有机化学反应机理
有机化学反应机理总结-超经典!!!
* 3oROH按此反应机理进行酯化。 * 由于R3C+易与碱性较强的水结合,不易与羧酸结合,
故逆向反应比正向反应易进行。所以3oROH的酯化 反应产率很低。
该反应机理也 从同位素方法 中得到了证明
O
CH3C-O18H + (CH3)3COH
O18
CH 3CO -C(C H3)3 + H2O
*3 酰基正离子机理
环氧化合物在酸性条件下开环反应的反应机理
H
CH3
H+
H
CH2CH3
O
H
CH3
H
+ CH2CH3
O+
H
18
H
OH
H
H2O18
OH
CH 3 CH 2CH 3
H
CH3
H
CH2CH3
O+ H
H H
18O+H 2
-H+
OH
CH 3 CH 2CH 3
1,2环氧化合物碱性开环反应的反应机理
H C3H
H H
+O - C 3 1 2 H 开 H 环 + CH 3H
实例:卤代烃单分子亲核取代反应的反应机理(SN1)
R1 R2 C
R3
Br
慢
R1 R2 C
R3
-BrBr
反应物
过渡态
R2 R1
Nu-
C+ 快
R3 中间体
R1
R2 C
Nu
R3
R1
R2
C
R3
过渡态
Nu
Nu
产物
R1
Nu
C R2
R3
过渡态
有机化学反应机理
醛类或酮类分子中的羰基被锌汞齐和浓盐酸还原为亚甲基:2. 反应实例2、反应实例二. 坎尼扎罗(Cannizzaro) 反应(P.365)凡α位碳原子上无活泼氢的醛类和浓NaOH或KOH水或醇溶液作用时,不发生醇醛缩合或树脂化作用而起歧化反应生成与醛相当的酸(成盐)及醇的混合物。
此反应的特征是醛自身同时发生氧化及还原作用,一分子被氧化成酸的盐,另一分子被还原成醇:脂肪醛中,只有甲醛和与羰基相连的是一个叔碳原子的醛类,才会发生此反应,其他醛类与强碱液,作用发生醇醛缩合或进一步变成树脂状物质。
具有α-活泼氢原子的醛和甲醛首先发生羟醛缩合反应,得到无α-活泼氢原子的β-羟基醛,然后再与甲醛进行交叉Cannizzaro反应,如乙醛和甲醛反应得到季戊四醇:1.反应机理醛首先和氢氧根负离子进行亲核加成得到负离子,然后碳上的氢带着一对电子以氢负离子的形式转移到另一分子的羰基不能碳原子上。
2.反应实例烯丙基芳基醚在高温(200°C)下可以重排,生成烯丙基酚。
重排得到对位产物。
对位、邻位均被占满时不发生此类重排反应。
Claisen 重排是个协同反应,中间经过一个环状过渡态,所以芳环上取代基的电子效应对重排无影响。
丙基酚。
2.反应实例Claisen 重排具有普遍性,在醚类化合物中,如果存在烯丙氧基与碳碳相连的结构,就有可能发生Claisen 重排。
四.弗瑞德-克莱夫茨(Friedel-Crafts)烷基化反应(P.201)芳烃与卤代烃、醇类或烯类化合物在Lewis催化剂(如AlCl3,FeCl3, H2SO4, H3PO4, BF3, HF等)存在下,发生芳环的烷基化反应。
卤代烃反应的活泼性顺序为:RF > RCl > RBr > RI ; 当烃基超过3个碳原子时,反应过程中易发生重排。
1.反应机理首先是卤代烃、醇或烯烃与催化剂如三氯化铝作用形成碳正离子:所形成的碳正离子可能发生重排,得到较稳定的碳正离子:碳正离子作为亲电试剂进攻芳环形成中间体s-络合物,然后失去一个质子得到发生亲电取代产物:2.反应实例五. 弗瑞德-克莱夫茨(Friedel-Crafts )酰基化反应(P.200)芳烃与酰基化试剂如酰卤、酸酐、羧酸、烯酮等在Lewis酸(通常用无水三氯化铝)催化下发生酰基化反应,得到芳香酮:这是制备芳香酮类最重要的方法之一,在酰基化中不发生烃基的重排。
有机化学中的反应机理
有机化学中的反应机理一、有机化学反应机理概述有机化学反应机理是指化学反应过程中,反应物分子如何通过相互作用转化为产物分子的具体过程。
了解有机化学反应机理对于掌握有机化学的基本概念、预测化学反应的方向和产物以及设计合成路线具有重要意义。
二、有机化学反应类型1.加成反应:两个或多个分子结合成一个分子的反应。
2.消除反应:一个分子中的两个原子或基团离开分子,生成双键或三键的反应。
3.取代反应:一个原子或基团被另一个原子或基团替换的反应。
4.氧化还原反应:涉及电子转移的反应。
5.缩合反应:两个或多个分子结合成一个较大分子的反应。
6.水解反应:化合物与水反应,分解成两个或多个分子的反应。
三、有机化学反应机理的基本步骤1.进攻:反应物分子中的活性基团识别并接近目标分子。
2.结合:活性基团与目标分子形成中间产物。
3.重排:中间产物中的原子或基团重新排列,形成过渡态。
4.断裂:反应物分子中的化学键断裂。
5.生成:新的化学键形成,生成产物分子。
6.离去:反应过程中产生的不稳定基团或分子离开体系。
四、有机化学反应机理的研究方法1.实验观察:通过实验现象,推断反应机理。
2.结构分析:利用光谱、核磁共振等技术分析反应物和产物结构,推测反应过程。
3.计算化学:运用计算机模拟、量子化学计算等方法研究反应机理。
4.动力学分析:研究反应速率与反应物浓度之间的关系,推断反应机理。
五、有机化学反应机理的意义1.预测反应方向和产物:了解反应机理有助于预测化学反应的可能产物,为有机合成提供理论依据。
2.设计合成路线:通过分析反应机理,可以设计出更高效、更经济的有机合成路线。
3.优化反应条件:掌握反应机理有助于优化反应条件,提高反应产率和选择性。
4.指导工业生产:有机化学反应机理的研究成果可为相关行业的工艺改进和技术创新提供支持。
六、中学生发展相关的知识点1.认识有机化学反应类型及其特点。
2.了解有机化学反应机理的基本概念和步骤。
3.掌握有机化学反应机理的研究方法和意义。
有机化学反应机理详解(共95个反应机理)
一.Arbuzow反响(重排)亚磷酸三烷基酯作为亲核试剂与卤代烷感化,生成烷基膦酸二烷基酯和一个新的卤代烷:卤代烷反响时,其活性次序为:R'I >R'Br >R'Cl.除了卤代烷外,烯丙型或炔丙型卤化物.a-卤代醚.a- 或 b-卤代酸酯.对甲苯磺酸酯等也可以进行反响.当亚酸三烷基酯中三个烷基各不雷同时,老是先脱除含碳原子数起码的基团.本反响是由醇制备卤代烷的很好办法,因为亚磷酸三烷基酯可以由醇与三氯化磷反响制得:假如反响所用的卤代烷 R'X 的烷基和亚磷酸三烷基酯 (RO)3P 的烷基雷同(即 R' = R),则 Arbuzow反响如下:这是制备烷基膦酸酯的经常运用办法.除了亚磷酸三烷基酯外,亚膦酸酯 RP(OR')2和次亚膦酸酯 R2POR' 也能产生该类反响,例如:反响机理一般以为是按 S N2 进行的分子内重排反响:反响实例二.Arndt-Eister 反响酰氯与重氮甲烷反响,然后在氧化银催化下与水共热得到酸.反响机理重氮甲烷与酰氯反响起首形成重氮酮(1),(1)在氧化银催化下与水共热,得到酰基卡宾(2),(2)产生重排得烯酮(3),(3)与水反响生成酸,若与醇或氨(胺)反响,则得酯或酰胺.反响实例三.Baeyer----Villiger 反响反响机理过酸先与羰基进行亲核加成,然后酮羰基上的一个烃基带着一对电子迁徙到-O-O-基团中与羰基碳原子直接相连的氧原子上,同时产生O-O键异裂.是以,这是一个重排反响具有光学活性的3---苯基丁酮和过酸反响,重排产品手性碳原子的枸型保持不变,解释反响属于分子内重排:不合错误称的酮氧化时,在重排步调中,两个基团均可迁徙,但是照样有必定的选择性,按迁徙才能其次序为:醛氧化的机理与此类似,但迁徙的是氢负离子,得到羧酸.反响实例酮类化合物用过酸如过氧乙酸.过氧苯甲酸.间氯过氧苯甲酸或三氟过氧乙酸等氧化,可在羰基旁边拔出一个氧原子生成响应的酯,个中三氟过氧乙酸是最好的氧化剂.这类氧化剂的特色是反响速度快,反响温度一般在10~40℃之间,产率高.四.Beckmann 重排肟在酸如硫酸.多聚磷酸以及能产生强酸的五氯化磷.三氯化磷.苯磺酰氯.