第五章 反应机理

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药物合成反应 第五章 缩合反应

药物合成反应 第五章 缩合反应
NaOH
(CH3)2CHCH2 CH C COCH3 H
含α -活 泼氢的醛、 酮的交错缩合
H2O 30
(CH3)2CHCH2 CH
C COCH3 H
甲醛与含α -活泼氢 的醛、酮交错缩合
(CH3)2C CHO + H C H H
O
K2CO3 14 ~ 20
(CH3)2C
CHO (50%)
CH2OH
COOR
Na
+ X
NaX
第四节 其他缩合 达参反应
1.催化剂
2.α -卤代酸酯的结构 3.羰基化合物的结构
第四节 其他缩合 达参反应
i C4H9
CH3COCl/AlCl3 20 ,3~3.5h
CH3 i C4H9 C O
(95%)
CH3 i C4H9 C O C H COOCH(CH3)2 NaOH/H2O i C4H9
O
H + C2H5O
CH3 C
OC6H5+ H
H (2) HCl O (1)NaNH2 CH3 C C COOC2H5
(2)H
C
OC2H5 (1) EtONa, COOC2H5 回流10h 85 ~ 90 C O C6 H5CH C O H
OC2H5 C O
O C COOC2H5 + C6H5OH
C6H5
反应机 理
O H OO H H RCH2 C C COOC2H5 + C2H5O (1)C H ONa RCH2 C C COOC2H5 + C2H5OH 2 5 RCH2 C OC2H RCH2 C RC COOC2H5+C2H5OH R5 + H C COOC2H5

05第五章 烃化反应

05第五章  烃化反应
H R' C O a CH2 H H R' C O H C-O键先从取代 较多的碳原子 一边部分断裂 H δ OR R' C CH2 Oδ H 在过渡态,键的断裂优 于键的形成,环碳原子 上带部分正电荷 -H R' CH2 b HOR
-H OR
H R' C O H
CH2
δ H R' C
R'
H C HO 仲醇 H C
COOEt C C OTl H R'I /CH3CN 60℃, 20 h H R'O
COOEt C C OR' H
COOEt
COOEt
COOEt
d.溶剂的影响
常用过量醇作(质子)溶剂,也兼作反应剂;质子溶剂有利 于RCH2-X的解离,但易于R’O-发生溶剂化,使R’O- 亲核性下 降,应当使用非质子溶剂,如:苯、甲苯、二甲苯、液氨或 DMF、DMSO等,同时需在无水条件下反应.
CH2 OR
CH2 HOR Oδ H
亲核试剂优先与取代 较多的环碳原子结合
CH2
OR OH 伯醇
Ph-CH-CH2 + EtOH
O
NaOH
CH3CHCH2OEt OH 80%
O
CH3OH/H △
+
OH OCH3 80%
OMe OH
H2SO4 ,5 h Ph CH O ,6 h CH3ONa CH2 + MeOH
O2N Cl EtOH/NaOH (95.6%) O2N OEt
非那西汀中间体
非那西汀(N-乙酰-4-乙氧基苯胺)有良好的解热镇痛作用。常用于治疗发热、头 痛、神精痛等。毒性低,作用缓慢而持久。
iv)对芳香氮杂环卤化物来说,卤原子在N原子的邻或/和对位, 其活性会增大,易于发生与醇的烃化反应,如下例:

第五章碳正离子型延伸碳链反应

第五章碳正离子型延伸碳链反应
13
3、生产实例
烷基化反应 (RX)
Cl
CH2Cl +
ZnCl2 85-90oC
Cl
CH2
对氯二苯甲烷
Cl
2
+ CCl4
AlCl3 10 oC,3 h
C
Cl
+ 2HCl
二氯二苯甲烷
14
烷基化反应 (烯烃) ㈡ 用 烯烃 作烷化剂的 F-C 烷化反应
1、反应历程
CH2=CH + H+
C H 2-C H 3
(1)DDT滴滴涕(1,1,1-三氯-2,2’-双(对氯苯基)乙烷)
O C l3C -C -H
三氯乙醛
+2
Cl
浓 H 2SO4 15-30oC
Cl
(2)双酚A(2,2’-双(4-羟基苯基)丙烷)
O CH3-C-CH3 + 2
OH
酸 性催 化剂 脱 水缩 合
HO
过量
H
C
Cl
C C l3
CH3
C
OH
CH3
本章主要介绍:亲电试剂首先与催化剂作用 生成碳正离子,然后再与亲核体之间进行缩 合反应。 包括F-C烷基化反应、 F-C酰基化反应、醛酮 的缩合反应等。
碳正离子的主要来源:
一、形成碳正离子的催化剂
二、形成碳正离子的途径
3
一、形成碳正离子的催化剂
(1) 质子酸( β-酸)——凡能给出质子的分子 或离子叫质子酸。 例如:HCl、H2SO4、CH3COOH、HCO3-、 NH4+等。
CH3(CH2)4 C
OH
O
2,4-二羟基苯基戊基 甲酮(医药中间体) 33
④ 溶剂的影响

