精细化学品合成原理-第2章-精细有机合成基础1-1课件.ppt

1、12022-12-7复习提问 书P4习题1-1:各个化工原料主要来自哪种资源？（1）甲烷 （2）CO（3）乙炔 （4）乙烯（5）固态蜡 （6）长链脂肪酸（7）苯 （8）萘22022-12-732022-12-7一、极性一、极性试剂的分类试剂的分类 极性试剂是指那些能够供给或接受一对电子以形成共价键的试剂。极性试剂：亲电试剂和亲核试剂。42022-12-71 亲电试剂亲电试剂亲电试剂是从基质上取走一对电子形成共价键的试剂。这种试剂电子云密度较低，应中进攻其他分子的高电子云密度中心，具有亲电性能，包括以下几类：阳离子：NO2+、NO+、R+、R-C+=O、A rN2+、R4N+等；含有可极化和已经

2、极化共价键的分子：Cl2、Br2、HF、HCl、SO3、RCOCl、CO2等；含有可接受共用电子对的分子（未饱和价电子层原子的分子）：AlCl3、FeCl3、BF3等；羰基的双键。氧化剂：Fe3+、O3、H2O2等。酸类。卤代烷中的烷基：R-X。52022-12-72 亲核试剂亲核试剂把一对电子提供给基质以形成共价键的试剂称亲电试剂。这种试剂具有较高的电子云密度，与其它分子作用时，将进攻该分子的低电子云密度中心，具有亲核性能，包括以下几类：阴离子；0H、RO、ArO、NaSO、NaS、CN等。极性分子中偶极的负端：NH3、RNH2、RRNH、ArNH和NH2OH等；烯烃双键和芳环；CH2CH2

3、，C6H6等还原剂：Fe2+、金属等。碱类。有机金属化合物中的烷基：RMgX等2022-12-76第第2 2章章精细有机合成基础精细有机合成基础 二二、基基本本有有机机化化学学反反应应1、加成反应：亲电加成、亲核加成和 自 由基加成。由亲电试剂的进攻 而 进行 的 加成反应。发 生 在烯烃和炔烃上。遵循马 氏 规则，即氢加到含氢较多的双键碳原子 上。烯烃加卤素、卤化氢、硫酸、次卤酸、水，炔烃加卤素、卤化氢、水 以及共轭双烯的1，2和1，4加成 亲电加成反应时，双键上电 子 云密度越大，反应越容易进行。亲亲电电加加成成72022-12-7 二二、基基本本有有机机化化学学反反应应1、加成反应：亲电

4、加成、亲核加成和 自 由基加成。由亲核试剂进攻 而 进行 的 加成反应。发 生 在酮或醛的羰基上（CO）羰基化合物与氰氢酸、亚硫酸氢钠、醇、格 氏 试剂的加成 羰基化合物进 行 亲核加成反应的活性顺序为：HCHOCH3CHORCHOC6H5CHOCH3COCH3 RCOCH3C6H5COCH3C6H5COC6H5 亲亲核核加加成成82022-12-7 二二、基基本本有有机机化化学学反反应应1、加成反应：亲电加成、亲核加成和 自 由基加成。由 自 由基引发而 进 行的 加 成反应。烯烃在过氧化物存在下与溴化氢进 行 的加成是自 由 基加成。反马 氏 规则，即氢加到含氢较少的双键碳原子 上。自自

5、由由基基加加成成此外还有：不饱和烃的催化氢化，共轭二烯的双烯合成等92022-12-72、取代反应：亲电取代、亲核取代、自 由基取代 二二、基基本本有有机机化化学学反反应应 由亲电试剂的进攻 而 引发的取代反应 苯环上的卤化、硝化、磺化、付氏烷基化和酰基化 注意苯环上有致钝基团时不能进 行 付氏 反 应 苯环上进行烷基化时会发生 异 构化现象。亲电取代102022-12-72、取代反应：亲电取代、亲核取代、自 由基取代 二二、基基本本有有机机化化学学反反应应 由亲核试剂的进攻 而 引起的取代反应 卤代烃的 水 解、醇解、氰解、氨解，醇与氢卤酸的反应，醚键的断裂，分为单分 子（SN1）和双分 子

