哈佛大学高等有机化学讲义Lecture34
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高等有机化学课件立体化学
C6H5
C -C10H7
C6H5 C10H7-
Chiral axial
[20oC =+437o [20oC =-437o
原因：
单键旋转受阻的联苯型化合物 在邻位上连接体积较大的取代基时，单键旋转 受阻；如果取代基又不相同，
则该分子具备了不对称条件而具有手性轴，这 样的分子也具有手性。
CH3 CH3
CH3
COOH H Br
CH3 (R)
CH3 HH
CH3
COOH HH R CH3 S
CH3 XH
CH3
COOH Br H
CH3 (S)
丙酸中被取代的两个氢原子的地位并不相等，分别处在一个为右旋的和另一个为左 旋的结构环境中。显然，丙酸中的C-2 原来是一个非手性中心，经 α-溴代后变成了一 个手性中心。因此 当一个碳原子连接着两个相同基团和两个不同基团时，如CX2YZ， 此碳原子称为前手性中心（预手性中心）(prochiral center).
O
HOOC 3 R-构型
H2C HOOC
H2C
CH2 COOH
CH2
R,S-构型
3 2 1O R-构型
3 2 1O S-构型
（1）手性面是苯环的平面。 （2）为了决定从哪个方向瞭望手性面，按下列规则选择参照原子。在与手性面
直接相连的面外的原子中，选择位次最高的原子作为参照原子。 （3）与参照原子直接相连的手性面上的原子开始，按位次规则编号。 （4）从参照原子方向开始，按顺序旋转，旋转方向为右，那么化合物的构型是
C 2' CH
H O
HO H3C H3C
CH2OH Br
2' CH2OH H Br
6'CH3
高等有机化学第三部分3-3.ppt
R-X + Y
. . R X
R +Y
R-X + Y（自由基离子形成）
.R + X
（电子转移）
RY
. or: R + Y-
RY
R Y +R X
R Y+ R X
10
SET的例证之一
.
Y
X +Y
.
(X=I, NO2等)
11
(四) 邻基参与机理（Neighboring-Group） 常有这样的情况： a.反应速度比预期的快 b.构型保留
3-3-1 饱和碳上的亲核取代反应
(一) SN2反应： 所谓双分子反应就是 V＝K[R-X][Y]
Y+ C X A
YCX B
Y C +X C
1) 背后进攻机理 2) 线型过渡态
1
1) 背后进攻机理
虽然SN2机理是在1937年由Hughs和Ingold 等人正式提出，但早在1893年Walden就发现了 这个取代反应中的构型翻转，所以现在人们又 称Walden翻转。
RX
RX
RX
R +X
紧密
松散
游离的离子
部分构型保留
消旋化
(溶液分隔)
部分保留和彻底的消旋化是SN1的特点。
注意：实际上很少纯粹的SN1或SN2反应，很多是二者都有。
9
（三）SET机理（Single Electron Transfer） 在亲核取代反应中有一类含有自由基或自由基
离子中间体，这类反应是通过SET机理进行的。
Allyl
40
Bn
120
* 位阻小的反应快，烯丙基反应快。
25
《高等有机化学基础》课件
1 2
官能团
决定有机化合物性质的原子或原子团。
系统命名法
按照一定的规则给有机化合物命名的方法。
3
俗名
根据有机化合物的来源或性质得来的名称。
04
有机化学反应机理
取代反应
总结词
取代反应是有机化学中常见的一 种反应类型，其中一个原子或基 团被另一个原子或基团所取代。
详细描述
在取代反应中，一个原子或基团被 另一个原子或基团所取代，生成新 的化合物。这种反应通常涉及电子 的转移和重排。
有机化学在材料科学中的应用
01
高分子材料
有机化学在高分子材料的合成、改性和加工中发挥重要作用，包括合成
功能性高分子材料、研究高分子链的构象和运动等。
02 03
纳米材料
有机化学在纳米材料的合成和修饰中具有广泛应用，如制备碳纳米管、 纳米颗粒和纳米纤维等，并研究它们在能源、催化、生物医学等领域的 应用。
06
有机化学的应用
有机化学在医药领域的应用
药物合成
有机化学在药物合成中发挥着重要作用，通过设计合成路 线和优化反应条件，制备出具有生物活性的药物分子。
药物代谢
有机化学研究药物在体内的代谢过程，包括药物的吸收、 分布、代谢和排泄等环节，有助于理解药物作用机制和优 化药物设计。
药物筛选
有机化学在药物筛选中发挥关键作用，通过高通量筛选和 虚拟筛选等方法，发现具有潜在生物活性的小分子化合物 ，为新药研发提供候选药物。
详细描述
我们日常生活中的许多物品，如衣物、食品、建筑材料和交通工具等，都与有机化合物密切相关。例 如，衣物中的纤维和染料、食品中的添加剂和防腐剂、建筑材料中的塑料和油漆等，都是有机化合物 。此外，许多医疗药物也是有机化合物，对人类的健康和疾病治疗具有重要作用。
哈佛大学高等有机化学讲义Lecture11
(2) CYCLOADDITION REACTIONS/CYCLOREVERSION REACTIONS:
A cycloaddition reaction is the union of two smaller, independent pi systems. Sigma bonds are created at the expense of pi bonds. A cycloaddition can occur in an intramolecular sense, but it must be between two independent pi systems. Cycloaddition reactions are referred to as [m + n] additions when a system of m conjugated atoms combines with a system of n conjugated atoms. A cycloreversion is simply the reverse of a cycloaddition. Examples:
s Woodward-Hoffmann Theory R. B. Woodward and R. Hoffmann, The Conservation of Orbital Symmetry, Verlag Chemie, Weinheim, 1970. s Frontier Molecular Orbital Theory I. Fleming, Frontier Orbitals and Organic Chemical Reactions, John-Wiley and Sons, New York, 1976. s Dewar-Zimmerman Theory T. H. Lowry and K. S. Richardson, Mechanism and Theory in Organic Chemistry, 3rd Ed., Harper & Row, New York, 1987. s General Reference R. E. Lehr and A. P. Marchand, Orbital Symmetry: A Problem Solving Approach, Academic Press, New York, 1972.
