的過程.(1)長期放置，如R-3-苯基-2-丁酮在酸或堿的乙醇水溶液中，通過烯醇化引起消旋化。(2)由于反應(yīng)過程中產(chǎn)生碳正離子而消旋化，如：（三）外消旋體的拆分1、接種結(jié)晶法如谷氨酸的的拆分。2、生物化學(xué)法

利用微生物或酶在外消旋體的稀溶液中生長時，優(yōu)先破壞其中一種對映體的方法。3、手性色譜法用手性的化合物如淀粉、蔗糖粉、乳糖粉等作為吸附劑。如DL丙氨酸的拆分，淀粉為吸附劑，水作洗脫劑，左旋體先被洗脫。4、化學(xué)法基于非對映體的物理性質(zhì)的差別，設(shè)法制成非對映體。用常規(guī)分離手段分開，再經(jīng)一定方法處理使其轉(zhuǎn)換回原來的對映體。拆分試劑：人工合成的；天然產(chǎn)物。光學(xué)純度100%。5、形成分子包和物例：化學(xué)法拆分外消旋酸外消旋體的拆分實例：（四）對映異構(gòu)體與手性試劑及非手性試劑的反應(yīng)一對對映體與非手性試劑反應(yīng)時，反應(yīng)速度完全相等。因過渡態(tài)也呈對映關(guān)系。如：當(dāng)與手性試劑反應(yīng)時，反應(yīng)速度不相等。（五）手性分子在反應(yīng)中的立體化學(xué)1、不斷裂與手性碳相連的鍵例如：①未產(chǎn)生新的手性碳，原手性碳構(gòu)型不變，但構(gòu)型符號可能改變。S不產(chǎn)生新的手性碳，產(chǎn)物與反應(yīng)物相比，產(chǎn)物的旋光純度也與反應(yīng)物相同。例如：用氯化氫處理具有100%光學(xué)純度的S-2-甲基-1-丁醇（比旋光度為:-5.756°）得到的1-氯-2-甲基丁烷也應(yīng)是旋光純的（比旋光度:+1.64°）。②產(chǎn)生新的手性碳，產(chǎn)物為一對非對映體，且是不等量的。為什么？從中間體構(gòu)象的穩(wěn)定性來考察:S-2-氯丁烷的

C3

氯代時兩種較穩(wěn)定的構(gòu)象71%29%當(dāng)反應(yīng)得到不等量的對映體或非對映體時，可用對映體過量百分率或立體選向百分率來表示。2、斷裂與手性碳所連的鍵，隨反應(yīng)機(jī)理的不同而不同。可有三種情況：構(gòu)型保持；構(gòu)型翻轉(zhuǎn)；外消旋化。立體化學(xué)的結(jié)果為反應(yīng)機(jī)理提供有力的證據(jù)。如烷烴的鹵代：鏈增長兩種可能：如何確定正誤呢？關(guān)鍵考察是否有烷基自由基產(chǎn)生。使用手性分子，若手性碳上的氫被取代，生成的產(chǎn)物若為外消旋體，則可證實產(chǎn)生了烷基自由基。如：2—2順反異構(gòu)一、由雙鍵引起的順反異構(gòu)（一）含C=C的化合物

①順—反命名：當(dāng)W=Y時，(A)為順式，(B)為反式。②Z-E命名：基團(tuán)按次序規(guī)則排列大小。兩個優(yōu)先（大）基團(tuán)處于雙鍵同側(cè)，為Z式；反之為E式。B.順反異構(gòu)體數(shù)目：N=2n(n為雙鍵數(shù))C.性質(zhì)：原因：

穩(wěn)定性:

順式<反式順式中基團(tuán)空間排斥作用大，內(nèi)能高.