6、（SN2）伯卤代烃易按SN2反应，叔卤代烃按SN1反应，仲卤代烃多后者。SN1反应 支 链越多活性越强，SN2反应 支 链越多，反应活性越弱。碱性条件下卤代烃的取代和消除是互相竞争的，叔卤代烃容易发 生 消除，伯卤代烃易发生 取 代，强碱（如醇钠）有利于消除，高温有利于消除。亲核取代112022-12-72、取代反应：亲电取代、亲核取代、自 由基取代 二二、基基本本有有机机化化学学反反应应 由 自 由基的引发而 进 行的 取 代 烷烃的卤代，烯烃和烷基苯的卤代 反应条件是 高 温、光照或过氧化物存在。自 由基的稳定性：烷基越多，稳定性越 大。自 由基的稳定次序为：叔仲伯CH3 自 由基取代12

7、2022-12-73、氧化还原反应 二二、基基本本有有机机化化学学反反应应 烯、炔、芳烃侧链、醇、酚、醛、酮 常 用 的氧化剂，如高 锰 酸钾、重铬酸钾的硫酸溶液、氧气（空 气）、臭氧以及土 伦 试剂、菲林试剂、次卤酸钠等。应 用：推测烯烃的结构，土 伦 试剂和菲林试剂的氧化可 用 来鉴别醛和酮等氧化反应132022-12-73、氧化还原反应 二二、基基本本有有机机化化学学反反应应 不饱和烃的催化氢化、醛、酮、羧酸及酯还原为醇 常 用 的还原剂，如H2/Ni、Na+C2H5OH、Fe+HCl、NaBH4、LiAlH4、异丙醇/异丙醇铝等 羰基还原为亚甲基的两种 方 法还原反应142022-12

8、-7本章教学基本内容和要求本章教学基本内容和要求教学重点：教学重点：芳香族亲电取代反应及定位规律芳香族亲电取代反应及定位规律 精细有机合成中的溶剂效应精细有机合成中的溶剂效应n1.芳香族亲电取代的定位规律芳香族亲电取代的定位规律n2.化学反应的计量学化学反应的计量学n3.化学反应器化学反应器n4.精细有机合成中的溶剂效应精细有机合成中的溶剂效应n5.气气固相接触催化固相接触催化n6.相转移催化相转移催化n7.均相配位催化均相配位催化n8.电解有机合成电解有机合成152022-12-72.1 芳香族亲电取代的定位规律芳香族亲电取代的定位规律162022-12-7一、反应历程一、反应历程以苯的一元

9、亲电取代为例，其反应过程可表示如下：以苯的一元亲电取代为例，其反应过程可表示如下：络合物络合物又叫惠兰特中间体或碳正离子中间体又叫惠兰特中间体或碳正离子中间体+E+E+EH+-H+E络合物络合物快慢EH+EH+EH+K-1k1k2化学反应所经历的途径或过程，又称反应机理。化学反应所经历的途径或过程，又称反应机理。172022-12-7图图2-1 苯系亲电取代的能量变化图苯系亲电取代的能量变化图E3182022-12-7二、苯的二元亲电取代反应二、苯的二元亲电取代反应1、概念、概念 苯的二元亲电取代是指一元取代苯再进行第二次亲电取代苯的二元亲电取代是指一元取代苯再进行第二次亲电取代的反应。在绝大

10、多数情况下，反应的结果是苯环上的另一个氢的反应。在绝大多数情况下，反应的结果是苯环上的另一个氢被取代成为二元取代苯。被取代成为二元取代苯。BAABABAB+192022-12-72、单环芳烃二元亲电取代反应的定位规律、单环芳烃二元亲电取代反应的定位规律1、定位规律、定位规律EAAEAEAE+决定反应的难易决定反应的难易以苯的相对反应速率为标准，以苯的相对反应速率为标准，分为分为和和决定反应的位置决定反应的位置以邻对位产率以邻对位产率60%为标准，为标准，分为分为和和理论平均值：理论平均值：定位定位基团基团202022-12-7表表2-1 邻、对位定位基和间位定位基邻、对位定位基和间位定位基定位

