精細(xì)有機(jī)合成第二章2

2.3親核取代(qǔdài)反應(yīng)反應(yīng)(fǎnyìng)通式：R-H＋Z-R-Z＋H-R-H＋Z-YR-Z＋H-Y脂肪族化合物的親核取代芳香族化合物的親核置換芳環(huán)上氫的親核取代共四十三頁(yè)2.3.1脂肪族化合物的親核取代(qǔdài)反應(yīng)反應(yīng)歷程：雙分子歷程單分子歷程反應(yīng)的影響因素：作用物結(jié)構(gòu)被取代離去基團(tuán)親核試劑(shìjì)溶劑共四十三頁(yè)2.3.1.1反應(yīng)(fǎnyìng)歷程雙分子(fēnzǐ)歷程（SN2）+R－X[Nu······R······X]Nu－R+Nu:-X-親核試劑過渡態(tài)離去基團(tuán)單分子歷程（SN1）第一步第二步R++-Nu:快R－NuX-R－XR++慢共四十三頁(yè)2.3.1.2反應(yīng)的影響(yǐngxiǎng)因素作用物結(jié)構(gòu)(jiégòu)的影響圖鹵代烷烷基對(duì)水解速度的影響被進(jìn)攻的碳原子上有給電性取代基，有利于SN1反應(yīng)，分子中有吸電性取代基，則有利于SN2反應(yīng)。

共四十三頁(yè)被取代離去基團(tuán)的影響(yǐngxiǎng)

（1）被取代離去基（X）接受電子能力越強(qiáng)，越有利于親核取代反應(yīng)的進(jìn)行。（2）被取代離去基接受電子的能力取決于X-的穩(wěn)定性和堿性。

X-堿性越弱，穩(wěn)定性越強(qiáng)，越容易被親核試劑(shìjì)取代而離去。RSO3—＞I—＞Br—＞Cl—＞RCOO—＞HO—＞H2N—一般說來(lái)，被取代的難易次序?yàn)椋?/p>

共四十三頁(yè)親核試劑的影響（1）對(duì)SN1反應(yīng)(fǎnyìng)影響不大，對(duì)SN2反應(yīng)速度有明顯的影響。（2）絕大多數(shù)試劑的親核能力與其堿性一致。例如：C2H5O-＞OH-＞PhO-＞CH3CH2-＞H2O

（3）當(dāng)可極化度起主導(dǎo)作用時(shí)，親核性與堿性不一致。在同族元素的試劑中，親核性是按電負(fù)性的下降而提高。例如：Iˉ＞Brˉ＞Clˉ＞Fˉ和PhSˉ＞PhOˉ共四十三頁(yè)溶劑(róngjì)的影響（1）對(duì)SN1反應(yīng)，極性溶劑有利于中性化合物R-X的解離。

R－X→R+＋X-溶劑(róngjì)極性越大，反應(yīng)速度越快。（2）對(duì)SN2反應(yīng)，Nu-易與質(zhì)子傳遞型溶劑形成氫鍵，使反應(yīng)活性降低。反應(yīng)宜在非質(zhì)子傳遞型溶劑中進(jìn)行。共四十三頁(yè)2.3.2芳環(huán)上氫的親核取代(qǔdài)反應(yīng)Nu:-優(yōu)先進(jìn)攻芳環(huán)上電子云密度最低的位置。反應(yīng)的難易和定位(dìngwèi)規(guī)律與芳香族化合物的親電取代反應(yīng)相反。自學(xué)共四十三頁(yè)2.3.3芳環(huán)上已有取代基的親核置換(zhìhuàn)反應(yīng)芳環(huán)的電子云密度較高，很難被Nu-進(jìn)攻而直接引入-OH、-OR、-NH2等基團(tuán)，只能通過(tōngguò)親核置換來(lái)完成。首先在芳環(huán)上引入-Cl、

-SO3H、-N2+Cl-等吸電子取代基，使苯環(huán)上電子云密度降低，有利于親核置換反應(yīng)的發(fā)生。共四十三頁(yè)2.3.3.1反應(yīng)(fǎnyìng)歷程雙分子(fēnzǐ)歷程單分子歷程++慢++慢共四十三頁(yè)2.3.3.2芳環(huán)上已有取代基對(duì)反應(yīng)(fǎnyìng)的影響離去基團(tuán)共軛位（鄰、對(duì)位）有吸電子取代基存在(cúnzài)，對(duì)反應(yīng)有利。10%NaOH350-400℃,20-30MPa10%NaOH160℃,0.6MPa10%NaOH100℃,常壓共四十三頁(yè)離去基團(tuán)共軛位有供電子(diànzǐ)取代基，對(duì)反應(yīng)不利。芳環(huán)上同時(shí)有多個(gè)離去基團(tuán)（-Cl，-SO3H，