亚硫酰氯等感化下产生重排,生成响应的代替酰胺,如环己酮肟在硫酸感化下重排生成己内酰胺:反响机理在酸感化下,肟起首产生质子化,然后脱去一分子水,同时与羟基处于反位的基团迁徙到缺电子的氮原子上,所形成的碳正离子与水反响得到酰胺.迁徙基团假如是手性碳原子,则在迁徙前后其构型不变,例如:反响实例五.Birch还原芬芳化合物用碱金属(钠.钾或锂)在液氨与醇(乙醇.异丙醇或仲丁醇)的混杂液中还原,苯环可被还原成非共轭的1,4-环己二烯化合物.反响机理起首是钠和液氨感化生成溶剂化点子,然后苯得到一个电子生成自由基负离子(Ⅰ),这是苯环的л电子系统中有7个电子,加到苯环上谁人电子处在苯环分子轨道的反键轨道上,自由基负离子仍是个环状共轭系统,(Ⅰ)暗示的是部分共振式.(Ⅰ)不稳固而被质子化,随即从乙醇中牟取一个质子生成环己二烯自由基(Ⅱ).(Ⅱ)在取得一个溶剂化电子改变成环己二烯负离子(Ⅲ),(Ⅲ)是一个强碱,敏捷再从乙醇中牟取一个电子生成1,4-环己二烯.环己二烯负离子(Ⅲ)在共轭链的中央碳原子上质子化比末尾碳原子上质子快,原因尚不清晰.反响实例代替的苯也能产生还原,并且经由过程得到单一的还原产品.例如六.Bouveault---Blanc 还原脂肪族羧酸酯可用金属钠和醇还原得一级醇.α,β-不饱和羧酸酯还原得响应的饱和醇.芬芳酸酯也可进行本反响,但收率较低.本法在氢化锂铝还原酯的办法发明以前,广泛地被运用,非共轭的双键可不受影响.反响机理起首酯从金属钠获得一个电子还原为自由基负离子,然后从醇中牟取一个质子改变成自由基,再从钠得一个电子生成负离子,清除烷氧基成为醛,醛再经由雷同的步调还原成钠,再酸化得到响应的醇.反响实例醛酮也可以用本法还原,得到响应的醇:七.Bucherer 反响萘酚及其衍生物在亚硫酸或亚硫酸氢盐存鄙人和氨进行高温反响,可得萘胺衍生物,反响是可逆的.反响时如用一级胺或二级胺与萘酚反响则制得二级或三级萘胺.若有萘胺制萘酚,可将其参加到热的亚硫酸氢钠中,再参加碱,经煮沸除去氨而得.反响机理本反响的机理为加成清除进程,反响的第一步(无论从哪个偏向开端)都是亚硫酸氢钠加成到环的双键上得到烯醇(Ⅱ)或烯胺(Ⅵ),它们再进行下一步互变异构为酮(Ⅲ)或亚胺(Ⅳ):反响实例八.苯基羟胺(N-羟基苯胺)和稀硫酸一路加热产生重排成对-氨基苯酚:在H2SO4-C2H5OH(或CH3OH)中重排生成对-乙氧基(或甲氧基)苯胺:其他芳基羟胺,它的环上的o-p位上未被代替者会起类似的重排.例如,对-氯苯基羟胺重排成2-氨基-5-氯苯酚:反响机理反响实例九.Berthsen,A.Y 吖啶合成法二芳基胺类与羧酸在无水ZnCl2存鄙人加热起缩合感化,生成吖啶类化合物.反响机理反响机理不详反响实例十.Cannizzaro 反响凡α位碳原子上无生动氢的醛类和浓NaOH或KOH水或醇溶液感化时,不产生醇醛缩合或树脂化感化而起歧化反响生成与醛相当的酸(成盐)及醇的混杂物.此反响的特点是醛自身同时产生氧化及还原感化,一分子被氧化成酸的盐,另一分子被还原成醇:脂肪醛中,只有甲醛和与羰基相连的是一个叔碳原子的醛类,才会产生此反响,其他醛类与强碱液,感化产生醇醛缩合或进一步变成树脂状物资.具有α-生动氢原子的醛和甲醛起首产生羟醛缩合反响,得到无α-生动氢原子的β-羟基醛,然后再与甲醛进行交叉Cannizzaro反响,如乙醛和甲醛反响得到季戊四醇:反响机理醛起首和氢氧根负离子进行亲核加成得到负离子,然后碳上的氢带着一对电子以氢负离子的情势转移到另一分子的羰基不克不及碳原子上.反响实例十一.Chichibabin 反响杂环碱类,与碱金属的氨基物一路加热时产生胺化反响,得到响应的氨基衍生物,如吡啶与氨基钠反响生成2-氨基啶,假如α位已被占领,则得γ-氨基吡啶,但产率很低.本法是杂环上引入氨基的轻便有用的办法,广泛实用于各类氮杂芳环,如苯并咪唑.异喹啉.丫啶和菲啶类化合物均能产生本反响.喹啉.吡嗪.嘧啶.噻唑类化合物较为艰苦.氨基化试剂除氨基钠.氨基钾外,还可以用代替的碱金属氨化物:反响机理反响机理还不是很清晰,可能是吡啶与氨基起首加成,(Ⅰ),(Ⅰ)转移一个负离子给质子赐与体(AH),产生一分子氢气和形成小量的2-氨基吡啶(Ⅱ),此小量的(Ⅱ)又可以作为质子的赐与体,最后的产品是2-氨基吡啶的钠盐,用水分化得到2-氨基吡啶:反响实例吡啶类化合物不轻易进行硝化,用硝基还原法制备氨基吡啶甚为艰苦.本反响是在杂环上引入氨基的轻便有用的办法,广泛实用于各类氮杂芳环,如苯并咪唑.异喹啉.吖啶和菲啶类化合物均能产生本反响.十二.Claisen 酯缩合反响含有α-氢的酯在醇钠等碱性缩合剂感化下产生缩合感化,掉去一分子醇得到β-酮酸酯.如2分子乙酸乙酯在金属钠和少量乙醇感化下产生缩合得到乙酰乙酸乙酯.二元羧酸酯的分子内酯缩合见Dieckmann缩合反响.反响机理乙酸乙酯的α-氢酸性很弱(pK a-24.5),而乙醇钠又是一个相对较弱的碱(乙醇的pK a~15.9),是以,乙酸乙酯与乙醇钠感化所形成的负离子在均衡系统是很少的.但因为最后产品乙酰乙酸乙酯是一个比较强的酸,能与乙醇钠感化形成稳固的负离子,从而使均衡朝产品偏向移动.所以,尽管反响系统中的乙酸乙酯负离子浓度很低,但一形成后,就不竭地反响,成果反响照样可以顺遂完成.经常运用的碱性缩合剂除乙醇钠外,还有叔丁醇钾.叔丁醇钠.氢化钾.氢化钠.三苯甲基钠.二异丙氨基锂(LDA)和Grignard试剂等.反响实例假如酯的α-碳上只有一个氢原子,因为酸性太弱,用乙醇钠难于形成负离子,须要用较强的碱才干把酯变成负离子.如异丁酸乙酯在三苯甲基钠感化下,可以进行缩合,而在乙醇钠感化下则不克不及产生反响:两种不合的酯也能产生酯缩合,理论上可得到四种不合的产品,称为混杂酯缩合,在制备上没有太大意义.假如个中一个酯分子中既无α-氢原子,并且烷氧羰基又比较生动时,则仅生成一种缩合产品.如苯甲酸酯.甲酸酯.草酸酯.碳酸酯等.与其它含α-氢原子的酯反响时,都只生成一种缩合产品.现实上这个反响不限于酯类自身的缩合,酯与含生动亚甲基的化合物都可以产生如许的缩合反响,这个反响可以用下列通式暗示:十三.Claisen—Schmidt 反响一个无氢原子的醛与一个带有氢原子的脂肪族醛或酮在稀氢氧化钠水溶液或醇溶液存鄙人产生缩合反响,并掉水得到不饱和醛或酮:反响机理反响实例十四.Claisen 重排烯丙基芳基醚在高温(200°C)下可以重排,生成烯丙基酚.当烯丙基芳基醚的两个邻位未被代替基占满时,重排重要得到邻位产品,两个邻位均被代替基占领时,重排得到对位产品.对位.邻位均被占满时不产生此类重排反响.交叉反响试验证实:Claisen重排是分子内的重排.采取 g-碳14C 标识表记标帜的烯丙基醚进行重排,重排后 g-碳原子与苯环相连,碳碳双键产生位移.两个邻位都被代替的芳基烯丙基酚,重排后则仍是a-碳原子与苯环相连.反响机理Claisen 重排是个协同反响,中央经由一个环状过渡态,所以芳环上代替基的电子效应对重排无影响.从烯丙基芳基醚重排为邻烯丙基酚经由一次[3,3]s 迁徙和一次由酮式到烯醇式的互变异构;两个邻位都被代替基占领的烯丙基芳基酚重排时先经由一次[3,3]s 迁徙到邻位(Claisen 重排),因为邻位已被代替基占领,无法产生互变异构,接着又产生一次[3,3]s 迁徙()到对位,然后经互变异构得到对位烯丙基酚.代替的烯丙基芳基醚重排时,无论本来的烯丙基双键是Z-构型照样E-构型,重排后的新双键的构型都是E-型,这是因为重排反响所经由的六员环状过渡态具有稳固椅式构象的缘故.反响实例Claisen 重排具有广泛性,在醚类化合物中,假如消失烯丙氧基与碳碳相连的构造,就有可能产生Claisen 重排.十五.Clemmensen 还原醛类或酮类分子中的羰基被锌汞齐和浓盐酸还原为亚甲基:此法只实用于对酸稳固的化合物.对酸不稳固而对碱稳固的化合物可用还原.反响机理本反响的反响机理较庞杂,今朝尚不很清晰.反响实例十六.Combes 喹啉合成法Combes合成法是合成喹啉的另一种办法,是用芳胺与1,3-二羰基化合物反响,起首得到高产率的β-氨基烯酮,然后在浓硫酸感化下,羰基氧质子化后的羰基碳原子向氨基邻位的苯环碳原子进行亲电进攻,关环后,再脱水得到喹啉.