第2章精细有机合成的理论基础-2素材
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第二章 精细有机合成的理论基础
第二类定位基 （m- 定位基）
-N+(CH3)3, -CF3, -NO2, -CN, -SO3H, -COOH, -CHO, -COOCH3, -COCH3, -CONH2, -N+H3, -CCl3, etc.
请仔细注意 -X ( -F, -Cl, -Br, -I)
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③ 苯环的定位效应
亲电
4
亲核 3 自由基 5 环化
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反 应 种 类
亲电取代
亲核取代
自由基 取代 自由基 加成 β-消除
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亲电加成
亲核加成
环加成
α-消除
Organic reaction
covalent bond
R-A
substrate
(底 物 )
+
B
reagent
(试 剂 )
对位
37.0 50.8 67.5 83.2
邻位 /对位
1.66 0.90 0.41 0.12
kR/kB
27.0 22.8±1.9 17.7±0.7 15.1±0.8
叔丁基苯
硝化
Halogenobenzene Isomate proportion 邻位 间位 对位 13 35 43 45 0.6 0.94 0.9 1.3 86 64 56 54
HNO3-H2SO4 kH/kD or kH/kT <1.2 <1.2 ~1.0
H2SO4 SO3 1.6~1.7 Cl2 Br2 Br2 C6H5N2
+
~1.0 1.4 10.0 1.0 6.2
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同位素效应 产生的原因
第二章__精细有机合成反应理论
第二章精细有机合成反应理论主要内容：1 精细有机合成基础知识(共价键、电子效应、空间效应)2 有机反应理论、类型（取代、加成、消除、重排等反应）3 近代有机合成新技术（微波合成、PTC、电解、超声波）第一节精细有机合成基础知识一共价键及其特性(1)共价键：共价键是两个原子的未成对而又自旋相反的电子偶合配对的结果。
共价键的形成降低了体系的能量，形成稳定的结构。
共价键有饱和性，方向性(2)共价键的性质：①键长②键角③键能④共价键的极性和元素的电负性表征了原子电负性的大小由于成键电子云的不完全对称而呈极性的共价键被称为极性共价键，通常用箭头→来表示这种极性键，箭头所指的原子通常是吸引电子能力较强的原子，也就是指向极性键中带部分负电荷的原子例如：H →Cl同一周期而言，原子序数增加↑，电负性增加↑；同一主族而言，原子序数增加↑，电负性降低↓。
常用偶极矩（μ）表征极性共价键的大小偶极矩（μ）等于正电中心或负电中心的电荷值q(单位：库仑)与两个电荷中心之间的距离d(单位：m)的乘积：二有机反应中的电子效应与空间效应1. 电子效应电子效应可用来讨论分子中原子间的相互影响以及原子间电子云分布的变化。
可分为诱导效应和共轭效应。
（1）诱导效应(Induction effect)在有机分子中相互连接的不同原子间，由于原子各自的电负性不同而引起的连接键内电子云偏移的现象，以及原子或分子受外电场作用而引起的电子云转移的现象称作诱导效应，用I表示。
根据作用特点，诱导效应可分为静态诱导效应和动态诱导效应。
①静态诱导效应Is ：由于分子内成键原子的电负性不同所引起的，电子云沿键链（包括σ键和π键）按一定方向移动的效应，或者说键的极性通过键链依次诱导传递的效应。
这是化合物分子内固有的性质，被称为静态诱导效应，用Is表示。
诱导效应的方向是通常以C—H键作为基准的，比氢电负性大的原子或原子团具有较大的吸电性，称吸电子基，由此引起的静态诱导效应称为吸电静态诱导效应，通常以－Is表示；比氢电负性小的原子或原子团具有较大的供电性，称给电子基由此引起的静态诱导效应称为供电静态诱导效应，通常以+Is表示。
精细有机合成与设计PPTPPT课件
精细有机合成与设计ppt课件
$number {01}
目 录
• 引言 • 精细有机合成基础知识 • 有机合成设计原理 • 常见有机合成反应 • 有机合成中的选择性控制 • 有机合成设计实践 • 有机合成中的绿色化学与可持续
发展
01 引言
课程背景
01
精细有机合成是化学领 域的重要分支，涉及复 杂有机化合物的合成和
固相合成
02
通过固相载体将有机分子连接起来，实现连续 化、高效的合成，减少溶剂使用和废物产生。
光化学合成
04
利用光化学反应进行有机合成，具有条件温和、 选择性高等优点，可以用于一些难以通过传统
方法合成的有机分子。
有机合成中的可持续发展策略与实践
优化合成路线
通过优化有机合成的路 线和方法，降低能耗、 减少废物产生，提高合
详细描述
取代反应是有机合成中常见的一类反应，通过将有机物分子中的某一基团替换为 另一基团，以改变有机物的结构。常见的取代反应包括烷烃的取代、芳烃的取代 、卤代烃的取代等。