第五章烃化反应

第五章烃化反应

丙二酸酯、丙二腈、氰乙酸酯、乙酰乙酸乙酯、苄腈等
Eg. CH2(COOEt)2
Cl
(EtOOC)2HC
EtONa
(61%)
主要影响因素 a.催化剂 常用RONa b.溶剂 以RONa为催化剂时,多选用醇类作溶剂。 c.被烃化物的结构 当活泼亚甲基上有两个活性H时,若有足够量的碱 和烃化剂存在,可发生双烃化反应。
O
C OEt H2C
C OEt O
(CH3)2CHCH2CH2Br EtONa, EtOH
O
C OEt
CH (H3C)2HCH2CH2C C OEt
O
O
CH3CH2Br EtONa, EtOH
C2H5
C OEt
C (H3C)2HCH2CH2C C OEt
O
三、硫酸酯和芳磺酸酯类烃化剂
(CH3)2SO4 , (C2H5)2SO4 ,
⑵ 活泼亚甲基化合物的C-烃化
活性亚甲基:亚甲基上连有吸电子基团时,其上氢原子的
活性增大。 X
B:-
H2C
+R
Y
X
X R HC Y
吸e基使亚甲基活性增大的能力按大小次序排列:
X H2C Y
X, Y为吸电子基
O
-NO2 > -CR> RSO2-> -CN> -COOR> Ph
常见的活性亚甲基的化合物:β-二酮、β-羰基酸酯、
OHO N H
(CH3)2SO4,NaOH

O
O OCH3
(酚羟基形成氢链
N
O 用RX难烃化)
CH3
抗肿瘤药阿克罗宁(Acronine)
⑵ 氮原子上的烃化反应
亲核活性 氨基氮 > 羟基氧 , 用(CH3)2SO4更易烃化. Eg.

第五章缩合反应

第五章缩合反应

1. 含α–活泼氢的醛或酮的自身缩合

影响因素及反应条件
①反应物结构。
只含一个α -H醛进行自身缩合时,得到单一的β -羟基醛加成 产物。含二个以上α -H醛进行自身缩合时,得α ,β -不饱和醛
稀碱溶液和 较低温度下
酸催化或 高温度下
1. 含α–活泼氢的醛或酮的自身缩合

酮分子间的自身缩合,反应活性低,缩 合的速度慢,平衡偏向左边



第一节 醛酮化合物之间的缩合
一、自身缩合
1. 含α–活泼氢的醛或酮的自身缩合—羟醛缩合反应(Aldol Condensation) 含α–活泼氢的醛或酮在一定条件下发生反应生成β–羟基醛或酮, 或经脱水生成α,β–不饱和醛或酮的反应
1. 含α–活泼氢的醛或酮的自身缩合

反应机理
碱作催化剂
Perkin反应需在无水条件下进行。
三、雷福尔马茨基反应 (Reformatsky)
醛或酮与α -卤代酸酯和锌在惰性溶剂中反应,经水解后 得到β –羟基酸酯(或脱水得α ,β -不饱和酸酯)的反应 叫Reformatsky反应。其通式为:
影响因素及反应条件
1、反应物结构
①α–卤代酸酯的结构。α–溴代酸酯使用最多。
①亚甲基组分的结构 乙酰乙酸及其酯、丙二酸及其酯、丙二腈、 丙二酰胺、苄酮、脂肪族硝基化合物等。 ②羰基组分的结构 芳醛和脂肪醛均可顺利地进行反应,其中芳醛
的收率高一些。
酮类如 何反应?
1.影响因素及反应条件

反应条件
①催化剂 常用的催化剂有:醋酸铵、吡啶、丁胺、哌啶、甘氨酸、氨-乙醇、 氢氧化钠、碳酸钠等,并可使用微波加速反应 若用TiCl4-吡啶作催化剂,则用于位阻较大的酮类化合物,收率较 高。

第五章自由基反应

第五章自由基反应

第五章⾃由基反应第五章⾃由基反应5.1 ⾃由基⾃由基是含有⼀个或多个未成对电⼦的物种,它是缺电⼦物种,但通常不带电,因此它们的化学性质与偶电⼦的缺电⼦物种——例如碳正离⼦和卡宾——很不相同。

“基”(radical)这个词来⾃拉丁语“根”。

“基”的概念最初⽤于代表贯穿于⼀系列反应始终保持不带电的分⼦碎⽚,⽽“⾃由基”(free radical)的概念最近才被创造出来,代表⼀个不与任何其他部分成键的分⼦碎⽚。