反响机理在氨基的间位有强的邻.对位定位基团消失时,关环反响轻易产生;但当强邻.对位定位基团消失于氨基的对位时,则不轻易产生关环反响.反响实例十七.Cope 清除反响叔胺的N-氧化物(氧化叔胺)热解时生成烯烃和N,N-二代替羟胺,产率很高.现实上只需将叔胺与氧化剂放在一路,不需分别出氧化叔胺即可持续进行反响,例如在湿润的二甲亚砜或四氢呋喃中这个反响可在室温进行.此反响前提平和.副反响少,反响进程中不产生重排,可用来制备很多烯烃.当氧化叔胺的一个烃基上二个β位有氢原子消失时,清除得到的烯烃是混杂物,但是Hofmann产品为主;如得到的烯烃有顺反异构时,一般以 E-型为主.例如:反响机理这个反响是E2顺式清除反响,反响进程中形成一个平面的五员环过度态,氧化叔胺的氧作为进攻的碱:要产生如许的环状构造,氨基和β-氢原子必须处于统一侧,并且在形成五员环过度态时,α,β-碳原子上的原子基团呈重叠型,如许的过度态须要较高的活化能,形成后也很不稳固,易于进行清除反响.反响实例十八.Cope 重排1,5-二烯类化合物受热时产生类似于 O-烯丙基重排为 C-烯丙基的重排反响()反响称为Cope重排.这个反响30多年来引起人们的广泛留意.1,5-二烯在150—200℃单独加热短时光就轻易产生重排,并且产率异常好.Cope重排属于周环反响,它和其它周环反响的特色一样,具有高度的立体选择性.例如:内消旋-3,4-二甲基-1,5-己二烯重排后,得到的产品几乎全体是(Z, E)-2,6辛二烯:反响机理Cope重排是[3,3]s-迁徙反响,反响进程是经由一个环状过渡态进行的协同反响:在立体化学上,表示为经由椅式环状过渡态:反响实例十九.Curtius 反响酰基叠氮化物在惰性溶剂中加热分化生成异氰酸酯:异氰酸酯水解则得到胺:反响机理反响实例二十.Crigee,R 反响1,2-二元醇类的氧化产品因所用的氧化剂的种类而不合.用K2Cr2O7或KMnO4氧化时生成酸类.用特别氧化剂四乙醋酸铅在CH3COOH或苯等不生动有机溶剂中缓和氧化,生成二分子羰基化合物(醛或酮).氧化反响也可以在酸催化剂(三氯醋酸)存鄙人进行.本反响被广泛地运用于研讨醇类构造及制备醛.酮类,产率很高.反响机理反响进程中师长教师成环酯中央产品,进一步C--C键裂开成醛或酮.酸催化的场合,反响过程可以用下式暗示:反响实例二十一.Dakin 反响酚醛或酚酮类用H2O2在NaOH存鄙人氧化时,可将分子中的-CHO基或CH3CO-基被-OH基所置换,生成相对应的酚类.本反响可运用以制备多远酚类.反响机理反响实例二十二.Elbs 反响羰基的邻位有甲基或亚甲基的二芳基酮,加热时产生环化脱氢感化,生成蒽的衍生物:因为这个反响平日是在回流温度或高达400-450 °C的温度规模内进行,不必催化剂和溶剂,直到反响物没有水放出为止,在如许的高温前提下,一部分原料和产品产生碳化,部分原料酮被释放出的水所裂解,烃基产生清除或降解以及分子重排等副反响,致使产率不高.反响机理本反响的机理尚不清晰.反响实例二十三.Edvhweiler-Clarke 反响在过量甲酸存鄙人,一级胺或二级胺与甲醛反响,得到甲基化后的三级胺:甲醛在这里作为一个甲基化试剂.反响机理反响实例二十四.将一元酚类或类似化合物用过硫酸钾在碱性溶液中氧化羟基引入在原有羟基的对位或邻位,生成二元酚类.分子中的醛基或双键等都不影响.产率约20~48%.过硫酸钾的水溶液在加热时放出氧:芳伯胺类如用本试剂氧化时,变成硝基化合物.反响机理反响实例二十五.Favorskii 重排a-卤代酮在氢氧化钠水溶液中加热重排生成含雷同碳原子数的羧酸;如为环状a-卤代酮,则导致环缩小.如用醇钠的醇溶液,则得羧酸酯:此法可用于合成张力较大的四员环.反响机理反响实例二十六.Friedel-Crafts 烷基化反响芳烃与卤代烃.醇类或烯类化合物在Lewis催化剂(如AlCl3,FeCl3,H2SO4, H3PO4, BF3, HF等)存鄙人,产生芳环的烷基化反响.卤代烃反响的生动性次序为:RF > RCl > RBr > RI ; 当烃基超出3个碳原子时,反响进程中易产生重排.反响机理起首是卤代烃.醇或烯烃与催化剂如三氯化铝感化形成碳正离子:所形成的碳正离子可能产生重排,得到较稳固的碳正离子:碳正离子作为亲电试剂进攻芳环形成中央体s-络合物,然后掉去一个质子得到产生亲电代替产品:反响实例二十七.Friedel-Crafts酰基化反响芳烃与酰基化试剂如酰卤.酸酐.羧酸.烯酮等在Lewis酸(通经常运用无水三氯化铝)催化下产生酰基化反响,得到芬芳酮:这是制备芬芳酮类最重要的办法之一,在酰基化中不产生烃基的重排.反响机理反响实例二十八.Fries 重排酚酯在Lewis酸存鄙人加热,可产生酰基重排反响,生成邻羟基和对羟基芳酮的混杂物.重排可以在硝基苯.硝基甲烷等溶剂中进行,也可以不必溶剂直接加热进行.邻.对位产品的比例取决于酚酯的构造.反响前提和催化剂等.例如,用多聚磷酸催化时重要生成对位重排产品,而用四氯化钛催化时则重要生成邻位重排产品.反响温度对邻.对位产品比例的影响比较大,一般来讲,较低温度(如室温)下重排有利于形成对位异构产品(动力学掌握),较高温度下重排有利于形成邻位异构产品(热力学掌握).反响机理反响实例二十九.Fischer,O-Hepp,E 重排N-亚硝基芳胺用盐酸或氢溴酸或其乙醇溶液处理时氨基氮上的亚硝基转移到芳核上去形成p-亚硝基芳胺(对位重排):平日产生对位重排,但在奈系化合物中如N-亚硝基-N-加基-2-奈胺则产生邻位重排成1-亚硝基化合物:反响机理在HCl存鄙人,N-亚硝基化合物起首解离成仲胺及NOCl然落后行亚硝基化:三十.Gabriel 合成法邻苯二甲酰亚胺与氢氧化钾的乙醇溶液感化改变成邻苯二甲酰亚胺盐,此盐和卤代烷反响生成N-烷基邻苯二甲酰亚胺,然后在酸性或碱性前提下水解得到一级胺和邻苯二甲酸,这是制备纯净的一级胺的一种办法.有些情形下水解很艰苦,可以用肼解来代替:反响机理邻苯二甲酰亚胺盐和卤代烷的反响是亲核代替反响,代替反响产品的水解进程与酰胺的水解类似.反响实例三十一.Gattermann 反响重氮盐用新制的铜粉代替亚铜盐(见)作催化剂,与浓盐酸或氢溴酸产生置换反响得到氯代或溴代芳烃:本法长处是操纵比较简略,反响可在较低温度下进行,缺陷是其产率一般较低.反响机理见反响实例三十二.Gattermann-Koch 反响芬芳烃与等分子的一氧化碳及氯化氢气体在加压和催化剂(三氯化铝及氯化亚铜)存鄙人反响,生成芬芳醛:反响机理反响实例三十三.Gomberg-Bachmann 反响芬芳重氮盐在碱性前提下与其它芬芳族化合物偶联生成联苯或联苯衍生物:反响机理反响实例三十四.Hantzsch 合成法两分子b-羰基酸酯和一分子醛及一分子氨产生缩合反响,得到二氢吡啶衍生物,再用氧化剂氧化得到吡啶衍生物.这是一个很广泛的反响,用于合成吡啶同系物.反响机理反响进程可能是一分子b-羰基酸酯和醛反响,另一分子b-羰基酸酯和氨反响生成b-氨基烯酸酯,所生成的这两个化合物再产生Micheal加成反响,然后掉水关环生成二氢吡啶衍生物,它很溶液脱氢而芳构化,例如用亚硝酸或铁氰化钾氧化得到吡啶衍生物:三十五.Haworth 反响萘和丁二酸酐产生然后按尺度的办法还原.关环.还原.脱氢得到多环芬芳族化合物.反响机理见反响实例三十六.Hell-Volhard-Zelinski 反响羧酸在催化量的三卤化磷或红磷感化下,能与卤素产生a-卤代反响生成a-卤代酸:本反响也可以用酰卤作催化剂.反响机理反响实例三十七.Hinsberg 反响伯胺.仲胺分别与对甲苯磺酰氯感化生成响应的对甲苯磺酰胺沉淀,个中伯胺生成的沉淀能溶于碱(如氢氧化钠)溶液,仲胺生成的沉淀则不溶,叔胺与对甲苯磺酰氯不反响.此反响可用于伯仲叔胺的分别与判定.三十八.Hofmann 烷基化卤代烷与氨或胺产生烷基化反响,生成脂肪族胺类:因为生成的伯胺亲核性平日比氨强,能持续与卤代烃反响,是以本反响不成防止地产生仲胺.叔胺和季铵盐,最后得到的往往是多种产品的混杂物.用大过量的氨可防止多代替反响的产生,从而可得到优越产率的伯胺.反响机理反响为典范的亲核代替反响(S N1或S N2)三十九.Hofmann 清除反响季铵碱在加热前提下(100--200°C)产生热分化,当季铵碱的四个烃基都是甲基时,热分化得到甲醇和三甲胺:假如季铵碱的四个烃基不合,则热分化时老是得到含代替基起码的烯烃和叔胺:反响实例四十.Hofmann 重排(降解)酰胺用溴(或氯)在碱性前提下处理改变成少一个碳原子的伯胺:反响机理反响实例四十一.Houben-Hoesch 反响酚或酚醚在氯化氢和氯化锌等Lewis酸的存鄙人,与腈感化,随落后行水解,得到酰基酚或酰基酚醚:反响机理反响机理较庞杂,今朝尚未完整解释反响实例。
