1、第二章 精細有機合成反應理論主要內容：1 精細有機合成基礎知識(共價鍵 、電子效應、空間效應)2 有機反應理論、類型（取代、加成、消除、重排等反應）3 近代有機合成新技術（微波合成、PTC、電解、超聲波）第一節 精細有機合成基礎知識一 共價鍵及其特性(1)共價鍵：共價鍵是兩個原子的未成對而又自旋相反的電子偶合配對的結果。共價鍵的形成降低了體系的能量，形成穩定的結構。共價鍵有飽和性，方向性(2)共價鍵的性質： 鍵長 鍵角 鍵能 共價鍵的極性和元素的電負性 表征了原子電負性的大小由于成鍵電子云的不完全對稱而呈極性的共價鍵被稱為極性共價鍵，通常用箭頭來表示這種極性鍵，箭頭所指的原子通常是吸引電子能力

2、較強的原子，也就是指向極性鍵中帶部分負電荷的原子 例如：H Cl同一周期而言，原子序數增加，電負性增加；同一主族而言，原子序數增加，電負性降低。常用偶極矩（）表征極性共價鍵的大小偶極矩（）等于正電中心或負電中心的電荷值q(單位：庫侖)與兩個電荷中心之間的距離d(單位：m)的乘積：= q×d鍵型偶極矩/D鍵型偶極矩/D鍵型偶極矩/DCH0.45CBr1.38CO0.74CF1.41CI1.19C=O2.30CCl1.36CN0.22CN3.50二 有機反應中的電子效應與空間效應1. 電子效應 電子效應可用來討論分子中原子間的相互影響以及原子間電子云分布的變化。可分為誘導效應和共軛效應。

3、（1）誘導效應(Induction effect) 在有機分子中相互連接的不同原子間，由于原子各自的電負性不同而引起的連接鍵內電子云偏移的現象，以及原子或分子受外電場作用而引起的電子云轉移的現象稱作誘導效應，用I表示。根據作用特點，誘導效應可分為靜態誘導效應和動態誘導效應。 靜態誘導效應Is ：由于分子內成鍵原子的電負性不同所引起的，電子云沿鍵鏈（包括鍵和鍵）按一定方向移動的效應，或者說鍵的極性通過鍵鏈依次誘導傳遞的效應。這是化合物分子內固有的性質，被稱為靜態誘導效應，用Is表示。誘導效應的方向是通常以CH鍵作為基準的，比氫電負性大的原子或原子團具有較大的吸電性，稱吸電子基，由此引起的靜態誘導

4、效應稱為吸電靜態誘導效應，通常以Is表示；比氫電負性小的原子或原子團具有較大的供電性，稱給電子基由此引起的靜態誘導效應稱為供電靜態誘導效應，通常以+Is表示。其一般的表示方法如下（鍵內的箭頭表示電子云的偏移方向）：誘導效應沿鍵鏈的傳遞是以靜電誘導的方式進行的，只涉及電子云分布狀況的改變和鍵的極性的改變，一般不引起整個電荷的轉移、價態的變化。如：由于氯原子吸電誘導效應的依次傳遞，促進了質子的離解，酸性甲基則由于供電誘導效應的依次誘導傳遞影響，阻礙了質子的離解，酸性。在鍵鏈中通過靜電誘導傳遞的誘導效應受屏蔽效應的影響是明顯的，誘導效應的強弱是與距離有關的，隨著距離的增加，由近而遠依次減弱，愈遠效應

5、愈弱，而且變化非常迅速，一般經過三個原子以后誘導效應已經很弱，相隔五個原子以上則基本觀察不到誘導效應的影響。誘導效應不僅可以沿鍵鏈傳遞，同樣也可以通過鍵傳遞，而且由于鍵電子云流動性較大，因此不飽和鍵能更有效地傳遞。 動態誘導效應Id：在化學反應中，當進攻試劑接近底物時，因外界電場的影響，也會使共價鍵上電子云分布發生改變，鍵的極性發生變化，這被稱為動態誘導效應，也稱可極化性，用Id表示。發生動態導效應時，外電場的方向將決定鍵內電子云偏離方向。如果Id和Is的作用方向一致時，將有助于化學反應的進行。在兩者的作用方向不一致時，Id 往往起主導作用。 誘導效應的相對強度。對于靜態誘導效應，其強度取決于

6、原子或基團的電負性。（a）同周期的元素中，其電負性和Is隨族數的增大而遞增，但+Is則相反。如：Is：FOHNH2CH3（b）同族元素中，其電負性和Is隨周期數增大而遞減，但+Is則相反。如：Is：FClBrI （c）同種中心原子上，帶有正電荷的比不帶正電荷的-Is要強；帶有負電荷的比同類不帶負電荷的+Is要強。例如：Is：+NR3NR2 +Is：OOR（d）中心原子相同而不飽和程度不同時，則隨著不飽和程度的增大，Is增強。Is：=OOR；N=NRNR2 一些常見取代基的吸電子能力、供電子能力強弱的次序如下：Is：+NR3+NH3NO2SO2RCNCOOHFClBrIOArCOORORCORO

7、HCCRC6H5CHCH2H+Is：OCO2C(CH3)3CH(CH3)2CH2CH3CH3H對于動態誘導效應，其強度與施加影響的原子或基團的性質有關，也與受影響的鍵內電子云可極化性有關。（a）在同族或同周期元素中，元素的電負性越小，其電子云受核的約束也相應減弱，可極化性就越強，即Id增大，反應活性增大。如：Id：IBrClF； CR3NR2ORF（b）原子的富電荷性將增加基可極化的傾向。Id：OORO+R2（c）電子云的流動性越強，其可極化傾向也大。一般來說，不飽和化合物的不飽和程度大，其Id也大。Id：C6H5CHCH2CH2CH3（2）共軛效應（conjugative effect） 共