时⾄今⽇,“基”和“⾃由基”可以混⽤,但“基”在特定⽂献中依然保留了它的原意(例如,有机结构中的R基)。

5.1.1 稳定性本章讨论的⼤多数化学问题都涉及烷基⾃由基(·CR3)。

它是⼀个七电⼦、缺电⼦的物种,其⼏何构型可以看做⼀个较钝的三⾓锥,杂化类型兼有sp2和sp3成分,三⾓锥发⽣翻转所需能量很⼩。

实际操作中,你可以把烷基⾃由基看做sp2杂化的。

烷基⾃由基和碳正离⼦都是缺电⼦物种,能稳定碳正离⼦的结构因素同样能稳定烷基⾃由基。

烷基⾃由基可以被相邻的带孤对电⼦的杂原⼦或π键所稳定——正如它们稳定碳正离⼦时那样——且稳定性顺序为3°>2°>1°。

但是,在碳正离⼦和烷基⾃由基的能量趋势之间依然存在两个主要的区别:1.最外层含7个电⼦的C原⼦不如只含6个电⼦的C原⼦缺电⼦,因此烷基⾃由基不如相应的碳正离⼦能量⾼。

因此,极不稳定的芳基和1°烷基碳正离⼦从未观察到,但芳基和1°烷基⾃由基则相当常见。

2.对碳⾃由基⽽⾔,相邻的孤对、π键或σ键带来的额外稳定性不如碳正离⼦那么显著。

原因是:⼀个充满的AO或MO与⼀个碳正离⼦全空的AO之间的相互作⽤会将两个电⼦放置在⼀个能量降低的MO中,⽽⼀个充满的AO或MO与⼀个碳⾃由基半充满的AO之间的相互作⽤会将两个电⼦放置在⼀个能量降低的MO中,⼀个电⼦放置在⼀个能量升⾼的MO中。

尽管相邻的孤对、π键或σ键对碳⾃由基的稳定效果不如碳正离⼦,但若⼲个这些基团对⾃由基的稳定作⽤累积起来依然相当可观。

药物合成反应_第五章_重排反应

药物合成反应_第五章_重排反应

重 排
1
(CH3)3C-CH2OH
③烯烃+氢离子
-H2O H+
(CH3)3C-CH2
Wagner-Meerwein
(CH3)3C-CH=CH 2 +
Ag
(CH3)3C-CH-CH3
OCH3
H3C
Cl
④重氮盐放氮 H3C C CH2Cl (CH3)3 C-CH 3NH2 CH 3
重排的顺序:


CH3 CH3
CH2 CH2
莰烯
CH2
TsOH C6H6 H3C
CH3
CH3
CH3
CH2
CH3
CH3
反应机理:
重 排
1
Pinacol
邻二醇类化合物在酸催化下,失去一分子水重排生成醛或酮的反应,称为Pinacol重排。
反应机理:
R1
R2 R3 H C C R4 OHOH
R1
R2 R3 R3 1,2-迁移 C C R4 R1 C C R4 - H OH OHR2
O O OR Br Br Br Br O O O OR
重 排
4
Wolff/Arndt-Eistert
α-重氮酮在银、银盐或铜存在条件下,或用光照射或热分解都消除氮分子而重排为烯酮,
生成的烯酮进一步与羟基或胺类化合物作用得到酯类、酰胺或羧酸的反应称为Wolff重排。
反应机理:
R' C C N N O R
Ph CH3 Ph
Ph CH3 Ph C C CH3
Ac2O/ZnCl2
CH3 C O C Ph
CH3 Ph C O C Ph CH3
C
C
CH3

第五章 配合物反应机理和动力学

第五章 配合物反应机理和动力学

[Co(NH3)4(NH2)Cl] = k1[Co(NH3)5Cl][OH]/(k-1[H2O]+k2)
反应速率: d[Co(NH3)5(OH)]/dt = k2[Co(NH3)4(NH2)Cl] = k1k2[Co(NH3)5Cl][OH]/(k-1[H2O]+k2) = K[Co(NH3)5Cl][OH] K=k1k2/(k-1[H2O]+k2)
Co2+(aq) 6.0 Ni2+(aq) 4.3
结论:配体交换反应的速率与进入基团无关,排 除缔合机理
配体场理论在动力学上的应用
反应物 过渡态
SN1(D机理) 八面体----- 四方锥或三角双锥(CN=5) SN2(A机理) 八面体-----五角双锥或八面体锲型结构(CN=7) 络合物的反应活性 晶体场稳定化能CFAE=CFSE(过渡态)— CFSE(反应物) 若CFAE≤0,活性;反应较快 CFAE >0,惰性;反应较慢
相反,Ni(CN)42-的稳定性很高,
[Ni(CN)4]2- == Ni2++4CN快,是一般测量技术所无法测量的。 显然,热力学稳定性与动力学活性之间没有必然联系。 K~10-22 但是配位界内的CN-离子与加到溶液中的示踪CN-的交换速度很
三. 取代反应的机理
四种可能的机理:
M─X M + X → M─Y
Cl
-
Cl Pt H3N
NH3 Cl
NH3 Cl
Cl Cl
Cl Pt Cl
NH3
Cl Cl
Pt
NH3 Cl
NO2-
Cl Cl
NH3 Pt NO2
Cl Cl
Cl Pt Cl
利用反位效应 Cl NO2