加成反应
总结词
通过加成的方式将两个或多个有机物 结合在一起，生成新的有机物的反应。
详细描述
加成反应是有机合成中常用的反应类 型，通过将两个或多个有机物分子结 合在一起，生成新的有机物。常见的 加成反应包括烯烃的加成、炔烃的加 成、醛酮的加成等。
类型烷基化产物的选择性合成。
氧化还原反应中的选择性控制
02
在氧化还原反应中，可以通过选择合适的氧化剂或还原剂以及
反应条件，实现选择性控制。
环化反应中的选择性控制
03
通过选择合适的反应条件和催化剂，可以实现不同类型环化产
物的选择性合成。
06
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目 录
• 引言 • 精细有机合成基础知识 • 有机合成设计原理 • 常见有机合成反应 • 有机合成中的选择性控制 • 有机合成设计实践 • 有机合成中的绿色化学与可持续
发展
01 引言
课程背景
01
精细有机合成是化学领 域的重要分支，涉及复 杂有机化合物的合成和
固相合成
02
通过固相载体将有机分子连接起来，实现连续 化、高效的合成，减少溶剂使用和废物产生。
光化学合成
04
利用光化学反应进行有机合成，具有条件温和、 选择性高等优点，可以用于一些难以通过传统
方法合成的有机分子。
有机合成中的可持续发展策略与实践
优化合成路线
通过优化有机合成的路 线和方法，降低能耗、 减少废物产生，提高合
详细描述
取代反应是有机合成中常见的一类反应，通过将有机物分子中的某一基团替换为 另一基团，以改变有机物的结构。常见的取代反应包括烷烃的取代、芳烃的取代 、卤代烃的取代等。
加成反应
总结词
通过加成的方式将两个或多个有机物 结合在一起，生成新的有机物的反应。
详细描述
加成反应是有机合成中常用的反应类 型，通过将两个或多个有机物分子结 合在一起，生成新的有机物。常见的 加成反应包括烯烃的加成、炔烃的加 成、醛酮的加成等。
类型烷基化产物的选择性合成。
氧化还原反应中的选择性控制
02
在氧化还原反应中，可以通过选择合适的氧化剂或还原剂以及
反应条件，实现选择性控制。
环化反应中的选择性控制
03
通过选择合适的反应条件和催化剂，可以实现不同类型环化产
物的选择性合成。
06
《精细有机合成基础》PPT课件(2024版)
I: -CH3是斥电子基 使苯环上电子云密度
+C、+I同向，都使苯环上电子云 密度
15
有-I，无T： 如-N+(CH3)3、-CF3、-CCl3等 （1）使σ-配合物均不稳定，使苯环钝化； （2）使邻、对位取代产物更不稳定； （3）为间位定位基。
16
有-I，-T： 如-NO2、-CN、-COOH、-CHO等 （1）诱导效应与共轭效应作用一致； （2）则使苯环钝化； （3）间位定位基。
℃) 2.47
26
2.1 芳香族亲电取代的定位规律
4、亲电试剂的空间效应（P10 表2-3） 5、新取代基的空间效应 6、反应的可逆性
27
7、反应条件的影响
温度
（1）通常情况下，温度升高，亲电取代反应活性增 高，选择性下降。
混NO酸2 硝化
NO 2
NO 2
NO 2
＋
＋
NO 2
0℃ 5％
94％
NO 2 NO 2
-I:吸电子 ＋I:供电子 共轭效应（T）：包括π-π共轭和p-π共轭。
-T:吸电子 ＋T:供电子
14
有+I，无T： 如-C2H5，-CH3 （1）使σ-配合物稳定，活化苯环；
（2）使H 邻、对位取代产物更稳定H ； （3）H 为C 邻H、对位定位基。 H C H
C: s-p超共轭 使苯环上电子云密度
四、苯环上已有两个取代基的定位规律
已有两个取代基为同一 类型定位基，且处于间 位，则定位作用一致。
已有两个取代基为同一 类型定位基，且处于邻、 对位，则定位作用不一 致——取决于定位能力 的强弱。
CH3
少量
COOH
CH3
主产物
精细有机合成知识点总结
精细有机合成知识点总结一、有机合成基础知识1. 有机化合物的结构特点：有机化合物以碳为主要元素，通常含有氢、氧、氮、硫等元素，具有复杂的结构和多样的性质。
有机化合物的结构特点对于合成时的反应条件和合成路径具有重要的影响。
2. 有机合成的基本原理：有机合成是指通过将简单的有机化合物经过一系列的反应转化成目标化合物的过程。
合成的基本原理包括合成途径的选择、反应条件的控制、反应机理的理解等方面。
3. 有机合成的分类：有机合成可以根据合成途径、合成目标、合成方法等多个方面进行分类。
常见的分类包括：官能团化合成、碳碳键形成、环化反应、取代反应等。
二、精细有机合成的理论基础1. 反应机理：在精细有机合成中，对于反应的机理的理解是非常重要的。
包括反应物的选择、反应条件的控制、中间体的形成等方面的理论基础。
2. 功能团保护和去保护：在有机合成过程中，有时需要对特定的官能团进行保护，以防止其在反应过程中发生不必要的改变。
同时，也需要在合成的适当时机去除这些保护基团，以获得目标产物。
3. 立体化学：有机合成中的立体化学是一个重要的理论基础。
包括立体化学的理论基础、手性分子的制备和合成、手性识别和手性分离等方面的知识。
4. 共价键断裂和形成：在有机合成中，共价键的断裂和形成是非常常见的反应过程。
了解这些反应的机理和条件对于合成路径的选择和优化具有重要的意义。