8、軛效應 ：在單雙鍵交替排列的體系中，或具有未共用電子對的原子與雙鍵直接相連的體系中，p軌道與軌道或軌道與軌道之間存在著相互的作用和影響。電子云不再定域在成鍵原子之間，而是圍繞整個分子形成了整體的分子軌道。每個成鍵電子不僅受到成鍵原子的原子核的作用，而且也受分子中其他原子核的作用，因而分子能量降低，體系趨于穩定。這種現象被稱為電子的離域，這種鍵稱為離域鍵，由此而產生的額外的穩定能被稱為離域能（或叫共軛能）。含有這樣一些離域鍵的體系通稱為共軛體系，共軛體系中原子之間的相互影響的電子效應就叫共軛效應。 1,3-丁二烯在靜態時的共軛效應，由于電子離域的結果，單鍵不再是一般的CC單鍵，而表現為鍵長的平均

9、化趨勢，即在C2和C3間也有一定程度的p軌道交蓋。如果共軛鍵原子的電負性不同時，則共軛效應也表現為極性效應，如在丙烯腈中，電子云定向移動呈現正負偶極交替的現象因此共軛效應也是分子中原子之間相互影響的電子效應。與誘導效應不同的是，它起因于電子的離域，而不僅是極性或極化的效應。它不像誘導效應那樣可以存在于一切鍵上，而只存在于共軛體系之中；共軛效應的傳遞方式不靠誘導傳遞而愈遠愈弱，而是靠電子離域傳遞的，對距離的影響是不明顯的，而且共軛鏈愈長，電子離域就愈充分，體系的能量也就愈低，系統也就愈穩定，鍵長的平均化趨勢就愈大。 共軛效應分為靜態共軛效應（以Cs表示），動態共軛效應（以Cd表示）。其中又可細分

10、為：給電子效應的正共軛效應（+Cs，+Cd） 吸電子效應的負共軛效應（Cs，Cd）；靜態共軛效應是共軛體系內在的、永久性的性質，動態共軛效應則是由外電場作用所引起，僅在分子進行化學反應時才表現出來的一種暫時的現象。例如：1,3-丁二烯在基態時由于存在 Cs，表現出體系能量降低，電子離域、鍵長趨于平均化。當其與 HCl 發生加成反應時，由于質子外電場的影響，丁二烯內部發生Cd 效應，分子上電子云沿著共軛鏈發生轉移，出現各碳原子被極化所帶部分電荷正負交替分布的情況，這是動態共軛效應（Cd）所致。在反應中生成的上述活性中間體正碳離子，由于結構上具有烯丙基型正碳離子的p -共軛離域而穩定，并產生了1,

11、2-加成和1,4-加成兩種產物。 共軛體系共軛體系中以p-共軛、-共軛最為常見。（a） -共軛體系。由單鍵雙鍵交替排列組成的共軛體系是由軌道與軌道電子離域的體系稱為-共軛體系。不只雙鍵，其他鍵如叁鍵也可組成-共軛體系，如：（b）p-共軛體系具有處于p軌道的未共用電子對的原子與鍵直接相連的體系，稱為p-共軛體系，如：烯丙基型正離子或自由基也是p-共軛，不同的是體系是缺電子或含有獨電子的p-共軛。烯丙基型正離子、自由基比較穩定，是p-共軛效應分散了正電荷或獨電子性的結果。 共軛效應的相對強度：共軛效應的強弱與組成共軛體系的原子性質、價鍵狀況以及空間位阻等因素有關。靜態共軛效應（Cs）和動態共軛效應

12、（Cd）有相同的傳遞方式，它們的強弱比較次序是一致的。（a）同族元素，隨元素的原子序數增加，正共軛效應+C 減少。其負共軛效應C變大。+C： FClBrI （b）同周期元素，+C效應隨原子序數的增加而變小，而C效應變大：+C： NR2ORF（c）帶正電荷的取代基具有相對更強的C效應，而帶負電荷的取代基具有相對更強的+C效應；+C： OORO+R2（3）超共軛效應 單鍵與重鍵以及單鍵與單鍵之間也存在著電子離域的現象，即出現-共軛和-共軛，一般被稱為超共軛效應。例如丙烯分子中，甲基上的CH鍵可與不飽和體系發生共軛，使鍵和鍵間的電子云發生離域，形成-鍵共軛體系。CH鍵的電子云也可離域到相鄰的空p-軌

13、道或僅有單個電子的p-軌道上，形成-p超共軛效應，使電荷分散，體系穩定性增加。例如：2空間效應：由分子中各原子或基團的空間適配性，或反應分子間的各原子或基團的空間適配性所引起的一種形體效應，其強弱取決于相關原子或基團的大小和形狀。最普通的空間效應是所謂的空間位阻，指體積龐大的取代基直接影響化合物反應活性部位的顯露，阻礙反應試劑對反應中心的有效進攻；也可以指進攻試劑的龐大體積影響其有效地進入反應位置。例如，對烷基苯進行一硝化反應時，隨著烷基基團的增大，硝基進入取代基鄰位的空間位阻也增大，從而使鄰位產物的產率，而對位產物的產率，見下表。烷基苯硝化反應的異物分布化合物環上原有取代基異構體分布%化合物

14、環上原有取代基異構體分布%鄰位對位間位鄰位對位間位甲苯CH358.4537.154.40異丙苯CH(CH3)230.062.37.7乙苯CH2CH345048.56.5叔丁苯C(CH3)30937同樣，在向甲苯分子中引入甲基、乙基、異丙基和叔丁基時，隨著引入基團（進攻試劑）體積的增大，進入甲基鄰位的空間位阻也增大，所以鄰、對位產物比例發生變化，見下表。甲苯烷基化時異物體的分布新引入基團異構體分布%新引入基團異構體分布%鄰位對位間位鄰位對位間位甲基（CH3）58.328.817.3異丙基CH(CH3)237.532.729.8乙基（CH2CH3）452530叔丁基C(CH3)30937又如，鹵代