有机化学反应机理总结
有机化学反应机理总结一、引言有机化学是研究有机物合成和反应规律的科学领域。
在有机化学中,了解反应机理对于准确预测反应产物以及设计新的合成路径至关重要。
本文将总结几种常见的有机化学反应机理,包括亲核取代、酸催化、碱催化和自由基反应等。
二、亲核取代反应机理亲核取代反应是指一个亲核试剂(通常是负电荷较高的电子富余分子)与一个受体分子发生反应,取代掉受体分子中的某个官能团。
这类反应的机理通常分为四个步骤:出发物生成电子富余中间体、亲核试剂攻击中间体、负离子生成和负离子与溶剂或其他分子反应。
亲核取代反应具有广泛的应用,例如取代烯烃、芳香化合物和醇等。
三、酸催化反应机理酸催化反应是指在酸性条件下进行的一系列有机化学反应。
酸催化反应机理通常包括质子化、核迁移、亲核试剂攻击和质子转移等步骤。
酸催化反应广泛应用于合成复杂有机分子,如酯化、缩合和环化反应等。
四、碱催化反应机理碱催化反应是指在碱性条件下进行的一系列有机化学反应。
碱催化反应机理通常包括质子解离、亲电试剂攻击、质子转移和负离子生成等步骤。
碱催化反应常见于酯水解、亲电取代和醇酸碱中和反应等。
五、自由基反应机理自由基反应是指在自由基存在下进行的一系列有机化学反应。
自由基反应机理通常包括自由基生成、自由基与稳定分子反应、自由基重组和自由基转移等步骤。
自由基反应广泛应用于合成烯烃和环化反应等。
六、结论有机化学反应机理的理解对于有机化学的学习和应用具有重要意义。
通过掌握亲核取代、酸催化、碱催化和自由基反应等常见反应的机理,我们能更好地理解有机化学反应中的规律,合理设计合成路线,并预测反应的产物。
在未来的有机化学研究和实践中,深入了解和掌握有机化学反应机理将会取得重要的成果。
描述有机化学反应机理
描述有机化学反应机理1. 什么是有机反应机理有机反应机理是指有机化学反应所涉及的反应详细步骤,包括反应中所涉及的诸多整体步骤的前期的共轭体的催化活性,反应活性物质合成时产生的各种反应活性中间体以及最终反应产物形成的机理。
一个有机化学反应机理是研究有机化学反应发生变化机制的具体方法,它是一种简化的、通用的思考方式,可以帮助我们更加深入地了解反应过程变化机理。
有机反应发生和产物形成的机理涉及元素原子,分子和质子或共轭核心等体系,它必须由以前未知的相互作用来引起,反应速率和反应产物由这些相互作用所决定的。
2. 典例与机理2.1烯扩张反应烯扩张反应是以烯烃为原料与硝酸盐反应而成三环烷类化合物的一种反应,其反应机理分为三步:(1)开环俱失催化剂的形成;(2)烯烃与硝酸盐发生开环反应;(3)三环烷类化合物的形成及收集:(1)开环俱失催化剂形成:通过向烯烃添加硝酸盐如硝酸铵,可产生一种名为开环俱失催化剂——一种只有一个氟原子的硝酸盐分子。
该催化剂也称为硝酸盐质子催化剂,它具有强大的开环反应活性,对烯烃介导的开环反应起着催化作用。
(2)烯烃与硝酸盐发生开环反应:然后,催化活性的硝酸盐反应体与烯烃的电子密集基团发生大量竞争反应,开环反应主要由电子密集基团本质上发生非共价键,其产物是另一种催化剂--铵矿催化剂,它含有两个氟原子,对烯烃介导的反应具有较强的质子催化作用。
(3)三环烷类化合物的形成及收集:最后,发生的催化剂反应体与烯烃的电子密集基团发生大量竞争反应,它们之间可能发生多种反应,从而形成不同类型的三环烷类化合物,最终形成一种具有一定稳定性的三环烷烃的产物,最后收集该有机物,即可完成整个烯扩张反应。
2.2 Grignard反应Grignard反应是一种重要的有机化学反应,它由法国化学家缪索·古雷恩(Victor Grignard)于1900年首次发现,它会产生R-Mg-X型共轭核(R表示酸式人们研究的有机物的骨架)的稳定试剂,该试剂可以从氯异烷得到有机氨基酸、有机羧酸和有机芳香族物质。
有机化学八大反应机理
有机化学八大反应机理有机化学是研究有机分子结构和反应的分支化学。
它的研究方法包括反应机理研究,反应产物的分析和结构推断,以及计算机模拟技术的应用。
反应机理研究是有机化学的核心,它的研究方法包括实验证明、模型推断和计算机模拟。
在有机化学中,有八种主要的反应机理,这八种反应机理是有机反应的基础,它们共同构成了有机反应的复杂系统。
这八种反应机理是:酸催化反应、氢转移反应、羰基反应、缩合反应、氧化反应、环化反应、加成反应和复分解反应。
首先,酸催化反应是有机反应中最常见的反应机理,它是由一种有机酸催化剂引发的。
酸催化反应可以分为三类:羧基质子化反应、烷基质子化反应和烯基质子化反应。
它们的反应机理都是酸催化剂将原料中的电子富集,使其形成质子中心,从而引发了反应。
其次是氢转移反应,它是一种重要的有机反应机理,在此反应中,原料中的一个氢原子被转移到另一个原料上,从而形成新的分子结构。
氢转移反应可以分为四类:单位氢转移反应、双位氢转移反应、羰基氢转移反应和烯基氢转移反应。
第三是羰基反应,它是指一种反应机理,在此反应中,羰基会与另一个原料发生反应,形成新的化合物。
羰基反应可以分为两类:无水羰基反应和有水羰基反应。
无水羰基反应是指在无水条件下,羰基与另一个原料发生反应,而有水羰基反应又可分为水解反应和加水羰基化反应。
第四是缩合反应,它是指两个原料发生反应,形成新的化合物的反应机理。
缩合反应可以分为三类:烷基缩合反应、羰基缩合反应和烯基缩合反应。
它们的反应机理都是两个原料的原子发生相互作用,形成新的化合物。
第五是氧化反应,它是指一种反应机理,在此反应中,氧将原料中的一个原子氧化,形成新的分子结构。
氧化反应可以分为四类:氢氧化反应、羰基氧化反应、烯基氧化反应和烃氧化反应。
它们的反应机理都是将原料中的一个原子氧化,形成新的分子结构。
第六是环化反应,它是指一种反应机理,在此反应中,原料中的一个或多个原子被添加到另一个原料上,形成新的环状结构。
(完整版)有机化学反应机理
双分子反应一 步活化能较高
O
H+
CH3C-OH
+OH CH3C-OH HOC2H5
按加成--消除机理进行 反应,是酰氧键断裂
加成
OH CH3-C-OH
HO+ C2H5
质子转移
四面体正离子
OH CH3-C-O+ H2
OC2H5
-H2O 消除
+OH
-H+
CH3C-OC2H5
O CH3C-OC2H5
*2 碳正离子机理
OH
H+
(CH3)3C-OH
+OH R-C-OC(CH3)3
(CH3)3CO+ H2 -H2O (CH3)3C+
O=C-R
属于SN1机理
O -H+
R-C-OC(CH3)3
按SN1机理进
行反应,是烷
氧键断裂
* 3oROH按此反应机理进行酯化。 * 由于R3C+易与碱性较强的水结合,不易与羧酸结合,
故逆向反应比正向反应易进行。所以3oROH的酯化 反应产率很低。
1 自由基取代反应
有机化合物分子中的某个原子或基团被其 它原子或基团所置换的反应称为取代反应。若 取代反应是按共价键均裂的方式进行的,即是 由于分子经过均裂产生自由基而引发的,则称 其为自由基型取代反应。
自由基反应包括链引发、链转移、链终止三个
