columbia大学有机化学课件08_07.html
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哥伦比亚教授有机化学课件Pericyclic
Z = O, N not S
Ene Reactions in Total Synthesis: Ene/Retro-Ene Sequence to Protect Indole
H CO2Me NAc +
N H Me Me
O
N NMe
N
O MTAD
CH2Cl2, 0 °C, 1 min
150 °C, 1 min
a high negative entropy of activation
Typical enophiles
O R1 R2
N R3 R1 R2
S
R3 R4
R1 R2 R1 R2
Hetero ene
reactions
Z
Z+ H
X Y
X ZY
H
K. Alder and co-workers, Chem. Ber. 1943, 76, 27.
a high negative entropy of activation
K. Alder and co-workers, Chem. Ber. 1943, 76, 27.
Ene Reactions: Background and Key Principles
H
+
Y
Y
X
X
ene
eneophile
O
O
+ H
Ph
O
O
Ene reaction
Ph
O O
This reaction is often referred to as the Alder ene reaction, particularly in older (pre-1980s) literature
大学有机化学ppt课件
20世纪初,合成方法学取得了重大突破,如格氏试剂、狄尔斯-阿尔 德反应等的发现,为有机合成提供了有力工具。
现代有机化学
20世纪后半叶至今,随着计算机技术和先进实验手段的应用,有机化 学在合成、反应机理、生物有机化学等领域取得了显著进展。
有机化学的学习方法
01
02
03
04
掌握基本概念
学习有机化学需要掌握基本概 念,如化学键、分子结构、官
有机化学在化妆品领域也有广泛应用,如合成香料、色素、保 湿剂等。
有机化学对环境保护的影响
有机污染
有机化学品的生产和使用可 能对环境造成污染,如农药 、染料、油漆等有机废弃物 。
温室效应
一些有机化学品,如甲烷和 氟利昂等,是温室气体的重 要组成部分,对全球气候变 化产生影响。
臭氧层破坏
某些有机化学品,如氟氯烃 等,会破坏大气中的臭氧层 ,增加紫外线辐射对地球生 物的危害。
胺类的物理性质
如沸点、溶解性等。
胺类的化学性质
如碱性、亲核性、还原性等。
重氮和偶氮化合物
重氮化合物的定义和性质
偶氮化合物的定义和性质
含有重氮基(-N=N-)的化合物,具有不稳定 性和易爆性。
含有偶氮基(-N=N-)的化合物,通常通过重 氮化反应制备,具有颜色鲜艳、稳定性好 等特点。
重氮和偶氮化合物的合成方法
酚的分类和命名
酚是羟基与芳环直接相连的化合物。根据芳环上取代基的不同,酚可分为单酚和多酚。 酚的命名遵循系统命名法。
醚的分类和命名
醚是醇或酚的羟基中的氢被烃基取代而生成的化合物。根据醚键两端连接基团的不同, 醚可分为单醚、混醚和环醚。醚的命名遵循系统命名法。
醛、酮、醌
1 2 3
醛的分类和命名
现代有机化学
20世纪后半叶至今,随着计算机技术和先进实验手段的应用,有机化 学在合成、反应机理、生物有机化学等领域取得了显著进展。
有机化学的学习方法
01
02
03
04
掌握基本概念
学习有机化学需要掌握基本概 念,如化学键、分子结构、官
有机化学在化妆品领域也有广泛应用,如合成香料、色素、保 湿剂等。
有机化学对环境保护的影响
有机污染
有机化学品的生产和使用可 能对环境造成污染,如农药 、染料、油漆等有机废弃物 。
温室效应
一些有机化学品,如甲烷和 氟利昂等,是温室气体的重 要组成部分,对全球气候变 化产生影响。
臭氧层破坏
某些有机化学品,如氟氯烃 等,会破坏大气中的臭氧层 ,增加紫外线辐射对地球生 物的危害。
胺类的物理性质
如沸点、溶解性等。
胺类的化学性质
如碱性、亲核性、还原性等。
重氮和偶氮化合物
重氮化合物的定义和性质
偶氮化合物的定义和性质
含有重氮基(-N=N-)的化合物,具有不稳定 性和易爆性。
含有偶氮基(-N=N-)的化合物,通常通过重 氮化反应制备,具有颜色鲜艳、稳定性好 等特点。
重氮和偶氮化合物的合成方法
酚的分类和命名
酚是羟基与芳环直接相连的化合物。根据芳环上取代基的不同,酚可分为单酚和多酚。 酚的命名遵循系统命名法。
醚的分类和命名
醚是醇或酚的羟基中的氢被烃基取代而生成的化合物。根据醚键两端连接基团的不同, 醚可分为单醚、混醚和环醚。醚的命名遵循系统命名法。
醛、酮、醌
1 2 3
醛的分类和命名
哥伦比亚教授有机化学课件Strychnine
Woodward's Total Synthesis of Strychnine: Retrosynthetic Analysis