15、烷與胺類物質進行N-烷化反應時，一般不用鹵代叔烷作烷化劑，這是因為鹵代叔烷的空間位阻大。在反應條件下，鹵代叔烷的反應中心不能有效地作用于氨基，相反，自身卻容易發生消除反應，產生烯烴副產物。三、有機反應試劑 1極性試劑極性試劑是指那些能夠供給或接受電子對以形成共價鍵的試劑。極性試劑又分為親電試劑和親核試劑。（1）親電試劑 親電試劑是從基質上取走一對電子形成共價鍵的試劑。這種試劑電子云密度較低，在反應中進攻其他分子的高電子云密度中心，具有親電性能。包括以下幾類： 陽離子，如NO2 + 、NO+、R+、RC+O、ArN2 + 、R4N+ 等 含有可極化和已經極化共價鍵的分子，如Cl2、Br2、HF、

16、HCl、SO3、RCOCl、CO2等； 含有可接受共用電子對的分子（未飽和價電子層原子的分子），如AlCl3、FeCl3、BF3等； 羰基的雙鍵； 氧化劑，如Fe3+、O3、H2O2等； 酸類； 鹵代烷中的烷基等。由該類試劑進攻引起的離子反應叫親電反應。例如，親電取代、親電加成。（2）親核試劑 能將一對電子提供給底物以形成共價鍵的試劑稱親核試劑。這種試劑具有較高的電子云密度，與其他分子作用時，將進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，如OH、RO、ArO、NaSO 3、NaS、CN等； 極性分子中偶極的負端，N(··)H3、RN(·&#

17、183;)H2、RR´N(··)H、ArN(··)H和N(··)H2OH 等； 烯烴雙鍵和芳環，如CH2=CH2、C6H6等； 還原劑，如Fe2+、金屬等； 堿類； 有機金屬化合物中的烷基，如RMgX、RCCM等。由該類試劑進攻引起的離子反應叫親核反應。例如，親核取代、親核置換、親核加成等。2自由基試劑含有未成對單電子的自由基（也稱游離基）或是在一定條件下可產生自由基的化合物稱自由基試劑。例如，氯分子（Cl2）可產生氯游離基（Cl·）。 四、有機反應溶劑在精細有機合成中，溶劑作為介質，溶解反應物形成均相體系，更重要

18、的是溶劑可以和反應物發生各種相互作用。1 溶劑的分類與性質根據溶劑是否具有極性和能否放出質子，可將溶劑分為4類：極性質子溶劑這類溶劑介電常數(15) ，偶極矩（1.5D2.5D)，具有能電離的質子。水、醇是最常用的極性質子溶劑。它們最顯著的特點是能同負離子或強電負性元素形成氫鍵，從而對負離子產生很強的溶劑化作用。因此，極性質子溶劑有利于共價鍵的異裂，能加速大多數離子型反應。極性非質子溶劑又稱偶極非質子溶劑或情性質子溶劑。其介電常數(15) ，偶極矩（2.5D5.0D)，故具有較強的極性。分子中的氫一般同碳原子相連，由于CH鍵結合牢固，故難以給出質子。常見的偶極非質子溶劑有N,N-二甲基甲酰胺（

19、DMF）、二甲基亞砜（DMSO）、四甲基砜、碳酸乙二醇酯（CEG）、六甲基磷酰三胺（HMPA），以及丙酮、乙腈、硝基烷等。由于這類溶劑一般含有負電性的氧原子（如CO、SO、PO），而且氧原子周圍無空間障礙，因此，能對正離子產生很強的溶劑化作用。相反在這類溶劑的結構中正電性部分一般包藏于分子內部，故難于對負離子發生溶劑化。 非極性質子溶劑 該類溶劑極性很弱，介電常數(915) ，偶極矩（1.5D2.0D)，常見的是一些醇類，如叔丁醇、異戊醇等，它們的羥基質子可以被活潑金屬置換。非極性非質子溶劑 這類溶劑的介電常數（8），偶極矩（02D），在溶液中既不能給出質子，極性又很弱。如一些烴類化合物和醚類

20、化合物等。2 溶劑的使用和選擇 在有機化學反應中溶劑的使用和選擇，除了考慮溶劑對反應的上述影響以外，還必須考慮以下因素：穩定性，溶劑對反應物和反應產物不發生化學反應，不降低催化劑的活性。溶解分散性，溶劑對反應物有較好的溶解性，或者使反應物在溶劑中能良好分散。易回收，溶劑應盡可能不需要太高的技術安全措施。溶劑的毒性小、含溶劑的廢水容易治理。溶劑的價格便宜、供應方便。五、有機活性中間體穩定性原理及應用原料 過渡態 產物若過渡態穩定性大，則反應所需能量低，即活化能越少，反應速率就快，研究過渡態的穩定性非常重要。 根據靜電學的原則，過渡態（帶電體系）的穩定性，決定于體系所帶電荷的分布、分配情況，電荷越

21、易分散，則整個體系就越穩定，反應越容易發生； 從空間結構上講，過渡態（帶電體系）內各原子或原子團間擁擠程度越小，其穩定性也就越高，反應越容易發生。1 正碳離子（C+） 產生方式(a) 中性化合物的異裂直接離子化(b) 正離子對中性分子的加成間接離子化(c) 由其他正離子生成 正碳離子的穩定性與影響因素正碳離子的中心碳原子是缺電子的，顯然任何使正離子中心碳原子上電子云密度增加的結構因素將使正電荷分散，使正碳離子穩定性增高，相反，任何吸電基將使中心碳原子正電荷更集中，而使正碳離子穩定性減小。1） I 效應 推電子基 +I 增加 C+ 穩定性；相反，吸電子基 I 降低 C+ 穩定性。2） 共軛效應