阶段。链引发阶段是产生自由基的阶段。由于键的 均裂需要能量,所以链引发阶段需要加热或光照。 链转移阶段是由一个自由基转变成另一个自由基的 阶段,犹如接力赛一样,自由基不断地传递下去, 像一环接一环的链,所以称之为链反应。链终止阶 段是消失自由基的阶段。自由基两两结合成键。所 有的自由基都消失了,自由基反应也就终止了。
有机化学反应机理总结
有机化学反应机理总结有机化学反应机理是有机化学研究的重要内容之一,它揭示了有机化合物在反应过程中的分子结构变化和反应速率规律。
通过对有机反应机理的研究,我们可以更好地理解和预测有机化学反应的发生过程,为有机合成化学和药物设计提供理论依据。
下面我们将对常见的有机化学反应机理进行总结和归纳。
1. 加成反应。
加成反应是有机化学中最基本的反应类型之一,它是指两个或多个单体分子中的双键或三键断裂,然后原子或原子团以共价键的方式结合形成新的分子。
加成反应可分为电子亲和性和电子排斥性两种机理。
电子亲和性加成反应是指亲电试剂攻击双键或三键,形成中间离子,最后被亲核试剂攻击生成产物。
电子排斥性加成反应是指亲核试剂攻击双键或三键,生成中间离子,然后被亲电试剂攻击生成产物。
2. 消除反应。
消除反应是有机化学中另一种重要的反应类型,它是指有机分子中的两个邻近原子或原子团通过共价键的方式脱离分子,生成双键或三键。
消除反应可分为β-消除、α-消除和γ-消除等不同机理,其中最常见的是β-消除反应。
β-消除反应是指邻位原子或原子团与相邻的氢原子脱离,生成双键或三键。
3. 取代反应。
取代反应是有机化学中最常见的反应类型之一,它是指有机分子中的一个原子或原子团被另一个原子或原子团取代。
取代反应可分为亲核取代和亲电取代两种机理。
亲核取代是指亲核试剂攻击有机分子中的一个原子或原子团,将其取代生成新的产物。
亲电取代是指亲电试剂攻击有机分子中的一个原子或原子团,将其取代生成新的产物。
4. 加成-消除反应。
加成-消除反应是一种复合反应类型,它是指有机分子中的双键或三键发生加成反应生成中间产物,然后再发生消除反应生成最终产物。
加成-消除反应的机理比较复杂,通常需要通过实验数据和理论计算来揭示其反应过程和产物结构。
总的来说,有机化学反应机理的研究对于我们理解和掌握有机反应规律具有重要意义。
通过深入学习和掌握有机反应机理,我们可以更好地设计和优化有机合成路线,提高有机合成的效率和选择性,为新药物的研发和合成提供理论指导。
有机化学反应机理(整理版)
1.Arndt-Eister反应酰氯与重氮甲烷反应,然后在氧化银催化下与水共热得到酸.重氮甲烷与酰氯反应首先形成重氮酮(1),(1)在氧化银催化下与水共热,得到酰基卡宾(2),(2)发生重排得烯酮(3),(3)与水反应生成酸,若与醇或氨(胺)反应,则得酯或酰胺。
2.Baeyer—---Villiger反应过酸先与羰基进行亲核加成,然后酮羰基上得一个烃基带着一对电子迁移到-O—O—基团中与羰基碳原子直接相连得氧原子上,同时发生O-O键异裂。
因此,这就是一个重排反应具有光学活性得3---苯基丁酮与过酸反应,重排产物手性碳原子得枸型保持不变,说明反应属于分子内重排:不对称得酮氧化时,在重排步骤中,两个基团均可迁移,但就是还就是有一定得选择性,按迁移能力其顺序为:醛氧化得机理与此相似,但迁移得就是氢负离子,得到羧酸。
酮类化合物用过酸如过氧乙酸、过氧苯甲酸、间氯过氧苯甲酸或三氟过氧乙酸等氧化,可在羰基旁边插入一个氧原子生成相应得酯,其中三氟过氧乙酸就是最好得氧化剂。
这类氧化剂得特点就是反应速率快,反应温度一般在10~40℃之间,产率高。
3、Beckmann 重排肟在酸如硫酸、多聚磷酸以及能产生强酸得五氯化磷、三氯化磷、苯磺酰氯、亚硫酰氯等作用下发生重排,生成相应得取代酰胺,如环己酮肟在硫酸作用下重排生成己内酰胺:在酸作用下,肟首先发生质子化,然后脱去一分子水,同时与羟基处于反位得基团迁移到缺电子得氮原子上,所形成得碳正离子与水反应得到酰胺.迁移基团如果就是手性碳原子,则在迁移前后其构型不变,例如:例4、Birch还原芳香化合物用碱金属(钠、钾或锂)在液氨与醇(乙醇、异丙醇或仲丁醇)得混合液中还原,苯环可被还原成非共轭得1,4—环己二烯化合物.首先就是钠与液氨作用生成溶剂化点子,然后苯得到一个电子生成自由基负离子(Ⅰ),这就是苯环得л电子体系中有7个电子,加到苯环上那个电子处在苯环分子轨道得反键轨道上,自由基负离子仍就是个环状共轭体系,(Ⅰ)表示得就是部分共振式.(Ⅰ)不稳定而被质子化,随即从乙醇中夺取一个质子生成环己二烯自由基(Ⅱ)。
有机化学反应及其机理
有机化学反应及其机理有机化学是研究含碳化合物的化学性质和反应的学科。
在有机化学中,反应是非常重要的一环,通过各种有机反应,可以合成出各式各样的有机化合物,这些化合物在生命科学、医药和材料科学等领域都有着广泛的应用。
本文将介绍有机化学反应的种类和机理,希望能对读者有所帮助。
一、加成反应加成反应是指两个分子中的一个或多个原子或官能团相结合形成新的化学键的反应。
例如,烯烃可以和卤素或水反应,产生卤代烷或醇。
这种反应常发生在双键中的一个碳上,因为这个碳处于亚电子亲或电子亲状态。
加成反应的机理通常涉及亲电性试剂(如卤素)或亲核性试剂(如水),它们与反应物之间会形成孰电子对或离子质子对。
二、消除反应消除反应是指一个化合物中的两个官能团间,其中之一失去小分子(如氢气、水等),形成双键或三键的反应。
例如,醇可以和酸反应,形成双键和水。
消除反应的机理通常涉及氧化还原反应或酸碱反应,其中一种官能团(如羟基)被去除,另一个官能团(如碳碳双键)被形成。
三、取代反应取代反应是指官能团或原子被另一官能团或原子所替代的反应。
例如,烷烃可以和卤素反应,形成卤代烷和氢气。
取代反应的机理通常涉及电子亲试剂(如卤素)和亲核性试剂(如烃),其中先形成中间体,然后被亲核试剂攻击,形成取代产物。
四、重排反应重排反应是指一个分子内部原子或官能团的位置改变,形成不同的分子结构的反应。
例如,碳酸酯可以发生酸催化热重排反应,生成环酯结构的产物。
反应的机理通常涉及中间体的形成和电子迁移等过程,这种反应是有机化学中较为复杂的一种。
以上这些反应只是有机反应中的一部分,还有很多其他类型的反应。
例如,还有氧化还原反应、环化反应、羟化反应等等。
这些反应的机理都各具特点,需要仔细研究。
在研究反应机理时,有些方法可以应用,如辅助试剂、掺杂物、同位素标记等等。
这些方法可以提供反应过程的信息,从而探究反应机制。
总之,有机化学反应是有机化学中至关重要的一环,它们为我们提供了丰富的化合物合成、材料制备、生命科学和医药等领域的理论和实践基础。
有机化学反应机理详解
有机化学反应机理详解有机化学是研究碳和碳之间的化学反应的科学,它是化学学科中的一个重要分支。
在有机化学中,了解反应机理对于理解和预测化学反应的过程至关重要。
本文将详细解析几种常见的有机化学反应机理,以帮助读者更好地理解这一领域的知识。
一、加成反应机理加成反应是指两个或多个分子中的原子或原子团结合形成一个新的分子的反应。
其中,最常见的加成反应是亲电加成和互变异构反应。
亲电加成是一种亲电试剂与亲核试剂发生反应的过程。
亲电试剂是电子亏损的化合物,亲核试剂则是电子富余的化合物。
在亲电加成反应中,亲电试剂首先与亲核试剂发生反应,形成一个中间产物,然后中间产物再与其他试剂发生反应,最终生成产物。
例如,氢氯酸与乙烯反应的机理如下:1. 氢氯酸中的氢离子(亲电试剂)攻击乙烯中的双键(亲核试剂),形成一个中间产物,即乙基氯化物。
2. 乙基氯化物再与其他试剂发生反应,例如水,生成乙醇。
互变异构反应是指两种异构体之间发生的反应。
异构体是指分子结构相同但空间结构不同的化合物。
在互变异构反应中,一个异构体通过断裂和重组键的过程转变为另一个异构体。
例如,顺丁烯二酸和反丁烯二酸之间的互变异构反应如下:1. 顺丁烯二酸中的双键与一分子的水发生加成反应,生成一个中间产物,即顺丁烯二酸酯。
2. 顺丁烯二酸酯再与另一分子的水发生反应,断裂酯键,生成反丁烯二酸。
二、消除反应机理消除反应是指一个分子中的两个官能团之间的原子或原子团发生脱离,形成两个新的分子的反应。