三、精细有机合成的实验技术1. 反应条件的控制：在实际合成过程中，对反应条件的控制是非常重要的。
包括温度、压力、溶剂的选择等方面的实验技术。
2. 操作技术：精细有机合成涉及到很多精细的操作技术，包括溶剂的蒸馏、试剂的使用、产物的提取和纯化等。
3. 合成路径的选择和优化：在精细有机合成中，选择合适的合成路径对于提高产物收率和纯度都具有重要的意义。
需要根据反应物的结构特点和反应机理进行合适的路径设计和优化。
四、精细有机合成的应用1. 药物合成：精细有机合成在药物合成领域有着广泛的应用。
《精细有机合成基础》PPT课件
slow RX
R+ + X -
R+ + Nu-
R Nu
反应速度=k[RX] 历程一般表示为：
slow RX
δ+
δ-
RX
R+ X
验证SN2 或SN1 反应，可通过添加N3（叠氮阴离子，亲核性高），观察对反 应速度的影响。
SN2 反应速度明显提高 SN1 无影响
（3）四面体历程
对不饱和键（C=O，C=S和C=N）上的亲核 取代反应。如酯的水解、羧酸的酯化等。
C6H5 H
+
C6H5 H C OH
CH3
CH3 CH3
R构型
S构型
R构型
原料为旋光性，产物外消旋。
（2）中间生成的碳正离子寿命很短
R
R' R
R' C X
CX
R''
Nu
R''
sp3杂化
sp2杂化
R Nu C R'
R''
构型反翻
离去基团还没有完全离去，亲核试剂已开始反应。此时，正面进攻受离 去基团的阻碍，故主要从反面进攻。
R
R C
R
有利于SN1
如：
SN2相对活性：
CH3Br>CH3CH2Br>(CH3)2CHBr>(CH3)3CBr
150： 1：
0.01： 0.001
（SN1的相对活性刚好相反）
（2）亲核试剂的影响 Nu-
对SN1无影响。
slow RX R+ + Nu-
R+ + X R Nu
在SN2中，Nu-的亲核性越大，反应速度越快。
精细有机合成02精细有机合成的理论与技术基础课件
在酸性较强的位置上发生。
SE2和SEi
Y C
Y C
X
X
SE2(前面进攻) 构型保持
X CY
X CY
SE2(后面进攻) 构型转化
精细有机合成02精细有机合成的理 论与技术基础课件
SE1
R X慢
R-
+
+X
R- +Y+ 快 RY
取代反应的的动 力学是一级的， 包括两步：慢的 离解和快的结合
精细有机合成02精细有机合成的理 论与技术基础课件
由于该亲核取代反应中控制反应速度的一步是单分子，因此这 种反应称为单分子亲核取代反应。 SN1反应能量变化图 :
精细有机合成02精细有机合成的理 论与技术基础课件
➢双分子亲核取代反应(SN2)
溴甲烷在碱性水溶液中的水解反应:
C H 3 B r+ O H - C H 3 O H + B r -
溴甲烷在碱性水溶液中的水解反应速度取决于两个反应物的浓度， 该反应的反应历程可认为卤代烷和羟基离子都参与了限速步骤。
第二章 精细有机合成的 理论与技术基础
精细有机合成02精细有机合成的理 论与技术基础课件
复习: p轨道、C－H σ键、C－C π键、元素周期表和电负性概念
原子的电负性：指原子吸收电子的能力。鲍林指定氟原子的电负性为 4.0，其它原子与其比较计算得电负性值，是相对值，无单位。
精细有机合成02精细有机合成的理 论与技术基础课件
动态诱导效应 当进攻试剂接近底物时，因外界电场的影响也会
使共价键上电子云发生改变，键的极性发生变化，这种变化用Id表示。
Id:
-I>-Br>-Cl>-F -CR3>-NR2>-OR>-F
精细有机合成与工艺介绍课件
演讲人
目录
01. 精细有机合成概述 02. 精细有机合成的基本原理 03. 精细有机合成的工艺流程 04. 精细有机合成的案例分析
精细有机合成的定义
STEP1
STEP2
STEP3
STEP4
精细有机合成是 指通过化学反应 将简单的有机化 合物转化为复杂 的有机化合物的 过程。
精细有机合成的 目标是生产具有 特定结构和性能 的有机化合物， 如药物、农药、 香料等。
反应釜的加热方式：根据 反应条件选择合适的加热 方式，如电加热、蒸汽加
热等。
反应釜的安全措施：设置 安全阀、压力表等安全装 置，以确保反应的安全进
行。
反应温度与压力的控制
反应温度：影 响反应速率和 产物选择性， 需要精确控制
反应压力：影 响反应速率和 产物收率，需 要精确控制
温度和压力的 调整：根据反 应类型和条件 进行优化
品的稳定性和功效。
实际生产案例
案例一：某制 药公司生产抗 肿瘤药物
案例二：某化 工公司生产高 性能有机材料
案例三：某食 品公司生产天 然色素
案例四：某化 妆品公司生产 高端护肤品
案例五：某生 物技术公司生 产生物制药
案例六：某环 保公司生产生 物降解材料
反应釜的选择与设计
反应釜的材质：根据反应 物的性质选择合适的材质， 如不锈钢、搪瓷、玻璃等。
反应釜的容量：根据反应 物的量选择合适的容选择合适的压力，以
保证反应顺利进行。
反应釜的搅拌方式：根据 反应物的性质和反应条件 选择合适的搅拌方式，如 机械搅拌、磁力搅拌等。
精细有机合 成可以提高 产品的质量 和性能，降 低生产成本， 提高企业的 竞争力。
精细有机合 成可以促进 环境保护， 减少污染， 实现可持续 发展。
目录
