精细有机合成单元反应

1. 精细有机合成单元反应 第1章 精细有机合成的一般原理 第2章 卤化 第3章 磺化和硫酸化 第4章 烷基化反应 第5章 酰基化反应 第6章 氧化反应 第7章 还原反应 第8章 氨基化 第9章 重排反应 第10章 缩合反应 第11章 合成路线设计技巧

2. 第一章 精细有机合成的一般原理 1.1 脂肪族亲核取代反应 1.2 脂肪族亲电取代反应 1.3 芳香族亲电取代反应 1.4 芳香族亲核取代反应 1.5 自由基反应

3. 第一章 有机合成反应理论 键的断裂方式 : 离子型反应、自由基反应 磺化、硝化、卤化、烷基化 取代基的类型： 根据反应机理： 取代、消除、置换、缩合 (SN) • 1.1 脂肪族亲核取代反应 亲核试剂对带正电荷的碳的进攻 底物 亲核试剂 离去基团

4. 1.1.1 反应动力学与历程 动力学测定，表明存在两种不同类型的反应 υ＝k2[RX][Nu－] 双分子亲核取代反应SN2： υ＝k1[RX] 单分子亲核取代反应SN1： SN2反应和E2反应之间，SN1与E1之间存在竞争

5. (1) SN2反应 同步取代 如溴甲烷在碱性环境中的水解：

6. (2) SN1反应 先消除再加成 如叔丁基溴的醇解： 判断方法：添加亲核性较高叠氮阴离子N3－

7. 1.1.2 影响反应速率的条件 (1) 烷基结构 影响因素：电子效应和空间效应。 空间效应 ① SN2反应： 碳正离子的稳定性 ② SN1反应： 烯丙基碳正离子 > 苄基卤化物 > 3o > 2o > 1o > CH3X

8. 第一章 精细有机合成的一般原理 1.1 脂肪族亲核取代反应 1.2 脂肪族亲电取代反应 1.3 芳香族亲电取代反应 1.4 芳香族亲核取代反应 1.5 自由基反应

9. 第一章 有机合成反应理论 键的断裂方式 : 离子型反应、自由基反应 磺化、硝化、卤化、烷基化 取代基的类型： 根据反应机理： 取代、消除、置换、缩合 (SN) • 1.1 脂肪族亲核取代反应 亲核试剂对带正电荷的碳的进攻 底物 亲核试剂 离去基团

10. 1.1.1 反应动力学与历程 动力学测定，表明存在两种不同类型的反应 υ＝k2[RX][Nu－] 双分子亲核取代反应SN2： υ＝k1[RX] 单分子亲核取代反应SN1： SN2反应和E2反应之间，SN1与E1之间存在竞争

11. (1) SN2反应 同步取代 如溴甲烷在碱性环境中的水解：

12. (2) SN1反应 先消除再加成 如叔丁基溴的醇解： 判断方法：添加亲核性较高叠氮阴离子N3－

13. 1.1.2 影响反应速率的条件 (1) 烷基结构 影响因素：电子效应和空间效应。 空间效应 ① SN2反应： 碳正离子的稳定性 ② SN1反应： 烯丙基碳正离子 > 苄基卤化物 > 3o > 2o > 1o > CH3X

14. (2) 立体化学与重排 ① SN2反应： • 构型翻转，无重排现象。 ② SN1反应：产物消旋化，其中构型翻转居多，通过重排形成更加稳定的碳正离子，然后消除或重排。 ③ SNi反应：分子内亲核取代，构型保持

15. (3) 进攻试剂 • ① SN1反应： • 试剂的亲核性对反应速度无影响 • 试剂的亲核性越强，反应速度越快 • ② SN2反应： 试剂的亲核性与碱性有关: CH3O－>C6H5O－>CH3CO2－>H2O 碱性越强，亲核性越强: 亲核性还与可极化性相关: 一般第三、四周期元素亲核性强，第二周期碱性强。 同周期元素的负离子从左到右亲核性减弱： OH－> F－ 同主族元素从上到下亲核性增强： I－> Br－> Cl－> F－

16. 亲核性受溶剂影响，可极化性不受溶剂影响 质子溶剂中被质子溶剂化： Br－、Cl－、F－ 偶极溶剂中不被溶剂分子包围： I－、SH－、SCN－ 离子的亲核性不是固定不变的： 在水、乙醇中：I－> Br－> Cl－； 在DMF中： Cl－> Br－> I－； 在丙酮中：三者较接近。

17. 亲核质点的自由度越大，则反应速率越快 在非质子极性溶剂中 亲核性受空间效应的影响 (CH3)3C－O－ ＞ CH3O－ 碱性 亲核性 (CH3)3C－O－ ＜CH3O－