第五章 加成与消除反应

第五章 加成与消除反应

*2
+ CH2I2 + Zn(Cu)
*3
O CH2=CH-C-CH3 =
Zn/Cu CH2I2
5.1.9 烯烃的复分解反应
+ cat. +
CH3
[M]
H
H
H H3C H H H3C C C H H H
H H
H3C
[M]
C CH3
H H
C C H
[M]
C CH3 H H
“舞伴交换”
[M]
H3C
H3C
(CH3)2CHCH=CH2
HBr
+
+
(CH3)2C-CH2CH3
(CH3)2CHCHBrCH3 + (CH3)2CBr-CH2CH3
次要产物
主要产物
(3) 速率问题 *1 HI > HBr > HCl
*2 双键上电子云密度越高,反应速率越快。
CH3 2C C CH3 2 > CH3 2C CHCH3 > CH3 2C CH2
5.1.3 烯的酸催化水合反应
例1
CH2=C(CH3)2 + H+

CH3C+(CH3)2
H2O
CH3C(CH3)2
+
-H+
CH3C(CH3)2
OH
CH3 H CH3
H 2O
OH2
CH3 CH3 + H 2O
例2
H+
OH CH3 CH3 + H
CH3 OH CH3 H
5.1.4 卤素与烯键的加成
E
C
反应特点:
C
C

高等有机化学 第五章 芳环讲解

高等有机化学 第五章 芳环讲解

2019/6/4
26
• 取代基中与苯环相连接的原子带有孤电子
对。
Z
由于Z有未公用电子对,通过共轭作用可以 把电子部分地转移到环中,使得环中的电子
云密度增大,有利于亲电试剂的进攻,生成
σ络合物后,正电荷可以转到Z上。
2019/6/4
27
上面结论还可以用共轭效应来分析定位问题: Z
Óë Y+ ¿É ÒÔ ÐÎ ³É ÒÔ Ï s Âç ºÏ Îï
2019/6/4
28
2019/6/4
12
13
29
☛ o-,p-比m-多一个Lewis 结构式(12或13), 且12和13对共振体的贡献又最大(除H外的 每一个原子都是8隅体),因为o-和p-比m中间体要稳定得多。
☛ 因此这样的Z是邻位、对位定位基。 ☛ 结论:在与环相连的原子上有未公用电子
对的基团是致活基团,且是邻、对位定位基。
2019/6/4
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这是因为: ① 量子力学计算σ络合物的正电荷在各个C点
上的分布如下:
HH
0.25
0.25
0.1
0.1
0.3
2019/6/4
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② 邻位有位阻效应,特别是对于大的基团这 个效应更加明显。如:
Br HNO3
Br +
Br NO2
NO2
90% 以上
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(3)Orientation in Benzene Rings with More than One Substituent
L
slowly
Y
L
L
Y
Y
1
L Y
fast 2

第五章有机反应机理及研究方法

第五章有机反应机理及研究方法

第五章有机反应机理及研究方法有机反应机理是研究有机化学反应中分子间的化学反应活性和反应途径的描述。

研究反应机理具有重要的理论指导意义,可以帮助我们理解和预测有机反应的发生过程,为有机合成提供依据和方法。

有机反应机理的研究方法多种多样,本章将对其中的几种常见的方法进行介绍。

一、光谱学方法光谱学方法是研究有机反应机理常用的方法之一,它通过测定反应物和产物的光谱数据,例如红外光谱、紫外光谱、核磁共振光谱等,来推测反应过程中的化学键断裂和形成情况。

例如,通过观察红外光谱中的吸收峰的变化,可以判断反应中是否有化学键的断裂和形成。

二、动力学方法动力学方法是研究有机反应机理的另一种重要方法,它通过测定反应速率的变化规律来推测反应过程中的反应步骤和反应活化能。

常用的动力学方法有测定反应速率常数、构建速率方程和确定反应级数等。

例如,利用快速反应技术可以测定反应的速率常数,通过一定条件下多次进行反应,然后测定不同时间点的产物浓度变化,从而得到反应速率常数。

三、理论计算方法理论计算方法是近年来发展起来的一种研究有机反应机理的新方法,它通过量子化学计算和分子动力学模拟等理论手段,可以模拟预测分子间的结构、键合和反应机理等。

常用的理论计算方法有密度泛函理论、哈特里-福克方法和分子力场方法等。

例如,通过理论计算可以模拟预测反应物和产物的几何结构、反应中的过渡态和中间体,从而揭示反应的机理和反应途径。

四、同位素标记方法同位素标记方法是一种研究有机反应机理的重要手段,它通过引入同位素标记物质进行反应,然后通过同位素示踪技术来研究反应过程中化学键的断裂和形成情况。

