有机反应机理第7章-1

有机反应机理第7章活性中间体的研究7.1活性中间体概述7.2碳正离子7.3卡宾7.4碳负离子7.5有机自由基1有机反应机理1活性中间体的研究在机理研究中有何意义和作用？2有机反应中常见的活性中间体有哪些？3掌握有机自由基、卡宾、碳正离子、碳负离子等常见活性中间体的结构、产生的条件和反应性2有机反应机理7.1活性中间体概述多步反应，生成一个或多个活性中间体活性中间体的研究是机理研究的一个重要组成部分确定中间体的存在和结构可以提供有关反应机理的信息，特别是关于过渡态的结构信息3有机反应机理根据Hammond假设，确定活性中间体的结构有助于了解过渡态的结构因此，活性中间体的研究对有机反应机理的研究具有重要意义4有机反应机理活性中间体包括自由基卡宾（碳烯）正碳离子负碳离子乃春（氮烯）苯炔5有机反应机理7.2碳正离子R3R1R2碳正离子是指碳原子上带正电荷的一类常见有机活性中间体，其结构如下图所示6有机反应机理带正电荷的碳原子取sp2杂化，三个取代基与中心碳所成的三个共价键处于同一平面，有利于取代基之间尽量远离7有机反应机理碳正离子的稳定性碳正离子的稳定性受电子效应(包括共轭效应、超共轭效应、诱导效应和场效应)、位阻效应、溶剂效应等因素的影响任何使中心碳原子电子云密度增加的电子效应可使中心碳原子的正电荷分散，提高碳正离子的稳定性8有机反应机理稳定碳正离子的三种效应相邻原子上有未共用电子对相邻原子上的键相邻原子上的键9有机反应机理相邻原子上的未共用电子对，键和键对碳正离子的稳定化作用10有机反应机理相邻原子上有未共用电子对时的共振结构XCRRXCRR稳定化作用顺序：周期表自左向右，自上而下降低X=NOF；X=OS11有机反应机理氮原子的稳定化作用最强，因此，亚胺正离子是一个较稳定的中间体R2NCRRR2NCRR哪一共振结构稳定？为什么亲核试剂通常进攻碳原子？12有机反应机理许多缩合反应经由亚胺正离子中间体，如Knoevenagel缩合13有机反应机理Knoevenagel缩合的机理R1R2ONR2HP.T.NRRR1R2OH－OHNRRR1R2OOR4R3HHNHR2OOR4R3OOR4R3－HNHR214有机反应机理NRRR1R2OOR4R3OOR4R3R2NR1R2HNHR2R1R2OOR4R315有机反应机理Mannich缩合反应也以亚胺正离子为中间体16有机反应机理Formationofthereactiveiminiumionunderacidicconditions17有机反应机理Alkylationoftheenolizedcarbonylcompound18有机反应机理如果相邻原子上未共用电子对所在轨道与碳正离子的空p轨道不平行，则不能起到稳定化作用，例如resonancestabilizationnotpossible19有机反应机理与相邻原子上键的共振RRRRRRRRRRCH2CH2CH2CH220有机反应机理与相邻原子上键的共振：超共扼效应HHHnoadjacentC－Hbond21有机反应机理由于碳正离子的中心碳原子取sp2杂化，与sp3杂化相比，有利于取代基之间相互远离，降低张力因此，碳正离子的中心碳原子上取代基越拥挤，则相应碳正离子越容易形成空间位阻对碳正离子稳定性的影响22有机反应机理碳正离子的形成碳正离子是强酸，碱性条件下不可能生成碳正离子形成碳正离子的主要途径包括在质子酸或Lewis酸的作用下使键发生异裂酸或其它亲电试剂对不饱和键的加成23有机反应机理质子酸作用下键的异裂，如：OOCH3HHOOCH3HHOHOH24有机反应机理又如：OTsHHOAcOTsHHHOHPhHHHOHPhHHHOHHPhHH25有机反应机理Lewis酸作用下键异裂生成碳正离子RClOAlCl3RClOAlCl3RCORCO26有机反应机理酸对不饱和键的加成质子与酰胺，酯等羧酸衍生物加成时，为什么质子加成到羰基氧上而不是加成到氮或烷氧基氧上27有机反应机理其它亲电试剂对不饱和键的加成HHH3CCH3CH3HHCH3H3CCH3NBnHHCRONBnHORHNBnHORHAcHNHHBrBr4FeAcHNHHBr28有机反应机理碳正离子的反应消除质子生成不饱和化合物与亲核试剂反应重排，生成更稳定的碳正离子29有机反应机理与含未共用电子对的亲核试剂反应30有机反应机理与含未共用电子对的亲核试剂反应（续）WhenthenucleophileisRCO2H,thecarbonylOmakesthenewbond,nottheOoftheOHgroup31有机反应机理与亲核试剂反应32有机反应机理与亲核试剂反应Pi-bondnucleophilescanalsoaddtocarbocationsandanewcarbocationisformed该反应是否为人名反应？33有机反应机理消除氢DonotusethearrowtoshowtheH+fragmentflyingoffintothewilderness!IfH+floatingawaybothersyou,showaweakbasemakinganewbondtoH+atthesametimeastheC–Hbondiscleaved.Usuallythebaseisassumedtobepresentandisnotshown.34有机反应机理重排Themajormechanismsforcarbocationicrearrangementsare1,2-hydrideshiftsand1,2-alkylshifts.Bothoftheseoccurintherearrangementofthecyclohexyliumion(a2°carbocation)tothe1-methylcyclopentyliumion(a3°carbocation).35有机反应机理碳正离子重排的实例Pinacolrearrangement邻二