11、定位效应效应强度强度取代基取代基电子效应电子效应综合综合性质性质邻邻、对对位位定定位位最强最强-O-给电子诱导效应、给电子诱导效应、给电子共轭效应给电子共轭效应活活化化基基强强NR2、NHR、NH2、OH、OR吸电子诱导效应小于给吸电子诱导效应小于给电子共轭效应电子共轭效应*给电子诱导效应，给电子诱导效应，给电子超共轭效应给电子超共轭效应中中OCOR、NHCOR弱弱NHCHO、C6H5、CH3*、CR3*弱弱F、Cl、Br、I、CH2Cl、CH=CHCOOH、CH=CHNO2吸电子诱导效应大于给吸电子诱导效应大于给电子共轭效应电子共轭效应间间位位定定位位强强COR、CHO、COOR、CONH2

12、、COOH，SO3H、CN、NO2、CF3*、CCl3*吸电子诱导效应、吸电子诱导效应、吸电子共轭效应吸电子共轭效应*只有吸电子诱导效应只有吸电子诱导效应钝钝化化基基最强最强NH3+、NR3+吸电子诱导效应吸电子诱导效应212022-12-7三、苯环上的已有取代基的定位规律及影响因素三、苯环上的已有取代基的定位规律及影响因素1 1、已有取代基的电子效应、已有取代基的电子效应诱导效应诱导效应(Inductive effect)（I）：）：由电负性大小决定。由电负性大小决定。共轭效应（共轭效应（T T）：）：包括包括-共轭和共轭和p-p-共轭。共轭。I:I:供电子供电子-I:-I:吸电子吸电子T:

13、T:供电子供电子-T:-T:吸电子吸电子222022-12-7n有有+I，无，无T：如如-C2H5，-CH3（1）使）使-配合物稳定，活化苯环；配合物稳定，活化苯环；（2）使邻、对位取代产物更稳定；）使邻、对位取代产物更稳定；（3）为）为邻、对位定位基邻、对位定位基。C:C:I:I:-CH3是斥电子基CHHH超共轭使苯环上电子云密度使苯环上电子云密度+C、+I同 向，都使苯环上电子云+C、+I同 向，都使苯环上电子云密度密度CHHH232022-12-7n有有-I，无，无T：如如-N+(CH3)3、-CF3、-CCl3等等（1）使）使-配合物均不稳定，使苯环钝化；配合物均不稳定，使苯环钝化；（

14、2）使邻、对位取代产物更不稳定；）使邻、对位取代产物更不稳定；（3）为）为间位定位基间位定位基。242022-12-7n有有-I，-T：如如-NO2、-CN、-COOH、-CHO等等（1）诱导效应与共轭效应作用一致；）诱导效应与共轭效应作用一致；（2）则使苯环钝化；）则使苯环钝化；（3）间位定位基间位定位基。252022-12-7n有有+I，+T：如如-O-、-CH3（1）共轭效应与诱导效应作用一致；）共轭效应与诱导效应作用一致；（2）则使苯环活化；）则使苯环活化；（3）邻、对位定位基邻、对位定位基。262022-12-7n有有-I，+T，且，且|-I|+T|：如如-F,-Cl,-Br,-I等

15、等（1）总效果使苯环电子云密度降低；）总效果使苯环电子云密度降低；（2）使取代基邻、对位电子云密度低于间位；）使取代基邻、对位电子云密度低于间位；（3）邻、对位定位基邻、对位定位基。ClNH2O=N O+0.0041+4.46+0.0202-0.0030-0.02+0.260+0.191+0.270282022-12-7两类定位基：两类定位基：n邻、对位定位基（第一类定位基）：邻、对位定位基（第一类定位基）：-O-,-N(CH3)2,-NH2,-OH,-OCH3,-NHCOCH3,-OCOCH3,-F,-Cl,-Br,-I,-CH3,-CH2Cl,-CH2COOH,-CH2F等。等。n间位定位