01. 精细有机合成概述 02. 精细有机合成的基本原理 03. 精细有机合成的工艺流程 04. 精细有机合成的案例分析
精细有机合成的定义
STEP1
STEP2
STEP3
STEP4
精细有机合成是 指通过化学反应 将简单的有机化 合物转化为复杂 的有机化合物的 过程。
精细有机合成的 目标是生产具有 特定结构和性能 的有机化合物， 如药物、农药、 香料等。
反应釜的加热方式：根据 反应条件选择合适的加热 方式，如电加热、蒸汽加
热等。
反应釜的安全措施：设置 安全阀、压力表等安全装 置，以确保反应的安全进
行。
反应温度与压力的控制
反应温度：影 响反应速率和 产物选择性， 需要精确控制
反应压力：影 响反应速率和 产物收率，需 要精确控制
温度和压力的 调整：根据反 应类型和条件 进行优化
品的稳定性和功效。
实际生产案例
案例一：某制 药公司生产抗 肿瘤药物
案例二：某化 工公司生产高 性能有机材料
案例三：某食 品公司生产天 然色素
案例四：某化 妆品公司生产 高端护肤品
案例五：某生 物技术公司生 产生物制药
案例六：某环 保公司生产生 物降解材料
反应釜的选择与设计
反应釜的材质：根据反应 物的性质选择合适的材质， 如不锈钢、搪瓷、玻璃等。
反应釜的容量：根据反应 物的量选择合适的容选择合适的压力，以
保证反应顺利进行。
反应釜的搅拌方式：根据 反应物的性质和反应条件 选择合适的搅拌方式，如 机械搅拌、磁力搅拌等。
精细有机合 成可以提高 产品的质量 和性能，降 低生产成本， 提高企业的 竞争力。
精细有机合 成可以促进 环境保护， 减少污染， 实现可持续 发展。
精细有机合成的理论与技术基础—新型精细有机合成技术(有机合成课件)
新型精细有机合成技术
微波照射有机合成技术
目
微波定义
录
1
Contents
研究背景及应用
2
精精细细有有机机合合成技成术技术
新型精细有机合成技术
微波照射有机合成技术
• 微波定义：微波（MW）是频 率大约在300MHz~300GHz， 即波长在100cm至1mm范围内
的电磁波。它位于电磁波谱的
红外辐射（光波）和无线电波 之间。
精精细细有有机机合合成技成术技术 2．电解反应的全过程
新型精细有机合成技术
电解反应是由电化学过程、物理过程和化学过程等许 多步骤组成的。例如，图2-13是丙烯腈电解加氢二聚制己 二腈的全过程。 （1）底物S（CH2= CHCN）在电解液中通过扩散和泳动 到达阴极表面； （2）在阴极表面发生吸附形成S吸；
精精细细有有机机合合成技成术技术
新型精细有机合成技术
相转移催化的应用
Contents
目
录
1
2
3
卤代烷的制备 腈的制备 酯的制备
精精细细有有机机合合成技成术技术
新型精细有机合成技术
相转移催化的应用
• 相转移催化剂的应用范围很广。从理论上讲，凡是能与 相转移催化剂形成可溶于有机相的离子对的各类化合物， 均可用相转移催化方法进行反应。相转移催化目前已成 功地应用于催化卤化、烷化、酰化、羧基化、酯化、醚 化、氰基化、缩合、加成、氧化、还原等多种反应。
精精细细有有机机合合成技成术技术
（4）吸附法
新型精细有机合成技术
吸附法，即将酶吸附在某一适当的固体吸附剂（载
体）上。此法的优点是制备简单，缺点是吸附量小，载
体中酶的浓度低，酶与载体的结合强度低，容易脱落。
精细有机合成化学及工艺学_图文
丙烯氰的电解： 电解反应全过程：
电极界面（双电层）的结构
1.电荷转移层（接触吸附层） 2.扩散双电层（静吸附层）
3.扩散层
电解有机合成特有的主要影响因素：
1.电极电势
2.槽电压
3.电解质
4.溶剂
5.隔膜
6.电极材料
间接电解有机合成：
第4章 卤化
1.概述
卤化：从广义上讲，向有机化合物分子中碳原子上引入卤原子的反应。 类型：取代卤化，加成卤化和置换卤化 用于取代和加成的卤化剂有：卤素，卤素的酸和氧化剂及其他卤化剂 HCl+NaOCl HCl+NaClO3 SO2Cl2 HOCl COCl2 SCl2 ICl 用于置换其他取代基的卤化剂有：HF KF NaF SbF5 HCl NaBr
表4-1 苯在氯化、磺化和硝化反应中k1/k2的比较
反应类型 氯化
磺化
硝化
k1/k2
8.5
103～104
105～107
表4-2 氯苯含量对k1/k2的影响
氯苯含量，％
1
k1/k2
842
73.5 约1
氯化液中氯苯浓度与反应液中苯浓度的关系式：
CB＝
CAK－CA 1－K
氯化液中氯苯浓度的极大值：
K
CB,max＝ K 1－K
（3）当两个取代基属于不同类型并处于间位时，其 定位作用就是不一致的，这时新取代基进入第一类定 位基的邻位或对位。
（4）当两个取代基属于同一类型并处于邻位或对位 ，则新取代基进入的位置决定于定位能力较强的取代 基。
4.萘环的定位规律
萘环的α 位通常比β 位活波，亲电试剂一般比较容易进入萘环的
α位。
（2）亲电试剂的性质，也包括极性效应和空间效应。
第2章 精细有机合成的理论基础2[可修改版ppt]
![第2章 精细有机合成的理论基础2[可修改版ppt]](https://img.taocdn.com/s3/m/1e77b438b8f67c1cfbd6b868.png)
C H 3C H = C H C H 2O H+H C l 质子溶剂，p-π共轭，