N
H
N HH
O
HO
strychnine
KOH, EtOH
Known conversion
N
N HH
O
HO
isostrychnine I
NO N
H OH O
Key issue for this overal synthetic plan: controlling stereochemistry adjacent to carbonyl groups
NH
N O
Me H
O
N O
NH
OH
Dieckmann condensation
OMe
O
Lactamization
N O
NH H CO2Me
CO2Me
NH
H CO2Me
N H
CO2Me CO2Me
Woodward's Total Synthesis of Strychnine: Retrosynthetic Analysis
NH
N O
Me H
O
N O
NH
OH
Dieckmann condensation
OMe
O
Lactamization
N O
NH H CO2Me
CO2Me
N CO2Me
OMe
N H
Cyclization
OMe
NH
Ozono-
H CO2Me
lysis
OMe
N
H
哥伦比亚教授有机化学课件ProtectingGroups
Protective Groups: Temporary Protection
Li
O
Li
O
MeO
N
O
Ph Me
O THF, -40 °C
MeO
O OLi
Li
aqueous work-up
HO MeO
O O
N
Ph Me
Temporary protection involves the ideal for protecting groups when they are required: the protection step, desired reaction, and deprotection all occur in the same pot.
Protective Groups: Sets of Protecting Groups
Orthogonal Set = a groups of protecting groups whose removal is accomplished in any order with reagents and conditions that do not affect protecting groups in any other orthogonal set.
Protective Groups in Synthetic Organic Chemistry
Lecture Notes
Key Texts P. J. Kocienski, Protecting Groups (2nd Edition), 1994,
Georg Thieme Verlag: Stuttgart, p. 260. P. J. Kocienski, Protecting Groups (3rd Edition), 2004,
哥伦比亚教授有机化学课件Glycosidation
[5 attachment points per sugar and / anomer possibility at each attachment point]
Glycosidations: Background and Key Terminology
RO RO
OR O
RO OR1
5 O 1 OR1 RO
HOMe O
HO HOOH
fucose
Me OH
HO
O
HO
OH rhamnose
OH
HO HO
O H2NOH
glucosamine
OH O OH
HO OH xylose
Some of the more exotic, but frequently incorporated, sugars in natural products
O
H2N
OH
R
N
NH2 N
NN
HO
O
3 amino acids = 6 linear combinations (2 x 2 x 2) 3 nucleosides = 6 linear combinations (2 x 2 x 2)
O OH O P O-
O-
Carbohydrates: A Unique Store of Chemical Information
Glycosidation
Lecture Notes
Key Reviews:
K. C. Nicolaou, H. J. Mitchell, Angew. Chem. Int. Ed. 2001, 40, 1576. B. G. Davis, J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1 2000, 2137. G.-J. Boons, Contemp. Org. Synth. 1996, 3, 173. G.-J. Boons, Tetrahedron 1996, 52, 1095.