16、基（第二类定位基）：间位定位基（第二类定位基）：-N+(CH3)3,-CF3,-NO2,-CN,-SO3H,-COOH,-CHO,-COOCH3,-COCH3,-CONH2,-N+H3,-CCl3等。等。292022-12-7练习练习1：指出下列物质取代反应的位置：指出下列物质取代反应的位置COCH3CH2CH3SO3H练习练习2：排出下列物质取代反应的难易顺序：排出下列物质取代反应的难易顺序CH3BrNO2OHCHOH302022-12-72 2、已有取代基的空间效应、已有取代基的空间效应n已有取代基的空间效应已有取代基的空间效应 Ro/p-CH31.66-C2H50.90-CH(CH3)2

17、0.41-C(CH3)30.12(1)(1)在极性效应相差不在极性效应相差不大时，大时，已有取代基体积已有取代基体积越大，邻位异构产物的越大，邻位异构产物的比例越小。比例越小。表表 一硝化（一硝化（AcONO2,0),0)产物异构体比例产物异构体比例R312022-12-7(2)当当极性效应极性效应起主导作用时，结果可能相反。起主导作用时，结果可能相反。Xo/p-F0.15-Cl0.55-Br0.77-I0.83 表表 一一 硝化（硝化（HNO3,67.5%H2SO4,25)产物异构体比例产物异构体比例X322022-12-73 3、亲电试剂的活泼性（电子效应）、亲电试剂的活泼性（电子效应）n

18、亲电试剂的亲电试剂的活泼性越高活泼性越高，亲电取代，亲电取代反应速度反应速度越快越快，反应的，反应的选择性越低选择性越低。n亲电试剂的亲电试剂的活泼性越低活泼性越低，亲电取代，亲电取代反应速度反应速度越低，越低，反应的反应的选择性越高选择性越高。332022-12-7异构产物异构产物比例，比例，反应类型反应类型氯化氯化C-酰化酰化C-烷化烷化反应条件反应条件Cl2(CH3COOH,25)CH3COCl(AlCl3,C2H4Cl2,25)C2H5Br(GaBr3,C6H5CH3,25)kT/kB3401282.47表表 亲电试剂活泼性的影响亲电试剂活泼性的影响H3C59.80.539.7H3C1

19、.171.2597.6H3C38.421.040.6342022-12-74 4、亲电试剂的空间效应、亲电试剂的空间效应5 5、新取代基的空间效应、新取代基的空间效应 亲电试剂新引入取代基的体积越大，邻位产物越少。亲电试剂新引入取代基的体积越大，邻位产物越少。表表 甲苯甲苯C-烷化反应新引入基团对异构体比例的影响烷化反应新引入基团对异构体比例的影响新引入新引入基团基团反应条件反应条件异构产物比例，异构产物比例，邻位邻位间位间位对位对位CH3CH3Br(GaBr3,C6H5CH3,45)55.79.934.4C2H5C2H5Br(GaBr3,C6H5CH3,25)38.421.040.6CH(C

20、H3)2CH(CH3)2Br(GaBr3,C6H5CH3,25)26.226.247.2C(CH3)3C(CH3)3Br(GaBr3,C6H5CH3,25)032.167.9352022-12-72.1 芳香族亲电取代的定位规律芳香族亲电取代的定位规律6 6、反应的可逆性、反应的可逆性p 对于不可逆的亲电取代反应，电子效应对定位起主导作对于不可逆的亲电取代反应，电子效应对定位起主导作用，即各异构产物的生成比例主要取决于各异构物的用，即各异构产物的生成比例主要取决于各异构物的配合物中间体的相对稳定性。配合物中间体的相对稳定性。p 对于可逆反应（亲电取代反应），则是空间效应对定位对于可逆反应（亲电