例如,可以用碳-14同位素标记一个原子处在相同的位置,然后通过测定产物中在不同位置的同位素含量,来判断反应中化学键的形成和断裂。

总结起来,有机反应机理的研究方法有光谱学方法、动力学方法、理论计算方法和同位素标记方法等。

这些研究方法可以相互补充,从不同的角度揭示反应的机理和途径,对于深入理解和预测有机反应具有重要的意义。

N 第五章 反应机理

N 第五章 反应机理
Cl
+ NaNH2
NH3
NH 2
O
O
要求:捕获剂与中间体反应活性高、生成的 产物应易分离、易鉴定!
17
3. 研究催化作用 通过研究催化剂,可以揭示反应机理,如 被光或过氧化物催化的可能是自由基机理,能 被酸催化的可能经过碳正离子中间体,而能被 碱催化的可能经过碳负离子中间体。
CH4 + Cl2
hv
10
还原剂 Na Fe2+ SO2 S
5.3 研究有机反应机理的一般方法
一般来说,反应机理都是由间接的方法推理而来。因 为化学反应发生的时间很短( 10-12s~ 10-14s )。 80年代飞秒(10-15s)激光器研制成功,为过渡状态的研究 带来希望。泽维尔(Zewial A H)用飞秒激光器研究了碘 化钠分解反应、氢原子和CO2反应、四氟二碘乙烷 (C2I2F4)分解为四氟乙烯和两个碘原子的反应、环丁烷 分解为乙烯的开环反应。
33
式中 相当于带正电荷或负电荷,在离子强度为零的 介质中,活化自由能表示为:
式中AB 相当于过渡态,而A 、B 相当于反应物.如果 把这个体系转移到一个离子强度为 的介质中去,自 由能要改变,因此
34
• 根据过渡态理论和系列数学变换,可以得到下 表达式,用于评价离子强度对反应速率的影响。 其中k0、 k 分别是无盐和有盐时的反应速率常 数,ZA、ZB 为A、B所带电荷,为离子活度。
40
41
特殊盐效应抑制了“离子对返回”,使得 产物的生成速率更接近测定的电离速率.这也 是离子对存在的重要证据.
42
• 问题:1. 常见反应活性中间体有哪些?
答:
卡宾 碳负 离子 乃春 自由基 苯炔
第五章 有机反应机理的研究方法

第五六章多组分反应和串联反应

第五六章多组分反应和串联反应
♦ Future research in the area of MCRs will include the discovery
and design of novel MCRs, combinations of MCRs and traditional reactions, experimental improvements in solid-and liquid-phase, enantio-and diastereo-selective variations, and more and more applications in drug discovery, material science, bioconjugates, and agrochemical compounds.
Organic Synthesis
Organic Synthesis
Organic Synthesis
四、多组分反应展望
♦ Hardly a field in organic chemistry has evolved faster over
only a couple of years than MCRs. However, the very large M CR s pace of >10 2 0 is only e x plore d m arginall y.
Organic Synthesis
4.混合机理 混合机理 自由基和负离子组合
Angew. Chem. Int. Ed. 1998, 37, 152
Organic Synthesis
Organic Synthesis
三、金属催化的多组分反应
Organic Synthesis
Organic Synthesis

酯化反应机理催化剂酯化方法

酯化反应机理催化剂酯化方法

(3)工艺过程
醋酸,乙醇,浓硫酸
连续酯化生产乙酸乙酯工艺流程 1—高位槽;2—热交换器;3—冷凝器;4—酯化塔;5,10—
分馏塔 6,9—分凝器;7—混合器;8—分离器;11—冷却器;12—成
醋酸
乙醇
浓硫 酸
工艺过程方块流程图
5%NaCl
NaCl, NaOH溶液
酯化
CaCl2溶 液 洗涤
② 干燥氯化氢或盐酸
优点:酸性强、催化效果好、无氧化性和易于分离等。
缺点:设备腐蚀严重、操作较复杂、反应时间过长时易发生醇羟基氯代 副反应等。
应用:一般用于某些以浓硫酸作为催化剂时发生脱水等副反应的含羟基 化合物的酯化,也用于氨基酸的酯化。
H2NCH2COOH
干燥HCl
C2H5OH
HCl H2NCH2COOC2H5 H2O
又称皂化。 特点: ① 酯的水解反应也是一个可逆平衡反应; ② 可在酸或碱催化下进行; ③ 反应过程中,进攻的亲核试剂是水,离去基团是醇。 即,
RCOORˊ + H2O RˊOH + RCOOH
H+ / OH¯
(二)主要影响因素
1 反应物的结构
(1)醇或酚结构的影响
酯化反应活性:
甲醇 ≻ 伯醇 ≻ 仲醇 ≻ 叔醇 ≻ 酚。
应用场合:当用酸对醇进行直接酯化不易取得良好效果时,常常要用酯 交换法。
反应方式: 酯交换除原料酯外,参与反应的另一反应剂可能是醇、酸或另一种酯。
即,三种方式: 1、酯醇交换法,即醇解法或醇交换法
O
R C OR/
//
R
OH
R COOR// R/OH
2、酯酸交换法,即酸解法或酸交换法
O
O

有机合成-还原反应(5)