C H 2= C H C H 2C H 2O H+H C l
更容易SN1，＋ CH3CH=CHCH2
＞CH2＝CHCH2CH2＋
(4)
( A )C H 3 C H 2 C H 2 B r+ N a S H
C H 3 C H 2 C H 2 S H + N a B r
该历程中反应是分两步进行的，第一步，中心C原子与离去基间 发生异裂，生成一个不稳定的碳正离子中间体；
第二步，碳正离子与亲核试剂结合生成新的化合物。
★ SN1反应机制的特点 ●反应分两步，第一步是控制步骤，即C-X键首先断裂形成碳正 离子； ●过渡态为平面结构，中心原子由sp3杂化转化为sp2杂化； ●亲核试剂可以从碳正离子两侧与之结合,生成等量的对映体， 即发生消旋化；
●此类反应与亲核试剂的亲核能力及浓度无关。一级反应，即v
= k[R3CX] ★ SN1反应立体化学: 生成等量的对映体即外消旋体
2.影响反应历程和速度的因素
（1）作用物的结构
SN1:单分子亲核取代反应.主要考察形成的C正离子的稳定性 被进攻的碳原子上有给电性取代基；取代基的p-p（如α-氯代 醚类）和p-π（如烯丙基卤化物）共轭有利于SN1。在RX里, 按SN1进行的RX的活性为:烯丙型，苄基型>叔RX>仲RX>伯 RX
(A )(C H 3 )2 C H C H 2 C l+ S H - (C H 3 )2 C H C H 2 S H + C l-
(1)
(B )(C H 3 )2 C H C H 2 I+ S H -
第2章精细有机合成基础2ppt课件
缩写
相对速率
四甲基溴化铵 四丙基溴化铵 四丁基溴化铵 四丁基碘化铵 三辛基甲基氯化铵 苄基三甲基溴化铵
TMAB TPAB TBAB TBAI TOMAC（Aliquat 336） BTEAB
< 2.2 10-4 7.6 10-4 0.70 1.0 （基准） 4.2 < 2.2 10-4
N-丁基吡啶溴化物 N-庚基吡啶溴化物 己基三乙基溴化铵 辛基三乙基溴化铵 癸基三乙基溴化铵 十二烷基三乙基溴化铵 十六烷基三乙基溴化铵 十六烷基三甲基溴化铵 四苯基溴化鏻 四苯基氯化鏻 四丁基氯化鏻 十六烷基三乙基溴化鏻 四苯基氯化鉮 2019/12/29 双-环己基-18-冠-6
择优使EPA或正离子溶剂化。 如：醇、醚、羰基
化合物中的氧, 氨类和N-杂环化合物中的氮原子.
如在强极性非质子溶剂DMF, DMSO, NMP,
HMPA中, 亲核性: F– > Cl – > Br– > I –
2019/12/29
6
四、有机反应中溶剂的使用和选择 P29
① 稳定，不与反应物、产物发生化学反应， ② 不降低催化剂活性。 ② 对反应物的溶解性或分散性好。 ③ 易回收，损失少，不影响产品质量。 ④ 应尽可能不需要太高的技术安全措施。 ⑤ 毒性小、含溶剂的废水易治理。 ⑥ 价格便宜、供应方便。
OH
O
OH
H3PMo12O40
O +
2019/12/29
26
2.10 分子筛催化
分子筛是一种具有立方晶格的硅铝酸盐化合物，主要由硅 铝通过氧桥连接组成空旷的骨架结构，在结构中有很多孔径均 匀的孔道和排列整齐、内表面积很大的空穴。此外还含有电价 较低而离子半径较大的金属离子和化合态的水。由于水分子在 加热后连续地失去，但晶体骨架结构不变，形成了许多大小相 同的空腔，空腔又有许多直径相同的微孔相连，这些微小的孔 穴直径大小均匀，能把比孔道直径小的分子吸附到孔穴的内部 中来，而把比孔道大得分子排斥在外,因而能把形状直径大小不 同的分子，极性程度不同的分子，沸点不同的分子，饱和程度 不同的分子分离开来，即具有“筛分”分子的作用，故称为分 子筛。目前分子筛在冶金，化工，电子，石油化工，天然气等 工业中广泛使用。
精细有机合成技术-课件
6
艺术பைடு நூலகம்（20世纪40～60年代）
到了20世纪上半叶，由于初步确立了化学结构 理论，逐渐建立了通过有机化学反应的规律来进行 有机合成的研究。因此合成出了血红素、颠茄酮 （16步法）、马萘雌酮等。前两个化合物的合成者 是Nobel化学奖的获得者。 在1945～1960年，出现了许多复杂分子的高度 精巧的合成方法。如人工合成了维生素B12。 我国化学家在这个时期也对有机合成做出了贡 献，如黄鸣龙反应和牛胰岛素的全合成等。 这个时期，有机合成化学家几乎可以随心所欲 地合成任何分子。
空间效应
是由分子中各原子或基团的空间适配性，或反应 分子间的各原子或基团的空间适配性所引起的一种形体效应
空间效应的强弱取决于相关原子或基团的大小和形状。 空间位阻是最常见的一种空间效应。 空间位阻一般指体积庞大的取代基直接影响化合物反应活性部 位的显露，阻碍反应试剂对反应中心的有效进攻。
空间位阻也可以指进攻试剂的庞大体积影响其有效进入反应位 置。
第一节 精细有机合成基础理论知识
电子效应和空间效应 诱导效应 有机物分子中相互连接的不同原子间由于原子各自的 电负性不同而引起的连接键内电子云偏移的现象，以及原子或分子 受外电场作用而引起的电子云转移现象。通常用I表示。
静态诱导效应 由于分子内成键原子的电负性不同所引起的电子 云沿键链按一定方向移动的效应，或者说键的极性通过键链依次传 递的效应。
CHANGZHOU INSTITUTE OF ENGNEERING TECHNOLOGY