哈佛大学高等有机化学讲义Lecture12
Con
HOMO
disrotatory
Examples
Ground State Conrotatory
Excited State Disrotatory
Con
LUMO
HOMO
Disrotatory
Conrotatory
Activation Energy (kcal/mol) for electrocyclic ring opening
dis-out
favorable H Me R A
Three-Atom Electrocyclizations (4 electrons)
H H A H A Dis?? R C H A Con?? R H A A H
relative rate
1
4
40,000
Ψ3
Ring-fused Cyclopropyl Systems When the cis substiltutents on the cyclopropyl ring are tied together in a ring the following observsations have been made
D. A. Evans
Pericyclic Reactions: Part–2
s Other Reading Material:
Chem 206
/~chem206/
Chemistry 206 Advanced Organic Chemistry
Electrocyclic Processes-1
Chem 206
Controtation and on to the indicated bonding and anti-bonding orbitals of cyclobutene:
HOMO
disrotatory
Examples
Ground State Conrotatory
Excited State Disrotatory
Con
LUMO
HOMO
Disrotatory
Conrotatory
Activation Energy (kcal/mol) for electrocyclic ring opening
dis-out
favorable H Me R A
Three-Atom Electrocyclizations (4 electrons)
H H A H A Dis?? R C H A Con?? R H A A H
relative rate
1
4
40,000
Ψ3
Ring-fused Cyclopropyl Systems When the cis substiltutents on the cyclopropyl ring are tied together in a ring the following observsations have been made
D. A. Evans
Pericyclic Reactions: Part–2
s Other Reading Material:
Chem 206
/~chem206/
Chemistry 206 Advanced Organic Chemistry
Electrocyclic Processes-1
Chem 206
Controtation and on to the indicated bonding and anti-bonding orbitals of cyclobutene:
高等有机化学课件
H C. H2
R2
R1 R2
R1 H
HH
H R2
（构型保持，顺式） （构型翻转，反式）
2.2 对羰基的加成
R O + CH2N2
R
RO R C CH2
CH3CCH2CH2CH3 + CH2N2
CH3
O
O C CH2
CH2CH2CH3
3、重排反应：Wolff重排反应
O RCOOH SOCl2 RCOCl CH2N2 RCCHN2 Ag2O ,H2O RCH2COOH
R1 R C+
R2
碳正离子
R1 R C.
R2
自由基
R1 _ R C:
R2
碳负离子
R1 R C:
卡宾
..
R N:
乃春
第一节：卡宾（碳烯（Carbene）
卡宾是指电中性含二价碳的化合物，如：
: CCl2 :CBr2 :CHCOOR
RCH : R2C : CH2 :
R C C:
R
R C C C:
R
:C C:
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）
高等有机化学课件
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
哈佛大学高等有机化学讲义Lecture33A
33A-06 3/14/96 11:22 PM
Shea, K. J.; Zandi, K. S.; Staab, A. J.; Carr. R. Tetrahedron Lett. 1990, 31, 5885.
CO2Et
R=H 90
R = Me >99
: :
t-Bu t-Bu
Si
OO
10
<1
R
CO2Et
Note: Intermolecular variant gives 1:1 ratio with opposite regiochemistry.
Gillard, J. W.; Fortin, R.; Grimm, E. L.; Maillard, M.; Tjepkema, M.; Bernstein, M. A.; Glasser, R. Tetrahedron Lett. 1991, 32, 1145.
- Function of tether length and steric bulk of alkyl substituents on silicon
❏ Functional Group Protection
- Serves as protecting group before and after reaction ❏ Facile Refunctionalization
- Protodesilylation, Tamao oxidation, allylsilane additions, and transmetallations are possible
Diels-Alder To Form 5-Atom Tether Ring:
OH SiR2Cl
高等有机化学精品PPT课件
取向问题
单重态H2拉伸过程的电子密度差等值线动画
* 图中虚线代表相对于两原子都在孤
立状态时电子密度减小的区域，实 线代表增加的区域。可见，一开始 原子离得远，相互作用很弱，对原 始电子密度几乎没有影响，几乎没 出现等值线。随着它们离近，由于 Pauli互斥导致中间电子密度大幅减 少，电子纷纷转移向两端了
共振结构中需要注意的几个问题(2)
1) 在书写共振式时, 只允许电子的位置改变, 原子的位置不能变动。如烯丙基正
离子可以写成
但不能写成CH3- CH=CH.
