有机反应机理第十章
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
12% 37%
为什么X为OCH3时同向加成的比例增加？
可编辑版
有机反应机理 7
在经典的正碳离子中，正电荷更加集中于与苯环 相联的碳上，OCH3基团的稳定化作用更强。
而在溴桥离子中，正电荷分散于三个原子上，不利于 OCH3基团稳定化作用的最大发挥。
因此，当X由H变为OCH3基团时，反应经由经典正碳离子 中间体的可能性增加。用共振理论可表示为：
0.71
(CH3)2C=CHCH3
4343
(CH3)2C=C(CH3)2
6909
可编辑版
1 43 28 2131 29508
有机反应机理 10
H3C H
B r2
H H
H 3O
Br
H3C
H
H
H
Br
C H 3C H B rC H 2B r
H3C C CH2H O H H
C H 3C H O H C H 2H
Stereochemistry 经由卤桥正离子时发生对向加成
经由经典正碳离子时则由于C－C单键的自由旋转， 同时生成相当量的同向加成产物。
例如：
可编辑版
有机反应机理 6
Biblioteka Baidu X
H
X
CH 3Br2/CCl4
H
X=H X = O CH 3
Br H X CH 3 +
HBr
88% 63%
Br Br H
CH 3 H
反应机理可表示如下：
可编辑版
有机反应机理 4
R1 R2 C
X
R3 C R4 X
卤 负 离 子 优 先 进 攻 能 使 正 碳 离 子 稳 定 的 双 键 碳 原 子
X
R1
R3
R2 C C R4 X
R1 R2 C
X
R3 C R4
X
可编辑版
R1 R2 C
X
X R3 C R4
有机反应机理 5
Experimental evidences
第10章 重要合成反应机理分析
10.1 不饱和烃的卤加成反应
10.2 环氧乙烷与各种亲核试剂的反应
10.3 Mannich反应
10.4 羟醛缩合反应
可编辑版
有机反应机理 1
10.1 不饱和烃的卤加成反应 10.1.1 卤素与烯烃和炔烃的加成
10.1.2 不饱和羧酸及其酯的卤内酯化反应 10.1.3 N-卤代酰胺、次卤酸盐等与不饱和烃的加成
可编辑版
有机反应机理 2
10.1.1 卤素与烯烃和炔烃的加成 Mechanism
Electrophilic addition
Free radical addition
可编辑版
有机反应机理 3
Electrophilic addition
极化的卤素带正电的部分先与烯烃加成，生成正 碳离子中间体。
根据卤素的种类和烯烃的结构，中间体可以是经 典的正碳离子，也可以是卤桥正离子
H
H
Ph Br2/CHCl3 OH 0oC~r.t.,20min
H
C H 3
H
C l H H
C l C H 3
HC l2 /C C l4 H
C H 3 + HC l
H HC l
Z -
6 2 % ~ 6 3 % （ 同 向 加 成 ）2 1 % ~ 2 3 % （ 对 向 加 成 ）
可编辑版
有机反应机理 20
10.1.2 不饱和羧酸及其酯的卤内酯化反应
,-不饱和羧酸与卤素加成时，先生成卤桥离子
H
B r H H C H 3 +
HB r
B r C H 3
H HB r
8 8 % (对 向 加 成 ） 1 2 % （ 同 向 加 成 ）
H
H
H
C l H H
C l C H 3
C H 3 C l2 /C C l4 H
C H 3 + HC l
H HC l
E -
5 5 % ~ 5 6 % (对 向 加 成 ）2 8 % ~ 2 9 % （ 同 向 加 成 ）
可编辑版
有机反应机理 11
Free radical mechanism
氯、溴在自由基引发剂或光的作用下，可均裂为 自由基，与不饱和烃发生自由基加成反应
自由基引发剂：有机过氧化物、偶氮二异丁腈等 光引发：紫外光
例如光卤化加成的机理可表示如下
可编辑版
有机反应机理 12
光引发自由基加成机理
引发：
h
XX 2X(X = C l,B r)
合成上通过氯化和溴化引入活泼官能团，作为有机 合成的中间体，应用非常广泛
可编辑版
有机反应机理 18
在无光照或自由基引发剂的情况下，通常按亲电 加成机理反应
与氯的加成反应相比，溴的加成反应往往更倾向于 经由溴桥离子中间体，得到更多的对向加成产物