5
初创期（19世纪和20世纪前半叶）
今天，我们有了关于化学结构的知识，知道当年 Perkin的实验当然不会成功。
NH2 OH HC N H2N CH3
N
精细有机合成方法学-理论基础与技术
极性反应指那些通过供给或接受电子对以形成共价键的反应。 参与极性反应的分子必然是一个为亲电反应物，一个为亲核反应物。
亲电试剂
亲电反应物，也称亲电试剂。 亲电试剂电子云密度较低，具有亲电子对特性，
反应中进攻其他分子的高电子云密度中心。
常见亲电反应物包括以下几类： 各种阳离子，
例如NO2+、R+、R-C+=O、ArN2+、X+、H+、Mn+等；
同一分子中邻近原子或基团对某个共价键的性质的影响有两种： 一种是电子效应，一种是立体效应。
电子效应
电子效应是电子沿共价键传递的结果，又可以分为诱导效应（I）和共轭效应（C） 诱导效应既可以沿键也可以键传递，但一般跨越的共价键的数目有限， 特别是沿键传递的诱导效应，在相隔2个键时就非常小了。
而共轭效应是电子沿键移动的结果，理论上可以传递通过整个共轭体系
与诱导效应类似，以C=C双键为参比， 共轭效应也可以分为吸电子共轭（-C）和供电子共轭（+C）效应
共轭效应和诱导效应经常同时存在而且难以区分，
观察到的结果两种效应的共同作用的结果
（1）取代基只有正的诱导效应， 例如烷基，使苯环电子密度增大而活化，而且邻、对位电子密度增大比间位大。
（2）取代基只有负的诱导效应， 例如：-N+R3、-CF3使苯环电子密度减小而钝化，而且邻、对位电子密度减小比间位大。
必须指出，虽然卤素等原子电负性比碳大， 但它们的孤对电子可以与中心碳原子的p-轨道共轭，因此更利于单线态结构。
卡宾的生成
在相同的碳原子上消除两个原子（团）的α-消除反应是形成卡宾的主要途径
一些活泼的分子分解也可以产生卡宾。
精细有机合成中的溶剂效应
亲电试剂
亲电反应物，也称亲电试剂。 亲电试剂电子云密度较低，具有亲电子对特性，
反应中进攻其他分子的高电子云密度中心。
常见亲电反应物包括以下几类： 各种阳离子，
例如NO2+、R+、R-C+=O、ArN2+、X+、H+、Mn+等；
同一分子中邻近原子或基团对某个共价键的性质的影响有两种： 一种是电子效应，一种是立体效应。
电子效应
电子效应是电子沿共价键传递的结果，又可以分为诱导效应（I）和共轭效应（C） 诱导效应既可以沿键也可以键传递，但一般跨越的共价键的数目有限， 特别是沿键传递的诱导效应，在相隔2个键时就非常小了。
而共轭效应是电子沿键移动的结果，理论上可以传递通过整个共轭体系
与诱导效应类似，以C=C双键为参比， 共轭效应也可以分为吸电子共轭（-C）和供电子共轭（+C）效应
共轭效应和诱导效应经常同时存在而且难以区分，
观察到的结果两种效应的共同作用的结果
（1）取代基只有正的诱导效应， 例如烷基，使苯环电子密度增大而活化，而且邻、对位电子密度增大比间位大。
（2）取代基只有负的诱导效应， 例如：-N+R3、-CF3使苯环电子密度减小而钝化，而且邻、对位电子密度减小比间位大。
必须指出，虽然卤素等原子电负性比碳大， 但它们的孤对电子可以与中心碳原子的p-轨道共轭，因此更利于单线态结构。
卡宾的生成
在相同的碳原子上消除两个原子（团）的α-消除反应是形成卡宾的主要途径
一些活泼的分子分解也可以产生卡宾。
精细有机合成中的溶剂效应
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( A ) ( C H ) C H C H C l + S H 3 2 2 ( C H ) C H C H S H + C l 3 2 2 ( C H ) C H C H S H + I 3 2 2
(1)
( C H ) C H C H I + S H ( B ) 3 2 2
C H 3
( A )C H C H C H C H B r + C N 3 2 2
同族元素的亲核试剂中，原子半径越大，越容易极 化，亲核性越强
（4）溶剂的影响
对SN1反应，极性溶剂有利于中性化合物R-X的解离 溶剂极性越大， 反应速度越快 对SN2反应，Nu-易与质子传递型溶剂形成氢键，使
反应活性降低。反应宜在非质子传递型溶剂中进行
3.芳香族环上氢的亲核取代反应
反应时，亲核试剂优先进攻环上电子云密度最低的位置， 故（反应难易和定位规律）与芳香族亲电取代反应相反。
特点：①由于芳香环和亲核试剂的电子云密度都比较高， 所以这类反应较难发生。②当芳环上连接有吸电子基团 时，使邻位和对位的电子云密度下降得比间位更多，该 位有利于发生亲核取代反应。
4.芳香族已有取代基的亲核置换反应
（1）重要性
在芳环上引入某些基团。要在芳环上引入-OH、-OR、-OAr、NH2、-NHR、-NR2、-NHAr、-CN和-SH等取代基的化合物，采用环 上H的亲核取代相当困难。
迈森海默络合物
b）单分子历程 （一级反应） 重氮盐的水解或醇解生成醇或醚是亲核置换反应， 其历程按SN1进行：
c. 苯炔历程 第一步：消除卤化氢，形成苯炔中间体； 第二步：亲核加成生成取代产物
CH3 Cl
KNH 2-液NH 3
CH3
NH2 + CH3 NH2
62%（非预期的）
必须使用强碱
38%（预期的）