2)含完整八隅体的结构比在价电子层上少于8 个电子的结构更稳定, 较稳定的共 振式对杂化体的贡献较
Ⅰ式中的正碳有6 个电子, 而Ⅱ式中的碳原子有8 个电子, 所以Ⅱ式较稳 3) 共价键的数目愈多, 结构中电荷分离数目愈小, 该共振 结构愈稳
* 随距离拉近后，电子密度迅速在原
子间聚集，表明共价键正在加强。 聚集的区域一开始逐渐变大并逐渐 变得扁长，但后来却开始收缩并变 得接近于球型，最后一帧电子密度 减少区域和增加区域都几乎变成了 球对称状，前者包着后者。这是因 为原子序数越大，核吸引势越强， 电子密度分布范围收缩得越厉害
4*1s
1*2s 3*2p
3：参与共振的所有原子必须得在同一平面 或近似平面，保证p轨道的最大交盖
(4)
-
4：共振结构配对电子数必须相同
5：共振结果的能量应大致相当
H 119.8° H
H
0.1438nm
H
122.4°
0.1373nm
H
H
0.154nm
CH3 CH3
0.1340nm
CH2 CH2
6：单双键共振后，单键变短，显示部分双键的性质，双键反之
单重态H2拉伸过程的电子密度差等值线动画
* 图中虚线代表相对于两原子都在孤
立状态时电子密度减小的区域，实 线代表增加的区域。可见，一开始 原子离得远，相互作用很弱，对原 始电子密度几乎没有影响，几乎没 出现等值线。随着它们离近，由于 Pauli互斥导致中间电子密度大幅减 少，电子纷纷转移向两端了
共振结构中需要注意的几个问题(2)
1) 在书写共振式时, 只允许电子的位置改变, 原子的位置不能变动。如烯丙基正
离子可以写成
但不能写成CH3- CH=CH.
2)含完整八隅体的结构比在价电子层上少于8 个电子的结构更稳定, 较稳定的共 振式对杂化体的贡献较
Ⅰ式中的正碳有6 个电子, 而Ⅱ式中的碳原子有8 个电子, 所以Ⅱ式较稳 3) 共价键的数目愈多, 结构中电荷分离数目愈小, 该共振 结构愈稳
* 随距离拉近后，电子密度迅速在原
子间聚集，表明共价键正在加强。 聚集的区域一开始逐渐变大并逐渐 变得扁长，但后来却开始收缩并变 得接近于球型，最后一帧电子密度 减少区域和增加区域都几乎变成了 球对称状，前者包着后者。这是因 为原子序数越大，核吸引势越强， 电子密度分布范围收缩得越厉害
4*1s
1*2s 3*2p
3：参与共振的所有原子必须得在同一平面 或近似平面，保证p轨道的最大交盖
(4)
-
4：共振结构配对电子数必须相同
5：共振结果的能量应大致相当
H 119.8° H
H
0.1438nm
H
122.4°
0.1373nm
H
H
0.154nm
CH3 CH3
0.1340nm
CH2 CH2
6：单双键共振后，单键变短，显示部分双键的性质，双键反之
2024版大学有机化学ppt课件
反应条件影响
不同反应机理需要不同的反应条件，如温度、 压力、溶剂等。
反应选择性
同一原料在不同条件下可能生成不同产物，反 应机理决定了产物的选择性。
反应速率控制
反应机理中的关键步骤决定了整个反应的速率。
常见有机反应及其机理
取代反应 有机化合物分子中某些原子或基 团被其他原子或基团所取代的反 应。包括亲核取代、亲电取代和 自由基取代等。
02
烯烃的结构与性质
阐述烯烃的结构特点，包括碳碳双键的杂化方式、键角、键能等，以及
烯烃的物理性质和化学性质，如熔沸点、密度、溶解性、稳定性等。
03
烯烃的反应
列举烯烃的主要反应类型，如加成反应、氧化反应、聚合反应等，并解
释其反应机理和条件。
炔烃
炔烃的通式与命名 介绍炔烃的通式、命名原则及常见炔烃的名称。
羧酸衍生物的分类和命名
羧酸衍生物包括酰卤、酸酐、酯、酰胺等。它们的命名遵循系 统命名法，其中酰卤和酸酐的命名以相应的羧酸为基础，酯的 命名以醇和酸为基础，酰胺的命名以胺和酸为基础。
04 含氮化合物
胺类
胺类的定义和分类
包括伯胺、仲胺和叔胺等。
胺类的命名
遵循IUPAC命名法，以-amine为 后缀。
卤代烃的物理性质
卤代烃多为无色液体，具有特殊的气味。它们的沸点随着相对分子 质量的增加而升高，密度则随着相对分子质量的增加而增大。
卤代烃的化学性质
卤代烃在一定条件下可发生亲核取代反应、消除反应以及还原反应等。
醇、酚、醚
醇的分类和命名
根据羟基所连碳原子的不同，醇可分为伯醇、仲醇和叔醇。醇的命名遵循系统命名法。
酮的分类和命名 酮是羰基与两个烃基相连的化合物。根据羰基所 连烃基的不同，酮可分为脂肪酮和芳香酮。酮的 命名遵循系统命名法。
哈佛大学D.A.Evans有机化学讲义13
Nakai, Chem. Rev. 1986, 86, 885-902 (Wittig Rearrangement) (pdf)
D. A. Evans
Wednesday October 18, 2006
! Other Reading Material:
[2,3] Sigmatropic Rearrangements
[3,3] Sigmatropic Rearrangements
Trost, Ed., Comprehensive Organic Synthesis 1992, Vol 5, Chapter 7.1: (Cope, oxy-Cope, Anionic oxy-Cope) Chapter 7.2, Claisen
! Reading Assignment for week: Carey & Sundberg: Part A; Chapter 11 Concerted Pericyclic Reactions
"Pericyclic Reaction Transition States: Passions and Punctilios, 1935-1995 Houk, Accts. Chem. Res. 1995, 28, 81-90 (handout)
D. A. Evans
Pericyclic Reactions: Part–3
Chem 206
Chemistry 206 Advanced Organic Chemistry
Lecture Number 13
Pericyclic Reactions–3