叔醇重排，频哪醇重排36有机反应机理R1COCRR1RR1CROHCROHR1H酸催化下，邻二叔醇失去一分子水，重排成醛或酮的反应：37有机反应机理Pinacol重排两种可能的机理以正碳离子为中间体的分步机理基团离去与基团迁移同时发生的协同机理38有机反应机理R1CROHCROHR1HR1CROHCROH2R1－H2OR1CROHCRR1R1COCRR1RHHR1COCRR1R以正碳离子为中间体的分步机理39有机反应机理基团离去与基团迁移同时发生的协同机理40有机反应机理Howdoesonedecidewhetherlossofaleavinggroupisconcertedwitha1,2-shiftorwhetheracarbocationisformedbeforethe1,2-shiftoccurs?Understronglyacidicconditions,whencarbocationsareparticularlylonglived,nonconcertedmechanismsareusuallydrawn41有机反应机理Aconcertedmechanismisusuallydrawnwhen•lossoftheleavinggroupwouldgiveaparticularlyhighenergycarbocation;or•thecarbocationthatoneobtainsafterthe1,2-shiftisparticularlylowinenergy;or•agroupthatisantiperiplanartotheleavinggroupshiftsselectively,whereasothergroupsdonot.42有机反应机理R1CROHCROHR1酸催化下脱任何一个羟基得相同的正碳离子，生成何种产物取决于R和R1的迁移能力，例如：Pinacolrearrangementofsymmetricaltetrasubstituted1,2-diols43有机反应机理主产物H3CCOCPhCH3CH3PhCOHCH3COHCH3PhPPSE80oCH3CCCCH3PhOPh+迁移能力：芳基烷基PPSE：多聚磷酸三甲硅酯44有机反应机理XX处于对位或间位：X为供电基X为吸电基X处于邻位：由于空间位阻，使芳基迁移能力下降常见取代基的迁移能力大小见下图Migratoryaptitudesofsubstitutedphenylgroups45有机反应机理0246810121416迁移能力三维柱形图1三维柱形图2p-Mep-Phm-MeHp-Clm-OMem-Cl46有机反应机理思考题H3CCCH3OHCOHPhPhH3CCCPhOCH3PhH甲基迁移无苯基迁移产物以下Pinacol重排只生成甲基迁移产物，为什么？47有机反应机理RCROHCR1OHR1RCR1OHCOHR3R2重排方向主要取决于脱羟基后所生成的正碳离子的稳定性，通常与基团的迁移能力无关，例如：Pinacolrearrangementofunsymmetricaltetrasubstituted1,2-diols48有机反应机理H3CCCH3OHCOHPhPhH3CCCPhOCH3PhH甲基迁移无苯基迁移产物49有机反应机理HCl(g)25oC,3hPhCHOHCOHC6H5CH3-pPhPhCOCHC6H5CH3-pPh90%氢迁移Pinacolrearrangementoftrisubstituted1,2-diols酸催化下优先脱叔羟基，仲碳上所连的氢原子或基团发生迁移，例如50有机反应机理OHCOHPhPhH2SO4/Et2Or.t.3hOPhPh99%H－H2OOCPhPhHPinacolrearrangementswithringexpansionorcontraction51有机反应机理OHOHSnCl4/HC(OMe)3－20oC,5minOOH扩环形成螺环52有机反应机理思考题：解释以下反应结果cis-二醇OHCH3OHCH3HCH3CH3Otrans-二醇CH3CH3OHOHHO53有机反应机理cis-二醇OHCH3OHCH3HOH2CH3OHCH3CH3CH3O处于离去基团OH2+反式的甲基迁移，协同机理若两个羟基处于同一环上，离去基团（OH2+）与迁移基团互成反式有利于迁移54有机反应机理trans-二醇CH3CH3OHOHHCH3CH3OH2OHO处于OH2+反式的环上的键迁移，导致缩环55有机反应机理RCROHCRRβ-卤代醇，β-氨基醇，β-羟基硫醚等在一定条件下也能产生以上中间体，然后重排成醛或酮，称其为Semipinacol重排。邻二叔醇重排经由以下正碳离子中间体Semipinacolrearrangements56有机反应机理ClCOHPhCHBrPhClCOCHPh2erythro78%threo65%AgNO2/EtOHr.tβ-卤代醇的重排57有机反应机理HOCH2NH2O61%HNO2/H+脂环β-氨基醇重氮化，扩环反应：Tiffeneau（蒂芬欧）扩环58有机反应机理Tiffeneau（蒂芬欧）扩环在合成上的应用通过以下的反应过程，使环不断地扩大：O1.HCN2.[H]HOCH2NH2OHNO2/H+59有机反应机理通过硝基甲烷的加成和硝基还原也可实现扩环O1.CH3NO22.[H]HOCH2NH2OHNO2/H+60有机反应机理β-羟基硫醚的重排条件：CH2Cl2/10%MeOH/R4NCl电解氧化ClCl－eOPh78%－HHOSPhPhHOSPhPhClOPhHCl－PhSCl61有机反应机理分析以下重排反应的机理OHOCH3CH3HOOCH3CH362有机反应机理OHOCH3CH3HOOCH3CH3HOOCH3CH363有机反应机理分析以下重排反应的机理OMeOTMSOMeTMSOTfDTBMPOOMe64有机反应机理Tf：三氟甲磺酰基；DTBMP：2