18. 四种类型的电荷形式 带负电荷的亲核试剂的反应能力大于中性分子 如溴甲烷的水解，以OH－或H2O为亲核试剂， 前者的反应速率是后者的500倍

19. (4) 离去基团(L) 离去基团L越容易离去，反应越快 酸性越强，其共轭碱的碱性越弱，越稳定，越易离去 RSO3－> RCO2－> C6H5O－ RI > RBr > RCl OH－、OR－、NH2－、NHR－、F－等不是好的离去基团 离去基团的相对离去倾向受溶剂性质的影响 在醇-水中的活性比： RCl:RBr:RI＝1:50:100 RCl:RBr:RI＝1:500:3000 在DMF中的活性比：

20. (5) 溶剂效应 1. 质子溶剂 SN1 SN2 可以与负离子形成氢键，使负电荷分散而稳定。 在SN1反应中，提高溶剂的酸性，有利于离解反应。 在SN2反应中，亲核试剂被溶剂分子包围，降低亲核能力

21. 2.偶极溶剂 偶极正端埋于分子内部，负离子很难溶剂化 SN2反应在偶极溶剂中比在质子溶剂中反应快 3.极性溶剂 ① SN1反应：极性增加，反应速率增大 ② SN2反应：极性增加，③增加；④减少；②⑤变化不大

22. 1.1.3 亲核试剂的类型与反应 1. 氧亲核试剂的反应 羧酸的酯化、酯交换、酯水解、酰胺的水解等 2. 硫亲核试剂的反应 -SH基或-SR基进攻烷基碳合成硫醇、硫醚等 3. 氮亲核试剂的反应 N-烷化、N-酰化；酰胺和酰亚胺的N-烷化、N-酰化；及亚硝酸根(NO2－)、叠氮基(N3－)、异氰酸根(NCO－) 4. 卤亲核试剂的反应 攻击烷基碳(卤烃)；酰基碳(酰卤化合物)

23. 5. 磺酰基上亲核试剂的反应 活泼性顺序为：磺酰卤﹥磺酸酯﹥磺酰胺。 6. 氢负离子 LiAlH4、AlH3、 KBH4、NaBH4、LiAlH(O-t-Bu)3等 7. 碳亲核试剂 RMgX、R2CuLi、RLi、R3B、RC≡C－、R3Al、ArCu、叶立德及各种活泼亚甲基产生的负碳离子 8. 溶剂解(Solvolysis) 常用的溶剂为水、乙醇、乙酸等

24. 氧亲核试剂的反应 酯水解 羧酸的酯化 硬脂酸聚氧乙烯酯，柔软剂SG 醚的制备

25. 硫亲核试剂的反应 硫醇的制备 硫醚的制备 磺酸酯的制备 羟基磺酸酯的制备

26. 氮亲核试剂的反应 氨与胺的烷基化 环氧化合物的胺化

27. 在磺酰基上亲核试剂的反应 磺酰卤、磺酰酯、磺酰胺的水解 碳亲核试剂的反应 炔化物的烃基化

28. (SE) 1.2 脂肪族亲电取代反应 亲电试剂对带负电荷的碳的进攻 离去基团是外层缺少电子对而能很好存在的基团。 1. 质子是脂肪系中的离去基团，但反应性取决于酸度 烷烃中的质子不活泼，亲电取代常在更显酸性的位置上： 如羰基的α位，或在端基炔位(RC≡CH)。 2. 阴离子分裂： C-C键的断裂，反应中有碳离去基团

29. 1.2.1 反应历程 (1) 双分子历程SE2和SEi 前面进攻： 构型保持 后面进攻： 构型转化 协同反应： 构型保持

30. (2) 单分子历程SE1 单分子历程与SN1历程类似 (3) 亲电取代伴随双键移动 当亲电取代反应发生在烯丙式底物上时，产物可能重排，其途径有二。

31. 1.2.2 氢作离去基团的反应 (1) 双键及三键的移位 通常末端烯异构化为内烯；非共轭烯成为共轭烯；外向六员环烯变为内向六员环烯等 三键在碱的作用下通过丙二烯式中间体发生迁移：

32. (2) 醛、酮的卤化 醛和酮的α位可用溴、氯或碘取代卤化： 在不对称酮中，氯化活性：CH＞CH2＞CH3。 1.2.3 碳作离去基团的反应 脂肪酸的脱羧化： α-氰酸的脱羧化可能给出腈或羧酸

33. 1.2.4在氮上亲电取代反应 (1) 重氮化 芳伯胺与亚硝酸反应时，生成重氮盐的反应。 进攻的试剂是N2O3、NOCl、H2NO2＋， 在高酸度中甚至可能是NO＋ (2) 氧化偶氮化合物 亚硝基化合物和羟胺的缩合，生成氧化偶氮化合物：

