有机反理第十章.ppt

有机反应机理第第10章章 重要合成反应机理分析重要合成反应机理分析10.1 不饱和烃的卤加成反应10.4 羟醛缩合反应10.2 环氧乙烷与各种亲核试剂的反应10.3 Mannich反应有机反应机理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有机反应机理10.1.1 卤素与烯烃和炔烃的加成 MechanismElectrophilic additionFree radical addition有机反应机理Electrophilic addition反应机理可表示如下：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有机反应机理有机反应机理Experimental evidences Stereochemistry例如：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经由卤桥正离子时发生对向加成有机反应机理为什么X为OCH3时同向加成的比例增加？有机反应机理因此，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：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有机反应机理有机反应机理烯烃相对速率水合溴化CH3CH=CH211Z-CH3CH=CHCH31.6843E- CH3CH=CHCH30.7128(CH3)2C=CHCH343432131(CH3)2C=C(CH3)2690929508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有机反应机理有机反应机理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有机反应机理光引发自由基加成机理有机反应机理 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有机反应机理有机反应机理Addition of fluorine to alkenesF2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有机反应机理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有机反应机理Addition of chlorine and bromine to alkenes是最重要的卤加成反应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有机反应机理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有机反应机理有机反应机理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，先生成卤桥离子例如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有机反应机理有机反应机理Formation of a six-membered lactone有机反应机理Halolactonization of unsaturated esters机理与不饱和羧酸的卤内酯化有所不同，反应中，发起亲核进攻的是羰基氧，而不是羟基氧有机反应机理反应实例（NBA为N-溴代乙酰胺）：可能的机理如下有机反应机理有机反应机理10.1.3 N-卤代酰胺、次卤酸盐等与不饱和烃的加成(1) Addition of hypohalous acids (2) Addition of N-halo amides有机反应机理(1) Addition of hypohalous acids 机理与卤素的加成类似，先是次卤酸分子中带正电的卤原子对不饱和烃的亲电进攻，生成卤桥正离子，水分子或OH－负离子进攻卤桥正离子就生成产物卤醇有机反应机理第二步亲核试剂进攻卤桥正离子的哪一个碳原子？为什么？