演示文稿-—高等有机化学——第二讲有机反应活性中间体共20页
合集下载
《活性中间体》课件
要点二
详细描述
自由基反应机理是指活性中间体与自由基发生反应，通常 是由于自由基的未配对电子所引起的。在反应过程中，自 由基进攻活性中间体的某个部位，形成新的键合。常见的 自由基反应包括：自由基加成、自由基取代和自由基聚合 等。
协同反应机理
总结词
协同反应是活性中间体的另一种重要反应类型，涉及多 个活性中间体的相互转化。
在材料科学中的应用
总结词
活性中间体在材料科学中有助于实现新型材料的合成和改性 。
详细描述
利用活性中间体的反应活性，可以在材料制备过程中引入所 需的官能团、晶格结构或特定的物理性质，从而实现对材料 性能的调控和优化。这为新型材料的设计和制备提供了新的 思路和方法。
PART 05
活性中间体的研究进展
活性中间体在合成中的新应用
总结词
活性中间体在有机合成中扮演着重要的角色，随着研究的深入，其在合成中的新应用也不断涌现。
详细描述
活性中间体因其独特的化学性质，在有机合成中具有很高的反应活性和选择性。近年来，科研人员利用活性中间 体成功合成了许多高性能材料、药物和功能分子。同时，通过深入研究活性中间体的反应机理和条件，可以进一 步优化合成路线和方法，提高产率和降低成本。
详细描述
在生物体内，活性中间体可以作为信号分子、代谢中间 产物或酶促反应的中间态，参与细胞代谢、能量转换、 信息传递等过程，对维持生命活动的正常进行具有至关 重要的作用。
在药物合成中的应用
总结词
药物合成中，活性中间体有助于实现高效、定向的分子转化。
详细描述
在药物研发和生产过程中，利用活性中间体可以大大提高合成效率，降低副反应，同时能够定向地修 饰药物分子，优化药效和降低副作用。活性中间体在药物合成中的运用对于新药开发和生产具有重要 意义。
第二章有机反应中的活性中间体详解演示文稿
2. 光解：分子受到一定波长的光照射被活化，可分解而产生自由基。
3. 自由基分解
第43页，共47页。
四、自由基参与的常见反应
自由基反应特点：链引发、链增长、链终止 1. 自由基取代反应 2. 各类氢的取代活性顺序为:苄基>叔>仲>伯>甲基>芳基 2. 自由基加成反应
在过氧化物的作用下，氢溴酸与烯烃的加成，符合反马氏加成且 为反式加成。
第16页，共47页。
5）X=H2O或ROH。断裂是由醚ROR中氧原子的质子化引起的。
6）X=N2+。亚硝酸和伯胺的反应生成的重氮离子很容易分解成碳 正离子，推动力是由于生成了氮气。
HNO2
R NH2
RNN
R
第17页，共47页。
2. 质子或其它阳离子与不饱和体系加成
1）亲电试剂与烯烃的加成
RHC CH2
第28页，共47页。
二、碳负离子的结构与稳定性
1. 碳负离子的结构
一般情况下，与饱和碳原子相连时，碳负离子的构型为 sp3杂化；与不饱和碳原子相连时，碳负离子的构型为sp2杂化。
第29页，共47页。
2．影响碳负离子稳定性的因素
碳负离子的稳定性与其共轭酸的强度密切相关，其共轭酸的酸性越强，相应 的碳负离子的碱性越弱，稳定性越强。反之亦然。
1900年发现了第一个自由基——三苯甲基自由基，与三苯甲基正离 子一样，能够稳定存在。由于邻位氢的空间效应，并非平面结构， 而成为螺旋桨状结构。
第41页，共47页。
三、自由基的形成
1. 在加热条件下，共价键在气相或非极性溶剂中均裂，产生自由
基。常见的有偶氮化合物和过氧化物的均裂。
第42页，共47页。
苯基正离子：
演示文稿-—高等有机化学——第二讲有机反应活性中间体
( 1 ) CO2
Li Cl Li
( 2 ) H2O COOH
当带负电荷的中心碳原子与π键相连时,由于未共用的电子 能与π键发生共轭离域而稳定,这时负碳离子将取sp2杂化的 平面构型,以达到轨道最大的交盖,更好地离域,使体系能量 最低最稳定。
CH2=CH CH2
-
CH2 C N