22、C+ 與雙鍵共軛時，穩定性增加，電子離域使正電荷分散，穩定性提高。2 負碳離子 C-烯丙基及芐基正碳離子都是比較穩定的正碳離子。 生成途徑 (a) 碳一氫鍵異裂產生負碳離子(b) 碳一碳鍵異裂產生負碳離子(c) 負離子與CC或CC加成 負碳離子穩定性及影響因素一方面表現在負碳離子是否容易生成，與碳原子相連的氫是否易離去，即酸性的強弱；另一方面表現為生成的負碳離子是否穩定。1） 雜化效應 雜化軌道中s成分越多，則軌道相應越靠近原子核，能量也越低。2）誘導效應：強的吸電基存在，由于分散了負電荷，而使負碳離子穩定。即- Is ， C 穩定 ；相反， + I s ， C 穩定 。 3）共軛效應：連接的

23、鍵(或苯環)越多則離域越充分，負碳離子越穩定。3 自由基 生成方式(a) 熱解；(b) 光解；(c) 氧化還原反應。 自由基的穩定性及影響因素自由基中心單電子定域程度愈高，其穩定性就愈差。自由基的穩定性主要取決于共價鍵均裂的相對難易程度和所生成自由基的結構因素。1） 超共軛效應2） 誘導效應：自由基中心碳原子與鍵共軛時，可以分散獨電子性，而使自由基穩定。第二節 有機反應理論根據原料與產物的關系，有機反應可以分為以下四種：1 取代反應： 親電取代（脂肪族、芳香族）、親核取代（脂肪族、芳香族）、游離基取代；2 加成反應： 親電加成、親核加成；3 消除反應：-消除、-消除反應；4 重排反應： 分子內

24、重排、分子間重排。 一、取代反應取代反應通常是指與碳原子相連的原子或基團被另一個原子或基團所替代的反應。可分為親電取代、親核取代及游離基取代反應三類。其中，比較重要的是脂肪族的親核取代、芳香族的親電取代和親核取代反應。1脂肪族的親核取代反應（SN）Nucleophilic Substitution 應用: 鹵代烴與親核試劑制備醇、醚、腈、胺等。1）脂肪族的親核取代反應(SN)可以用以下通式表達：R-L是受攻擊對象，稱為底物；把進行反應的碳原子稱為中心碳原子；Nu是親核試劑或稱進入基團，親核試劑可以是中性的，也可以帶有負電荷；L為反應中離開的基團，稱為離去基團。2）親核取代反應可概括為下列四種類

25、型： 中性底物與中性親核試劑作用中性底物與負性親核試劑作用正性底物與負性親核試劑作用正性底物與中性親核試劑作用3）反應歷程 在親核取代反應過程中，發生了兩個鍵的變化：斷裂 中心碳原子與離去基團；成鍵 親核試劑與中心碳原子。 有4種反應歷程：（1）雙分子親核取代反應（SN2）（構型倒轉）反應物和親核試劑兩者都參與了生成過渡態的親核取代反應發生SN2的一般通式是：以伯鹵代烷的水解為例：解釋SN2的具體過程親核試劑從離去基團的背面，接近中心碳原子，并與之形成較弱的鍵。由于親核試劑的插入，離去基團與中心碳原子的鍵開始變弱，中心碳原子上的其它三個鍵也逐漸從遠離離去基團的地方向接近離去基團的方向偏移。當這

26、三個鍵同處于一個平面，并垂直于親核試劑、中心碳原子和離去基團三者所連成的直線時，即形成了過渡態。這個過程較慢，是速度控制步驟。當過渡態向產物轉化時，離去基團X離開中心碳原子。同時，處于一個平面內的三個鍵完全轉向另一邊，完成了構型的逆轉。構型逆轉是發生SN2的重要標志。（2）單分子親核取代反應（SN1）(外消旋化)反應速度的慢步驟中只有反應物參加；發生SN1的一般通式是：反應物首先離解為正碳離子（C+）及離去基團（負電荷），此步反應是整個反應的控制步驟。然后，正碳離子（C+）與親核試劑極快結合，是快速反應步驟。（3）離子對歷程 反應物的離解不是一步完成的，而是沿著下列順序逐步離解成離子對，在離解

27、的不同階段形成不同的離子對，同時溶劑參與了這一過程，可表示如下：(4) 分子內的親核取代反應(SNi)歷程 (構型保持)實例：利用醇和亞硫酰氯作用可得到鹵代烷 醇與亞硫酰氯反應發生SN i歷程可表示如下： 4）影響因素 主要有底物的結構、離去基團和親核試劑的性質、濃度以及溶劑的性質等。 反應物的結構反應物的結構對SN1和SN2反應速度有不同的影響：即電子效應和空間效應。SN1由 碳正離子（C+）的穩定性決定；* 正碳離子越穩定，越有利于SN1反應。* 供電誘導效應 ，有利于SN1反應；* 共軛效應，有利于SN1反應；* 當雜原子（O、N、S）直接與中心碳原子相連時，有利于SN1烴基對于SN2反