例如以下反应
可编辑版
有机反应机理 19
H
H
H
C H 3B r2 /C C l4
C lC lC HC C l2 C l
C lC lCC C l2 驱 钩 虫 药
Cl2/h
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
杀虫剂（六六六）
可编辑版
有机反应机理 15
Addition of fluorine to alkenes
F2活性高，反应激烈，易发生取代、聚合等副反应 通常为自由基机理，合成上的应用有限
传递：
终止：
CC X
CC
X2
X
C C +X X
CC X
X CC X
+X
X CC X
CC + CC
X
X 可编辑版
X
有X机反应机理 13
光卤加成的应用实例
光卤加成易发生于双键上有吸电基的烯烃和芳烃， 因为这些烯烃和芳烃难以与卤素发生亲电加成。
例如
可编辑版
有机反应机理 14
C l2 /h
C lC HC C l2
可编辑版
有机反应机理 8
C H 3O
H C H 3
HB r
C H 3O
H C H 3
HB r
H
H
CH3 H Br
可编辑版
有机反应机理 9
解释以下几种烯烃水合和溴化相对速率与 取代基数目和位置的关系
烯烃
相对速率
水合
溴化
CH3CH=CH2
1
Z-CH3CH=CHCH3
1.68
E- CH3CH=CHCH3
氟原子的引入可以改进药物的性质，通常由卤素－ 卤素置换反应制备氟化物
可编辑版
有机反应机理 16
Addition of iodine to alkenes 通常按自由基机理反应
C－I键不稳定，容易发生消除反应，碘与烯烃的 加成往往是可逆的
可编辑版
有机反应机理 17
Addition of chlorine and bromine to alkenes 是最重要的卤加成反应
分子内的羧基作为亲核试剂进攻卤桥离子，生成 五员或六员环内酯，称作卤内酯化反应
例如
可编辑版
有机反应机理 21
OH
CH2C O
I2/KI/NaHCO3 H2O/r. t., 4h
I
OH
CH2C O
I
H H
O
O
可编辑版
有机反应机理 22
Formation of a six-membered lactone
为什么X为OCH3时同向加成的比例增加？
可编辑版
有机反应机理 7
在经典的正碳离子中，正电荷更加集中于与苯环 相联的碳上，OCH3基团的稳定化作用更强。
而在溴桥离子中，正电荷分散于三个原子上，不利于 OCH3基团稳定化作用的最大发挥。
因此，当X由H变为OCH3基团时，反应经由经典正碳离子 中间体的可能性增加。用共振理论可表示为：
0.71
(CH3)2C=CHCH3
4343
(CH3)2C=C(CH3)2
6909
可编辑版
1 43 28 2131 29508
有机反应机理 10
H3C H
B r2
H H
H 3O
Br
H3C
H
H
H
Br
C H 3C H B rC H 2B r
H3C C CH2H O H H
C H 3C H O H C H 2H
Stereochemistry 经由卤桥正离子时发生对向加成
经由经典正碳离子时则由于C－C单键的自由旋转， 同时生成相当量的同向加成产物。
例如：
可编辑版
有机反应机理 6
Biblioteka Baidu X
H
X
CH 3Br2/CCl4
H
X=H X = O CH 3
Br H X CH 3 +
HBr
88% 63%
Br Br H
CH 3 H
反应机理可表示如下：
可编辑版
有机反应机理 4
R1 R2 C
X
R3 C R4 X
卤 负 离 子 优 先 进 攻 能 使 正 碳 离 子 稳 定 的 双 键 碳 原 子
X
R1
R3
R2 C C R4 X
R1 R2 C
X
R3 C R4
X
可编辑版
R1 R2 C
X
X R3 C R4
有机反应机理 5
Experimental evidences
第10章 重要合成反应机理分析
10.1 不饱和烃的卤加成反应
10.2 环氧乙烷与各种亲核试剂的反应
10.3 Mannich反应
10.4 羟醛缩合反应
可编辑版
有机反应机理 1
10.1 不饱和烃的卤加成反应 10.1.1 卤素与烯烃和炔烃的加成
10.1.2 不饱和羧酸及其酯的卤内酯化反应 10.1.3 N-卤代酰胺、次卤酸盐等与不饱和烃的加成