CH2
-
碳负离子稳定性：影响碳负离子稳定性的原因无非是结构和 溶剂等因素,主要表现在两方面,一是碳负离子是否容易生成, 与碳相连的氢原子是否易离去,即酸性的强弱;另一方面为生 成的碳负离子是否稳定。 杂化效应:杂化轨道s成分越多,电子对靠近碳原子核越近,核 对电子的吸引力越大,H原子越易解离,酸性增强,相应的共轭 碱越稳定。碳负离子稳定性顺序:
自由基是共价键均裂的产物,带有未成对的独电子,具有顺磁性,也 是重要的活性中间体。 自由基的结构:可能是sp2杂化的平面构型或为sp3杂化的棱锥构型, 或介于其间, 实际上,烷基自由基还是优先倾向于形成平面构型,但 构型之间能垒不大,所以不同烷基自由基的构型必须具体分析。
sp3
sp2
sp3
上述自由基结构的结论由电子自旋共振谱(ESR)得到证明,通过对 CH3· 中未成对电子所处轨道有无s轨道成分的测定得知, CH3· 中未成 对电子所处的轨道几乎没有s成分,因此未成对电子处于p轨道,即 CH3· 为平面构型。通过同样测定,下述自由基中未成对电子所处轨 道s成分依次增加: CH3· ＜CH2F· ＜CHF2· ＜CF3· 3· ;CF 实际已是sp3杂化,为棱锥构型。
Li C H C6H13 CH3 C H C6H13 ( 1 ) CO2 ( 2 ) H2O COOH C H C6H13 CH3 CH3 C6H13 C ( 1 ) CO2 ( 2 ) H2O H C6H13 C COOH CH3 H CH3
Li Cl Li
( 2 ) H2O COOH
当带负电荷的中心碳原子与π键相连时,由于未共用的电子 能与π键发生共轭离域而稳定,这时负碳离子将取sp2杂化的 平面构型,以达到轨道最大的交盖,更好地离域,使体系能量 最低最稳定。
CH2=CH CH2
-
CH2 C N
CH2
-
碳负离子稳定性：影响碳负离子稳定性的原因无非是结构和 溶剂等因素,主要表现在两方面,一是碳负离子是否容易生成, 与碳相连的氢原子是否易离去,即酸性的强弱;另一方面为生 成的碳负离子是否稳定。 杂化效应:杂化轨道s成分越多,电子对靠近碳原子核越近,核 对电子的吸引力越大,H原子越易解离,酸性增强,相应的共轭 碱越稳定。碳负离子稳定性顺序:
自由基是共价键均裂的产物,带有未成对的独电子,具有顺磁性,也 是重要的活性中间体。 自由基的结构:可能是sp2杂化的平面构型或为sp3杂化的棱锥构型, 或介于其间, 实际上,烷基自由基还是优先倾向于形成平面构型,但 构型之间能垒不大,所以不同烷基自由基的构型必须具体分析。
sp3
sp2
sp3
上述自由基结构的结论由电子自旋共振谱(ESR)得到证明,通过对 CH3· 中未成对电子所处轨道有无s轨道成分的测定得知, CH3· 中未成 对电子所处的轨道几乎没有s成分,因此未成对电子处于p轨道,即 CH3· 为平面构型。通过同样测定,下述自由基中未成对电子所处轨 道s成分依次增加: CH3· ＜CH2F· ＜CHF2· ＜CF3· 3· ;CF 实际已是sp3杂化,为棱锥构型。
Li C H C6H13 CH3 C H C6H13 ( 1 ) CO2 ( 2 ) H2O COOH C H C6H13 CH3 CH3 C6H13 C ( 1 ) CO2 ( 2 ) H2O H C6H13 C COOH CH3 H CH3
高等有机化学-活性中间体
C
CH3
溶剂
高 等 有 机 化 学
7
Advanced Organic Chemistry
碳正离子的反应
1）与负离子或具有未成对电子的中性分子结合
R + Y
Ph CH + OHCH3
CH 3 CH3 C CH 3 CH 2 CH 3 C CH 3 + H C(CH3) 3 CH 3
R
Y
OH
Ph CH CH3
高 等 有 机 化 学
16
Advanced Organic Chemistry