Glycosidations: Background and Key Terminology
RO RO
OR O
RO OR1
5 O 1 OR1 RO
HOMe O
HO HOOH
fucose
Me OH
HO
O
HO
OH rhamnose
OH
HO HO
O H2NOH
glucosamine
OH O OH
HO OH xylose
Some of the more exotic, but frequently incorporated, sugars in natural products
O
H2N
OH
R
N
NH2 N
NN
HO
O
3 amino acids = 6 linear combinations (2 x 2 x 2) 3 nucleosides = 6 linear combinations (2 x 2 x 2)
O OH O P O-
O-
Carbohydrates: A Unique Store of Chemical Information
Glycosidation
Lecture Notes
Key Reviews:
K. C. Nicolaou, H. J. Mitchell, Angew. Chem. Int. Ed. 2001, 40, 1576. B. G. Davis, J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1 2000, 2137. G.-J. Boons, Contemp. Org. Synth. 1996, 3, 173. G.-J. Boons, Tetrahedron 1996, 52, 1095.
大学有机化学课件ppt课件
大。
烯烃的化学性质
活泼,可发生加成、氧化、聚 合等反应。
炔烃
炔烃的定义和通式
含有碳碳三键的烃类化合物,通 式为CnH2n-2。
炔烃的命名
选择含有三键的最长碳链为主链, 从靠近三键的一端开始编号。
炔烃的物理性质
随着碳原子数的增加,炔烃的熔 沸点逐渐升高,密度逐渐增大。
炔烃的化学性质
活泼,可发生加成、氧化、聚合 等反应。
质谱法应用
在有机化学中,质谱法可用于确定有机化合物的 分子量、分子式及结构信息。
核磁共振波谱法
核磁共振基本原理
01
利用核自旋磁矩在外加磁场中的能级分裂和跃迁产生的信号进
行检测。
核磁共振波谱仪的构成
02
包括磁体、射频系统、检测系统、数据处理系统等部分。
核磁共振波谱法应用
03
在有机化学中,核磁共振波谱法可用于确定有机化合物的结构、
有机化学在日常生活中的应用
有机高分子材料、功能材料和复 合材料等广泛应用于建筑、交通、 电子和航空等领域。
有机化学在环境监测、污染治理 和可持续发展等方面也发挥着重 要作用,为保护环境、维护生态 平衡做出了贡献。
医药领域 材料领域 农业领域 环境领域
有机化学在药物合成、新药研发 和药物分析中发挥着重要作用, 为人类健康事业做出了巨大贡献。
大学有机化学课件ppt课件
目录
• 有机化学概述 • 烃类化合物 • 烃的衍生物 • 有机合成与反应机理 • 有机化学分析方法与技术 • 有机化学前沿领域及挑战
01
有机化学概述
Chapter
有机化学定义与发展
定义
有机化学是研究有机化合物的结 构、性质、合成和反应机理的科
学。
烯烃的化学性质
活泼,可发生加成、氧化、聚 合等反应。
炔烃
炔烃的定义和通式
含有碳碳三键的烃类化合物,通 式为CnH2n-2。
炔烃的命名
选择含有三键的最长碳链为主链, 从靠近三键的一端开始编号。
炔烃的物理性质
随着碳原子数的增加,炔烃的熔 沸点逐渐升高,密度逐渐增大。
炔烃的化学性质
活泼,可发生加成、氧化、聚合 等反应。
质谱法应用
在有机化学中,质谱法可用于确定有机化合物的 分子量、分子式及结构信息。
核磁共振波谱法
核磁共振基本原理
01
利用核自旋磁矩在外加磁场中的能级分裂和跃迁产生的信号进
行检测。
核磁共振波谱仪的构成
02
包括磁体、射频系统、检测系统、数据处理系统等部分。
核磁共振波谱法应用
03
在有机化学中,核磁共振波谱法可用于确定有机化合物的结构、
有机化学在日常生活中的应用
有机高分子材料、功能材料和复 合材料等广泛应用于建筑、交通、 电子和航空等领域。
有机化学在环境监测、污染治理 和可持续发展等方面也发挥着重 要作用,为保护环境、维护生态 平衡做出了贡献。
医药领域 材料领域 农业领域 环境领域
有机化学在药物合成、新药研发 和药物分析中发挥着重要作用, 为人类健康事业做出了巨大贡献。
大学有机化学课件ppt课件
目录
• 有机化学概述 • 烃类化合物 • 烃的衍生物 • 有机合成与反应机理 • 有机化学分析方法与技术 • 有机化学前沿领域及挑战
01
有机化学概述
Chapter
有机化学定义与发展
定义
有机化学是研究有机化合物的结 构、性质、合成和反应机理的科
学。
理学加州大学伯克利分校有机化学PPT课件
We usually omit the base in deprotonations and simply write “-H+ ”.