有机合成-还原反应(5)
- 2Zn +
ZnCl
R C R' ZnCl
H+ R CH R' ZnCl
H+ R CH2 R' + ZnCl+
R1 R2 C O + HCOONH4
加或不加 HCOOH
R1 R2 CH NH2 + CO2 + H2O
R1
O
R3 加或不加 HCOOH
C O+H C N
R2
R4
R1
R3
第五章 还原反应
一、还原反应简介
绝大多数有机物的不饱和官能团都能被还原,每一种 不饱和官能团可能有一种或几种适宜的还原剂和还原方法, 一种还原剂也可以还原一种或几种不同的官能团,某些还 原剂还具有高度的选择性。在还原反应中,温度、压力、 催化剂等条件对还原的产物影响也很大
有机合成中用的还原方法:催化氢化、负氢转移还原、 金属与供质子试剂还原、联氨还原等
3. 可溶金属还原
在有机合成中,常使用溶解金属或某些合金来还原有机化 合物。常用的金属有碱金属:锂、钠、钾;碱土金属:钙、 镁、锌以及铝、锡、铁等。使用的合金多为金属与汞的合 金。如钠汞齐、锌汞齐、铝汞齐等。钠汞齐降低了活泼金 属的活性,而铝汞齐则提高了金属的活性。
这类还原反应的本质是金属提供电子,机理为负离子自由 基机理。还原必须有供质子试剂存在,如水、乙醇、异丙 醇、正丁醇、叔丁醇、乙酸等。还原中首先生成的负离子 自由基如及时遇到质子试剂提供质子,则得到单分子还原 产物;若负离子自由基末遇到强的供质子试剂,则可以得 到二聚的产物。
1.催化氢化
催化氢化又可以分为加氢与氢解,加氢是指在催化剂 作用下氢与不饱和官能团加成;氢解则是指碳-杂键断裂, 生成新的碳氢键的反应。

第五章 自由基反应

第五章 自由基反应

自由基产生
(2)辐射均裂产生 光
过氧苯甲酰和偶氮二异丁腈也可通过光照产生自由基。
(3)单电子转移的氧化还原反应产生
锂钠还原炔制备反式烯烃也是产生自由基的例子(page 113).
5.3.自由基反应机理
由化学键均裂引起的反应称为自由基反应。
(1)反应机理包括链引发、链增长、链终止三个阶段。 (2)反应必须在光、热或自由基引发剂的作用下发生。 (3)溶剂的极性、酸或碱催化剂对反应无影响。 (4)氧气是游离基反应的抑制剂。
链引发
△ ROOR 2 R O HBr
2R O R OH Br
Br
CH2=CH CH3
Chain Propagation:
链传递
CH3CHCH2 HBr Br
Chain Termination: Br
Br
Br2
CH3CHCH2

Br
CH3CHCH2 ② Br
CH3CH2CH2Br Br
链终止
Br
CH3CHCH2
H = -112.9 kJmol-1 Ea= 8.3 kJmol-1
Cl + Cl
CH3 + CH3
Cl + CH3
C l2
H3CCH3
H 3C C l
势能 /(kJ mol-1)
Cl H
CH3
H3C
Cl
Cl
+16.7
Ea1
Ea2
+8.3
CH4 + Cl
CH3 + HCl
Cl2
+7.5
112.9 105.4
其他烷烃氯代反应的选择性
C H 3 C H 2 C H 3

生物反应工程第二版课后习题答案

生物反应工程第二版课后习题答案

生物反应工程第二版课后习题答案生物反应工程第二版课后习题答案生物反应工程是一门研究利用生物体进行工程化生产的学科,它涉及到生物体的生理学、微生物学、化学工程学等多个学科的知识。

生物反应工程的目标是通过合理设计和优化反应条件,提高生物体的生产能力和产物质量,从而实现高效、可持续的生产。

在学习生物反应工程的过程中,课后习题是检验学生对知识掌握程度的重要方式。

下面是《生物反应工程第二版》课后习题的答案,供大家参考。

第一章:生物反应工程概述1. 生物反应工程是一门研究利用生物体进行工程化生产的学科。

2. 生物反应工程的目标是通过合理设计和优化反应条件,提高生物体的生产能力和产物质量。

3. 生物反应工程涉及到生物体的生理学、微生物学、化学工程学等多个学科的知识。

第二章:微生物生长动力学1. 微生物生长动力学是研究微生物生长和代谢的数量关系的学科。

2. 在生物反应工程中,通常使用生长速率方程来描述微生物生长的动力学过程。

3. 常见的生长速率方程有Monod方程、麦克斯韦方程等。

第三章:反应器设计与操作1. 反应器是进行生物反应工程的核心设备,其设计与操作对反应过程的效果有重要影响。

2. 常见的反应器类型有批式反应器、连续流动反应器、气液循环反应器等。

3. 反应器的设计应考虑反应物的输送、温度、pH值等因素。

第四章:质量传递与传质过程1. 质量传递是指物质在反应器中的传输过程,包括物质的输送和扩散。

2. 传质过程对反应的速率和效果有重要影响,需要进行合理的设计和优化。

3. 常见的传质方式有对流传质、扩散传质等。

第五章:反应动力学与反应机理1. 反应动力学是研究反应速率与反应物浓度之间关系的学科。

2. 反应机理是指反应过程中发生的化学反应步骤和反应物之间的转化关系。

3. 反应动力学和反应机理的研究对于反应过程的优化和控制具有重要意义。

总结起来,生物反应工程是一门综合性学科,涉及到生物体的生理学、微生物学和化学工程学等多个学科的知识。

第五章 重排反应(Rearrangement reaction)