4）消去反应 E1历程
RCH2 CHR' X RCH2 CHR' B RCH2 CHR' + BH -X slow RCH2 CHR'
单分子历程；一级反应；生成碳正离子中间体
E1 CH3 H3C C Cl CH3 slow H3C CH3 C CH3 (CH3)2C CH2 + H3O H2 O fast SN1 17%
Br Br Br 10-6 10-13
相对速度 1
10-3
桥头碳正离子的形成比较困难
高 等 有 机 化 学
Advanced Organic Chemistry
溶剂效应
1) 溶剂的诱导极化作用，利于底物的解离 2) 溶剂使正碳离子稳定 3) 极性溶剂：溶剂化作用 强，利于底物的解离 空的 p 轨道 易于溶剂化
结构 生成 性质 反应
高 等 有 机 化 学
1
Advanced Organic Chemistry
碳正离子（Carbocations）
结构
R R C R
H
sp2杂化
高等有机化学 第二章 有机反应中的活性中间体
.
44
② 碱性条件下脱羧（C—C键异裂）
CN
碱
C 2H 5C COOH
C 6H 5
CN C 2H 5C
C 6H 5
29.04.2020
.
45
（2）负离子对不饱和键的加成
H C C H+O C H 3
C HC HO C H 3 H O C H 3
C H 2 C HO C H 3 + O C H 3
29.04.2020
.
37
5
4 3
SN2
6
1
OBs
exo- 2
54 3
1 6+2
SN1 +
endo-
+
OBs
而内型的几何形状不具备背面进攻的条件，即-
OBs基团阻碍了C-6对C-2的背面进攻，反应按
SN1历程进行，因此速度小，但内型化合物生
成C正离子后能迅速转变成同样的非经典的C正
离29.子04.20，20 因此产物相同。 .
29.04.2020
.
46
（3）来自金属有机化合物 RMgX、RLi、R2CuLi、RZnX
2 R M g XR 2 M g + M g X 2 R 2 M g M g X 2
OEt2 R Mg X
OEt2 R Mg R
OEt2 X Mg X
29.04.2020
OEt2
OEt2
.
OEt2
47
2. 碳负离子的结构 ~109°28′
环庚三烯正离子
环戊二烯正离子
有芳香性，特别稳定 反芳香性，很不稳定
29.04.2020
.
19
空间效应 碳正离子中心碳原子必须sp2杂化，才较稳定。 ①平面构型有利于电荷离域； ②空p轨道的两瓣在平面两侧均可溶剂化。
高等有机化学PPT课件
CH3CONHNH2 HNO2 CH3CON3
CH3NCO
X
O
C=NOH
CH3NCO
X
O
O
C N O C NHCH3
乃春在芳环邻位是不饱和支链时，极易环化成五元环，这一 性质对杂环的合成具有重要意义：
AX B
H N:
A BX
N
H
第三节：自由基
自由基是共价键发生均裂，每个碎片各保留一个电子，是带 单电子的三价碳的化合物。
2004年1版 6、洪琳编《有机反应活性中间体》高等教育出版社1999.6第一版 7、斯图尔特.沃伦著《有机合成――切断法探讨》丁新腾译，上海科学
技术文献出版社1986年1月第一版 8、黄宪、吴世晖、徐汉生《有机合成》（上、下）
第一章 有机反应活泼中间体及在合成上的应用
在有机反应中，经常出现的活泼中间体是卡宾、乃春、自由基、碳正离子、 碳负离子（包括苯炔、叶立德）
第一章 有机反应活泼中间体 及在合成上的应用
第一节：卡宾（碳烯）（Carbene） 第二节： 乃春 第三节：自由基 第四节：碳正离子 第五节、碳负离子（Carbenion）（活泼亚甲基
化合物）和叶立德
第二章 官能团的选择性互变
第一节 还原反应 第二节 氧化反应
第三章 官能团的保护
第一节： 羟基的保护（醇、酚羟基的保护） 第二节：烯键的保护 第三节：羰基的保护（用醇保护） 第四节：羧基的保护－酯化 第五节：胺基的保护－酰化或成盐