34. 1.3 芳香族亲电取代反应 1.3.1 苯的一元亲电取代反应 芳香亲电取代反应机理的通式为： 亲电试剂可以是带正电荷的离子，也可以是极性分子。 σ络合物的共振结构式可用下式表示：

35. (1) л络合物 芳烃与HCl、HBr、Ag＋等相互作用形成л络合物： (2) σ络合物 与缺电子轨道的化合物生成另一种σ络合物

36. (3) 亲电取代反应历程 (4) 亲电取代反应的可逆性 大多数亲电取代反应是不可逆 : 硝化、卤化、C-酰化和偶合 有些亲电取代反应是可逆: C-烷基化、磺化反应

37. (5) 苯环上取代基的电子效应 1. 诱导效应 仅某些带负电荷的取代基和烷基是给电子的 + I效应：－C(CH3)3>－CH2CH3>－CH3 －I效应：－N+(CH3)2 >－NO2>－CN>－F>－Cl>－Br>－I>－OH 2. 共轭效应 给电子共轭效应(＋C) NH2、Cl、OH、OR、OCOR等 吸电子共轭效应(－C) NO2、CN、COOH、CHO、COR等 3. 超共轭效应 超共轭效应一般是给电子：CH3 > CH2 > RCHR2 > CR3 超共轭效应的影响比共轭效应小得多。

38. 1.3.2 苯的二元亲电取代反应 (1) 定位规律 活化基使第二个取代基进入它的邻、对位 钝化基使第二个取代基进入它的间位 (2) 影响苯的二元产物异构体比例的因素 电子效应和空间效应 ① 已有取代基的性质： ② 亲电试剂的性质 ③ 反应的可逆性 ④ 反应条件:主要是温度、催化剂和溶剂的影响

39. 1.3.3. 苯环多元亲电取代的定位规则 ① 苯环上已有取代基的定位效应一致时具有加和性 ② 不一致时，取决于已有取代基定位效应的强弱 通常活化基的定位效应大于钝化基的定位效应； 邻对位基的定位效应大于间位定位基的效应。 活化基的定位效应强弱次序为： O－> NH2 > NR2 > OH > OCH3、NHCOCH3 > CH3 > X ③ 若已有两个钝化基时，很难进入新取代基 ④ 新取代基一般不进入1,3-取代苯的2位

40. 1.3.4 稠环化合物的亲电取代反应 (1) 萘环亲电取代的定位规则 如萘的硝化、氯化、低温磺化 ① 萘的一取代主要发生在α位 ② 可逆的亲电取代中，新取代基会转移到没有空间障碍的β位

41. ③ 已有一个活化取代基在α或β位，新取代基进入同环α位 ④ 萘环上已有钝化取代基在α或β位，新取代基进入异环α位

42. ⑤ 萘的磺化反应中出现例外 ⑥ 萘的多元取代与苯相似，遵循苯的多元取代定位规则

43. (2) 蒽醌环的定位规则 ① 蒽醌进行一取代，新取代基进入α位

44. ② 蒽醌的多元取代的定位规律与萘环基本相似

45. 1.3.5 其它类型的亲电取代反应 (1) 已有取代基的亲电取代(自位取代ispo) 亲电取代反应的难易程度的影响因素： ① 芳环上的电子云密度分布 ② E和Z以亲电质点形式从芳环上脱落下来的相对难易程度

46. (2) 氨基和羟基中氢的亲电取代反应 亲电质点进攻氨基或羟基，而不进攻芳环 氨基的重氮化、氨基或羟基的烷基化和酰基化

47. 1.4 芳香族亲核取代反应 亲核试剂对芳环进攻的反应 亲核取代常用的亲核试剂有以下两类： ① 负离子：OH－、RO－、ArO－、NaSO3－、NaS－、CN－等。 ② 极性分子中偶极的负端： 亲核试剂优先进攻芳环上电子云密度最低的位置，所以芳香族亲核取代反应的难易程度和定位规律恰好和亲电取代反应相反 。

48. 1.4.1 反应历程 (1) 双分子反应 加成－消除机理 最常见的是从被吸电子基活化的卤代物中对卤素置换 (2) 单分子反应 单分子芳香族亲核取代反应分两步进行 消除－加成机理 (3) 通过苯炔中间体的取代 实验证明，若卤苯中卤原子的两个邻位上都有取代基时，则不能发生上述的氨解反应，因而证明反应按照消除－加成或苯炔的历程进行。

49. 苯炔机理

50. 取代卤苯的亲核取代反应的定位效应 ① 邻、对位没有强吸电子基时，反应较难进行 ② 吸电子基在取代基的间位时，对络合物阴离子负电荷的分散作用弱，对反应的活化能影响很小 ③ 同时有卤基和其它吸电子基时，卤基优先 ④ 原有取代基的诱导效应影响加成方向