沸點(diǎn):

順式>反式順式偶極矩大，分子間引力也大密度

:順式>反式同上

折射率:順式>反式同上熔點(diǎn)：順式<反式反式對稱性好，排列更緊密有序

溶解度:

順式>反式同上

加熱

順式→反式（二）含C=N和N=N的化合物

π鍵不能旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生順反異構(gòu)。命名：

1.對于肟(=C=N-OH)、腙(=C=N-NH2)和其它化合物，若W=Y，則(A)為順式，(B)為反式。

2．Z-E法：氮上的未共用電子對在順序規(guī)則中位于H之后。

3．偶氮化合物(C)總是順式或Z型；(D)則是反式或E型。二、脂環(huán)化合物的順反異構(gòu)環(huán)中的σ鍵不能自由旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生順反異構(gòu)；也可能出現(xiàn)對映異構(gòu)體。對映體內(nèi)消旋體反式異構(gòu)體順式異構(gòu)體順式反式

兩個相同的環(huán)在相鄰原子間并聯(lián)的稠環(huán)化合物，有順反異構(gòu)，無對映異構(gòu)。eg.十氫化萘

按稠合處兩個氫原子的空間情況不同，有順式和反式兩種異構(gòu)體。在反式十氫萘中，兩個環(huán)己烷是以ee鍵稠合，它是一個剛性分子，不能轉(zhuǎn)換成aa鍵稠合的十氫萘形式。而在順式十氫萘中兩個環(huán)己烷是以ea鍵稠合的，它可轉(zhuǎn)換為ae鍵稠合的構(gòu)象。如圖7-3。

兩種十氫萘的穩(wěn)定性不同，反式的比順式的穩(wěn)定。主要是由于反式十氫萘分子結(jié)構(gòu)較為平展，而順式十氫萘分子中在C、C、C、C

位上a鍵的氫原子彼此靠得較近，存在相互排斥作用，內(nèi)能較高而表現(xiàn)出相對的不穩(wěn)定。如圖。

兩個不同的環(huán)并聯(lián)時，有順反異構(gòu)體，也有對映異構(gòu)體。2-3動態(tài)立體化學(xué)(反應(yīng)過程中的立體化學(xué))一、立體選擇反應(yīng)（stereoselectivereaction）定義：同一反應(yīng)物能夠生成兩種以上的立體異構(gòu)物時，其中一異構(gòu)體或?qū)τ丑w生成較多的反應(yīng)。一般為反式消除60%20%20%2-碘丁烷的消除反應(yīng)：較穩(wěn)定的構(gòu)象得到較多的消除產(chǎn)物。如4-叔丁基的還原反應(yīng)，為典型的高度立體選擇性試劑的體積較小，以穩(wěn)定的產(chǎn)物為主試劑的體積較大，以優(yōu)先進(jìn)攻空阻較小的方位。二、立體專一反應(yīng)

(stereospecificreaction)定義：一定立體異構(gòu)的原料在某種條件下只取得一定構(gòu)型產(chǎn)物的反應(yīng)。eg.符合事實的機(jī)理：反式加成（antiaddition）親電加成反應(yīng)（electrophilicadditionreaction）立體選擇性反應(yīng)和立體專一性反應(yīng)如果一個反應(yīng)中，有可能生成幾種立體異構(gòu)體，但實際上，只得到或主要得到其中一個立體異構(gòu)體或一對對映體，這樣的反應(yīng)，稱為立體選擇性反應(yīng)（stereoselectivereaction）。

由立體構(gòu)型不同的反應(yīng)物（順-2-丁烯和反-2-丁烯）產(chǎn)生立體構(gòu)型不同的產(chǎn)物（外消旋體和內(nèi)消旋體）的反應(yīng)，稱為立體專一性反應(yīng)（stereospecificreaction）

所有的立體專一性反應(yīng)都是立體選擇性的，但反過來就不對了，如對甲苯磺酸的消除反應(yīng)：

2-4不對稱合成（Asymmetricsynthesis）

利用立體選擇反應(yīng)可有效地合成某一光學(xué)異構(gòu)體。其有效程度用對映體過量百分?jǐn)?shù)（e.eenantiomericexcess）來衡量。光學(xué)純度:手性產(chǎn)物的比旋光度除以該純凈物質(zhì)的比旋光度稱為手性產(chǎn)物的光學(xué)純度。