（六）生物有机化学（ Bioorganic Chemistry） （七）元素和金属有机化学（Element and Metal Organic Compounds Chemistry） （八）有机化学中的一些重要应用研究
高等有机课件2活性中间体
度高
生物合成法的 缺点：反应速 度慢，需要较 长的反应时间
生物合成法的 应用：在药物 合成、天然产 物合成等领域
有广泛应用
物理法制备活性中间体
物理法制备活性中间体的原理
物理法制备活性中间体的注意事项
添加标题
添加标题
物理法制备活性中间体的步骤
添加标题
添加标题
物理法制备活性中间体的应用实例
06
高等有机化学课件2活 性中间体的检测与表征
结构特征
活性中间体： 有机化学反应 中的关键中间
产物
结构特点：具 有较高的反应 活性和选择性
稳定性：活性 中间体通常具 有较高的稳定 性，不易分解
反应性：活性 中间体具有较 高的反应活性， 易于发生化学
反应
应用：活性中 间体在合成化 学、药物化学 等领域具有广
泛的应用
04
高等有机化学课件2活 性中间体的应用
活性中间体的形成
反应条件：温 度、压力、催
化剂等
反应过程：反 应物转化为活
性中间体
活性中间体的 性质：不稳定、 易反应、易分
解
活性中间体的 应用：合成有 机化合物、研 究化学反应机
理
03
高等有机化学课件2活 性中间体的性质
稳定性
热稳定性：在高温下不易分解
化学稳定性：在酸碱条件下不 易发生化学反应
光稳定性：在光照条件下不易 发生化学反应
生物稳定性：在生物体内不易 发生化学反应
反应性
活性中间体具有较高的反应活性，能够参与化学反应 活性中间体在反应过程中容易发生化学反应，生成新的化合物 活性中间体在反应过程中容易发生化学反应，生成新的化合物 活性中间体在反应过程中容易发生化学反应，生成新的化合物
生物合成法的 缺点：反应速 度慢，需要较 长的反应时间
生物合成法的 应用：在药物 合成、天然产 物合成等领域
有广泛应用
物理法制备活性中间体
物理法制备活性中间体的原理
物理法制备活性中间体的注意事项
添加标题
添加标题
物理法制备活性中间体的步骤
添加标题
添加标题
物理法制备活性中间体的应用实例
06
高等有机化学课件2活 性中间体的检测与表征
结构特征
活性中间体： 有机化学反应 中的关键中间
产物
结构特点：具 有较高的反应 活性和选择性
稳定性：活性 中间体通常具 有较高的稳定 性，不易分解
反应性：活性 中间体具有较 高的反应活性， 易于发生化学
反应
应用：活性中 间体在合成化 学、药物化学 等领域具有广
泛的应用
04
高等有机化学课件2活 性中间体的应用
活性中间体的形成
反应条件：温 度、压力、催
化剂等
反应过程：反 应物转化为活
性中间体
活性中间体的 性质：不稳定、 易反应、易分
解
活性中间体的 应用：合成有 机化合物、研 究化学反应机
理
03
高等有机化学课件2活 性中间体的性质
稳定性
热稳定性：在高温下不易分解
化学稳定性：在酸碱条件下不 易发生化学反应
光稳定性：在光照条件下不易 发生化学反应
生物稳定性：在生物体内不易 发生化学反应
反应性
活性中间体具有较高的反应活性，能够参与化学反应 活性中间体在反应过程中容易发生化学反应，生成新的化合物 活性中间体在反应过程中容易发生化学反应，生成新的化合物 活性中间体在反应过程中容易发生化学反应，生成新的化合物
高等有机2活泼中间体ppt课件
HO
+
X
(I)
(II) X
( III )
(IV)
在双环烯烃（V），（VI）和（VII）中, 较低级同系物的五员环比较高级同系物的 五元环折叠程度更大，π键与展开的正电荷 间的距离缩短，有利于背面参与作用。
X
X
X
(V) k相对: 1
( VI ) 5×102
( VII ) 2.5×106