第17页/共36页
Caruso E1Lipshutz
Ratios of SN1 to E1 products are independent of L
第18页/共36页
CH3CH2CH2B + -CNAcetone r
CH3CH2CH2CN + Br-
SN2 with good nucleophiles that are also strong bases
CH3CH2CH2B + CH3O- CH3OH Burt E2 with strong, hindered bases
Recall: ∆G° = ∆H º– T∆Sº, hence positive ∆Sº makes ∆G° more negative.
2. Very poorly nucleophilic medium (slows SN1), e.g: Acetone solvent.
Why not base? Base (unless very weak) changes the mechanism once again.
Increasing solvent polarity speeds
Increasing solvent polarity
reaction
retards reaction
第9页/共36页
What makes SN1 possible? 1. SN2 is slow. 2. α-Branched carbocations are stabilized by
《大学有机化学总》课件
分子,如烯烃的加成反应。
3
消除反应
分子中的原子或官能团在条件下失去, 形成新的化学键,如脱水、分解等。
有机化学在日常生活与工业中的应用
食品与调味品
• 合成食品添加剂和天然 食品中的化学物质
•Hale Waihona Puke 食品加工、防腐和调味 的化学反应医药和保健
• 合成药物和研发新型药物 • 有机合成用于生物学研
究和重大疾病治疗
能源与环保
• 制备可再生能源和燃料电池 • 有机废水处理和环境污
染控制
总结与要点
有机化学是研究有机化 合物和反应的学科
它在生命科学、医药和材料 科学等领域有广泛应用。
有机化学的基本原理和 反应类型
有助于理解有机化合物的性 质和合成方法。
有机化学在日常生活和 工业中的应用
涉及食品、医药、能源和环 保等领域。
碳的特殊性质
碳原子能形成四个共价键,使其能够构建庞大复杂的分子结构。
电子与配位理论
电子和配位理论解释了有机化合物的键合和反应机制。
立体化学
有机化学中的手性和立体异构体对于理解化合物的性质和反应至关重要。
有机物的结构与命名
化学式与结构式
有机化合物的化学式和结构式能 够清晰地表达化合物的元素组成 和分子结构。
有机化学的重要性
1 生命科学
有机化合物是生命体的基础,研究有机化学有助于理解生命的起源和运作。
2 医药与药物研发
有机化合物在医药领域起着至关重要的作用,通过有机化学的方法可以合成新型药物。
3 材料科学
有机合成可以制备各种新型材料,包括塑料、纤维素等,对于推动科技和工业发展具有 重要意义。
有机化学的基本原理
IUPAC命名法
大学有机化学ppt课件
参考文献
列出实验过程中引用的文献资 料,体现学术诚信。
THANKS
04
有机化学应用
有机合成
总结词
有机合成是有机化学的重要应用之一,通过有机合成 可以合成出许多具有重要价值的化合物。
详细描述
有机合成是有机化学的重要应用之一,通过有机合成 可以合成出许多具有重要价值的化合物,如药物、农 药、香料、染料等。有机合成需要利用有机化学反应 ,通过一系列的化学反应步骤,将简单的原料转化为 复杂的有机分子。在有机合成中,需要掌握各种类型 的有机化学反应,如取代反应、加成反应、消除反应 等,以及各种类型的试剂和催化剂,如酸、碱、金属 催化剂等。
有机材料
总结词
有机材料是有机化学的另一个重要应用,通过有机材 料可以制造出许多具有优异性能的材料。
详细描述