b. 当苯环上同时有卤基和其它吸电性基时，通常都是 卤基发生亲核置换，而其它吸电性基团不发生变化 （重氮基容易分解，氰，各按何种机理进行？哪一个反应更快？为什么？
I-的亲核性很强，且丙酮极性较小。这种反 RX＞2º RX 应条件有利于SN2, SN2反应速率：1º RX ＞3º
但是，亲电取代可以在苯环上引入磺基、硝基、亚硝基、卤基、 烷基、酰基、羧甲基和偶氮基等。引入这些基团后，由于这些基 团的吸电子作用使与之相连的C原子上的电子云密度比其它C原子 降低得更多，因此该位置易发生亲核置换反应。
（2）亲核置换反应反应历程 a）双分子历程 (二级反应） 中间体：配合物负离子
X + NuNO2 X NO2 Nu Nu + XNO2
注意：烯丙型RX and 苄基型RX,发生 SN2反应的活性也是非常大的,与伯RX 相当
（2）离去基团的影响
越容易形成负离子（或接受电子能力强）的离去基 团越有利于亲核取代反应的进行。难易次序：
（3）亲核试剂的影响
对SN1影响不大，对SN2反应有明显的影响。绝大多 数试剂的亲核能力与其碱性一致。
C2H5O >OH >C6H5O >C2H5S >H2O
-
C H 3
C H C H C H C H C N + B r 3 2 2 C H C H C H C H C H C N + B r 3 2 2 2 2
空间位阻大， 不利于SN1
(2)
H C H C H C H C H B r + C N ( B )C 3 2 2 2 2
(3)
( A )C C H C H = C H C H O H + H C l 质子溶剂，p-π共轭， H C H = C H C H C l+ H O 3 2 3 2 2 ( B ) C H = C H C H C H O H + H C l C H = C H C H C H C l+ H O 2 2 2 2 2 2 2
2.影响反应历程和速度的因素
（1）作用物的结构 SN1:单分子亲核取代反应.主要考察形成的C正离子的稳定性 被进攻的碳原子上有给电性取代基；取代基的p-p（如α-氯代 醚类）和p-π（如烯丙基卤化物）共轭有利于SN1。在RX里, 按SN1进行的RX的活性为:烯丙型，苄基型>叔RX>仲RX>伯 RX SN2:双分子亲核取代反应. 主要考察空间阻力.受到的阻力 越小,活性就越大.
2. 卤代烷与NaOH在水－乙醇溶液中进行反应，下列哪些是 SN2机理？哪些是SN1机理？
(1) 产物发生Walden转化； (2) 增加溶剂的含水量反应明显加快； （3）有重排反应； （4）叔卤代烷反应速率大于仲卤代烷； （5）反应只有一步。
SN2 SN1 SN1 SN1 SN2
3）下列每一对反应中，预测哪一个更快，为什么？
消除-加成机理(苯炔机理)如下：
非正常三键 -HCl Cl H NaNH /液NH 2 3 条件苛刻 “苯炔” NH 2NH 2-
NH2 NH 3
NH2
+ NH 2-
NH2
NH 3
+ NH 2 NH2
（3）苯环上其它取代基对亲核置换反应的影响
a）当取代基的共轭位（邻、对位）有吸电子取代基 存在，对反应有利
体的形成，反应一步进行。通式如下：
SN2历程的特征： ①Nu-从离去基团背面进攻；②构型反转（R/S）；③旧键 断裂与新键形成同时；④二级反应，即v = k[RCH2X][OH-]； 假一级反应（当 [OH-] ﹥ ﹥ [RCH2X] 时 )，v = k[RCH2X]
（2）单分子亲核取代反应历程（SN1）
该历程中反应是分两步进行的，第一步，中心C原子与离去基间 发生异裂，生成一个不稳定的碳正离子中间体；
第二步，碳正离子与亲核试剂结合生成新的化合物。
★ SN1反应机制的特点 ●反应分两步，第一步是控制步骤，即C-X键首先断裂形成碳正 离子； ●过渡态为平面结构，中心原子由sp3杂化转化为sp2杂化； ●亲核试剂可以从碳正离子两侧与之结合,生成等量的对映体， 即发生消旋化； ●此类反应与亲核试剂的亲核能力及浓度无关。一级反应，即v = k[R3CX] ★ SN1反应立体化学: 生成等量的对映体即外消旋体
2.3 亲核取代反应
亲核取代反应是指有机分子中与碳相连的某原子或基团被
作为亲核试剂的某原子或基团取代的反应。 在反应过程中，取代基团提供形成新键的一对电子， 而被取代的基团则带着旧键的一对电子离去。 亲核（负离子型）取代反应通式：
1.脂肪族亲核取代反应历程
（1）双分子亲核取代反应历程（SN2）
该过程中旧键的断裂与新键的形成是同时发生的，没有中间
(1)
( C H ) C H C H I + S H ( B ) 3 2 2
C H 3
( A )C H C H C H C H B r + C N 3 2 2
同族元素的亲核试剂中，原子半径越大，越容易极 化，亲核性越强
（4）溶剂的影响
对SN1反应，极性溶剂有利于中性化合物R-X的解离 溶剂极性越大， 反应速度越快 对SN2反应，Nu-易与质子传递型溶剂形成氢键，使
反应活性降低。反应宜在非质子传递型溶剂中进行
3.芳香族环上氢的亲核取代反应
反应时，亲核试剂优先进攻环上电子云密度最低的位置， 故（反应难易和定位规律）与芳香族亲电取代反应相反。