有机反应机理反应实例注意事项次卤酸通常不稳定，需新鲜制备立即使用制备次碘酸时还要加入氧化剂，除去还原性较强的碘负离子有机反应机理也可改用次卤酸叔丁酯作卤化剂，在非水溶剂中反应，可生成相应的卤醇衍生物有机反应机理次卤酸叔丁酯可由以下反应制备有机反应机理(2) Addition of N-halo amides常用卤代酰胺有机反应机理Mechanism and products正的卤原子先与不饱和键加成形成卤桥正离子，亲核试剂（水或溶剂）进攻卤桥正离子得卤醇或其衍生物反应服从Markofnikoff规则有机反应机理反应式有机反应机理反应实例有机反应机理Dalton反应： NBS与烯烃在二甲亚砜中反应水存在下：产物为卤醇干燥条件下：产物为卤酮，是合成卤酮的有效方法有机反应机理Dalton反应的机理有机反应机理反应实例有机反应机理10.2 环氧乙烷与各种亲核试剂的反应8.2.1 环氧乙烷与芳烃的反应环氧乙烷与芳烃的反应8.2.2 环氧乙烷与活泼氢化合物的反应环氧乙烷与活泼氢化合物的反应8.2.3 环氧乙烷与金属有机化合物的反应环氧乙烷与金属有机化合物的反应有机反应机理10.2.1 环氧乙烷与芳烃的反应环氧乙烷与芳烃的反应机理？机理？有机反应机理Mechanism在在Lewis酸催化下进行，类似于酸催化下进行，类似于Friedel-Crafts反应反应有机反应机理有机反应机理Regeoselectivity and stereoselectivityRegeoselectivity: 单取代环氧乙烷反应，芳基单取代环氧乙烷反应，芳基进攻取代较多的碳原子进攻取代较多的碳原子Stereoselectivity: 手性衍生物反应时，发生构型手性衍生物反应时，发生构型转化转化有机反应机理芳基进攻取代较多的，更能稳定正电荷的碳原子芳基进攻取代较多的，更能稳定正电荷的碳原子有机反应机理10.2.2 环氧乙烷与活泼氢化合物的反应环氧乙烷与活泼氢化合物的反应碱催化；亲核试剂进攻环氧乙烷取代较少的碳碱催化；亲核试剂进攻环氧乙烷取代较少的碳有机反应机理机理？机理？有机反应机理10.2.3 环氧乙烷与金属有机化合物的反应环氧乙烷与金属有机化合物的反应进攻取代较少的碳原子进攻取代较少的碳原子有机反应机理有机反应机理8.3 Mannich反应反应B Tollens & von Marle, 1903有机反应机理C Mannich, 1917有机反应机理Mannich反应通式反应通式Mannich反应是醛或酮与胺和含活泼氢的化合物反应是醛或酮与胺和含活泼氢的化合物之间的三组分缩合之间的三组分缩合胺组分胺组分醛组分醛组分酸组分酸组分Mannich碱碱有机反应机理胺组分：胺组分： 氨、伯胺、仲胺氨、伯胺、仲胺醛组分：醛组分： 甲醛，其他醛或酮甲醛，其他醛或酮酸组分：含酸组分：含 -氢的氢的羰基化合物，硝基化合物，羰基化合物，硝基化合物，　　　　硝胺或芳烃等　　　　硝胺或芳烃等有机反应机理Mannich反应反应条件反应通常在弱酸或弱碱条件下进行反应通常在弱酸或弱碱条件下进行有些反应也可在中性条件下进行有些反应也可在中性条件下进行不同的反应或反应的不同阶段要求不同的不同的反应或反应的不同阶段要求不同的pH值值控制适当的控制适当的pH值对反应的成功至关重要值对反应的成功至关重要有机反应机理Mannich反应的机理反应的机理不同条件下，可能按不同的机理进行不同条件下，可能按不同的机理进行通常认为先发生醛胺缩合，再与酸组分反应通常认为先发生醛胺缩合，再与酸组分反应有机反应机理醛胺缩合形成亚胺正离子（醛胺缩合形成亚胺正离子（iminium ion)Iminium ionAminocarbenium ion有机反应机理亚胺正离子与酸组分的反应亚胺正离子与酸组分的反应有机反应机理也可能先发生活性氢化合物的也可能先发生活性氢化合物的 -羟烷基化，再与胺羟烷基化，再与胺脱水（羟醛缩合机理脱水（羟醛缩合机理),　如硝基烷的反应　如硝基烷的反应有机反应机理羰基羰基 -位氨烷基化位氨烷基化有机反应机理杂环的氨烷基化杂环的氨烷基化亚胺正离子对杂环的亲电取代有机反应机理芳环的氨烷基化芳环的氨烷基化亚胺正离子对芳环的亲电取代有机反应机理不对称氨烷基化不对称氨烷基化Benjamin L, Peter P, William T. B, and Harry J. M. The Proline-Catalyzed Direct Asymmetric Three-Component Mannich Reaction: Scope, Optimization, and Application To the Highly Enantioselective Synthesis of 1,2-Amino Alcohols. J. AM. CHEM. SOC. 2002,124(5): 827-833有机反应机理有机反应机理10.3 羟醛缩合反应羰基化合物脱羰基化合物脱 氢形成的负碳离子氢形成的负碳离子(烯醇负离子或烯醇负离子或其盐和酯其盐和酯)与另一分子羰基化合物加成形成与另一分子羰基化合物加成形成 