第五章 重排反应(Rearrangement reaction)

CH3
+
C CH2
CH3
C CH2 CH3
1,2-烷基迁移
CH3
+
C CH2 CH3 CH3
CH3
H+
CH3 C CH CH3
CH3
转变成更稳定的正离子是重排的一个动力,另外,转变成中 性化合物也是重排的一种动力,有时为促进重排,常在离去基或
其β-位上引入活性基团。如庚醇(heptanol)在三苯基膦的作用
原子或基团发生迁移。如下列化合物在酸催化下重排,得氢迁
移产物醛或酮。
H Ph Ph C C
OH OH
CH3(CH2)4 O
HCl(g) CH3 25 。C ,3h
CH3 CH2CCH2OH O OH
TsOH/C6H6
Ph Ph C C
OH
CH3(CH2)4 O
CH3
CH3 CH2CHCHO O
(90%) (80%)
5
下,经重排、水解得双环[2.2.1]庚醇:
OH NHTs Ph3P/DEAD
OPPh3
NHTs Ph3P=O
+
NHTs H
Ar O ArCO2
O
NHTs
(80%)
除此之外,碳正离子也可通过其他方式形成,如烯烃的卤加成, 氨基的重氮化等形式。
Br2 50。C Br
+ Br Br
+
Br Br
6
苯基迁移
HO
OH
HO
O
在脂环系统中,若两个羟基均处于同一脂环上,且呈顺式,
此时,离去基团(⊕OH2)与迁移基团互成反式,经重排得相 应的酮;若两个羟基呈反式,发生σ键迁移,得缩环产物。

颜范勇-第五章重排反应全

颜范勇-第五章重排反应全
+C H O H 3
C H H 3 C C C 3 O C H 3
III 重排反应的动力是:由三级C+生成更加稳定的质子化的酮
• (2)、温度 : 低温下用酸处理时,重排反应优先于单纯 的脱水反应; 较高温度和强酸条件下,可以发生脱水反 应,生成二烯烃。这是Pinacol重排反应的 主要副反应。
3.反应物结构的影响
_ _
C H 3 C C H 3 O
=
=
4)Semipinacol重排 :
• 邻二叔醇重排重排过程中先消除一个羟基,生成 了β-位碳正离子的中间体,再发生迁移重排。因 此,凡能生成相同中间体的其他类型反应物,均 可进行类似的Pinacol重排,得到酮类化合物。这 类重排称Semipinacol重排。
• 迁移基团:通常是芳基的迁移能力大于烷基, 氢的迁移能力不确定,有时比芳烃还要大, 有时却比烷基要小