若旋光度與對映體的組成成正比，則光學(xué)純度與對映體過量百分?jǐn)?shù)相等（大致，不夠準(zhǔn)確）。

手性氣相和液相及NMR法更好。

不對稱合成方法有許多種，常用的一種是先在非手性原料中引進(jìn)一個手性基團(tuán)，然后再進(jìn)一步反應(yīng)，與試劑發(fā)生反應(yīng)的官能團(tuán)由于受到手性基團(tuán)的影響，就有可能對兩種立體選擇中的某一方向更有利。如乳酸的制備方法：

如乳酸的制備：外消旋體為什么（-）的乳酸過量？Prelog從分子構(gòu)象分析進(jìn)行解釋：假定能谷的構(gòu)象體中兩個羰基共平面且處于反位。首先將（-）薄荷醇的結(jié)構(gòu)用簡式代表：SMLC*OH，即：丙酮酸（-）薄荷酯相對穩(wěn)定的構(gòu)象體可用透視式表示：因最大基團(tuán)處于紙平面的前方，還原劑從后方進(jìn)攻有利。因最大基團(tuán)處于紙平面的前方，還原劑從后方進(jìn)攻有利。Prelog規(guī)律：應(yīng)用類似（-）薄荷醇空間構(gòu)型的試劑為光活性輔助試劑時，其α-酮酸酯的主要還原產(chǎn)物為R構(gòu)型。不對稱催化反應(yīng)（chiralcatalysis）：

少量催化劑與反應(yīng)底物或試劑形成高反應(yīng)活性的中間體催化劑作為手性模板控制反應(yīng)物的對稱面，經(jīng)不對稱反應(yīng)得到新的手性產(chǎn)物，而催化劑在反應(yīng)中循環(huán)使用，達(dá)到手性增殖或手性放大作用。

目前手性技術(shù)在工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，如不對稱催化氫化，不對稱催化環(huán)丙烷化，不對稱催化羰基化等。如美國孟山都公司在20世紀(jì)70年代成功地用不對稱催化氫化合成了治療帕金森病的藥物多巴。S-構(gòu)型（S）-萘普生（S-Naproxen）ee值達(dá)96%非甾體抗炎鎮(zhèn)痛的藥物20世紀(jì)80年代，一種非甾體抗炎鎮(zhèn)痛的新藥（S）-萘普生（S-Naproxen）走向市場，年銷售額達(dá)10億美元。

2-5構(gòu)象和構(gòu)象分析構(gòu)象：由單鍵旋轉(zhuǎn)所形成的分子中基團(tuán)在空間不同排列的立體形象。一．空間張力（stericstrain）用空間能反映空間能力；EsEs=E()+E()+E(r)+E(d)

E()：鍵角張力：表示鍵角偏離正常鍵角（109.50）所產(chǎn)生的能量變化，其大小與鍵角偏離值△的平方成正比；

E()：扭轉(zhuǎn)張力：連接于相鄰原子上的非鍵基團(tuán)所處的空間向位，相對于對位交叉構(gòu)象的空間向位所產(chǎn)生的能量變化，重疊式構(gòu)象時，扭轉(zhuǎn)張力最大。它是由空間電子效應(yīng)所引起的。

E(r)：拉伸張力：表示鍵長偏離正常鍵長的能量變化，其大小與鍵長偏離值△r的平方成正比。

E(d)：非鍵張力：表示不成鍵的基團(tuán)之間的吸引力和排斥力，它包括范德華力，偶極（電荷）作用力，氫鍵作用力等。在多數(shù)情況下，非鍵張力常常是范德華力（主要是色散力）作用的結(jié)果。二、鏈狀化合物的構(gòu)象異構(gòu)(conformationalisomerism)