最常见的消除反应是酸催化的脱水反应和碱催化的脱卤反应。
酸催化的脱水反应是指酸作为催化剂促使一个分子中的氢原子和羟基发生脱离,形成一个新的分子和水。
这种反应常见于醇类和酚类化合物。
例如,乙醇发生酸催化的脱水反应如下:1. 酸催化剂(例如浓硫酸)与乙醇发生反应,形成乙醇中的羟基离子。
2. 羟基离子与另一个乙醇分子发生反应,断裂羟基上的氢原子和乙醇中的羟基,生成乙烯和水。
碱催化的脱卤反应是指碱作为催化剂促使一个分子中的卤素原子发生脱离,形成一个新的分子和卤化氢。
有机化学反应机理(总结最好的)(共143张PPT)详解精选全文
反应机理
O CH3C18OC(CH3)3
H+
+OH CH3C18OC(CH3)3
OH CH3C+18OC(CH3)3
SN1 CH3C18OOH + (CH3)3C+ H2O
关键 中间 体
(CH3)3COH + H+
+ (CH3)3COH2
通过同位素跟踪可以证明上述反应机理
5 芳香亲电取代反应
芳环上的氢被亲电试剂取代的反应称为芳香亲电取代反应
反应机理
快 + Cl-Cl
Cl
_
+ H ClAlCl3
+ - AlCl3
Cl Cl 慢
Cl
快
+ AlCl3 + HCl
快 + Br-Br
+ -
Br Br Br2
慢
+ - Br2
Br Br 慢
Br _ + H Br + Br2
Br
快
+ H+ + Br3-
苯的磺化反应
+ H 2SO4 ( 10% SO3 )
O RCOR' + -OH
慢
O-
快
R-C-OR'
OH
四面体中间体负离子
O RCOH + -OR'
ROH + RCOO -
NaOH
RCOONa
*2. 酸性水解
O
CH3C18OC2H5 + H2O
H+
O CH3COH + C2H518OH
同位素跟踪结果表明:酸性水解时,也发生酰氧键断裂
经典有机化学反应机理大全
O OH H
COOEt
-EtO-
O
H EtOOC
-H+
O
H+
O
-CO2
O
COOEt
H HOOC
22. Diels-Alder反应(共轭二烯与亲二烯体发生环加成得到六元环, 反应具有立体专一性)
MeOOC +
COOMe
H COOMe
MeOOC H
COOMe
H COOMe
反应机理
COOMe
H COOMe
+ Ts
23. Enamine(烯胺)反应(二级胺与具有α-H的醛, 酮发生反应)
O H3C
H +N
O H3O+ H3C
N H3C
Br
N
H3C
反应机理
O
H
CC + NR
H
R
OH CCNR HR
R NR
24. Eschweiler-Clark反应(将伯胺, 仲胺和甲醛及甲酸还原性甲 基化制备叔胺)
=R
EtOH e-
R HH
EtOH
HH
EtOH
-R
R
HH
HH
10. Bouveault-Blanc反应(酯在钠-醇体系中先还原成醛, 再进一步 还原为伯醇)
RCOOR'
Na RCH2OH
EtOH
反应机理
O R OR'
Na
O
EtOH OH
Na
OH EtOH
R OR'
R OR'
R OR'
H R OR'
重要的有机反应机理
1. Arndt-Eistert反应(重氮甲烷与酰氯作用形成 -重氮酮,在Ag离 子催化下酰基碳烯 重排得到烯酮。烯酮水解得到多一个碳的羧酸)
有机化学反应机理
有机化学反应机理引言:有机化学反应机理是指有机化合物在特定条件下发生化学反应时,反应过程中各个分子之间发生的分子间和分子内的碰撞、解离、结合等变化的详细描述。
了解反应机理可以帮助我们理解反应的速率、产物的生成和副产物的形成,以及优化反应条件和设计新的反应方法。
本文将以酯化反应和亲电取代反应为例,介绍有机化学反应机理的基本概念和应用。
一、酯化反应机理酯化反应是一种有机合成中常见的重要反应,通过酸催化或酶催化,醇和羧酸反应生成酯。
酯化反应机理主要分为酸催化和碱催化两种情况。
1. 酸催化酯化反应机理:酸催化酯化反应机理主要包括以下几个步骤:(1) 酸催化下的醇解离:酸催化剂质子化醇分子,使其形成离子,离子与羧酸发生加成反应生成酯中间体。
(2) 酯中间体的解离:酯中间体质子化,发生解离反应生成产物酯和酸。
(3) 酸催化下的水解反应:反应体系中加入水,酸与水反应生成产物醇和酸。
2. 碱催化酯化反应机理:碱催化酯化反应机理主要包括以下几个步骤:(1) 碱催化下的醇解离:碱催化剂质子化醇分子,使其形成离子,离子与羧酸发生加成反应生成酯中间体。
(2) 酯中间体的解离:酯中间体质子化,发生解离反应生成产物酯和醇。
(3) 碱催化下的水解反应:反应体系中加入水,碱与水反应生成产物醇和酸。
二、亲电取代反应机理亲电取代反应是有机化学中常见的一类反应,以亲电试剂与亲核试剂之间的反应为特点。
以卤代烷与亲核试剂反应为例,介绍亲电取代反应机理。
1. 亲电取代反应机理:亲电取代反应机理主要包括以下几个步骤:(1) 亲电试剂的活化:亲电试剂在反应条件下被激活,如卤代烷在碱性条件下质子化。
(2) 亲电试剂与亲核试剂的反应:亲电试剂中的亲电中心与亲核试剂发生亲电取代反应,生成产物。
(3) 产物的解离:产物质子化或去质子化,发生解离反应生成最终产物。
三、应用和意义了解有机化学反应机理有助于我们理解和预测反应的性质和行为,提高有机合成的效率和选择性。
有机化学反应机理
3.催化作用:
机理应与催化剂的作用相符,如在酸催化 下烯烃加水,反应过程与质子的作用相符, 即有正碳离子产生,而不会有负碳离子.
4.同位素标记:利用放射性同位素 可以确定反应过程中原子的去向,如反应:
表明反应中生成苯炔中间体
5.立体化学:根据化合物的构型变化可以推 断反应物变化的方式,键的形成和断裂方 向等,如反应:
控制
有机反应沿着不同的进程必然得到不同的产物, 若产物量取决于反应速率者称为动力学控制或 速率控制;若产物是根据热力学平衡得到者则 称为热力学控制或平衡控制。【在有机化学反 应中,绝大多数是受动力学控制的】
对于两个相互竞争的不可逆反应,主要是动力 学控制的产物。如丙烯与溴化氢加成时,2-溴 丙烷是主要产物。 能量较低。
例如:以B(CH3)3作为参考酸,(C2H5)
3N的碱性小于(C2H5)2NH;由于叔丁基的 位阻作用,使得邻叔丁苯甲酸酸性大于间叔丁苯 甲酸
4.有机酸碱的规律性在有机化学中除了 广泛用于正确选择酸碱试剂或酸碱催 化剂外,更普遍的用于有机化合物的 分析鉴定、分离提纯以及合理解释有 关的客观现象等方面,它们的基本原 理主要是以下三点:
对于两个相互竞争的可逆反应,在平衡建
立前,产物仍为动力学控制,达到平衡时, 能量较低,稳定性较大的产物量较多,即 为热力学控制。例如1,3-丁二烯与氯化氢 加成,1,2-加成产物是动力学控制产物, 1,4-加成产物是热力学加成产物。
此类反应可通过控制反应条件(如温度,时 间,溶剂等)实现。
3.4 取代基效应与线形自
得到的产物为反式,表明溴的加成是分步 进行,而且两个溴原子是从双键的两侧加 上去的。
6.化学热力学方法:通过研究化学反应是放 热还是吸热,⊿H、⊿S的增减,以及自由能 ⊿G的变化求得相关机理方面的许多信息, 有机化学中用以下公示计算焓变:
有机化学反应机理及其应用
有机化学反应机理及其应用有机化学反应机理指的是有机化合物发生化学反应的过程中所涉及到的分子之间的相互作用和反应中中间产物的形成与分解等。
这些反应机理在有机合成、药物研发、材料科学等领域都有着广泛的应用。
本文将探讨有机化学反应机理的基本概念以及其在不同领域的应用。
一、有机化学反应的机理有机化学反应机理一般可分为两部分:反应物的相遇和化学反应。
其中,反应物的相遇包括两个或多个反应物之间的碰撞、吸附、定向排列等过程,而化学反应则是指反应物发生结构上的变化,如化学键的形成、断裂、氧化、还原等。
在这个过程中,中间体、过渡态、反应活性种等可能参与反应,并最终得到产物。