（2）环丙基甲基碳正离子
SP2杂化，最后达到平衡
:
R 1
R 3
R 2
SP3杂 化
R 1
: R 3
R 2
SP2杂 化
R 1
R 2 R 3
: SP3杂 化
C. 鎓内盐
• 鎓内盐(ylid)是指一种化合物，再其分子
内含有碳负离子，和碳负离子相邻的杂
原子带正电荷，这些杂原子为P、N、S、
As、Sb、Se等
Ph
Ph
Ph P+ -C H 2
—— For both carbocations and radicals, the observed order of stability is：
30 > 20 > 10 > +CH3 ( or .CH3 ) —— Hyperconjugation（超共轭作用）
Active Intermediates
H2SO4 K2S2O8
• 离子游离基具有顺磁性和导电性，这是由于离 子基分子内的未配对电子和离子键所引起的， 多数离子基具有特殊颜色
E.碳烯
• 碳烯也叫卡宾(Carbene)，是具有两个共价键 和两个非键电子的两价碳化合物活泼中间体。
1.碳烯的结构 • 碳烯的中心碳原子有六个价电子，四个价电子
有机反应活性中间体
2 有机反应活性中间体有4种含碳原子的有机活性物种，它们一般只成2或3键，非常活泼，寿命很短，仅以中间体的形式存在并迅速转化为稳定的分子(其中也有些稳定的中间体可以分离出来)。
这4种活性中间体是碳正离子、碳负离子、自由基和碳烯(卡宾)，其中只有碳负离子具8电子结构。
除上述4种含碳的活性中间体之外，还有一些其它原子也因为带有电荷或孤对电子而成为有机反应的活性中间体，其中最重要的是氮烯(乃春)。
2.1碳正离子提示：命名自1902年以来，这些物种一直被称为碳鎓离子(carbonium ions)。
由于“鎓”(-nium)通常指成键数高于中性原子的离子，所以，这一叫法并不合理。
1971年，Olah提出将碳鎓离子(carbonium ions)保留给成5键带正电荷的碳，而用碳正离子(carbocations)命名3配位的带正电荷的碳。
1987年，IUPAC接受了上述定义。
2.1.1形成与反应(1)形成碳正离子，不论其稳定与否，一般通过两种途径形成：①直接离子化，与碳原子相连的基团带着原来共用的一对电子离去：②质子或其它正电荷物种加到不饱和体系的一个原子上，从而在其相邻的碳原子上形成正电荷：由于碳正离子是短寿命的过渡物种，所以，不论它以何种方式产生，一般都不经分离直接继续反应。
(2)反应碳正离子反应形成稳定产物的两种主要方式恰恰是其两种主要形成方式的逆反应。
①碳正离子可以和拥有孤对电子的物种反应(路易斯酸碱的反应)这些拥有孤对电子的物种可以是羟基负离子、卤素离子或其它负离子，也可以是带有可共享的孤对电子的中性物种(此时产生的中间产物也会带有正电荷)。
②碳正离子可以从相邻的原子上脱去氢或其它正离子(消除反应)除生成稳定产物外，碳正离子还可以通过反应得到新的碳正离子。
③重排重排后的碳正离子较原碳正离子稳定，之后，新碳正离子可能按①或②生成稳定的产物。
④加成碳正离子可以加到双键上，在新位置上再形成一个正离子，而这个新的碳正离子还可以继续往双键上加成，这也是烯烃聚合的机理之一。
有机反映机理测定方法和活拨中间体PPT课件
外）的试剂属于离子试剂。在反应中能够提供电子对试剂称为亲核
试剂，能够接受电子对或共享电子（这些电子原属于另一反应物分
子）的试剂称为亲电试剂。
亲核试剂
试剂 离子试剂 亲电试剂
自由基试剂
对于一个分子而言，通常既具有亲电中心又具有亲核中心，如何判断某一 试剂属亲电试剂还是亲核试剂呢？在大多数反应试剂中，其中一个反应中 心的反应性能往往较大，这种较强的反应中心就决定了该分子属于亲电试 剂还是亲核试剂。例如：Br2、HCl是典型的亲电试剂，HCN、胺属典型的 亲核试剂，而水的亲核反应和亲电反应性能都不强。进一步讨论如下：溴 分子在离子反应中可异裂为正离子和负离子：
