精细有机合成反应理论与技术基础幻灯片

➢取代基的电子效应
诱导效应是由邻键的极化而引起的某个键的极化。诱导效应对邻键
的影响最大，随着键的远离影响迅速减弱。
芳环上的取代基使电子云向芳环偏移，增加芳环电子云密度，增强
碱性，增大芳环亲电能力的，这类取代基具有给电子诱导效应;取代基 使芳环上电子云向取代基偏移，从而降低芳环电子云密度，这类取代基 具有吸电子诱导效应。
第二节 精细有机合成反应基础知识
➢取代反应
取代反应指与碳原子相连的原子或基团被另一个原子或基团所替 代的反应。
➢脂肪族亲核取代反应（SN）
卤代烷中卤素 的电负性很强， 因此，C-X键的 电子对偏向卤原子
RX + N u -
RN u + X -
底物
亲核试剂 （进入基团）
离去基团
➢单分子亲核取代反应(SN1)
较弱的键
这一过程需要消耗能量(即活 化能)，所以这一过程较慢， 是控制反应速度的步骤。
离去基团与碳原子的键有 所减弱，两者与碳原子成 直线形状，碳原子上另外 三个键逐渐由伞形转变成
平面。
SN2反应能量变化图 :
➢影响反应的因素
在SN1反应中，与离去基团相连的碳原子背面的空间阻碍越大，越不 易发生SN2反应，而越容易发生SN1反应。
Id和Is作用方向一致时，将有助于化学反应的进行。 Id和Is的作
用方向不一致时， Id往往起主导作用。
➢共轭效应
在单双键交替排列的体系中或具有未共用电子对的原子与双键直接 相连的体系中，p轨道与π轨道间存在着相互的作用和影响，每个成键 原子不仅受到成键原子的原子核的作用，而且也受到其他原子核的作 用，因而分子能量降低，体系趋于稳定。这种现象称为离域键，含有 这样一些离域键的体系通称为共轭体系，共轭体系中原子间的相互影 响的电子效应称为共轭效应。
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
➢芳香族亲电取代反应
芳香环是一个环状共轭体系，电子云密度较高，容易受到亲电试 剂的进攻，发生亲电取代反应。
➢苯的一元亲电取代
芳环上的亲电取代反应历程:
+ E+
K1 K-1
E
H
+
K2
首先是亲电试剂 进攻芳环，生成 -络合物
E
离去基团变成正 离子离开，离去 基团在多数情况 下为质子
超共轭效应是当取代基为烷基时，烷基内的碳原子与极小的氢原子
结合，对于电子云屏蔽的作用很小，容易与相连接的苯环上碳原子的 -电子共轭，发生电子向芳环离域，使体系变得更稳定。
超共轭效应一般是给电子的，而且超共轭效应的影响较共轭效应小
得多。
➢取代基种类和性质
根据取代基的定位作用将取代基分为两类：具有邻、对位定位 作用的取代基称为第一类定位基；具有间位定位作用的取代基 称为间位定基。 凡是活化基常使新取代基进入它的邻、对位；凡是钝化基使 新取代基进入它的间位。
给电子诱导效应使芳环活化，吸电子诱导效应使芳环钝化。
共轭效应是由共轭体系内取代基引起的共轭体系的电子云密度的变
化，因而对分子的电子云密度分布产生影响。
芳环上已有取代基通过共轭效应供给芳环电子的称为给电子的共轭
效应；移走芳环电子的称吸电子共轭效应。
给电子的共轭效应使芳环活化，吸电子的共轭效应使芳环钝化。
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。
RX+Nu- 慢
Nu
R
X
快
RNu+X-
该反应是一个同步过 程，亲核试剂从反应 物离去基团的背面向 与它连接的碳原子进 攻，先与碳原子形成
➢脂肪族亲电取代反应
脂肪族亲电取代反应最重要的离去基团是外层缺少电子对而能
很好存在的离去基团。重要是有氢作离去基团的反应，亲电取代常
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
SE1
R X慢
R-
+
+X
R- +Y+ 快 RY
叔丁基溴的水解: ( C H 3 ) 3 C B r + O H - ( C H 3 ) 3 C O H + B r -
该反应的反应速度仅取决于叔丁基溴的浓度，而不受OH-浓度的影响。 反应速度=k[(CH3)3CBr]
SN1反应历程可用下式来表示：
RX 慢 R+ + X-
R+ + Nu- 快 RNu
精细有机合成反应 理论与技术基础幻
灯片
优选第二章精细有机合成反应 理论与技术基础
诱导效应沿键链的传递是以静电诱导的方式进行的，只涉及电子
云分布状况改变和键的极性的改变，一般不引起整个电荷的转移、 价态的变化。
由于氯原子的吸电 诱导效应的依次传 递，促进了质子的 离解，增强的该酸 的酸性。
O Cl CH2 C O H
离解生成正碳离子 随后立即与亲核试 剂反应，而这一过
程速度极快。
卤代烷首先离解为正碳离子与 带负电荷的离去基团，而离解 过程需要消耗能量，是控制反 应速度的步骤，也是速度最慢 的步骤。
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 :
➢双分子亲核取代反应(SN2)
在键链中通过静电诱导传递的诱导效应受屏蔽效应的影响是
明显的，诱导效应随着距离的增加，变化非常迅速。
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
-O->-OR
➢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。
在SN1反应中，亲核试剂的性质对反应速度没有影响。SN2反应中亲 核试剂的亲核性对反应速度影响显著。
进入基团的碱性愈强,其亲核性能力也愈强。
I->CN->OH->Br –>AcO->H2O 离去基团的碱性愈弱，形成的负离子愈稳定，愈容易被进入基团 取代。按离