因單鍵旋轉(zhuǎn)而使分子中原子或原子團(tuán)在空間產(chǎn)生不同的排列狀態(tài)稱為構(gòu)象。因構(gòu)象不同而產(chǎn)生的異構(gòu)現(xiàn)象稱為構(gòu)象異構(gòu)。（一）飽和烴及有關(guān)衍生物（sp3-sp3鍵的旋轉(zhuǎn)）

1、乙烷的構(gòu)象

表示方法：

鋸架式(sawhorseformula)：

重疊式交叉式紐曼(Newman)投影式：

重疊式交叉式

在交叉式中，兩個碳原子上的氫原子間的距離最遠(yuǎn)，相互之間的作用力最小，內(nèi)能最低，這種構(gòu)象叫優(yōu)勢構(gòu)象。

在重疊式中，兩個碳上的氫兩兩相對，距離最近，相互作用力最大，因而內(nèi)能最高，是不穩(wěn)定的構(gòu)象。

交叉式和重疊式是乙烷的兩種極端構(gòu)象，其它構(gòu)象介于這兩種構(gòu)象之間。

2、丁烷的構(gòu)象

對位交叉式部分重疊式鄰位交叉式全重疊式

四種極限構(gòu)象的穩(wěn)定性次序：

對位交叉式>鄰位交叉式>部分重疊式>全重疊式

構(gòu)象異構(gòu)體：在各種構(gòu)象中，那些能量處于極小值的構(gòu)象。

注意：并不是任何化合物都是對位交叉構(gòu)象所占比例大于鄰位交叉構(gòu)象。eg.偶極之間有排斥分子內(nèi)氫鍵有利于構(gòu)象的穩(wěn)定下圖各構(gòu)象的穩(wěn)定性順序為：a＞b＞c。因a、b中存在氫鍵，且a中甲基與乙基相距較遠(yuǎn)。但如果把乙基換成體積很大的苯基或叔丁基，其穩(wěn)定的構(gòu)象則為對位交叉式。（二）含C=C和C=O的化合物(sp2-sp3鍵的旋轉(zhuǎn))1．1-丁烯分子的極限構(gòu)象：

（重疊式構(gòu)象）（交叉式構(gòu)象）穩(wěn)定性：

A,orB>C,orDB>A(氫原子重疊式>甲基與雙鍵重疊)2．羰基化合物：優(yōu)勢構(gòu)象為重疊式；不同之處：取代基與羰基重疊最穩(wěn)定。如：丙醛的構(gòu)象Ⅰ、Ⅱ為重疊式，Ⅲ、Ⅳ為交叉式，Ⅰ較穩(wěn)定。三、環(huán)狀分子的構(gòu)象（角張力）

（一）環(huán)烷烴及其衍生物的燃燒熱

小環(huán)（環(huán)丙烷和環(huán)丁烷）的內(nèi)能，比其它環(huán)烷烴高得多，說明存在很大張力；環(huán)己烷張力最小。（1）

小環(huán)環(huán)丙烷：最大角張力，其次扭轉(zhuǎn)張力較高。（2）

普通環(huán)和環(huán)己烷衍生物環(huán)戊烷：平面構(gòu)象幾乎沒有角張力；但扭轉(zhuǎn)張力較高。環(huán)己烷：最穩(wěn)定構(gòu)象——椅型；船型構(gòu)象不穩(wěn)定。取代環(huán)己酮：偶極之間存在排斥2，6-位之間的空間斥力大于偶極間的作用有人曾提出cordycepicacid比旋光度等于右旋40.3℃，但這個結(jié)構(gòu)式是不可能的，為什么？

四、構(gòu)象分析通過研究分子的構(gòu)象來分析分子的物理和化學(xué)性質(zhì)。在環(huán)己烷體系中，取代基在a鍵與在e鍵的能量差，稱為該取代基在環(huán)己烷中的構(gòu)象能，構(gòu)象能越大，表示a-取代基的構(gòu)象越不穩(wěn)定，而易于通過環(huán)的翻轉(zhuǎn)變成e-取代基的構(gòu)象。