28、應的影響也是通過電子效應和空間效應實現：* 吸電基團 I, 利于SN2反應；* 空間效應看，取代基團增加，空間位阻大，不利于SN2反應。 離去基團離去基團攜帶著原來共有的一對電子而離去，其接受電子的能力越強，對SN1和SN2反應越有利。易離去的離去基團是強酸的共軛堿,最重要的離去基團是pKa值小于5的酸的共軛堿。一般情況下，離去基團的離去能力的大小順序是： RSO3IBrCl RCOOOHNH2 親核試劑SN2中，親核試劑的性質對反應速度有明顯的影響，在同族元素中，親核試劑隨著原子序數的增大，其給出電子傾向也越大，從而使親核性增強。 IBrClF對同一周期的元素，原子序數越大電負性越強，其給電

29、子的能力越弱，親核性降低。 溶劑效應 按SN1進行的反應，增加溶劑的極性和增強溶劑的離子-溶劑化能力，導致反應速度顯著增大。 按SN2歷程進行的反應 ，對于SN2歷程通常有三種電荷類型：在式(a)中，反應物和產物電荷相等，過渡態也沒有新的電荷產生而只有電荷的分散，故溶劑對此反應的影響較小。在式(b)中，由中性的親核試劑和反應物轉變成離子型產物，在過渡態中有電荷產生，故極性溶劑有利于反應的進行，溶劑的極性越強對反應越有利。在式(c)中，情況與(b)式相反，因此極性溶劑將使反應不利，溶劑的極性越大對反應越不利。5）常見親核試劑的反應舉例 含氧親核試劑的反應 羧酸衍生物的水解、醇解反應； 含硫親核試

30、劑的反應 鹵代烷用亞硫酸鹽反應，可以生成相應的烷基磺酸鹽，它是陰離子表面活性劑中的重要品種之一;環氧化合物用亞硫酸氫鹽處理發生開環生成-羥基磺酸; 含氮親核試劑的反應鹵代烷與氨及胺類物質可發生N-烷化反應；環氧化合物在氮親核試劑如氨的作用下，環氧化合物開環，生成-羥胺 ; 鹵素親核試劑的反應醇與鹵素親核試劑反應合成鹵代烷； 磺酰基硫上的親核取代反應磺酰鹵、磺酸酯、磺酰胺水解成酸.2芳香族的親電取代反應 Electrophilic substitution 芳香族化合物中的芳環上的-電子云高度離域，具有很高的流動性，容易與親電試劑發生親電取代反應。包括磺化、硝化、鹵化、C烷化、C酰化等反應。1）

31、苯的一元親電取代 反應歷程：加成消除歷程-絡合物與-絡合物：芳烴能與親電能力較弱的試劑（如：HCl、HBr、Ag+等）形成-絡合物。芳烴也能與親電能力較強的試劑（如：HCl·AlCl3、HF、HF·BF3等）生成-絡合物。例如：被無水AlCl3強烈極化的HCl中氫原子帶有較多的正電荷，在反應瞬間能以H的形式插入苯環的-電子層里面，奪取一對電子，并與苯環上的某一特定碳原子連接起來，形成鍵。將這類絡合物稱作-絡合物。-絡合物與-絡合物之間存在著平衡：反應歷程 親電試劑進攻芳環時，先形成-絡合物，然后進一步作用，形成-絡合物。該絡合物脫去質子，恢復原芳環結構，從而完成親電取代反應

32、的全過程。對于大多數親電取代反應來說，形成-絡合物是反應速度的控制步驟。一般說來，-絡合物的生成是可逆的，-絡合物的生成是不可逆的，且通常是反應速度的控制步驟。親電取代反應的可逆性 當芳環上引入吸電子基，如硝基、鹵素、酰基等，不可逆；特別注意磺化反應的可逆性引入供電基(如烷基)， 如C烷基化通常是可逆的磺基雖是吸電基，但在磺化液中是以-SO3-形式存在的，當H30+濃度較高和溫度較高時，與-SO3-相近的H30+有可能轉移到芳環中與磺基相連的碳原子上，導致生成原來的-絡合物，以及進一步脫落磺基而轉變為起始的反應物應用：定位，以達到合成一些目的產物的目的；有機化合物的分離和提純。 （2）苯環的親

33、電取代定位規律 進入的位置與已有取代基的性質、親電試劑的性質以及反應條件等因素有關。其中已有取代基的性質最為重要。 取代基的類型及其定位作用將取代基Z按其定位效應，大致分為兩類：鄰、對位定位基（亦稱第一類定位基）間位定位基（亦稱第二類定位基）。屬于第一類取代基的主要有：屬于第二類取代基的主要有： 取代基定位作用的電子效應解釋具有給電子性的取代基，將使所連苯環上的電子云密度增加，尤其在鄰、對位處增加得更多，對苯環有活化作用，有利于親電試劑對這些位置的進攻，所以新引入的取代基主要進入其鄰、對位，因此，具有給電子性的取代基屬于第一類定位基。相反，具有吸電子性的取代基，電子云密度降低，對苯環有致鈍作用

34、，不利于親電試劑的進攻。但相比之下，在間位的電子云密度較高些，所以親電試劑主要進入它的間位，因此，具有吸電子性的取代基屬于第二類定位基。鹵原子比較特殊，作為取代基它最終具有吸電子性，對苯環有致鈍作用。但由于它可與苯環形成p-共軛體系，使得在它的鄰、對位處的電子云密度比間位處稍高些，所以親電性的進攻基團優先進入鹵原子的鄰、對位。鹵原子也屬于第一類定位基苯環上已有兩個取代基時的定位規律：當苯環上已有兩個取代基，需要引入第三個取代基時，新取代基進入苯環的位置主要取決于已有取代基的類型、它們的相對位置和定位能力的相對強弱。一般可分為兩種情況:A兩個已有取代基的定位作用一致當兩個取代基屬于同一類型（都屬