! Introduction to Sigmatropic Rearrangements ! [2,3] Sigmatropic Rearrangements
D. A. Evans
Wednesday October 18, 2006
! Other Reading Material:
[2,3] Sigmatropic Rearrangements
[3,3] Sigmatropic Rearrangements
Trost, Ed., Comprehensive Organic Synthesis 1992, Vol 5, Chapter 7.1: (Cope, oxy-Cope, Anionic oxy-Cope) Chapter 7.2, Claisen
! Reading Assignment for week: Carey & Sundberg: Part A; Chapter 11 Concerted Pericyclic Reactions
"Pericyclic Reaction Transition States: Passions and Punctilios, 1935-1995 Houk, Accts. Chem. Res. 1995, 28, 81-90 (handout)
D. A. Evans
Pericyclic Reactions: Part–3
Chem 206
Chemistry 206 Advanced Organic Chemistry
Lecture Number 13
Pericyclic Reactions–3
! Introduction to Sigmatropic Rearrangements ! [2,3] Sigmatropic Rearrangements
《高等有机第一章》课件
烯烃的化学性质
烯烃可以发生加成反应、氧化反应和聚合反 应等。
炔烃的结构与性质
炔烃的稳定性
炔烃的稳定性比烯烃差，因为它们具有不饱 和的三键。
炔烃的通式
CnH2n-2，其中n表示碳原子数。
炔烃的化学性质
炔烃可以发生加成反应、氧化反应和聚合反 应等。
芳香烃的结构与性质
1 2
芳香烃的通式
CnH2n-6，其中n表示碳原子数。
中间体的结构。
常见有机合成反应类型
烷基化反应
酰化反应
氧化反应
还原反应
通过碳-碳键将一个烷基 基团连接到有机化合物
上。
将酰基基团连接到有机 化合物上，通常用于制
备羧酸衍生物。
通过添加氧原子或氧基 团来改变有机化合物的
官能团。
通过去除氧原子或氧基 团来改变有机化合物的
官能团。
06
有机化合物的应用
有机化合物在工业上的应用
有机化合物的结构与性质
烷烃的结构与性质
烷烃的通式
CnH2n+2，其中n表示碳原子数。
烷烃的稳定性
随着碳原子数的增加，烷烃的稳定性逐渐增加 。
烷烃的化学性质
烷烃的化学性质比较稳定，但在一定条件下可以发生取代反应和裂解反应。
烯烃的结构与性质
烯烃的通式
CnH2n，其中n表示碳原子数。
烯烃的稳定性
烯烃的稳定性比烷烃差，因为它们具有不饱 和的双键。
芳香烃的稳定性
芳香烃具有稳定的苯环结构，因此其稳定性较高 。
3
芳香烃的化学性质
芳香烃可以发生取代反应、加成反应和氧化反应 等。
05
有机化合物的合成与反应机理
有机合成简介
有机合成是有机化学中的重要分支， 主要研究如何通过一系列化学反应将 简单的原料转化为复杂的有机化合物 。
高等有机化学精品讲义：2 (英文精品)
The standard approach is to use computations to predict bond lengths, transition state energies, vibrational frequencies, etc. These calculations correlate well with experimental observations. Therefore, it is reasonable to think that other useful information might be contained in the wavefunctions produced by these calculations. However, the canonical molecular orbitals (CMOs) are relatively delocalized entities that are hard to interpret chemically.
The NBO algorithim converts the wavefunctions/CMOs into other basis sets that are mathematically equivalent (span the same space), but easier to understand:
amide resonance
anomeric effect
hyperconjugation
non-Lewis corrections to Lewis structures
Helpful References
1. Coulson's Valence, 3rd ed. McWeeny, R. Oxford: Oxford University Press, 1979.
高等有机化学
OH
如今: 一个高年级本科生大概1天
★ 高效低毒农药、动植物生长调节剂和昆虫信 息物质的研究和开发，为农业的发展提供了重 要的保证。
➢性信息素具有强烈的生理作用。一只雌蚕蛾交配前在 其尾部每秒钟释放出毫微克量的信息素，顺风扩散可 引诱几个km外的雄蚕蛾逆风飞翔到雌蚕蛾。由于检测 仪器的进步，50年代需几十万只、60年代需几万只， 而80年代后则需10只或更少就能准确确定性信息素的 结构。即便样品量很少（< 100g）也能获得确切的结 构信息。
药学 医学
有机化学对于社会进步以及其它学科的发展的贡献也 是巨大的:
例如:
★ 在对重要的天然产物和生命基础物质的研究中，有机化 学取得了丰硕成果。维生素、抗生素、甾体和萜类化合物、 生物碱、碳水化合物、肽、核苷等的发现、结构测定和合 成，为学科本身的发展增添了丰富的内容，为人类的医药 卫生事业提供了有效的武器。
高等有机化学的研究内容与目的
高等有机化学是有机化学的核心部分(core)
高等 有机化学
分子结构的 基本概念
含碳化合物的 反应性
化合物 中间体
结构
反应过程中的结构变化 反应机理
揭示反应的本质、内在规律，把有机反应有机地 联系起来。
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章
目录
化学键和分子结构理论
9. 魏荣宝主编 高等有机化学 高等教育出版社
第一章 绪论
一、有机化学
来源：
☆1784: T. Bergman 首次明确定义有机化学 Organic chemistry is the chemistry of carbon compounds
☆ 1808: 瑞典Berzelius首次使用organic chemistry
如今: 一个高年级本科生大概1天
★ 高效低毒农药、动植物生长调节剂和昆虫信 息物质的研究和开发，为农业的发展提供了重 要的保证。
➢性信息素具有强烈的生理作用。一只雌蚕蛾交配前在 其尾部每秒钟释放出毫微克量的信息素，顺风扩散可 引诱几个km外的雄蚕蛾逆风飞翔到雌蚕蛾。由于检测 仪器的进步，50年代需几十万只、60年代需几万只， 而80年代后则需10只或更少就能准确确定性信息素的 结构。即便样品量很少（< 100g）也能获得确切的结 构信息。
药学 医学
有机化学对于社会进步以及其它学科的发展的贡献也 是巨大的:
例如:
★ 在对重要的天然产物和生命基础物质的研究中，有机化 学取得了丰硕成果。维生素、抗生素、甾体和萜类化合物、 生物碱、碳水化合物、肽、核苷等的发现、结构测定和合 成，为学科本身的发展增添了丰富的内容，为人类的医药 卫生事业提供了有效的武器。
高等有机化学的研究内容与目的
高等有机化学是有机化学的核心部分(core)
高等 有机化学
分子结构的 基本概念
含碳化合物的 反应性
化合物 中间体
结构
反应过程中的结构变化 反应机理
揭示反应的本质、内在规律，把有机反应有机地 联系起来。
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章
目录
化学键和分子结构理论
9. 魏荣宝主编 高等有机化学 高等教育出版社
第一章 绪论
一、有机化学
来源：
☆1784: T. Bergman 首次明确定义有机化学 Organic chemistry is the chemistry of carbon compounds
☆ 1808: 瑞典Berzelius首次使用organic chemistry
高等有机化学课件立体化学
VS
间位定位效应
当苯环上连有某些特定取代基时，如硝基 、羧基、磺酸基等，这些取代基会通过吸 电子效应降低苯环的反应性，使得新引入 的取代基主要进入苯环的间位。
2024/1/25
20
多环芳烃空间排列方式
平行排列
多环芳烃中，相邻的苯环可能以平行的方式 排列，这种排列方式使得分子具有较大的共 轭体系，稳定性较高。
交错排列
多环芳烃中，相邻的苯环也可能以交错的方 式排列，这种排列方式使得分子具有较小的 共轭体系，但可能具有某些特殊的性质或反 应活性。
2024/1/25
21
非苯芳烃结构特点
杂原子取代
非苯芳烃中，可能含有杂原子如氮、氧、硫等取代苯环上的碳原子 ，这些杂原子的存在会影响分子的电子分布和反应性。
环外双键
构效关系是指药物分子的化学结构与生物活性之 间的关系。在手性药物设计中，需要考虑手性中 心对药物活性的影响，以及不同手性构型对药效 的差异。
2024/1/25
手性匹配是指药物分子与靶标生物大分子的手性 构型相匹配，从而实现药物与靶标的特异性结合 。这可以通过计算机模拟和实验筛选等方法进行 预测和优化。
2024/1/25
5
立体异构现象
构型异构
指分子式相同但构型不同的异构现象。构型异构主要包括手性异构和非手性异构，如旋光异构和顺反 异构等。构型异构体具有不同的物理和化学性质，如熔点、沸点、溶解度、化学反应活性等。
构象异构
指分子式相同且构型也相同，但由于单键旋转而产生的不同空间排列的异构现象。构象异构体具有相 同的物理和化学性质，但在某些特定条件下可能表现出不同的反应活性或生物活性。例如，环己烷的 船式构象和椅式构象就是典型的构象异构体。
2024/1/25
哈佛大学D.A.Evans有机化学讲义34
Chem 206
Carbocation [1,2] Sigmatropic Rearrangements
1,2 Sigmatropic shifts are the most commonly encountered cationic rearrangements. When either an alkyl substituent or a hydride is involved, the term Wagner-Meerwein shift is employed to identify this class of rearrangments.
H
OH
Me
Me
HOΒιβλιοθήκη MeMe?R
HO
OH HO
Me Me
R
Me
O
H
Me OH
Holton & Co-workers, JACS, 110, 6558 (1988).
Problem 185: Final Exam, 1999. During Corey's synthesis of Aspidophytine (JACS, 1999, 121, 6771), the pivotal intermediate 3 was assembled by the union of 1 and 2 under the specified conditions. Provide a mechanism for this single-pot transformation.