二溴芪PhCHBr-CHBrPh在碘化鉀-丙酮溶液中脫溴時，內(nèi)消旋體比旋光體約快100倍。內(nèi)消旋體的優(yōu)勢構(gòu)象有利于反式消除鉻酸酐氧化4-叔丁基環(huán)己醇，順式反應(yīng)速度為反式的3.23倍因為順式的張力比反式大，氧化后非鍵張力解除較大或從中間體考慮：處于a鍵的中間體由于空阻更大，分解的速度更快。4-叔丁基環(huán)己醇，反式乙?；俾蕿轫樖降?.7倍。因為羥基處在e鍵時空間位阻較小較易受到親核試劑的進(jìn)攻.或者說,a鍵取代衍生物在形成過渡態(tài)時較擁擠,需要較多的活化自由能.關(guān)于穩(wěn)定性和反應(yīng)性：穩(wěn)定性:

分子在基態(tài)時能量高低的度量反應(yīng)性:反應(yīng)活性、反應(yīng)方向和反應(yīng)速度等，是動態(tài)的動力學(xué)性質(zhì)。只有在反應(yīng)歷程一定、反應(yīng)條件也相等的情況下比較他們的穩(wěn)定性和反應(yīng)性才有意義。許多情況下，穩(wěn)定性低的異構(gòu)體反應(yīng)活性高。如環(huán)丙烷易于開環(huán)。也有相反的情況，如：反-4-叔丁基環(huán)己醇的乙酰化比順式快。對于反應(yīng)中間體，越穩(wěn)定，越容易形成，相應(yīng)的過渡態(tài)也越容易形成，反應(yīng)性也越大。一、反應(yīng)熱力學(xué)和反應(yīng)動力學(xué)二、研究有機(jī)反應(yīng)機(jī)理的方法三、有機(jī)反應(yīng)和試劑分類四、酸堿理論五、溶劑效應(yīng)六、分子結(jié)構(gòu)與化學(xué)活性間的定量關(guān)系

第3章有機(jī)化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的研究第3章有機(jī)化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的研究研究反應(yīng)機(jī)理的目的:是認(rèn)識在反應(yīng)過程中，發(fā)生反應(yīng)體系中的原子或原子團(tuán)在結(jié)合位置、次序和結(jié)合方式上所發(fā)生的變化，以及這種改變的方式和過程。反應(yīng)進(jìn)行的途徑主要由分子本身的反應(yīng)性能和進(jìn)攻試劑的性能以及反應(yīng)條件等內(nèi)、外因決定。1.尋找有機(jī)反應(yīng)規(guī)律，提高學(xué)習(xí)效率；2.指導(dǎo)提高有機(jī)合成實驗的選擇性和獲得較好的收率；3.預(yù)示一些可能出現(xiàn)的副反應(yīng)；4.設(shè)計新的反應(yīng)一、

反應(yīng)熱力學(xué)和反應(yīng)動力學(xué)1、反應(yīng)熱力學(xué)

當(dāng)我們研究一個有機(jī)反應(yīng)時，最希望了解的是這一反應(yīng)將向產(chǎn)物方向進(jìn)行到什么樣程度？一般來說，任何體系都有轉(zhuǎn)變成它們最穩(wěn)定狀態(tài)的趨勢，因此，可以預(yù)料當(dāng)產(chǎn)物的穩(wěn)定性愈大于反應(yīng)物的穩(wěn)定性時，則平衡愈移向產(chǎn)物一側(cè)?！?/p>

G=△H-T△S而△G=-RTlnK要使反應(yīng)發(fā)生，產(chǎn)物的自由能必須低于反應(yīng)物的自由能，即△G必須是負(fù)值。2、反應(yīng)的動力學(xué)