有机材料是有机化学的另一个重要应用,通过有机材料 可以制造出许多具有优异性能的材料,如塑料、橡胶、 纤维等。这些材料在工业、农业、国防、航空航天等领 域有着广泛的应用。有机材料的合成需要利用有机化学 反应,通过一系列的化学反应步骤,将简单的原料转化 为复杂的有机分子。在有机材料的合成中,需要掌握各 种类型的有机化学反应,如聚合反应、缩聚反应等,以 及各种类型的试剂和催化剂,如引发剂、交联剂、金属 催化剂等。
氧的化学性质
氧的价键理论
氧原子通过与其它原子共享 电子形成共价键,形成单键 、双键和三键。
氧的氧化态
氧在有机化合物中的氧化态通 常为-2,但在过氧化物中可以 达到-1或0。
氧的反应性
氧原子具有较强的反应性, 参与多种类型的反应,如氧 化、还原、加成等。
氮的化学性质
氮的价键理论
氮原子通过与其它原子共享电子形成共价键,形成单键、双键和 三键。
列出实验过程中引用的文献资 料,体现学术诚信。
THANKS
04
有机化学应用
有机合成
总结词
有机合成是有机化学的重要应用之一,通过有机合成 可以合成出许多具有重要价值的化合物。
详细描述
有机合成是有机化学的重要应用之一,通过有机合成 可以合成出许多具有重要价值的化合物,如药物、农 药、香料、染料等。有机合成需要利用有机化学反应 ,通过一系列的化学反应步骤,将简单的原料转化为 复杂的有机分子。在有机合成中,需要掌握各种类型 的有机化学反应,如取代反应、加成反应、消除反应 等,以及各种类型的试剂和催化剂,如酸、碱、金属 催化剂等。
有机材料
总结词
有机材料是有机化学的另一个重要应用,通过有机材 料可以制造出许多具有优异性能的材料。
详细描述
有机材料是有机化学的另一个重要应用,通过有机材料 可以制造出许多具有优异性能的材料,如塑料、橡胶、 纤维等。这些材料在工业、农业、国防、航空航天等领 域有着广泛的应用。有机材料的合成需要利用有机化学 反应,通过一系列的化学反应步骤,将简单的原料转化 为复杂的有机分子。在有机材料的合成中,需要掌握各 种类型的有机化学反应,如聚合反应、缩聚反应等,以 及各种类型的试剂和催化剂,如引发剂、交联剂、金属 催化剂等。
氧的化学性质
氧的价键理论
氧原子通过与其它原子共享 电子形成共价键,形成单键 、双键和三键。
氧的氧化态
氧在有机化合物中的氧化态通 常为-2,但在过氧化物中可以 达到-1或0。
氧的反应性
氧原子具有较强的反应性, 参与多种类型的反应,如氧 化、还原、加成等。
氮的化学性质
氮的价键理论
氮原子通过与其它原子共享电子形成共价键,形成单键、双键和 三键。
哥伦比亚教授有机化学课件Electrocyclization
Me
HO Me
Me
precalciferol (previtamin D)
Me Me
Me
Me Me
H
HO
lumisterol
H
HO
pyrocalciferol
E. Havinga and co-workers, Tetrahedron 1960, 11, 276. E. Havinga and co-workers, Tetrahedron 1961, 12, 146.
Me Me
Me
HO Me
Me
H isopyrocalciferol
100200 °C 6-disrotatory
electrocyclization
Me Me
Me
HO Me
Me
precalciferol (previtamin D)
Me Me
Me
Me Me
H
HO
lumisterol
H
HO
pyrocalciferol
A Series of Observations: The Birth of the Woodward-Hoffmann Rules and Electrocyclizations
Me Me
Me
Me Me
Me Me
Me
Me Me
H HO
ergosterol
h
Me Me
Me
HO Me
Me
H isopyrocalciferol
Me Me
A Series of Observations: The Birth of the Woodward-Hoffmann Rules and Electrocyclizations
HO Me
Me
precalciferol (previtamin D)