Birladeanu (2000). “The Story of the Wagner-Meerwein Rearrangement.” J. Chem. Ed. 77: 858. (handout)
高等有机化学第三部分3-2.ppt
H
H
ρ=- 5.090 ,(EtOH,25℃)
8
Hammett常数还可以应用于IR、NMR等物理常数的预测。
注意： a. σp和σm数值有所不同但趋势一致，而邻位取代基的电
子效应无法在Hammett方程中反应，因为它有时所起的作用 不仅仅是电子效应。
b. 虽然Hammett常数得到广泛地应用，但有很多的例外， 即使在没有邻位效应的情况下，它有时也无法将诱导效应和 共轭效应综合考虑。为解决这问题，已经有许多的方法建立， 如H.C.Brown就定义了σ＋（给电子）和σ－（吸电子），但都 只适用于很小的范围，没有一个能像Hammett常数应用得那 么广。
3
基团的σp和σm值举例：
GROUP σp
Br
0.26
N=NPh 0.34
CO2R CF3 CN
0.44 0.53 0.70
NO2 N2+
0.81 1.93
σm 0.37 0.28 0.35 0.46 0.62 0.71 1.65
GROUP
σp
I
0.28
CO2H 0.44 COMe 0.47
NH3+ 0.60 SO2Me 0.73 NMe3+ 0.82
KH = 6.5 KD
12
应用：
H C CH3 Br2 O
Br
C CH3 O
KH KD
= 6.1 ，说明决速步骤中有C－H键断裂。
H C CH3 的 O
OH
CH3 Br2 的
Br
CH3 O
13
(三) 二级同位素效应： 同位素取代不是在断裂的 键上（主要 是α、β位）
同样推导得二级同位素效应
例如取代效应：
高等有机化学 立体化学 课件
➢ 构象异构也可有对映和非对映两种光学异构
➢ 2 ）构型异构 仅仅通过单键的旋转或环翻转不能使分 子中某个原子在空间中的不同排列得以互相转化的立体 异构。
➢ 构型异构又可分为顺反异构和光学异构两种
3.2 对称元素、手性、前手性和立体源中心
• 分子中的对称元素 • 简单对称轴（Cn） 当一条直线穿过一个分子并使这个分
3.1.2 立体异构---- 构象和构型
立体异构是指分子的构造相同，但因分子中的原子在空间 的位置或排列方式不同而引起的同分异构。可以分为构象 （Comformation ）和构型（configuration ）两种。
➢ 1 ）构象异构 仅仅通过单键的旋转或环翻转后分子中 的原子在空间的不同排列方式就能相互转化的立体异构。
若分子中某一个原子（团）上的任意两个配体交换位置后 即产生一个新的立体异构体时，这个原子（团）即被称为 立体源中心。
3.3 手性分子的种类
手性分子：中心手性、轴手性、螺旋手性和平面手性。 中心手性分子有以下几种：
1 ）有一个手性碳原子的化合物
2）三价手性原子的化合物 如果氮原子上的孤对电子当作 “虚”原子对待，则和三个不同基团结合的叔胺就成为一个
• 5 ）阻转异构体 如果拥有邻位基团且足够大，以致 两个苯基绕C 一C 单键的旋转受到阻碍而造成的光学 异构体。
拓展（科研）：苯在202 nm 处有一个较强的UV 吸收， 联苯UV 的最大吸收入max在248 nm 处，这显示出由于 联苯分子中两个苯环处在一个共轭体系中，使入max向 长波方向移动。在联苯分子的邻位引入取代基则将影响 到两个苯环的共平面性，UV 上表现出入max向短波区移 动。如2-甲基联苯入max 为236 nm , 2 , 2-二甲基联苯的 入max为224nm 。
➢ 2 ）构型异构 仅仅通过单键的旋转或环翻转不能使分 子中某个原子在空间中的不同排列得以互相转化的立体 异构。
➢ 构型异构又可分为顺反异构和光学异构两种
3.2 对称元素、手性、前手性和立体源中心
• 分子中的对称元素 • 简单对称轴（Cn） 当一条直线穿过一个分子并使这个分
3.1.2 立体异构---- 构象和构型
立体异构是指分子的构造相同，但因分子中的原子在空间 的位置或排列方式不同而引起的同分异构。可以分为构象 （Comformation ）和构型（configuration ）两种。
➢ 1 ）构象异构 仅仅通过单键的旋转或环翻转后分子中 的原子在空间的不同排列方式就能相互转化的立体异构。
若分子中某一个原子（团）上的任意两个配体交换位置后 即产生一个新的立体异构体时，这个原子（团）即被称为 立体源中心。
3.3 手性分子的种类
手性分子：中心手性、轴手性、螺旋手性和平面手性。 中心手性分子有以下几种：
1 ）有一个手性碳原子的化合物
2）三价手性原子的化合物 如果氮原子上的孤对电子当作 “虚”原子对待，则和三个不同基团结合的叔胺就成为一个
• 5 ）阻转异构体 如果拥有邻位基团且足够大，以致 两个苯基绕C 一C 单键的旋转受到阻碍而造成的光学 异构体。
拓展（科研）：苯在202 nm 处有一个较强的UV 吸收， 联苯UV 的最大吸收入max在248 nm 处，这显示出由于 联苯分子中两个苯环处在一个共轭体系中，使入max向 长波方向移动。在联苯分子的邻位引入取代基则将影响 到两个苯环的共平面性，UV 上表现出入max向短波区移 动。如2-甲基联苯入max 为236 nm , 2 , 2-二甲基联苯的 入max为224nm 。
哈佛大学D.A.Evans有机化学讲义35
Reading Assignment for this Lecture:
Carey & Sundberg, Advanced Organic Chemistry, 4th Ed. Part B Chapter 10, "Reactions Involving Highly Reactive Electron-Deficient Intermediates", 595–680.
Chiral DirhodiumCarboxamidates: Catalysts for Highly Enantioselective Syntheses of Lactones and Lactams, Aldrichchimica Acta. 1996, 29, 3 (handout)
Doyle, Catalytic Methods for Metal Carbene Transformations, Chem. Rev. 1986, 86, 919-939 (electronic handout)
Problems Database Keywords: Carbenes & Carbenes + rearrangements
D. A. Evans
Friday December 15 , 2006
!–13C-labeled C10H8 is isomerized into "–13C-labeled C10H8 at 1035 °C L. T. Scott, JACS 1991, 113, 9692.
N
N
H
H
Problem 332
Stoltz and co-workers recently reported the interesting rearrangement illustrated below (JACS 2003, 125, 13624).
Carey & Sundberg, Advanced Organic Chemistry, 4th Ed. Part B Chapter 10, "Reactions Involving Highly Reactive Electron-Deficient Intermediates", 595–680.
Chiral DirhodiumCarboxamidates: Catalysts for Highly Enantioselective Syntheses of Lactones and Lactams, Aldrichchimica Acta. 1996, 29, 3 (handout)
Doyle, Catalytic Methods for Metal Carbene Transformations, Chem. Rev. 1986, 86, 919-939 (electronic handout)
Problems Database Keywords: Carbenes & Carbenes + rearrangements
D. A. Evans
Friday December 15 , 2006
!–13C-labeled C10H8 is isomerized into "–13C-labeled C10H8 at 1035 °C L. T. Scott, JACS 1991, 113, 9692.