C
C
CH3
CH3 H
Br H
C
Br
CH3
自由基的加成反应的立体选择性随温度升高而降低
第40页/共56页
⑶自由基裂解反应
• 通过碎裂（大的分子分解成小的“碎片”的反应）能够产生许多
自由基，在此过程中，最初生成的自由基失去一个稳定的分子
O
O
O
C6H5 C O O C C6H5 2C6H5 C O 2C6H5 2CO2
3、协同反应（反应机理为协同机理）反应过程中旧键的断裂和新
键的形成同时进行并且一步完成的多中心反应（通过环状过渡态
进行的协同反应称为周环反应），反应很少受溶剂、阻抑剂、或
酸碱的影响，例如：
O
O
O
O
O
O
O
O
O
第1页/共56页
㈡按原料和产物分类
第2页/共56页
二、有机反应中试剂的分类
• 有机反应中，一种反应物为底物，另一种反应物则称为试剂。具有 奇数电子的试剂则称为自由基试剂，具有偶数电子对（双自由基除
有机反应中间体(2)
18
2)σ键参与的非经典碳正离子
外型原冰片醇的对溴苯磺酸酯溶剂解的速度比相应 内型化合物大350倍。
HOAc OBs
-OBs
HOAc OAc
OBs
19
二、碳负离子
1、碳负离子的形成：
(1) C-H的异裂：与碳相连的基团不带电子对离去， 通常为质子。
C H+ B
共轭酸
C
+ HB
碳负离子： 带有一对孤对电子的三
共轭碱
价碳原子的原子团。
HC CH
NaNH3 液 NH3
HC CNa
NH3
Ph3C H
NaNH3 液 NH3
Ph3CNa
NH3
CH3COCH2COOEt NaOEt CH3COCHCOOEt 20
❖ 还有其他一些离去基团
R C OO
R- + CO2
(2) 负离子对双键或三键的加成
HC CH OCH3
2) 溶剂使碳正离子稳定：
空的 p 轨道 易于溶剂化
3) 极性溶剂：溶剂化作用 强，利于底物的解离。
C CH3
溶剂
12
3、碳正离子的生成：
1) 直接离子化：通过化学键的异裂而产生。
RX
RX
Ph CH Cl Ph
R OH H
Ph2CH Cl
ROH2
R H2O
CH3COF BF3 CH3CO
BF4
13
常见的超酸
与100％H2SO4的酸性比较
HSO3F （氟硫酸）
1000倍
HSO3F － SbF5 （魔酸） 1000倍
HF－SbF5
1016倍
叔丁醇在下列条件下完全转变成叔丁基正离子：
《有机活性中间体》PPT课件
2-
2-
（5）溶剂效应
24
2 碳负离子的产生
• C－H键裂解
Advanced organic chemistry
CH2COCH2COOC2H5 C2H5ONa CH2COCHCOOC2H5
CH3 NaH
CH2
25
亲核加成反应
Advanced organic chemistry
H2C CH C CH3 CN O
29
2 自由基的产生
• 1 共价键受热均裂
COOC
O
O
NN
Advanced organic chemistry
CO O
2
+ N2
30
2 共价键光分解
hν R-O-O-R
Advanced organic chemistry
RO + OR
NaOCl R-O-H
R-O-Cl
hν
RO + Cl
RO-N=N-OR hν 光敏剂
H2C CH C CH3
CN
O
生成金属炔化物或带负电荷的芳香化合物
H2C CH C CH3
CN
O
Li
RC H
RC Li
Na/THF
26
生成格式试剂
Advanced organic chemistry
CH2Cl Mg 醚
MgCl
27
Advanced organic chemistry
Ph3C
Ph
C 2
Advanced organic chemistry
第三章 有机活性中间体
reactive intermediates
1
Advanced organic chemistry