Me Me
Me
Me Me
H
HO
lumisterol
H
HO
pyrocalciferol
E. Havinga and co-workers, Tetrahedron 1960, 11, 276. E. Havinga and co-workers, Tetrahedron 1961, 12, 146.
Me Me
Me
HO Me
Me
H isopyrocalciferol
100200 °C 6-disrotatory
electrocyclization
Me Me
Me
HO Me
Me
precalciferol (previtamin D)
Me Me
Me
Me Me
H
HO
lumisterol
H
HO
pyrocalciferol
A Series of Observations: The Birth of the Woodward-Hoffmann Rules and Electrocyclizations
Me Me
Me
Me Me
Me Me
Me
Me Me
H HO
ergosterol
h
Me Me
Me
HO Me
Me
H isopyrocalciferol
Me Me
A Series of Observations: The Birth of the Woodward-Hoffmann Rules and Electrocyclizations
哥伦比亚教授有机化学课件Glycosidation
[5 attachment points per sugar and / anomer possibility at each attachment point]
7
G lyc o s id atio n s : Background and Key Terminology
RO RO
OR O
RO OR1
Form ation of -glycosides
OR
RO RO
OX OR
X = Cl, Br R = alkyl, benzyl
Ag+
or Hg+ or Lewis
acid
OR
RO
O
RO
RO
E1/SN1
or
RO RO
R1OH
OR OX
RO
SN2
RO RO
OR O
RO OR1
11
G lyc o s id atio n s : Control of Stereochemistry in the Koenigs-Knorr Reaction
1
Carbohydrates: The Main Players of the Family in the D-Series
OH
HO HO
O HOO H
glucose
HO HO
OH
OH O
OH
mannose
HO OH
O HO
HOO H
galactose
OH
HO
O
HO HOOH allose
8 total of this general flavor; these are the most common found in natural products
7
G lyc o s id atio n s : Background and Key Terminology
RO RO
OR O
RO OR1
Form ation of -glycosides
OR
RO RO
OX OR
X = Cl, Br R = alkyl, benzyl
Ag+
or Hg+ or Lewis
acid
OR
RO
O
RO
RO
E1/SN1
or
RO RO
R1OH
OR OX
RO
SN2
RO RO
OR O
RO OR1
11
G lyc o s id atio n s : Control of Stereochemistry in the Koenigs-Knorr Reaction
1
Carbohydrates: The Main Players of the Family in the D-Series
OH
HO HO
O HOO H
glucose
HO HO
OH
OH O
OH
mannose
HO OH
O HO
HOO H
galactose
OH
HO
O
HO HOOH allose
8 total of this general flavor; these are the most common found in natural products
哥伦比亚教授有机化学课件Metathesis
Alkene Metathesis Reactions: What are Effective Initiators for the Process?
1980 Ti
1985
1990
1995
2000
Ph W(CO)5
R
R = Ph or R = OMe (Katz, 1976)
Cp
Me
Ti Al
Cp Cl Me
reactivity profiles from the original catalysts.
M. L. Snapper and co-workers, J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 7157.
Alkene Metathesis Reactions: What are Effective Initiators for the Process?
Aldehydes Ketones Olefins
Esters, Amides
Acids Alcohols, Water
Aldehydes Ketones
Esters, Amides Olefins
Acids Alcohols, Water
Aldehydes Olefins Ketones
Esters, Amides
X n
n
Versions of the olefin metathesis reaction:
RCM = ring-closing metathesis ROM = ring-opening metathesis ADMET = acyclic diene metathesis polymerization ROMP = ring-opening metathesis polymerization
哥伦比亚教授有机化学课件ProtectingGroups
Troc = trichloroethoxycarbonyl
6. -elim ination O O M ild base R 2N O -[C O 2 ] R 2N H 2 +
O R 2N
Fm oc = 9-fluorenylm ethyl carbam ate
Protective G roups: O rthogonal Sets of Protecting G roups
TESO Me O rthogonal Set #1 Me TB SO TB D PSO Me
OBz Me
H PvO
O OAc
O rthogonal Set #2
In practice this concept is incredibly difficult to reduce to practice, but it is a useful fram ew ork and organizing principle to think about protecting group regim es for a com plex m olecule synthesis.