N
N
H
H
Problem 332
Stoltz and co-workers recently reported the interesting rearrangement illustrated below (JACS 2003, 125, 13624).
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Carey & Sundberg, Advanced Organic Chemistry, 4th Ed. Part B Chapter 9, " C–C Bond Forming Rxns of Boron, Silicon & Tin", 595–680. Carey & Sundberg, Advanced Organic Chemistry, 4th Ed. Part B Chapter 10, "Reactions Involving Highly Reactive Electron-Deficient Intermediates", 595–680. Lecture 09A Simmons-Smith Reaction: Enantioselective Variants Lecture 26B Synthetic Applications of α-Diazocarbonyl Compounds
s the History of the Singlet-Triplet Gap
Year 1932 Method Qual. Thermochem Qual. QM Ab initio Kinetics SCF MINDO Expt An Initio Expt Expt Author Muliken Walsh Gallup Harrison Hase Pople Dewar Lineberger Schaeffer Zare Haydon HCH Angle Grnd State 90-100° 180° 160° 138° –– 132° 134° 138° ––– ––– ––– singlet triplet triplet triplet triplet triplet triplet triplet triplet triplet triplet S–T Splitting kcal/mol –– small 30 >33 8–9 19 8.7 19.5 19.7 8.1 8.5
Ligand Effects on the Chemoselectivity of Transition Metal Catalyzed Rxns of αdiazocarbonyl Compnds" Padwa et al.Angew Chem Int Ed. 1994, 33, 1797 Chiral DirhodiumCarboxamidates: Catalysts for Highly Enantioselective Syntheses of Lactones and Lactams, Aldrichchimica Acta. 1996, 29, 3 "Stable Carbenes–Illusion or reality"? Regitz, M. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1991, 30, 674 O O
H H R N
filled
filled
1978 1982
Singlet (all e- paired)
s Nitrenium ion
M. Shair, D. A. Evans
Carbenes: Structure and Generation
s Bamford-Stevens Reaction: See Lecture 28 on Hydrazones
S1 8–10 kcal/mol T1
p triplet σ singlet
σ
Due to electron repulsion, there is an energy cost in pairing both electrons in the σ orbital. If a small energy difference between the σ and p orbitals exists, the electrons will remain unpaired (triplet). If a large gap exists between the σ and p orbitals the electrons will pair in the σ orbital (singlet).
D. A. Evans
Introduction to Carbenes & Carbenoids-1
Useful References to the Carbene Literature
Chem 206
/~chem206/
Chemistry 206 Advanced Organic Chemistry
Lecture Number 34
Books: Modern Catalytic methods for Organic Synthesis with Diazo Compounds; M. P. Doyle, Wiley, 1998. Carbene Chemistry, 2nd ed. Academic Press, Kirmse, W., 1971.
-N2
OH
s ketenes
R C R C O
heat or hν
O
carbenoid
O R1 R2 Rh
R2C
+
CO
R1 R2
O Rh
Rh
M. Shair, D. A. Evans
s "Stable Carbenes"
"Stable Carbenes–Illusion or reality"? Regitz, M. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1991, 30, 674 Cl
Carbenes: Structure and Generation
s Cyclopropanation The Skell Rule:
1 CH 2
NaH, THF
Chem 206
R + R
R
N H N
N N
R
cat. tBuOK (89%)
Singlet carbenes add to olefins stereospecifically;
(Wentrup)
Carbenes: Electronic Structure s Carbene Configuration: Triplet vs. Singlet
1.078 Å
p σ
p
1947 1957
σ
H
133.8˚
H H
H
Triplet (two unpaired e-) Often has radical-like character
O 1. Rh2(OAc)4 N CH3 N2 CO2Et
2. MeO2C
O EtO2C CO2Me N CH3 MeO2C CO2Me
JACS 1990 2037
H O N2
150˚C (71%)
H O
Matthew D. Shair
Friday, December 13 , 2002
D. A. Evans
empty filled
1969 1971 1971
Singlet (all e- paired) Often has electrophilic or nucleophilic character: A-type (Ambiphilic)
empty
1974 1976 1976
roduction to Carbenes & Carbenoids-1
s Carbene Structure & Electronics s Methods for Generating Carbenes s Simmons-Smith Reaction s Carbene-Olefin Insertions s Carbene Rearrangements
s Alkyl Halides:
Cl Cl R R Cl C H Cl C H
R2
s metal-catalyzed decomposition Doyle Chem Rev. 1988, 86, 919.
OH
Cl C Cl R C R R2 R1 N N Me O Rh (ligands omitted for clarity) O Rh O Rh Rh2(OAc)4 R2 R1 N N Me O Rh Me Me O Rh
Me
s diazo compounds
C Singlet
R1 N N N N R2
hν or heat
Examples:
Cl
C
Singlet C6H5
R2 diazirines R1 N N
R1 C + N2 R2
hν or heat Chem. Soc. Rev. 1982, 11, 127.
Methods of Synthesis
Mandatory Reading: Doyle, Chem Rev. 1988, 86, 919. Kodadek, Science, 1992, 256, 1544.