-NO2，-CN，-N=N-等）同時(shí)存在時(shí)，Cl優(yōu)先被置換。

共四十三頁(yè)自由基是具有不成對(duì)電子的化學(xué)物種，它可以是原子、基團(tuán)或分子。大多數(shù)自由基很活潑，在反應(yīng)過程中只能瞬時(shí)存在。產(chǎn)生自由基的方法有三種：熱離解法和光離解法是使分子中共價(jià)鍵的一對(duì)電子發(fā)生(fāshēng)均裂而產(chǎn)生自由基；電子轉(zhuǎn)移法是可變價(jià)金屬離子得電子或失電子使中性分子離解為自由基和正離子或負(fù)離子；電解法是中性分子在電極表面得電子或失電子而生成正離子基或負(fù)離子基。自由基反應(yīng)大都是鏈反應(yīng)，其反應(yīng)歷程包括三個(gè)階段，即鏈引發(fā)、連增長(zhǎng)和鏈終止。2.4自由基反應(yīng)(fǎnyìng)共四十三頁(yè)加成反應(yīng)分為三種類型：親電加成、親核加成、自由基加成。2.5.1親電加成親電加成一般發(fā)生在碳—碳重鍵上，因?yàn)橄N、快烴分子中的π—電子具有較大的活動(dòng)性，表現(xiàn)出親核性，所以它們?nèi)菀着c多種親電試劑發(fā)生親電加成反應(yīng)。常用的親電試劑有：強(qiáng)酸(例如硫酸、氫鹵酸)、Lewis酸(例如FeCl3、A1C13)、鹵素、次鹵酸、鹵代烷等。雙鍵連有供電(ɡònɡdiàn)基時(shí)使反應(yīng)加快，有吸電基時(shí)使反應(yīng)減慢。2.5加成反應(yīng)(jiāchénɡfǎnyīnɡ)共四十三頁(yè)其反應(yīng)歷程分兩步進(jìn)行：首先生成碳正離子中間產(chǎn)物，然后(ránhòu)快速生成產(chǎn)物。共四十三頁(yè)2.5.2親核加成親核加成是由親核試劑進(jìn)攻而引起的加成反應(yīng)，主要發(fā)生(fāshēng)在碳氧雙鍵上，在堿催化下總是帶正電荷的碳原子與親核試劑反應(yīng)。2.5.3自由基加成自由基加成是反應(yīng)試劑在光、高溫或引發(fā)劑的作用下先生成游離基，然后與碳碳重鍵發(fā)生加成反應(yīng)，它們都是鏈反應(yīng)。例如鹵素和鹵化氫對(duì)碳碳重鍵的加成反應(yīng)。共四十三頁(yè)2.6精細(xì)有機(jī)合成中的溶劑(róngjì)作用概述溶劑的分類離子化作用和理解作用溶劑的靜電效應(yīng)對(duì)反應(yīng)速度的影響專一性溶劑化作用對(duì)親核取代(qǔdài)反應(yīng)速度的影響有機(jī)反應(yīng)中溶劑的使用和選擇（自學(xué)）共四十三頁(yè)溶劑對(duì)有機(jī)反應(yīng)的影響溶液和溶解作用（1）相同分子(fēnzǐ)之間的引力與不同分子(fēnzǐ)之間的引力的相互關(guān)系。（2）由分子的極性所引起的締合程度。（3）溶劑化作用。（4）溶劑和溶質(zhì)的分子量。溶劑和溶質(zhì)之間的相互作用2.6.1概述(ɡàishù)庫(kù)侖力(靜電引力)：離子-離子力、離子-偶極力范德華力(內(nèi)聚力)：偶極-偶極力、偶極-誘導(dǎo)偶極力、瞬時(shí)偶極-誘導(dǎo)偶極力專一性力：包括氫鍵締合作用、電子對(duì)給體－受體作用、溶劑化作用、離子化作用合離解作用等。非專一性力(普遍）共四十三頁(yè)2.6.2溶劑(róngjì)的分類按化學(xué)(huàxué)結(jié)構(gòu)分類無(wú)機(jī)溶劑：水、液氨、液體二氧化硫、氟化氫、濃硫酸、熔融氫氧化鈉和氫氧化鉀、四氯化鈦、三氯化磷合三氯氧磷等。有機(jī)溶劑：脂烴、環(huán)烷烴、芳烴、鹵代烴、醇、醚、酚、醛、酮、羧酸、羧酸酯、硝基物、胺、腈、酰胺、砜和亞砜、雜環(huán)化合物等。共四十三頁(yè)按偶極矩和介電常數(shù)(jièdiànchánɡshù)分類（1）偶極矩（μ）：指偶極分子中電量相等的兩個(gè)相反電荷中的一個(gè)電荷的電量（q），與這兩個(gè)電荷間距離（d）的乘積(chéngjī)，單位：德拜（D）。即：μ＝q×d例：μ＝1.54D共四十三頁(yè)極性溶劑：分子中具有(jùyǒu)永久偶極的溶劑。有機(jī)溶劑的偶極矩μ在0～5.5D之間。無(wú)極性溶劑(róngjì)