21、取代反应），则是空间效应对定位效应起主要作用，即各异构产物的生成比例主要取决于效应起主要作用，即各异构产物的生成比例主要取决于各异构产物之间的空间位阻和平衡关系各异构产物之间的空间位阻和平衡关系。362022-12-72.1 芳香族亲电取代的定位规律芳香族亲电取代的定位规律6 6、反应的可逆性、反应的可逆性p 对于不可逆的亲电取代反应，电子效应对定位起主导作对于不可逆的亲电取代反应，电子效应对定位起主导作用，即各异构产物的生成比例主要取决于各异构物的用，即各异构产物的生成比例主要取决于各异构物的配合物中间体的相对稳定性。配合物中间体的相对稳定性。p 对于可逆反应（亲电取代反应），则是空间效应对

22、定位对于可逆反应（亲电取代反应），则是空间效应对定位效应起主要作用，即各异构产物的生成比例主要取决于效应起主要作用，即各异构产物的生成比例主要取决于各异构产物之间的空间位阻和平衡关系各异构产物之间的空间位阻和平衡关系。372022-12-7n温度温度 （1 1）通常情况下，）通常情况下，温度升高温度升高，亲电取代亲电取代反应活性增反应活性增高，选择性下降高，选择性下降。NO2NO2NO2NO2NO2NO2NO2混酸混酸硝化硝化0 5 94 140 7 91 290 13 85 27 7、反应条件的影响、反应条件的影响382022-12-7 （2）使不可逆的磺化、使不可逆的磺化、C-烷化反应转变

23、为可逆反应，烷化反应转变为可逆反应，从而影响产物异构体的比例。从而影响产物异构体的比例。CH3CH3SO3HCH3SO3HCH3SO3HCH3SO3HCH3SO3HCH3SO3H043%4%53%4.3%54.1%35.2%200实例实例1 1：磺化磺化磺化磺化392022-12-7实例实例2 2：CH3CH3CH(CH3)2CH2=CH-CH3CH3CH(CH3)2CH(CH3)2CH3CH2=CH-CH3CH3CH(CH3)2CH3CH(CH3)2CH(CH3)2CH3AlCl3,034%25%41%AlCl3,11012%6570%2830%402022-12-7n反应介质反应介质NH

24、COCH3NHCOCH3NO2NHCOCH3NO2NHCOCH3NO2硝化硝化反应介质反应介质+乙酸酐乙酸酐 约约9292 少量少量 约约8 8 硫酸硫酸 约约3030 少量少量 约约7070412022-12-7n催化剂的影响催化剂的影响 （1 1）改变改变E+的极性效应或空间效应。的极性效应或空间效应。（2 2）改变反应历程改变反应历程。OOOOSO3HOOSO3H磺化磺化磺化磺化HgSOHgSO4 4催化催化422022-12-7n已有两个取代基为同一已有两个取代基为同一类型定位基，且处于间类型定位基，且处于间位，则位，则定位作用一致定位作用一致。n已有两个取代基为已有两个取代基为同一同

25、一类型定位基类型定位基，且，且处于邻、处于邻、对位对位，则，则定位作用不一定位作用不一致致取决于定位能力取决于定位能力的强弱。的强弱。CH3CH3COOHCOOH四、苯环上已有两个取代基的定位规律四、苯环上已有两个取代基的定位规律主产物主产物少量少量NHCOCH3CH3432022-12-7n已有两个取代基为已有两个取代基为不同类不同类型定位基，且处于邻、对型定位基，且处于邻、对位，则定位作用一致。位，则定位作用一致。n已有两个取代基为已有两个取代基为不同类不同类型定位基，且处于间位，型定位基，且处于间位，则定位作用不一致则定位作用不一致取取决于第一类定位基。决于第一类定位基。CH3NO2NH

26、COCH3COOH442022-12-7 (1)苯环上已有取代基的定位效应具有加和性。苯环上已有取代基的定位效应具有加和性。(2)当苯环上已有两个取代基对新取代基的定位效应不一致时，当苯环上已有两个取代基对新取代基的定位效应不一致时，新取代基进入苯环的位置取决于已有取代基定位效应的强弱。通新取代基进入苯环的位置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、对位的定位效常活化基的定位效应大于钝化基的定位效应；邻、对位的定位效应大于间位的定位效应。活化基的定位效应有下列强弱次序：应大于间位的定位效应。活化基的定位效应有下列强弱次序：O-NR2NH2OHNHCOCH3