35、于第一類或都屬于第二類）并處于間位時，其定位作用是一致的。例如：從間二甲苯的硝化不難看出，新取代基很少進入兩個處于鄰位的取代基之間的位置，這顯然是空間效應的結果。當兩個取代基屬于不同類型，并處于鄰位或對位時，其定位作用也是一致的。例如： B兩個已有取代基的定位作用不一致：這時新取代基進入苯環的位置將取決于已有取代基的相對定位能力，通常第一類取代基的定位能力比第二類取代基強得多，同類取代基定位能力的強弱與前述兩類定位基的排列次序是一致的。當兩個取代基屬于不同類型，并處于間位時，其定位作用就是不一致的，這時新取代基主要進入第一類取代基的鄰、對位。例如： 當兩個取代基屬于同一類型，并處于鄰、對位時，

36、其定位作用也是不一致的，這時新取代基進入的位置取決于定位能力較強的取代基。例如：如果兩個取代基的定位能力相差不大，則得到多種異構產物的混合物。例如：3芳香族的親核取代反應：芳香族的親核取代是親核試劑對芳香環進攻的反應，它是通過親核試劑優先進攻芳環上電子云最低的位置而實現的。親核試劑的兩大類：其是負離子，如：OH-，NH2- ，RO- ，CN-等；其是帶有未共用電子對的中性分子，如：NH3，H2O，NH2NH2離去基團多是一些電負性基團，如：X，N2+ ，OR，OH，NO2 等。 芳香族親核取代反應可分為三種：芳環上氫的親核取代芳環上已有取代基的親核取代（本質上為親核置換）；通過苯炔中間體的親核

37、取代。芳香族親核取代反應歷程大致可分為以下三類。（1）加成-消除歷程（雙分子歷程）SNAr1反應分兩步進行，第一步是親核試劑Nu進攻芳環形成芳負離子，這個過程是速度控制步驟。第二步芳負離子解離下原取代基Z完成親核取代過程。當被置換基團Z的鄰、對位有吸電子基團時，與Z相連的碳原子上的電子云密度下降更多，有利于芳負離子的電荷分散，對反應有利。反之，在Z的鄰、對位有給電子基團時，不利于反應的進行。例如：（2）單分子歷程 SNAr1重氮基的親核置換屬于單分子歷程。實例：重氮鹽的水解和酸解。 重氮鹽首先分解產生芳基正離子，此步反應為慢反應，是反應的控制步驟。隨后是芳基正離子與水或醇反應生成酚或醚。反應速

38、度與親核試劑的濃度無關。（3）消除-加成歷程（苯炔歷程）首先是反應物在親核試劑作用下進行消除反應，生成苯炔中間體，然后苯炔中間體再與親核試劑進行加成反應，生成取代產物。反應時由于生成了中間體 苯炔，故稱苯炔歷程。在正常情況下，未被活化的芳基鹵化物對一般的親核試劑表現為惰性，但對強堿，且具親核性的試劑則表現明顯的活性。如 氯苯在液氨中可用KNH2氨解；也可在高溫高壓的條件下，用10%15%的NaOH溶液處理，以羥基置換氯原子。反應活性反應物的結構的影響。 SNAr2歷程電子效應：當芳環上有吸電基時，尤其在離去基團的鄰和對位，反應加速；相反，供電基的存在則使反應受阻。 空間效應也起一定作用。阻礙反

39、應 SNAr1歷程 在環上有供電基時，尤其是在重氮基的間和/或對位，有利于重氮基被親核試劑取代，當環上有吸電基時，不利于親核取代反應的進行。 苯炔歷程對于一取代苯，取代基是離去基團時，親核試劑進入苯環的位置有二：一是原取代基所在的位置，二是原取代基的鄰位，且機會均等。 對于二取代苯，其中一個取代基是離去基團時，親核試劑進入苯環的位置與取代基(非離去基團)的性質以及取代基與離去基團的相互位置有關。A、當離去基因的鄰和對位有取代基時(即鄰和對二取代苯)，只生成一種苯炔中間體： 主要依賴于Z的誘導效應。親核試劑與苯炔作用生成的負碳離子越穩定則越容易生成： B、當間位有取代基時(即間二取代苯)，可以生

40、成兩種不同的苯炔中間體：Z是吸電基時，有利于鄰位氫的除去；Z是供電基時，有利于對位氫的除去。離去基因的影響常見的連在芳環上的離去基團按其活潑性可排列如下 ：親核試劑的影響親核試劑親核性的近似順序是： 四 脂肪族親電取代反應1 H作為離去基團 雙鍵或三鍵的遷移：許多不飽和鍵(雙鍵、叁鍵)化合物用強堿處理后，分子中的雙或叁鍵往往發生遷移，是親電取代伴有烯丙式重排分子中的雙或叁鍵發生遷移是親電取代伴有烯丙式重排如果新雙鍵能與早已存在的雙鍵共軛，或與芳環共軛，則就以上述方式反應。通常末端烯能異構化為內烯；非共軛烯成為共軛烯；外向六員環烯變為內向六員環烯等。 醛、酮的鹵化醛、酮的-位可用溴、氯或碘取代鹵

41、化：發生上述鹵化反應的其實不是醛、酮本身，而是對應的烯醇或烯醇式離子。催化劑的目的是提供少量的烯醇。 乙酰乙酸乙酯亞甲基活潑氫的反應乙酰乙酸乙酯分子中亞甲基上的氫原子因受相鄰的兩個羰基的影響，很活潑，與醇鈉等強堿作用時，可被鈉置換生成乙酰乙酸乙酯鈉鹽。再與鹵烴作用，則最后生成烴基取代乙酰乙酸乙酯的-H的一烴取代物。一烴取代能再和醇鈉、鹵烴作用生成二烴基取代物。乙酰乙酸乙酯在有機合成上的應用較廣。它通過上述的-C的烴基化后，再進行酸式或酮式分解，就可制取甲基酮、二酮、一元或二元羧酸。此外，還可用來合成酮酸及其他環狀或雜環化合物。 2) C作為離去基團：碳作離去基團的反應中發生CC鍵的分裂，把保留