分子中沒有永久偶極的溶劑，如環(huán)己烷、苯等。μ＜2.5D的有機(jī)溶劑，如氯苯、二氯甲烷等。偶極矩主要影響在溶質(zhì)（分子或離子）周圍溶劑分子的定向作用。共四十三頁(yè)（2）介電常數(shù)(jièdiànchánɡshù)（ε）也叫電容率或相對(duì)電容率，是表示電介質(zhì)或絕緣材料(juéyuáncáiliào)電性能的一個(gè)重要參數(shù)。具有永久偶極或誘導(dǎo)偶極的溶劑分子被充電的電容器板強(qiáng)制形成一個(gè)有序排列，即極化作用，極化作用越大，介電常數(shù)越大。介電常數(shù)表示溶劑分子本身分離出電荷的能力，或溶劑使它偶極定向的能力。共四十三頁(yè)極性溶劑(róngjì)：ε＞15～20非極性溶劑：ε＜15～20介電常數(shù)主要影響溶劑中離子(lízǐ)的溶劑化作用和離子(lízǐ)體的離解作用。有機(jī)溶劑的介電常數(shù)ε在2～190之間，ε越大，溶劑極性越強(qiáng)。共四十三頁(yè)（3）溶劑極性的本質(zhì)(běnzhì)——溶劑化作用

每一個(gè)被溶解的分子或離子被一層或幾層溶劑分子或松或緊地包圍的現(xiàn)象，叫做溶劑化作用，它包括(bāokuò)溶劑與溶質(zhì)之間所有專一性和非專一性相互作用的總和。（4）溶劑極性參數(shù)實(shí)驗(yàn)極性參數(shù)——ET(30)值共四十三頁(yè)按Lewis酸堿理論分類(fēnlèi)(電子理論）Lewis酸堿理論(lǐlùn)：酸是電子對(duì)受體（EPA）堿是電子對(duì)給體（EPD）

A+:BAB

酸(EPA)堿(EPD)酸-堿配合物親電試劑親核試劑EPA/EPD配合物

共四十三頁(yè)EPA溶劑：具有缺電子或酸性部位，親電試劑(shìjì)，

擇優(yōu)使EPD或負(fù)離子溶劑化。如水、醇、酚、羧酸等。EPD溶劑：具有富電子或堿性部位(bùwèi)，親核試劑，

擇優(yōu)使EPA或正離子溶劑化。如：醇、醚、羰基化合物中的氧氨類和N－雜環(huán)化合物中的氮原子共四十三頁(yè)質(zhì)子給體溶劑：主要是酸，如H2SO4、CH3COOH質(zhì)子受體溶劑：主要是堿，如NH3、CH3CON(CH3)2兩性(liǎngxìng)溶劑：既可接受質(zhì)子，又可提供質(zhì)子，如H2O按Brownsted酸堿理論(lǐlùn)分類(質(zhì)子理論)共四十三頁(yè)按專一性溶質(zhì)(róngzhì)、溶劑相互作用分類質(zhì)子傳遞型溶劑：含有能與電負(fù)性元素(yuánsù)(F、Cl、O、S、

N、P)相結(jié)合的氫原子，ε＞15。水、醇、酚、羧酸、氨、未取代酰胺等非質(zhì)子傳遞極性溶劑：高介電常數(shù)，高偶極矩。丙酮、DMF、硝基苯、乙腈、二甲基亞砜、環(huán)丁砜等非質(zhì)子傳遞非極性溶劑：低介電常數(shù)，低偶極矩。烷烴、環(huán)烷烴、芳烴、鹵代烴、叔胺、二硫化碳共四十三頁(yè)2.6.3離子化作用(zuòyòng)和離解作用(zuòyòng)離子原和離子體離子化過程(guòchéng)和離解過程(guòchéng)離解性溶劑和離子化溶劑共四十三頁(yè)2.6.3.1離子(lízǐ)原和離子(lízǐ)體離子(lízǐ)原