動力學(xué)研究是解決反應(yīng)歷程問題的有力工具，其目的是為了在反應(yīng)物和催化劑的濃度以及反應(yīng)速度之間建立定量關(guān)系。反應(yīng)速度是反應(yīng)物消失的速度或產(chǎn)物生成的速度，反應(yīng)速度隨時間而改變，所以在討論反應(yīng)的真正速度時，通常用瞬間反應(yīng)速度來表示。如果反應(yīng)速度僅與一種反應(yīng)物的濃度成比例，則反應(yīng)物A的濃度隨時間t的變化速度為：反應(yīng)速度=-d[A]/dt=k[A]服從這個速度定律的反應(yīng)稱為一級反應(yīng)。二級反應(yīng)速度和兩個反應(yīng)物的濃度或一個反應(yīng)物濃度的平方成比例：-d[A]/dt=k[A][B]若[A]=[B]，則-d[A]/dt=k[A]2三級反應(yīng)速度和三個反應(yīng)物的濃度成比例-d[A]/dt=k[A][B][C]如果[A]=[B]=[C]，則-d[A]/dt=k[A]3

反應(yīng)的動力學(xué)動力學(xué)數(shù)據(jù)只提供關(guān)于決定速度步驟和在它以前各步的情況，當(dāng)有機(jī)反應(yīng)由兩步或兩步以上的基元反應(yīng)組成時，則反應(yīng)速度定律的確定一般比較復(fù)雜，通過平衡近似和定態(tài)近似法等簡化方法可求得反應(yīng)的表觀速度常數(shù)。動力學(xué)研究反應(yīng)機(jī)理的常規(guī)順序是：提出可能的機(jī)理，并把實驗得出的速度律與根據(jù)不同可能性推導(dǎo)得到的速度律作比較。從而排除與觀測到的動力學(xué)不相符的機(jī)理。

3、過渡態(tài)理論

假設(shè)一個反應(yīng)先達(dá)到一個過渡態(tài)，然后從過渡態(tài)以極快的速度變成產(chǎn)物在一步反應(yīng)的圖中能量最高點(diǎn)是活化絡(luò)合物(如圖)，在它的左邊，所有絡(luò)合物都被認(rèn)為同反應(yīng)物處于平衡中；而在它右邊，所有絡(luò)合物則被認(rèn)為是同產(chǎn)物處于平衡中。在雙步反應(yīng)的圖b中：

反應(yīng)物和產(chǎn)物之間包括具有一定壽命的中間體I，因此,它包含有兩個過渡態(tài)，而且第一個過渡態(tài)的ΔG1≠比第二個過渡態(tài)的ΔG2≠高,這意味著第一步反應(yīng)應(yīng)該是速率控制步驟。過渡態(tài)與中間體的區(qū)別。中間體位于兩個過渡態(tài)之間的能量最低點(diǎn)，故有一定的存活期，實際的壽命依賴于凹陷的深度。下凹淺暗示下一步的活化能低，生存期短，下凹深中間體的生存期越長；而過渡態(tài)只有一個轉(zhuǎn)瞬即逝的生存期，并代表反應(yīng)途徑中的能量極大值。微觀可逆原理：根據(jù)過渡態(tài)理論，一個反應(yīng)正向進(jìn)行所經(jīng)歷的途徑，也是逆向進(jìn)行所要經(jīng)歷的途徑，因為這個途徑為這兩個過程都提供了最低的能障。

4、動力學(xué)控制和熱力學(xué)控制若產(chǎn)物量取決于反應(yīng)速率者稱為動力學(xué)控制(kineticcontrol)或速率控制；若產(chǎn)物是根據(jù)熱力學(xué)平衡得到者稱為熱力學(xué)控制(themodynamiccontrol)或平衡控制。對于兩個相互競爭的不可逆反應(yīng)，主要產(chǎn)物是動力學(xué)控制的產(chǎn)物。如在極性溶劑中，丙烯與溴化氫的加成反應(yīng)進(jìn)程中，活性中間體CH3C+HCH3比CH3CH2C+H2能量低，因而生成2-溴丙烷的速率大于生成1-溴丙烷的速率，

對于兩個相互競爭的可逆反應(yīng)，在平衡建立前，產(chǎn)物仍為動力學(xué)控制，達(dá)到平衡時，能量較低，穩(wěn)定性較大的產(chǎn)物量較多，即為熱力學(xué)控制。