对称的邻二叔醇重排
R2 R1 C R2 C R1
OH OH
• 生成相同的碳正离子,得单一产物。主要 取决于R1和R2的迁移能力,电子云密度大 的基团优先转移。
• 基团迁移的优先次序: • ⑴、如迁移基团是烷基则:3o > 2o > 1o • ⑵、芳基>烃基
的一个 σ-键沿π体系经环状过渡态迁移到另一端 生成一个新σ-键,伴随π键的转移。(了解)
H H H
第一节
从碳原子到碳原子的重排
Wagner-Meerwein重排
Pinacol重排
苯偶酰-二苯乙醇酸型重排 Favorski重排 Wolff重排
一. Wagner-Meerwein重排
• 定义:终点碳原子上羟基、卤原子或重 氮基等,在质子酸或Lewis酸催化下离 去形成碳正离子,其邻近的烷基、芳基 或氢作1,2-迁移至该碳原子,同时形成 更稳定的起点碳正离子,后经亲核取代 或质子消除而生成新化合物的反应。
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反位效应顺序
H2O < OH− < F− ≈ RNH2 ≈ py ≈ NH3 < Cl− < Br− < SCN− ≈ I− ≈ NO2− ≈ C6H5− < SC(NH2)2 ≈ CH3− < NO ≈ H− ≈ PR3 < C2H4 ≈ CN− ≈ CO
反 位 效 应 的 应 用一
( )
反 位 效 应 的 应 用二
N
C
N
N
N N
N C
N
S
and some heterocyclic ligands………….
Heterocyclic bridging ligands:
M
N
N
M
pyrazine
M
N
N
M
4,4'-bipyridine
Inner-sphere mechanism
The steps are: 1 Bridge formation 2 Electron transfer across the bridge 3 Bridge cleavage
第五章 配合物的反应机理
Reaction Mechanisms of Coordination Compounds
5.1 取代反应 Substitution reactions 5.2 氧化还原反应 Redox reactions
异构化 加成/消除 配体反应 (配位催化)
5.1 取代反应(Substitution Reaction)
过渡态
Ea
反应物 H 产物 反应坐标
经验规则
注意:Cr3+, Co3+多数惰性, Cr2+(HS), Co2+, Ni2+ 多数活性
平面四方形配合物的取代反应
An illustration of the importance of solvent on the substitution pathways for square planar reaction centres
ligand
Low value: poor bridging ligand
Inner-sphere mechanism
Thiocyanate as the bridging ligand: NCS- can bond through N or S to metal [Co(NH3)5(NCS-S)]2+ + [Cr(H2O)6]2+ 70% [Cr(H2O)5(NCS-N)]2+ 30% [Cr(H2O)5(NCS-S)]2+
summary points:
• If the redox reaction is faster than the ligand substitution, then the reaction has an outer-sphere mechanism • When the reaction involves ligand transfer, the mechanism will be an inner-sphere mechanism • When the products and reactants are labile, it is difficult to determine if inner- or outer-sphere mechanism
Second order rate constants for:
[Co(NH3)X]2+ + [Cr(H2O)6]2+ + 5[H3O]+ [Co(H2O)6]2+ + [Cr(H2O)5X]2+ + 5[NH4]+
with different bridging X ligands
X FClBrI[N3][OH]H 2O k / dm3 mol-1 s-1 2.5 x 105 Increase for halides 5 6.0 x 10 1.4 x 106 I- is the best bridging 3.0 x 106 3.0 x 105 1.5 x 106 0.1
Henry Taube
The Nobel Prize in Chemistry 1983
"for his work on the mechanisms of electron transfer reactions, especially in metal complexes"
http://www.nobel.se/chemistry/laureates/1983/index.html
• The rate-determining step can be any of bridge formation, electron transfer, or bridge breaking • It is common for electron transfer to be the ratedetermining step
[PtBrCl(Py)(NH3)] 三种异构体的制备
( )
Py
与电负性有关
5.2 氧化还原反应 (Oxidation/Reduction, Redox)
• 外界机理 outer-sphere mechanism
– The oxidizing and reducing centres can react with or without a change in their coordination spheres – ONLY transfer of electrons
Why?
Two different bridge structures form during the reaction:
(H3N)5Co
Break old bond
SCN
Cr(OH2)5
4+
(H3N)5Co
Break old bond
Make new bond 4+
S C N
Cr(OH2)5
Make new bond
Inner-sphere electron transfer
内层电子转移 ( inner –sphere electron transfer)
这类过程的特征是,氧化值发生 变化的原子周围的配位层发生变化. 有代表性的例子是在放射性氯离子 *Cl–存在条件下以 Cr(Ⅱ) 还原 Co(Ⅲ) 的配合物
从产物分析推测反应机理
[CoAX(en)2]+离解机理的两种中间体
A = NO2-, X = Cl-
A = OHnert)配合物
配体可被快速取代的配合物,称为活性配合物;配体取代缓慢的配合物, 称为惰性配合物 活性与惰性是动力学上的概念,不可与稳定性混为一谈。
Outer-sphere electron transfer
外层电子转移 (outer – sphere electron trasfer)
这类过程的特点,氧化值 发生变化的原子周围的配位 层大体不变. Fe(Ⅱ) 配合物分 子与 Ir(Ⅳ) 配合物分子彼此接 近到一定程度后电子由 Fe(Ⅱ) 跳至 Ir(Ⅳ),并伴随 M-L 键 长的微小变化.
The Outer Sphere Mechanism
When both the species in the redox reaction are kinetically inert (non-labile ligands), ligand substitution cannot take place on the very short time scale of the redox reaction. Non-labile: e.g. Low-spin d6 metal ion such as Co(III)
• 内界机理 inner-sphere mechanism
– In some reactions, the electron transfer can only occur by the transfer of a ligand from reducing agent to the oxidizing agent
The electron transfer must proceed by a mechanism involving transfer between the two complex ions in outersphere contact Electron transfer is by tunnelling / outer sphere mechanism
Inner-sphere electron transfer
The reaction :
[Co(NH3)5Cl]
2+
+
[Cr(H2O)6]
2+
H3O+ [Cr(H2O)5Cl]2+ + 5[NH4]+
[Co(H2O)6]2+ +
was one of the first (in 1953 by Taube) to be identified as an inner-sphere process. Tracer experiments showed that all Cl in the product had come from the Cl in the reactant - excess unlabelled Cl- present in solution was not taken into the product
一般指配体取代反应,偶见金属取代反应 L5M-X + Y L5M-Y + X
X: 离去配体 (leaving ligand) Y: 进入配体 (incoming ligand) L: 不变配体 (unchanged ligand)
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