指在固態(tài)時(shí)具有分子晶格的偶極型化合物，在液體時(shí)仍以分子狀態(tài)存在，與溶劑發(fā)生作用時(shí)可形成離子。

如氯化氫、烷基鹵和金屬有機(jī)化合物等。離子體固態(tài)時(shí)具有離子晶格結(jié)構(gòu)，在熔融狀態(tài)或稀溶液中以離子形式存在的化合物，如金屬鹵化物等共四十三頁(yè)2.6.3.2離子化過程(guòchéng)和離解過程(guòchéng)離子化過程：離子原的共價(jià)鍵發(fā)生異裂產(chǎn)生(chǎnshēng)離子對(duì)的過程。離解過程：離子對(duì)或締合離子轉(zhuǎn)變?yōu)楠?dú)立離子的過程。離子原溶劑化溶劑化離子化離子體溶劑化的離子對(duì)（締合離子）溶劑化正離子溶劑化負(fù)離子溶劑化的獨(dú)立離子A+與B-的作用力與溶劑的ε成反比溶劑必須對(duì)離子原的共價(jià)鍵進(jìn)行進(jìn)攻共四十三頁(yè)離子化方式(fāngshì)：EPD進(jìn)攻(jìngōng)：對(duì)離子原共價(jià)鍵的正端作親電進(jìn)攻，使正離子溶劑化，自由的或裸的負(fù)離成為高活性的反應(yīng)質(zhì)點(diǎn)。EPA進(jìn)攻：對(duì)離子原共價(jià)鍵的負(fù)端作親核進(jìn)攻，使負(fù)離子溶劑化，自由的或裸的正離成為高活性的反應(yīng)質(zhì)點(diǎn)。EPD/EPA雙進(jìn)攻：兩種溶劑或一種兩性溶劑同時(shí)進(jìn)攻共價(jià)鍵的正、負(fù)端，生成溶劑化的正、負(fù)離子。共四十三頁(yè)2.6.3.3離解(líjiě)性溶劑和離子化溶劑離子化溶劑：具有強(qiáng)的EPD性質(zhì)(xìngzhì)或EPA性質(zhì)。離解性溶劑：具有高的介電常數(shù)。共四十三頁(yè)2.6.4溶劑的靜電效應(yīng)對(duì)反應(yīng)速度的影響(yǐngxiǎng)(Houghes-Ingold規(guī)則)對(duì)于從起始反應(yīng)物變?yōu)榛罨浜衔飼r(shí)電荷密度增加(zēngjiā)的反應(yīng)，溶劑極性增加，使反應(yīng)速度加快。異性電荷分離電荷密度增加SN1反應(yīng)R－Xδ+RXδ-R+X-+共四十三頁(yè)對(duì)于從起始(qǐshǐ)反應(yīng)物變?yōu)榛罨浜衔飼r(shí)電荷密度降低的反應(yīng)，溶劑極性增加，使反應(yīng)速度減慢。電荷分散(fēnsàn)電荷密度降低Y－RX-R－XY-+RXδ-δ-Y+SN2反應(yīng)共四十三頁(yè)例：溶劑CH3COCH3C2H5OHCH3OH(CH2OH)2H2Oε20.724.5532.737.778.39μ(D)2.861.731.702.281.82k（相對(duì)）130004416171I*-+CH3Ik[I*δ-CH3Iδ-]I－CH3I-+共四十三頁(yè)對(duì)于從起始反應(yīng)物變?yōu)榛罨?huóhuà)配合物時(shí)電荷密度變化很小或無(wú)變化的反應(yīng)，溶劑極性的改變對(duì)反應(yīng)速度的影響極小。局限性：忽略了溶劑的類型、溶劑的EPD和EPA性質(zhì)(xìngzhì)及專一性溶劑化作用對(duì)反應(yīng)速度的影響。共四十三頁(yè)2.6.5專一性溶劑(róngjì)化作用對(duì)親核反應(yīng)速度的影響質(zhì)子傳遞型溶劑對(duì)SN反應(yīng)速度(fǎnyìngsùdù)的影響非質(zhì)子傳遞極性溶劑對(duì)SN反應(yīng)速度的影響共四十三頁(yè)2.6.5.1質(zhì)子傳遞型溶劑對(duì)SN反應(yīng)速度(fǎnyìngsùdù)的影響對(duì)SN1反應(yīng)速度(fǎnyìngsùdù)的影響質(zhì)子傳遞型溶劑使負(fù)離子溶劑化，有利于負(fù)離子的離去和碳正離子的形成，使反應(yīng)速度加快。R－X+HS[Rδ+Xδ-H－S]R+X+-HS+Y-R－Y共四十三頁(yè)SN2反應(yīng)速度(fǎn