可编辑版
有机反应机理 2
10.1.1 卤素与烯烃和炔烃的加成 Mechanism
Electrophilic addition
Free radical addition
可编辑版
有机反应机理 3
Electrophilic addition
极化的卤素带正电的部分先与烯烃加成，生成正 碳离子中间体。
根据卤素的种类和烯烃的结构，中间体可以是经 典的正碳离子，也可以是卤桥正离子
H
H
Ph Br2/CHCl3 OH 0oC~r.t.,20min
H
C H 3
H
C l H H
C l C H 3
HC l2 /C C l4 H
C H 3 + HC l
H HC l
Z -
6 2 % ~ 6 3 % （ 同 向 加 成 ）2 1 % ~ 2 3 % （ 对 向 加 成 ）
可编辑版
有机反应机理 20
10.1.2 不饱和羧酸及其酯的卤内酯化反应
,-不饱和羧酸与卤素加成时，先生成卤桥离子
H
B r H H C H 3 +
HB r
B r C H 3
H HB r
8 8 % (对 向 加 成 ） 1 2 % （ 同 向 加 成 ）
H
H
H
C l H H
C l C H 3
C H 3 C l2 /C C l4 H
C H 3 + HC l
H HC l
E -
5 5 % ~ 5 6 % (对 向 加 成 ）2 8 % ~ 2 9 % （ 同 向 加 成 ）
可编辑版
有机反应机理 11
Free radical mechanism
氯、溴在自由基引发剂或光的作用下，可均裂为 自由基，与不饱和烃发生自由基加成反应
自由基引发剂：有机过氧化物、偶氮二异丁腈等 光引发：紫外光
例如光卤化加成的机理可表示如下
可编辑版
有机反应机理 12
光引发自由基加成机理
引发：
h
XX 2X(X = C l,B r)
合成上通过氯化和溴化引入活泼官能团，作为有机 合成的中间体，应用非常广泛
可编辑版
有机反应机理 18
在无光照或自由基引发剂的情况下，通常按亲电 加成机理反应
与氯的加成反应相比，溴的加成反应往往更倾向于 经由溴桥离子中间体，得到更多的对向加成产物
例如以下反应
可编辑版
有机反应机理 19
H
H
H
C H 3B r2 /C C l4
C lC lC HC C l2 C l
C lC lCC C l2 驱 钩 虫 药
Cl2/h
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
杀虫剂（六六六）
可编辑版
有机反应机理 15
Addition of fluorine to alkenes
F2活性高，反应激烈，易发生取代、聚合等副反应 通常为自由基机理，合成上的应用有限
传递：
终止：
CC X
CC
X2
X
C C +X X
CC X
X CC X
+X
X CC X
CC + CC
X
X 可编辑版
X
有X机反应机理 13
光卤加成的应用实例
光卤加成易发生于双键上有吸电基的烯烃和芳烃， 因为这些烯烃和芳烃难以与卤素发生亲电加成。
例如
可编辑版
有机反应机理 14
C l2 /h
C lC HC C l2
可编辑版
有机反应机理 8
C H 3O
H C H 3
HB r
C H 3O
H C H 3
HB r
H
H
CH3 H Br
可编辑版
有机反应机理 9
解释以下几种烯烃水合和溴化相对速率与 取代基数目和位置的关系
烯烃
相对速率
水合
溴化
CH3CH=CH2
1
Z-CH3CH=CHCH3
1.68
E- CH3CH=CHCH3
氟原子的引入可以改进药物的性质，通常由卤素－ 卤素置换反应制备氟化物
可编辑版
有机反应机理 16
Addition of iodine to alkenes 通常按自由基机理反应
C－I键不稳定，容易发生消除反应，碘与烯烃的 加成往往是可逆的
可编辑版
有机反应机理 17
Addition of chlorine and bromine to alkenes 是最重要的卤加成反应
分子内的羧基作为亲核试剂进攻卤桥离子，生成 五员或六员环内酯，称作卤内酯化反应
例如
可编辑版
有机反应机理 21
OH
CH2C O
I2/KI/NaHCO3 H2O/r. t., 4h
I
OH
CH2C O
I
H H
O
O
可编辑版
有机反应机理 22
Formation of a six-membered lactone