特点：①由于芳香环和亲核试剂的电子云密度都比较高， 所以这类反应较难发生。②当芳环上连接有吸电子基团 时，使邻位和对位的电子云密度下降得比间位更多，该 位有利于发生亲核取代反应。
4.芳香族已有取代基的亲核置换反应
（1）重要性
在芳环上引入某些基团。要在芳环上引入-OH、-OR、-OAr、NH2、-NHR、-NR2、-NHAr、-CN和-SH等取代基的化合物，采用环 上H的亲核取代相当困难。
迈森海默络合物
b）单分子历程 （一级反应） 重氮盐的水解或醇解生成醇或醚是亲核置换反应， 其历程按SN1进行：
c. 苯炔历程 第一步：消除卤化氢，形成苯炔中间体； 第二步：亲核加成生成取代产物
CH3 Cl
KNH 2-液NH 3
CH3
NH2 + CH3 NH2
62%（非预期的）
必须使用强碱
38%（预期的）
b. 当苯环上同时有卤基和其它吸电性基时，通常都是 卤基发生亲核置换，而其它吸电性基团不发生变化 （重氮基容易分解，氰，各按何种机理进行？哪一个反应更快？为什么？
I-的亲核性很强，且丙酮极性较小。这种反 RX＞2º RX 应条件有利于SN2, SN2反应速率：1º RX ＞3º
但是，亲电取代可以在苯环上引入磺基、硝基、亚硝基、卤基、 烷基、酰基、羧甲基和偶氮基等。引入这些基团后，由于这些基 团的吸电子作用使与之相连的C原子上的电子云密度比其它C原子 降低得更多，因此该位置易发生亲核置换反应。
（2）亲核置换反应反应历程 a）双分子历程 (二级反应） 中间体：配合物负离子
X + NuNO2 X NO2 Nu Nu + XNO2
注意：烯丙型RX and 苄基型RX,发生 SN2反应的活性也是非常大的,与伯RX 相当
（2）离去基团的影响
越容易形成负离子（或接受电子能力强）的离去基 团越有利于亲核取代反应的进行。难易次序：
（3）亲核试剂的影响
对SN1影响不大，对SN2反应有明显的影响。绝大多 数试剂的亲核能力与其碱性一致。
C2H5O >OH >C6H5O >C2H5S >H2O
-
C H 3
C H C H C H C H C N + B r 3 2 2 C H C H C H C H C H C N + B r 3 2 2 2 2
空间位阻大， 不利于SN1
(2)
H C H C H C H C H B r + C N ( B )C 3 2 2 2 2
(3)
( A )C C H C H = C H C H O H + H C l 质子溶剂，p-π共轭， H C H = C H C H C l+ H O 3 2 3 2 2 ( B ) C H = C H C H C H O H + H C l C H = C H C H C H C l+ H O 2 2 2 2 2 2 2
2.影响反应历程和速度的因素
（1）作用物的结构 SN1:单分子亲核取代反应.主要考察形成的C正离子的稳定性 被进攻的碳原子上有给电性取代基；取代基的p-p（如α-氯代 醚类）和p-π（如烯丙基卤化物）共轭有利于SN1。在RX里, 按SN1进行的RX的活性为:烯丙型，苄基型>叔RX>仲RX>伯 RX SN2:双分子亲核取代反应. 主要考察空间阻力.受到的阻力 越小,活性就越大.
2. 卤代烷与NaOH在水－乙醇溶液中进行反应，下列哪些是 SN2机理？哪些是SN1机理？
(1) 产物发生Walden转化； (2) 增加溶剂的含水量反应明显加快； （3）有重排反应； （4）叔卤代烷反应速率大于仲卤代烷； （5）反应只有一步。
SN2 SN1 SN1 SN1 SN2
3）下列每一对反应中，预测哪一个更快，为什么？
消除-加成机理(苯炔机理)如下：
非正常三键 -HCl Cl H NaNH /液NH 2 3 条件苛刻 “苯炔” NH 2NH 2-
NH2 NH 3
NH2
+ NH 2-
NH2
NH 3
+ NH 2 NH2
（3）苯环上其它取代基对亲核置换反应的影响
a）当取代基的共轭位（邻、对位）有吸电子取代基 存在，对反应有利
体的形成，反应一步进行。通式如下：
SN2历程的特征： ①Nu-从离去基团背面进攻；②构型反转（R/S）；③旧键 断裂与新键形成同时；④二级反应，即v = k[RCH2X][OH-]； 假一级反应（当 [OH-] ﹥ ﹥ [RCH2X] 时 )，v = k[RCH2X]
（2）单分子亲核取代反应历程（SN1）
该历程中反应是分两步进行的，第一步，中心C原子与离去基间 发生异裂，生成一个不稳定的碳正离子中间体；
第二步，碳正离子与亲核试剂结合生成新的化合物。
★ SN1反应机制的特点 ●反应分两步，第一步是控制步骤，即C-X键首先断裂形成碳正 离子； ●过渡态为平面结构，中心原子由sp3杂化转化为sp2杂化； ●亲核试剂可以从碳正离子两侧与之结合,生成等量的对映体， 即发生消旋化； ●此类反应与亲核试剂的亲核能力及浓度无关。一级反应，即v = k[R3CX] ★ SN1反应立体化学: 生成等量的对映体即外消旋体
2.3 亲核取代反应
亲核取代反应是指有机分子中与碳相连的某原子或基团被
作为亲核试剂的某原子或基团取代的反应。 在反应过程中，取代基团提供形成新键的一对电子， 而被取代的基团则带着旧键的一对电子离去。 亲核（负离子型）取代反应通式：
1.脂肪族亲核取代反应历程
（1）双分子亲核取代反应历程（SN2）
该过程中旧键的断裂与新键的形成是同时发生的，没有中间