羟基羟基羰基化物的反应称作羟醛缩合反应羰基化物的反应称作羟醛缩合反应有机反应机理-羟（基）烷基化羟（基）烷基化反应结果相当于在羰基的反应结果相当于在羰基的 位位引入了一个羟烷基引入了一个羟烷基经典羟醛缩合反应通式有机反应机理为什么称为为什么称为aldol缩合缩合?Aldol是是3-hydroxybutanal的俗名的俗名, 是乙醛的缩合是乙醛的缩合产物产物有机反应机理碱催化碱催化aldol缩合机理缩合机理有机反应机理酸催化酸催化aldol缩合机理缩合机理有机反应机理Possible products若反应的两组分都含若反应的两组分都含 氢，可得四种产物氢，可得四种产物, 例如例如有机反应机理若两组分羰基碳上都连有不同的烷基，可能的产若两组分羰基碳上都连有不同的烷基，可能的产物会更多物会更多有机反应机理Significant cases in synthesis①① 含含 活性氢的醛酮的自身缩合活性氢的醛酮的自身缩合②② 芳醛与含芳醛与含 活性氢的醛、酮的缩合活性氢的醛、酮的缩合③③ 甲醛与含甲醛与含 活性氢的醛、酮之间的缩合活性氢的醛、酮之间的缩合④④ 分子内的羟醛缩合分子内的羟醛缩合⑤⑤ 定向羟醛缩合（包含交叉缩合）定向羟醛缩合（包含交叉缩合）有机反应机理8.3.1 醛、酮的自身缩合醛、酮的自身缩合有机反应机理羟烷基化产物羟烷基化产物 , -不饱和酮不饱和酮有机反应机理Control of reaction degreeCondensation of aldehydes高温或强碱催化，可使平衡向高温或强碱催化，可使平衡向 , -不饱和醛的方向不饱和醛的方向移动移动例如例如有机反应机理有机反应机理Condensation of ketones速度慢，平衡偏向反应物速度慢，平衡偏向反应物例如：丙酮缩合达到平衡时，羟烷基化产物的浓度例如：丙酮缩合达到平衡时，羟烷基化产物的浓度仅为丙酮浓度的仅为丙酮浓度的0.01％；脱水可使平衡向右移动％；脱水可使平衡向右移动有机反应机理有机反应机理Industrial ApplicationSynthesis of 2-ethylhexanol有机反应机理有机反应机理10.3.2 芳醛与含芳醛与含 活性氢的醛、酮的缩合活性氢的醛、酮的缩合Claisen-Schimidt反应反应有机反应机理芳醛无芳醛无 氢，通常可得单一产物氢，通常可得单一产物起始缩合产物起始缩合产物 -羟基芳丙（醛）酮易脱水羟基芳丙（醛）酮易脱水,生成的生成的烯烃与芳环共轭，反应能顺利进行烯烃与芳环共轭，反应能顺利进行有机反应机理有机反应机理正常为反式双键正常为反式双键Configuration of the product有机反应机理有机反应机理羰基碳上连有两个不同的烷基的酮与芳香醛反应的羰基碳上连有两个不同的烷基的酮与芳香醛反应的位置选择性位置选择性碱催化：反应发生在位阻小的碱催化：反应发生在位阻小的 位上位上酸催化：反应发生在取代较多的酸催化：反应发生在取代较多的 位上位上这一规律与羰基化合物这一规律与羰基化合物 卤取代反应类似卤取代反应类似有机反应机理有机反应机理10.3.3甲醛与含甲醛与含 活性氢的醛、酮之间的缩合活性氢的醛、酮之间的缩合Tollens缩合（羟甲基化反应）缩合（羟甲基化反应）有机反应机理有机反应机理有机反应机理Tollens缩合的应用实例缩合的应用实例季戊四醇的合成季戊四醇的合成有机反应机理羟甲基化羟甲基化Cannizaro反应反应Cannizzaro反应条件：无反应条件：无 氢的醛，碱催化氢的醛，碱催化有机反应机理10.3.4 分子内的羟醛缩合反应分子内的羟醛缩合反应Robinson增环反应增环反应典型反应典型反应有机反应机理1935, R Robinson & W S Rapson有机反应机理又如有机反应机理Robinson增环反应机理包括以下三步反应包括以下三步反应Michael加成加成分子内的羟醛缩合分子内的羟醛缩合消除水生成消除水生成 , -不饱和不饱和烯烃烯烃有机反应机理Michael加成加成亲核试剂与亲核试剂与 , -不饱和羰基化合物的不饱和羰基化合物的1,4-加成加成有机反应机理Michael加成反应的亲核组分加成反应的亲核组分具有活泼氢的化合物具有活泼氢的化合物金属有机化合物金属有机化合物与活泼亚甲基化合物不同，有机金属化合物与与活泼亚甲基化合物不同，有机金属化合物与 , -不饱和羰基化合物加成时，可发生不饱和羰基化合物加成时，可发生1,4-加成，也可加成，也可发生发生1,2-加成加成有机反应机理Robinson增环反应中的Micheal加成有机反应机理Robinson增环反应中的分子内羟醛缩合有机反应机理Robinson增环反应中的脱水消除。