16,000
100,000
Protective G roups: O rthogonal Sets of Protecting G roups
1. Cleavage by basic solvolysis
O RO Me
O OH ROH RO k rel 1 Me RO
O Cl RO
O Cl Cl RO
Protective G roups: Tem porary Protection
Li O O O M eO Ph Li N Me M eO Ph N O O O Li Me Li aqueous w ork-up HO O O M eO
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Major factors that control nucleophilicity
basicity solvation
small negative ions are highly solvated in protic solvents large negative ions are less solvated polarizability
.. HO.. H
.. CH3O.. H
for example
Solvolysis
The term solvolysis refers to a nucleophilic substitution in which the nucleophile is the solvent.
Solvolysis substitution by an anionic nucleophile
Table 8.4 Nucleophilicity
Rank
good fair
weak
Nucleophile
HO–, RO– RCO2– H2O, ROH
Relative rate 104
103
1
When the attacking atom is the same (oxygen in this case), nucleophilicity increases with increasing basicity.
etc.
Not all nucleophiles are anions. Many are neutral.
..
..
HO.. H
CH3O.. H : NH3 for example
All nucleophiles, however, are Lewis bases.
Nucleophiles
Many of the solvents in which nucleophilic substitutions are carried out are themselves nucleophiles.
R—X + :Nu—
R—Nu + :X—
solvolysis R—X + :Nu—H
+ R—Nu—H + :X—
step in which nucleophilic substitution occurs
Solvolysis substitution by an anionic nucleophile
8.7 Nucleophiles and Nucleophilicity
Nucleophiles
The nucleophiles described in Sections 8.1-8.6
have been anions.
.. HO.. :
–
.. HS.. :
–
.. – CH3O.. :
:N
– C:
Table 8.4 Nucleophilicity
Rank
strong good
fair weak very weak
Nucleophile
I-, HS-, RSBr-, HO-, RO-, CN-, N3NH3, Cl-, F-, RCO2H2O, ROH RCO2H
Relative rate >105 104
R—X + :Nu—
R—Nu + :X—
solvolysis R—X + :Nu—H
+ R—Nu—H + :X—
products of overall reaction
R—Nu + HX
Example: Methanolysis
Methanolysis is a nucleophilic substitution in which methanol acts as both the solvent and the nucleophile.
CH3 R—X + : O:
H
CH3
+
–H+
R O:
CH3 R O. :
H
.
The product
is a methyl
ether.
Typical solvents in solvolysis
solvent
product from RX
water (HOH) methanol (CH3OH) ethanol (CH3CH2OH)
etc.
Nucleophiles
The nucleophiles described in Sections 8.1-8.6
have been anions.
.. HO.. :
–
.. HS.. :
–
.. – CH3O.. :
:N
– C:
etc.
Not all nucleophiles are anions. Many are neutral.
..
..
HO.. H
CH3O.. H : NH3 for example
Nucleophiles
The iles described in Sections 8.1-8.6
have been anions.
.. HO.. :
–
.. HS.. :
–
.. – CH3O.. :
:N
– C:
103 1 10-2
Major factors that control nucleophilicity
basicity solvation
small negative ions are highly solvated in protic solvents large negative ions are less solvated polarizability
O
formic acid (HCOH)
O
acetic acid (CH3COH)
ROH ROCH3 ROCH2CH3
O
ROC HO
ROCCH3
Nucleophilicity is a measure of the reactivity of a nucleophile
Table 8.4 compares the relative rates of nucleophilic substitution of a variety of nucleophiles toward methyl iodide as the substrate. The standard of comparison is methanol, which is assigned a relative rate of 1.0.