更为具体地,有机化学反应机理常常涉及到以下几个方面:1.反应物的相对位置和取向;2.电荷转移或电子对共享过程;3.反应物构造的改变;4.中间形成的离子或自由基的稳定性等。
通过对这些反应机理的研究,人们可以更好地了解反应机理中的各种因素以及影响产物选择的因素。
二、有机化学反应机理的应用1. 有机合成有机合成是有机化学反应的一大应用领域。
有机合成过程中需要合成一些特定结构的有机物,这些有机物通常需要通过特定的反应机理来得到。
通过研究有机化学反应的机理,人们可以更加深入地了解反应机理中的各个步骤以及中间产物的形成和反应活性,在此基础上进行反应条件的优化和产物结构的调整,以达到更高的反应效率和产物纯度。
2. 药物研发有机化学反应机理也在药物研发领域得到广泛的应用。
制药过程中需要合成出各种不同类型的药物,而这些药物通常需要通过特定的有机化学反应机理得到。
通过研究反应机理,可以更好地了解药物分子中的各个部位以及化学键的形成和断裂等过程,有助于进行药物分子结构的设计和优化,提高药物的药效和安全性。
3. 材料科学有机化学反应机理在材料科学领域也有着广泛的应用。
例如,在材料制备过程中需要合成出各种不同类型的聚合物和配位化合物,而这些化合物通常需要通过特定的有机化学反应机理得到。
有机化学反应机理
有机化学反应机理一、引言有机化学反应机理是研究有机化合物在反应过程中发生的分子转化和反应速率的原理和规律的科学。
它对于揭示有机反应的本质、预测反应产物和优化反应条件具有重要意义。
本文将以几种常见有机化学反应为例,介绍其反应机理及相关特点。
二、酯化反应酯化反应是有机化学中一种重要的酸催化反应。
它通过酸催化剂使酯酸酐与醇发生取代反应,生成酯和水。
酸催化剂通常是质子酸,如硫酸、磷酸等。
反应机理包括亲核进攻、质子化、质子转移和亲核消除等步骤。
该反应机理的研究可以为酯化反应条件的优化和产物选择提供理论依据。
三、氧化反应氧化反应是有机化学中常见的重要反应类型之一。
它通过氧化剂使有机物中的氢原子被氧原子取代,生成相应的氧化产物。
氧化反应的机理复杂,常涉及自由基、电子转移和氧化还原等过程。
例如,醇的氧化常用氧气或过氧化氢作为氧化剂,生成相应的醛或酮。
氧化反应机理的研究可以为氧化反应条件的控制和产物选择提供理论指导。
四、加成反应加成反应是有机化学中一类重要的反应类型,指两个或多个反应物中的原子团通过共价键形成新的化学键。
加成反应的机理多样,常见的有电子亲和性反应、亲核性反应、自由基反应等。
例如,醛和酮与亲核试剂发生加成反应,生成相应的醇或酮。
加成反应机理的研究可以为反应条件的优化和产物选择提供理论支持。
五、消除反应消除反应是有机化学中一种重要的反应类型,指通过断裂一个碳-碳键和一个碳-氢键,生成一个新的双键或三键。
消除反应的机理多样,常见的有β-消除、酸催化消除、碱催化消除等。
例如,卤代烷和碱发生消除反应,生成烯烃。
消除反应机理的研究可以为反应条件的控制和产物选择提供理论指导。
六、总结有机化学反应机理的研究对于理解有机反应的本质、预测反应产物和优化反应条件具有重要意义。
本文以酯化反应、氧化反应、加成反应和消除反应为例,介绍了它们的反应机理及相关特点。
希望通过对这些反应机理的了解,能够提高我们对有机化学反应的理解和应用能力。
有机化学反应机理(整理版)
1.Arndt-Eister 反响酰氯与重氮甲烷反响,然后在氧化银催化下与水共热得到酸。
反响机理重氮甲烷与酰氯反响首先形成重氮酮〔1〕,〔1〕在氧化银催化下与水共热,得到酰基卡宾〔2〕,〔2〕发生重排得烯酮〔3〕,〔3〕与水反响生成酸,假设与醇或氨〔胺〕反响,那么得酯或酰胺。
反响实例2.Baeyer----Villiger 反响反响机理过酸先与羰基进展亲核加成,然后酮羰基上的一个烃基带着一对电子迁移到-O-O-基团中与羰基碳原子直接相连的氧原子上,同时发生O-O键异裂。
因此,这是一个重排反响具有光学活性的3---苯基丁酮和过酸反响,重排产物手性碳原子的枸型保持不变,说明反响属于分子重排:不对称的酮氧化时,在重排步骤中,两个基团均可迁移,但是还是有一定的选择性,按迁移能力其顺序为:醛氧化的机理与此相似,但迁移的是氢负离子,得到羧酸。
反响实例酮类化合物用过酸如过氧乙酸、过氧苯甲酸、间氯过氧苯甲酸或三氟过氧乙酸等氧化,可在羰基旁边插入一个氧原子生成相应的酯,其中三氟过氧乙酸是最好的氧化剂。
这类氧化剂的特点是反响速率快,反响温度一般在10~40℃之间,产率高。
3.Beckmann 重排肟在酸如硫酸、多聚磷酸以及能产生强酸的五氯化磷、三氯化磷、苯磺酰氯、亚硫酰氯等作用下发生重排,生成相应的取代酰胺,如环己酮肟在硫酸作用下重排生成己酰胺:反响机理在酸作用下,肟首先发生质子化,然后脱去一分子水,同时与羟基处于反位的基团迁移到缺电子的氮原子上,所形成的碳正离子与水反响得到酰胺。
迁移基团如果是手性碳原子,那么在迁移前后其构型不变,例如:反响实例4.Birch复原芳香化合物用碱金属〔钠、钾或锂〕在液氨与醇〔乙醇、异丙醇或仲丁醇〕的混合液中复原,苯环可被复原成非共轭的1,4-环己二烯化合物。
反响机理首先是钠和液氨作用生成溶剂化点子,然后苯得到一个电子生成自由基负离子〔Ⅰ〕,这是苯环的л电子体系中有7个电子,加到苯环上那个电子处在苯环分子轨道的反键轨道上,自由基负离子仍是个环状共轭体系,(Ⅰ)表示的是局部共振式。
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酰氯与重氮甲烷反应,然后在氧化银催化下与水共热得到酸。
重氮甲烷与酰氯反应首先形成重氮酮(1),(1)在氧化银催化下与水共热,得到酰基卡宾(2),(2)发生重排得烯酮(3),(3)与水反应生成酸,若与醇或氨(胺)反应,则得酯或酰胺。
1.Baeyer----Villiger 反应过酸先与羰基进行亲核加成,然后酮羰基上的一个烃基带着一对电子迁移到-O-O-基团中与羰基碳原子直接相连的氧原子上,同时发生O-O键异裂。
因此,这是一个重排反应具有光学活性的3---苯基丁酮和过酸反应,重排产物手性碳原子的枸型保持不变,说明反应属于分子内重排:不对称的酮氧化时,在重排步骤中,两个基团均可迁移,但是还是有一定的选择性,按迁移能力其顺序为:醛氧化的机理与此相似,但迁移的是氢负离子,得到羧酸。
酮类化合物用过酸如过氧乙酸、过氧苯甲酸、间氯过氧苯甲酸或三氟过氧乙酸等氧化,可在羰基旁边插入一个氧原子生成相应的酯,其中三氟过氧乙酸是最好的氧化剂。
这类氧化剂的特点是反应速率快,反应温度一般在10~40℃之间,产率高。
重排肟在酸如硫酸、多聚磷酸以及能产生强酸的五氯化磷、三氯化磷、苯磺酰氯、亚硫酰氯等作用下发生重排,生成相应的取代酰胺,如环己酮肟在硫酸作用下重排生成己内酰胺:在酸作用下,肟首先发生质子化,然后脱去一分子水,同时与羟基处于反位的基团迁移到缺电子的氮原子上,所形成的碳正离子与水反应得到酰胺。
迁移基团如果是手性碳原子,则在迁移前后其构型不变,例如:例还原芳香化合物用碱金属(钠、钾或锂)在液氨与醇(乙醇、异丙醇或仲丁醇)的混合液中还原,苯环可被还原成非共轭的1,4-环己二烯化合物。
首先是钠和液氨作用生成溶剂化点子,然后苯得到一个电子生成自由基负离子(Ⅰ),这是苯环的л电子体系中有7个电子,加到苯环上那个电子处在苯环分子轨道的反键轨道上,自由基负离子仍是个环状共轭体系,(Ⅰ)表示的是部分共振式。
(Ⅰ)不稳定而被质子化,随即从乙醇中夺取一个质子生成环己二烯自由基(Ⅱ)。
(Ⅱ)在取得一个溶剂化电子转变成环己二烯负离子(Ⅲ),(Ⅲ)是一个强碱,迅速再从乙醇中夺取一个电子生成1,4-环己二烯。
环己二烯负离子(Ⅲ)在共轭链的中间碳原子上质子化比末端碳原子上质子快,原因尚不清楚。
取代的苯也能发生还原,并且通过得到单一的还原产物。
例如还原脂肪族羧酸酯可用金属钠和醇还原得一级醇。
α,β-不饱和羧酸酯还原得相应的饱和醇。
芳香酸酯也可进行本反应,但收率较低。
本法在氢化锂铝还原酯的方法发现以前,广泛地被使用,非共轭的双键可不受影响。