27、X CH3 (3)当苯环上两个取代基都是钝化基时，很难再进入新取代基。当苯环上两个取代基都是钝化基时，很难再进入新取代基。钝化基的定位效应有下列强弱次序：钝化基的定位效应有下列强弱次序：N(CH3)3+NO2CNSO3HCOOHCHOCOCH3 (4)新取代基一般不进入新取代基一般不进入1,3-取代苯的取代苯的2位。位。苯的多元亲电取代反应的定位规律苯的多元亲电取代反应的定位规律452022-12-7CH3NO2NO2OHCH3CH3NH2ClOHNH2CH3NH2NO2ClNO2OH462022-12-7CH3ClCH3ClCH3ClOHCH3NO2COOHNO2NO2NO2CH3NO2CH

28、3NO2O2N472022-12-7练习练习3：在下述两题中，各：在下述两题中，各选择一条更好的合成路线。选择一条更好的合成路线。-BrCH3CH3SO3HCOOHCOOHCH3SO3H-BrCH3CH3CH3COOHCOOH-Br-BrCH3CH3482022-12-7练习练习4：选择合理的合成路线：选择合理的合成路线ClSO3HNO2COCH3ClCOCH3NO2492022-12-7NO2BrCOOHCH3氧化、硝化氧化、硝化、溴化、溴化CH3NO2BrCOOH硝化、溴化硝化、溴化、氧化、氧化CH3BrCH3引入第三个基团时，前两引入第三个基团时，前两个基团的定位作用一致更好。个基团的定

29、位作用一致更好。COOHNO2COOHHNO3H2SO4NO2BrCH3CH3NO2BrCOOH502022-12-7五、萘环的定位规律五、萘环的定位规律 萘的结构萘的结构X射线衍射结果：萘分子中，18个原子共平面。0.142nm0.136nm0.140nm0.139nmC-C键长：C=C键长：0.154nm0.134nm通常：其中：123456781,4,5,8 位2,3,6,7 位9,10位 萘分子中亦有离域现象，单、双键键长趋于平均化萘分子中亦有离域现象，单、双键键长趋于平均化（但未完全平均化）。（但未完全平均化）。OHOH512022-12-7五、萘环的定位规律五、萘环的定位规律n萘环

30、的特性 （1 1）比苯环）比苯环更易发生亲电取代反应更易发生亲电取代反应。HEHEHEHEHEHEHEHEHEHE-位位-位位522022-12-7 （2 2）位比位比位的亲位的亲电取代反应活性高，电取代反应活性高，E E+优先进攻优先进攻位位。95%5%硝化90%10%85%15%氯化低温磺化（3）某些反应在一定某些反应在一定条件下可逆条件下可逆，使低温，使低温反应产物以反应产物以位为主，位为主，高温反应产物以高温反应产物以位位为主。为主。SO3HSO3H6060磺化磺化160160磺磺化化160160异构化异构化SO3HH原因解释原因解释:SO3HHH532022-12-7n已有一个取代基

31、的定位作用已有一个取代基的定位作用OH（1 1）已有一个第一类取代基已有一个第一类取代基 CH3CH3 大多使萘环活化，新大多使萘环活化，新取代基进入已有取代基的取代基进入已有取代基的同环。同环。542022-12-7 （2 2）已有一个第二类取代基）已有一个第二类取代基 NO2NO2ENO2EE+使苯环钝化，新取代使苯环钝化，新取代基进入异环的基进入异环的位。位。SO3HSO3HNO2SO3HNO2硝 化+552022-12-7六、蒽醌环的定位规律六、蒽醌环的定位规律n蒽醌环的特点蒽醌环的特点（1 1）亲电取代反应活性低；）亲电取代反应活性低；（2 2）两个边环具有等同性；）两个边环具有等同性；（3 3）位比位比位活泼。位活泼。OOOONO2OONO2NO2OO562022-12-7n蒽醌环的定位规律蒽醌环的定位规律n催化剂的影响催化剂的影响OOOOSO3HOOSO3H磺化磺化磺化磺化HgSOHgSO4 4催化催化人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。