例如：1,３-丁二烯與氯化氫的加成反應(yīng)，１，2-加成產(chǎn)物是動力學(xué)控制的產(chǎn)物，１，４-加成產(chǎn)物是熱力學(xué)控制的產(chǎn)物。其反應(yīng)式和能量變化圖如下：此類可逆反應(yīng)的產(chǎn)物比例可通過控制反應(yīng)條件(如溫度、時間、溶劑等)實現(xiàn)。一般較高溫度、長時間反應(yīng)有利于熱力學(xué)控制的產(chǎn)物。

因為ΔＥ１，４＞ΔＥ１，2

在有機(jī)化學(xué)反應(yīng)中，絕大多數(shù)反應(yīng)是受動力學(xué)控制的。

（一）研究反應(yīng)機(jī)理的幾個基本步驟1提出一個與已有實驗事實及理論知識相符的假設(shè)。2設(shè)計并進(jìn)行實驗以檢驗所提出的機(jī)理假設(shè)。3根據(jù)實驗結(jié)果對假設(shè)進(jìn)行修正或推斷。二、研究有機(jī)反應(yīng)機(jī)理的方法（二）判斷合理機(jī)理的基本原則1提出的反應(yīng)機(jī)理應(yīng)明確解釋所有已知的實驗事實，同時應(yīng)盡可能簡單。（任何化合物的每一步反應(yīng)都是在該反應(yīng)條件下的通用反應(yīng)）2基元反應(yīng)（沒有中間體，只有過渡態(tài)）應(yīng)是單分子或雙分子的，通常不必考慮涉及三分子的其他反應(yīng)。3機(jī)理中的每一步在能量上是允許的，化學(xué)上則是合理的。4機(jī)理應(yīng)有一定的預(yù)見性。當(dāng)反應(yīng)條件或反應(yīng)物結(jié)構(gòu)變化時，應(yīng)能對新反應(yīng)的速度和產(chǎn)物變化作出正確的預(yù)測。提出反應(yīng)機(jī)理的實例放棄不合理機(jī)理：因為：C2H5O-不是一個好的離去基團(tuán)提出一個合理的反應(yīng)機(jī)理：不要一開始就想到反應(yīng)產(chǎn)物。反而應(yīng)該注重起始原料，選擇在該反應(yīng)條件下最可能進(jìn)行的反應(yīng)。1）起始物是一個醇，通常在堿作用下能部分轉(zhuǎn)化成其負(fù)離子：2）這個負(fù)離子可以消去一個烷氧負(fù)離子得到一個醛：3）氰根對醛親核加成；酸堿反應(yīng)。這個反應(yīng)可描述為：通過反半縮醛的形成，再緊接著氰醇加成的反應(yīng)。試寫出下列反應(yīng)的機(jī)理：機(jī)理：利用共振結(jié)構(gòu)預(yù)測有機(jī)反應(yīng)的可能產(chǎn)物和提出合理機(jī)理時應(yīng)遵守兩個基本原則:1.對于參加反應(yīng)的分子或離子畫出所有重要的共振結(jié)構(gòu)。2.設(shè)想每個共振結(jié)構(gòu)都是單獨(dú)的,寫出從每個結(jié)構(gòu)可能得到的產(chǎn)物,每個這種產(chǎn)物都是真實分子可能的產(chǎn)物。寫出下列反應(yīng)的機(jī)理：機(jī)理：思考:為什么烷氧基負(fù)離子和氰根負(fù)離子可以從半縮醛負(fù)離子中離去？一般來說，親核試劑與離去基團(tuán)沒有連在同一碳原子上，只有好的離去基團(tuán)才能反應(yīng)，如下列分子內(nèi)的親核取代：當(dāng)離去基團(tuán)與親核試劑連在同一碳原子上，隨著離去基團(tuán)的離去，產(chǎn)生了一個新的π鍵，這類