首先酯从金属钠获得一个电子还原为自由基负离子,然后从醇中夺取一个质子转变为自由基,再从钠得一个电子生成负离子,消除烷氧基成为醛,醛再经过相同的步骤还原成钠,再酸化得到相应的醇。
醛酮也可以用本法还原,得到相应的醇:反应凡α位碳原子上无活泼氢的醛类和浓NaOH或KOH水或醇溶液作用时,不发生醇醛缩合或树脂化作用而起歧化反应生成与醛相当的酸(成盐)及醇的混合物。
此反应的特征是醛自身同时发生氧化及还原作用,一分子被氧化成酸的盐,另一分子被还原成醇:脂肪醛中,只有甲醛和与羰基相连的是一个叔碳原子的醛类,才会发生此反应,其他醛类与强碱液,作用发生醇醛缩合或进一步变成树脂状物质。
具有α-活泼氢原子的醛和甲醛首先发生羟醛缩合反应,得到无α-活泼氢原子的β-羟基醛,然后再与甲醛进行交叉Cannizzaro反应,如乙醛和甲醛反应得到季戊四醇:醛首先和氢氧根负离子进行亲核加成得到负离子,然后碳上的氢带着一对电子以氢负离子的形式转移到另一分子的羰基不能碳原子上。
酯缩合反应含有α-氢的酯在醇钠等碱性缩合剂作用下发生缩合作用,失去一分子醇得到β-酮酸酯。
如2分子乙酸乙酯在金属钠和少量乙醇作用下发生缩合得到乙酰乙酸乙酯。
二元羧酸酯的分子内酯缩合见Dieckmann缩合反应。
乙酸乙酯的α-氢酸性很弱(,而乙醇钠又是一个相对较弱的碱(乙醇的pK a~),因此,乙酸乙酯与乙醇钠作用所形成的负离子在平衡体系是很少的。
但由于最后产物乙酰乙酸乙酯是一个比较强的酸,能与乙醇钠作用形成稳定的负离子,从而使平衡朝产物方向移动。
所以,尽管反应体系中的乙酸乙酯负离子浓度很低,但一形成后,就不断地反应,结果反应还是可以顺利完成。
常用的碱性缩合剂除乙醇钠外,还有叔丁醇钾、叔丁醇钠、氢化钾、氢化钠、三苯甲基钠、二异丙氨基锂(LDA)和Grignard试剂等。
如果酯的α-碳上只有一个氢原子,由于酸性太弱,用乙醇钠难于形成负离子,需要用较强的碱才能把酯变为负离子。
如异丁酸乙酯在三苯甲基钠作用下,可以进行缩合,而在乙醇钠作用下则不能发生反应:两种不同的酯也能发生酯缩合,理论上可得到四种不同的产物,称为混合酯缩合,在制备上没有太大意义。
如果其中一个酯分子中既无α-氢原子,而且烷氧羰基又比较活泼时,则仅生成一种缩合产物。
如苯甲酸酯、甲酸酯、草酸酯、碳酸酯等。
与其它含α-氢原子的酯反应时,都只生成一种缩合产物。
实际上这个反应不限于酯类自身的缩合,酯与含活泼亚甲基的化合物都可以发生这样的缩合反应,这个反应可以用下列通式表示:—Schmidt 反应一个无氢原子的醛与一个带有氢原子的脂肪族醛或酮在稀氢氧化钠水溶液或醇溶液存在下发生缩合反应,并失水得到不饱和醛或酮:重排烯丙基芳基醚在高温(200°C)下可以重排,生成烯丙基酚。
当烯丙基芳基醚的两个邻位未被取代基占满时,重排主要得到邻位产物,两个邻位均被取代基占据时,重排得到对位产物。
对位、邻位均被占满时不发生此类重排反应。
交叉反应实验证明:Claisen重排是分子内的重排。
采用 g-碳 14C 标记的烯丙基醚进行重排,重排后 g-碳原子与苯环相连,碳碳双键发生位移。
两个邻位都被取代的芳基烯丙基酚,重排后则仍是a-碳原子与苯环相连。
Claisen 重排是个协同反应,中间经过一个环状过渡态,所以芳环上取代基的电子效应对重排无影响。
从烯丙基芳基醚重排为邻烯丙基酚经过一次[3,3]s 迁移和一次由酮式到烯醇式的互变异构;两个邻位都被取代基占据的烯丙基芳基酚重排时先经过一次[3,3]s 迁移到邻位(Claisen 重排),由于邻位已被取代基占据,无法发生互变异构,接着又发生一次[3,3]s 迁移(Cope 重排)到对位,然后经互变异构得到对位烯丙基酚。
取代的烯丙基芳基醚重排时,无论原来的烯丙基双键是Z-构型还是E-构型,重排后的新双键的构型都是E-型,这是因为重排反应所经过的六员环状过渡态具有稳定椅式构象的缘故。
Claisen 重排具有普遍性,在醚类化合物中,如果存在烯丙氧基与碳碳相连的结构,就有可能发生Claisen 重排。
还原醛类或酮类分子中的羰基被锌汞齐和浓盐酸还原为亚甲基:此法只适用于对酸稳定的化合物。
对酸不稳定而对碱稳定的化合物可用Wolff-Kishner-黄鸣龙反应还原。
消除反应叔胺的N-氧化物(氧化叔胺)热解时生成烯烃和N,N-二取代羟胺,产率很高。
实际上只需将叔胺与氧化剂放在一起,不需分离出氧化叔胺即可继续进行反应,例如在干燥的二甲亚砜或四氢呋喃中这个反应可在室温进行。
此反应条件温和、副反应少,反应过程中不发生重排,可用来制备许多烯烃。
当氧化叔胺的一个烃基上二个β位有氢原子存在时,消除得到的烯烃是混合物,但是 Hofmann产物为主;如得到的烯烃有顺反异构时,一般以 E-型为主。
例如:这个反应是E2顺式消除反应,反应过程中形成一个平面的五员环过度态,氧化叔胺的氧作为进攻的碱:要产生这样的环状结构,氨基和β-氢原子必须处于同一侧,并且在形成五员环过度态时,α,β-碳原子上的原子基团呈重叠型,这样的过度态需要较高的活化能,形成后也很不稳定,易于进行消除反应。
重排1,5-二烯类化合物受热时发生类似于 O-烯丙基重排为 C-烯丙基的重排反应(Claisen 重排)反应称为Cope重排。
这个反应30多年来引起人们的广泛注意。
1,5-二烯在150—200℃单独加热短时间就容易发生重排,并且产率非常好。
Cope重排属于周环反应,它和其它周环反应的特点一样,具有高度的立体选择性。
例如:内消旋-3,4-二甲基-1,5-己二烯重排后,得到的产物几乎全部是(Z, E)-2,6辛二烯:Cope重排是[3,3]s-迁移反应,反应过程是经过一个环状过渡态进行的协同反应:在立体化学上,表现为经过椅式环状过渡态:烷基化反应芳烃与卤代烃、醇类或烯类化合物在Lewis催化剂(如AlCl3,FeCl3, H2SO4, H3PO4,BF3, HF等)存在下,发生芳环的烷基化反应。
卤代烃反应的活泼性顺序为:RF > RCl > RBr > RI ; 当烃基超过3个碳原子时,反应过程中易发生重排。
首先是卤代烃、醇或烯烃与催化剂如三氯化铝作用形成碳正离子:所形成的碳正离子可能发生重排,得到较稳定的碳正离子:碳正离子作为亲电试剂进攻芳环形成中间体s-络合物,然后失去一个质子得到发生亲电取代产物:酰基化反应芳烃与酰基化试剂如酰卤、酸酐、羧酸、烯酮等在Lewis酸(通常用无水三氯化铝)催化下发生酰基化反应,得到芳香酮:这是制备芳香酮类最重要的方法之一,在酰基化中不发生烃基的重排。
反应芳香烃与等分子的一氧化碳及氯化氢气体在加压和催化剂(三氯化铝及氯化亚铜)存在下反应,生成芳香醛:反应羧酸在催化量的三卤化磷或红磷作用下,能与卤素发生a-卤代反应生成a-卤代酸:本反应也可以用酰卤作催化剂。
反应伯胺、仲胺分别与对甲苯磺酰氯作用生成相应的对甲苯磺酰胺沉淀,其中伯胺生成的沉淀能溶于碱(如氢氧化钠)溶液,仲胺生成的沉淀则不溶,叔胺与对甲苯磺酰氯不反应。
此反应可用于伯仲叔胺的分离与鉴定。
烷基化卤代烷与氨或胺发生烷基化反应,生成脂肪族胺类:由于生成的伯胺亲核性通常比氨强,能继续与卤代烃反应,因此本反应不可避免地产生仲胺、叔胺和季铵盐,最后得到的往往是多种产物的混合物。
用大过量的氨可避免多取代反应的发生,从而可得到良好产率的伯胺。
反应为典型的亲核取代反应(S N1或S N2)消除反应季铵碱在加热条件下(100--200°C)发生热分解,当季铵碱的四个烃基都是甲基时,热分解得到甲醇和三甲胺:如果季铵碱的四个烃基不同,则热分解时总是得到含取代基最少的烯烃和叔胺:重排(降解)酰胺用溴(或氯)在碱性条件下处理转变为少一个碳原子的伯胺:反应含活泼亚甲基的化合物与醛或酮在弱碱性催化剂(氨、伯胺、仲胺、吡啶等有机碱)存在下缩合得到a,b-不饱和化合物。
反应脂肪酸钠盐或钾盐的浓溶液电解时发生脱羧,同时两个烃基相互偶联生成烃类:如果使用两种不同脂肪酸的盐进行电解,则得到混合物:反应醛或酮在高温下与甲酸铵反应得伯胺:除甲酸铵外,反应也可以用取代的甲酸铵或甲酰铵。