42、電子對的部分看作底物，因此可以認為是親電取代。 脂肪酸的脫羧反應：在脂肪酸的或位有吸電基團(如：-COOH,-CN ,-N02，-Ar等)或雙鍵及叁鍵的，易發生脫羧反應。 二、加成反應：加成反應可分為3種類型：親電加成、 重鍵與H+ 的加成；親核加成、 羰基的加成；游離基加成、雙鍵與鹵素的加成。1親電加成 親電加成反應大多發生在碳-碳重鍵上。烯烴和炔烴分子容易受親電試劑的進攻，發生親電加成反應。 常見的親電試劑有：強酸（如硫酸、氫鹵酸）、Lewis酸（如FeCl3、AlCl3、HgCl2）、鹵素、次鹵酸、鹵代烷、卡賓、醇、羧酸和羧酰氯等。反應歷程：分兩步進行：首先底物與親電試劑作用生成碳正離子

43、(C+)中間體, 然后此中間體與反離子作用生成產物。如：影響因素A 電子效應：存在給電子基團（+I）時，可提高親電加成反應速度； 連有吸電子基團（-I）時，親電加成反應較困難。含有取代基的烯烴進行親電加成反應的活性順序為：B 空間效應：碳正離子的空間位阻越大，越不利于加成反應，而有利于消除反應的進行。如：2親核加成以羰基化合物的親核加成最為重要。在羰基中，氧的電負性比碳的電負性大得多，由于極化作用，羰基碳原子帶有部分正電荷，而氧原子帶有部分負電荷。在一般的情況下，羰基中帶有部分負電荷的氧原子的穩定性比帶部分正電荷的碳原子高得多，所以羰基碳可以與親核試劑發生親核加成反應。例如：其中，親核試劑CN

44、對羰基C原子的進攻是反應速率控制步驟。影響因素包括親核試劑的性質、羰基碳原子的缺電子性以及羰基鄰位的空間位阻等。一般來說，進攻試劑的親核性越強、羰基碳原子的缺電子程度越高、羰基鄰位基團越小，越有利于親核加成反應的進行。不同羰基化合物的反應活性順序為：3游離基加成：碳-碳雙鍵可與游離基發生加成反應。反應試劑可在引發劑、光照或高溫的作用下產生游離基，然后對重鍵進行加成，它們都是連鎖反應。重要的游離基加成反應有：1）鹵素與鹵化氫對碳碳重鍵的加成；2）游離基的聚合反應。三、消除反應：消除反應發生時，有兩個原子或基團同時從分子中脫去，消除反應可分為-消除和-消除。1-消除反應：-消除反應大多是從兩個相鄰

45、的碳原子上脫去兩個原子或基團，形成一個新的不飽和化合物的過程。如：兩個相鄰的原子一般為碳原子，但其中的一個也可以是氧、硫和氮等原子，因此在消除產物中可相應地形成碳-碳、碳-氧、碳-硫和碳-氮等雙鍵。（1）-消除的反應歷程 ：可分為雙分子歷程（E2）和單分子歷程（E1）。雙分子消除反應歷程（E2）。雙分子消除反應一般在強堿性試劑的作用下進行。當親核性的堿性試劑B接近-H時，在B和H間形成微弱鍵的同時，原有CH鍵、CX鍵減弱而形成過渡態，而后發生CH鍵和CX鍵同時斷裂，構成烯鍵。該反應為二級反應。可見E2歷程與SN2歷程很相似；在飽和碳原子上的親核取代常伴有消除反應發生。對于E2歷程-消除，其親核

46、試劑的堿性越強，離去基團攜帶電子離去的能力就越大，越有利于反應的進行。鹵代烷中作為離去基團的鹵素的離去能力的大小順序是：IBrClF不同結構的烷基發生消除反應由易到難的順序是：叔烷基仲烷基伯烷基 單分子消除反應歷程（E1）單分子消除的反應分兩步進行：首先是離去基團攜帶一個電子離去，形成碳正離子，然后消除質子形成烯烴。形成碳正離子的過程是速度控制步驟，該反應為一級反應。碳正離子的穩定性高，有利于反應的進行。烷基中，叔碳正離子的穩定性最高，仲位次之，伯位最差。在進行E1反應時，常伴有SN1反應。哪種反應占優，往往與溶劑的極性、反應物的性質、試劑的性質以及反應條件等因素在關。（2）-消除反應的定向法

47、則 查依采夫（Saytzeff）法則：從鹵代烷消除鹵化氫時，氫從含氫最少的碳原子上消除，主要生成不飽和碳原子上連有烷基數目最多的烯烴。例如：霍夫曼（Hofmann）法則：季銨堿分解時，主要生成在不飽和碳原子上連有烷基數目最少的烯烴。研究表明，在E2歷程中季銨堿消除按霍夫曼法則，鹵代烷消除按查依采夫法則；而在E1歷程的反應中按查依采夫法則。 若分子中已有一個雙鍵（C=C，C=O）消除反應后形成新的雙鍵位置，不論何種消除歷程，均以形成共軛雙鍵產品占優勢。例如：2-消除反應：在同一碳原子上消除兩個原子或基團的反應稱為-消除，也叫1,1-消除反應。產物是卡賓（一種高度活潑的缺電性質點）。如氯仿在堿催化