Carbenes: An Introduction
s Carbene Configuration: Triplet vs. Singlet
p
Chem 206
Energy
Recent Review Article: Chemistry of Diazocarbonyls: McKervey et al. Chem Rev. 1994, 94, 1091. Books: Modern Catalytic methods for Organic Synthesis with Diazo Compounds; M. P. Doyle, Wiley, 1998. Carbenes and Nitrenes in "Reactive Molecules: The Neutral Reactive Intermediates in Organic Chemistry", Wentrup, C. W. 1984, Wiley, p. 162. Rearrangements of Carbenes and Nitrenes in Rearrangements in Ground & Excited States, Academic Press, DeMayo ed., Jones, W. M. 1980, p. 95. Carbene Chemistry, 2nd ed. Academic Press, Kirmse, W., 1971.
s the History of the Singlet-Triplet Gap
Year 1932 Method Qual. Thermochem Qual. QM Ab initio Kinetics SCF MINDO Expt An Initio Expt Expt Author Muliken Walsh Gallup Harrison Hase Pople Dewar Lineberger Schaeffer Zare Haydon HCH Angle Grnd State 90-100° 180° 160° 138° –– 132° 134° 138° ––– ––– ––– singlet triplet triplet triplet triplet triplet triplet triplet triplet triplet triplet S–T Splitting kcal/mol –– small 30 >33 8–9 19 8.7 19.5 19.7 8.1 8.5
Ligand Effects on the Chemoselectivity of Transition Metal Catalyzed Rxns of αdiazocarbonyl Compnds" Padwa et al.Angew Chem Int Ed. 1994, 33, 1797 Chiral DirhodiumCarboxamidates: Catalysts for Highly Enantioselective Syntheses of Lactones and Lactams, Aldrichchimica Acta. 1996, 29, 3 "Stable Carbenes–Illusion or reality"? Regitz, M. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1991, 30, 674 O O
H H R N
filled
filled
1978 1982
Singlet (all e- paired)
s Nitrenium ion
M. Shair, D. A. Evans
Carbenes: Structure and Generation
s Bamford-Stevens Reaction: See Lecture 28 on Hydrazones
S1 8–10 kcal/mol T1
p triplet σ singlet
σ
Due to electron repulsion, there is an energy cost in pairing both electrons in the σ orbital. If a small energy difference between the σ and p orbitals exists, the electrons will remain unpaired (triplet). If a large gap exists between the σ and p orbitals the electrons will pair in the σ orbital (singlet).
D. A. Evans
Introduction to Carbenes & Carbenoids-1
Useful References to the Carbene Literature
Chem 206
/~chem206/
Chemistry 206 Advanced Organic Chemistry
Lecture Number 34
Books: Modern Catalytic methods for Organic Synthesis with Diazo Compounds; M. P. Doyle, Wiley, 1998. Carbene Chemistry, 2nd ed. Academic Press, Kirmse, W., 1971.
-N2
OH
s ketenes
R C R C O
heat or hν
O
carbenoid
O R1 R2 Rh
R2C
+
CO
R1 R2
O Rh
Rh
M. Shair, D. A. Evans
s "Stable Carbenes"
"Stable Carbenes–Illusion or reality"? Regitz, M. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1991, 30, 674 Cl
Carbenes: Structure and Generation
s Cyclopropanation The Skell Rule:
1 CH 2
NaH, THF
Chem 206
R + R
R
N H N
N N
R
cat. tBuOK (89%)
Singlet carbenes add to olefins stereospecifically;
(Wentrup)
Carbenes: Electronic Structure s Carbene Configuration: Triplet vs. Singlet
1.078 Å
p σ
p
1947 1957
σ
H
133.8˚
H H
H
Triplet (two unpaired e-) Often has radical-like character
O 1. Rh2(OAc)4 N CH3 N2 CO2Et
2. MeO2C
O EtO2C CO2Me N CH3 MeO2C CO2Me
JACS 1990 2037
H O N2
150˚C (71%)
H O
Matthew D. Shair
Friday, December 13 , 2002
D. A. Evans
empty filled
1969 1971 1971
Singlet (all e- paired) Often has electrophilic or nucleophilic character: A-type (Ambiphilic)
empty
1974 1976 1976
roduction to Carbenes & Carbenoids-1
s Carbene Structure & Electronics s Methods for Generating Carbenes s Simmons-Smith Reaction s Carbene-Olefin Insertions s Carbene Rearrangements
s Alkyl Halides:
Cl Cl R R Cl C H Cl C H
R2
s metal-catalyzed decomposition Doyle Chem Rev. 1988, 86, 919.
OH
Cl C Cl R C R R2 R1 N N Me O Rh (ligands omitted for clarity) O Rh O Rh Rh2(OAc)4 R2 R1 N N Me O Rh Me Me O Rh
Me
s diazo compounds
C Singlet
R1 N N N N R2
hν or heat
Examples:
Cl
C
Singlet C6H5
R2 diazirines R1 N N
R1 C + N2 R2
hν or heat Chem. Soc. Rev. 1982, 11, 127.
Methods of Synthesis
Mandatory Reading: Doyle, Chem Rev. 1988, 86, 919. Kodadek, Science, 1992, 256, 1544.
Carbenes: An Introduction
s Carbene Configuration: Triplet vs. Singlet
p
Chem 206
Energy
Recent Review Article: Chemistry of Diazocarbonyls: McKervey et al. Chem Rev. 1994, 94, 1091. Books: Modern Catalytic methods for Organic Synthesis with Diazo Compounds; M. P. Doyle, Wiley, 1998. Carbenes and Nitrenes in "Reactive Molecules: The Neutral Reactive Intermediates in Organic Chemistry", Wentrup, C. W. 1984, Wiley, p. 162. Rearrangements of Carbenes and Nitrenes in Rearrangements in Ground & Excited States, Academic Press, DeMayo ed., Jones, W. M. 1980, p. 95. Carbene Chemistry, 2nd ed. Academic Press, Kirmse, W., 1971.