48、作用下，發生-消除反應，生成二氯卡賓（又稱二氯碳烯）。第二步形成卡賓的過程是速度控制步驟。二氯卡賓很活潑，難以分離得到，但能水解生成酸。卡賓的用途：卡賓具有特殊的價鍵狀態和化學結構，可以發生多種化學反應。如能與多種單鍵發生插入反應而增鏈、可與碳碳雙鍵進行親電加成反應而成環、能與芳香族化合物發生加成反應而擴環等。四、重排反應重排反應是指在一定的反應條件下，有機化合物分子中的某些基團發生遷移或分子內碳原子骨架發生改變，形成一種新的化合物的反應。重排反應可以分為分子內重排和分子間重排。1分子內的重排：發生分子內重排反應時，基團的遷移僅發生在分子的內部。分為分子內親電重排和分子內親核重排兩類。（1）分

49、子內親核重排：發生在分子內鄰近兩個原子間的基團遷移（1,2-遷移）例如，新戊基溴在乙醇中的分解：（2）分子內親電重排：分子內親電重排反應多發生在苯環上。常見的有聯苯胺重排、N-取代苯胺的重排和羥基的遷移等。氫化偶氮苯在酸的作用下，可發生重排反應生成聯苯胺；應用：由硝基化合物制備聯苯胺，聯苯胺是制備偶氮染料的重要中間體。硝基化合物在強堿性介質中用鋅粉還原生成氫化偶氮化合物，再生成聯苯胺系化合物。硝基化合物首先還原生成亞硝基、羥胺化合物，再在堿性介質中反應得到氧化偶氮化合物。氧化偶氮化合物進一步還原成氫化偶氮化合物。氫化偶氮化合物在酸性介質中進行重排，得到聯苯胺系化合物。 N-取代苯胺在酸性條件下

50、，可發生取代基從氮原子上遷移到氮原子的鄰位、對位上的反應。例如，亞硝基的遷移。 苯基羥胺在稀硫酸作用下，可發生OH的遷移，即OH作為親核質點從支鏈遷移到芳環上，生成氨基酚。2分子間的重排：分子間的重排可看作是幾個基本過程的組合。例如，N-氯代乙酰苯胺在鹽酸的作用下發生重排：先是發生置換反應產生分子氯，然后，氯與乙酰苯胺進行親電取代反應得到產物。五、游離基反應游離基反應也稱自由基反應。它是有機合成中一類重要的反應，許多反應，尤其是高溫或氣相反應大多是屬于游離基反應。通過游離基反應，可形成CX、CO、CS、CN和CC鍵等，以制取各種精細有機化工產品。例如，鹵素對烷烴或芳烴側鏈的鹵化制鹵代烷或鹵代側

51、基芳烴，不飽和烴的加成鹵化制鹵代烴，直鏈烷烴的磺氧化和磺氯化制烷基磺酸鹽等。1游離基反應和游離基的形成（1）游離基反應歷程 游離基反應是通過共價鍵均裂進行的，成鍵的一對電子平均分給兩個原子或原子團： A : BAB均裂生成的帶單電子的原子或原子團稱為游離基或自由基，游離基是游離基反應的活性中間體，只有極少數的自由基能穩定存在。自由基反應是快速連鎖反應。其反應歷程包括鏈引發、鏈增長和鏈終止三個步驟。以甲烷氯化為例：鏈引發 Cl22Cl鏈增長 Cl CH4 CH3· HCl CH3· Cl2 CH3ClCl鏈終止 ClCl Cl2 CH3· Cl CH3Cl CH3&

52、#183; CH3 CH3CH3酚類、醌類、二苯胺等物質是游離基反應的有效抑制劑，它們能非常快地與游離基反應，使游離基反應終止。如果反應體系中有抑制性物質存在，只有等這些物質全部消耗后，才能開始鏈增長反應。（2）游離基的形成常用的方法有三種：熱解、光解和電子轉移法。熱解法。化合物受熱到一定溫度發生熱離解，產生游離基。不同化合物的熱離解所需溫度不同。含有弱鍵的化合物，如過氧化苯甲酰（含有OO弱鍵的過氧化合物）及偶氮二異丁腈（含有CNNC弱鍵的偶氮類化合物），在較低溫度下就可以熱解產生游離基。因此，它們都是常用的引發劑。例如：光解法在適當波長的光的照射下都可以產生游離基。光解可在任何溫度下進行，且

53、能通過調節光的照射強度控制生成游離基的速度電子轉移法重金屬離子具有得失電子的性能，常被用于催化某些過氧化物的分解或促使帶弱鍵的化合物分解，從而產生游離基。例如：2游離基反應的幾種類型（1）取代反應和加成反應 游離基有一個未配對的電子，它與電子完全配對的分子反應時，一定是產生一個新的游離基，或一個新的游離基和一個穩定分子。例如：（2）偶聯和歧化 兩個游離基相遇，偶聯生成穩定分子，常伴隨產生新的共價鍵。有時，一個游離基可以從另一個游離基的-碳上奪取一個質子，生成穩定的化合物，另一個游離基則變成不飽和化合物。（3）碎裂和重排 有的游離基在生成后容易碎裂成一個穩定分子和一個新的游離基，斷裂的共價鍵往往

54、是未配對電子所在原子的位。（4）氧化還原反應 游離基與適當的氧化劑或還原劑作用，可以氧化成正離子或還原成負離子。第三節 近代有機合成新技術隨著科學技術的進步，許多新技術已在精細有機合成中得到廣泛的應用，尤其是近30年來，隨著環保意識的增強，可持續發展戰略的實施，對有機合成提出了更高的要求，目前，向高效、環保、高選擇性、高效率的方向發展，并取得了顯著成效。相轉移催化、微波輔助合成、超聲波、離子液體等新技術。 一、相轉移催化技術(PTC)：在有機合成中，當反應體系是非均相體系時，處于不同相的反應物之間彼此不能接觸，從而使反應效果不佳或根本不反應。此時，若在反應體系中加入少量“相轉移催化劑”（pha