湖北大学化学生物学基地班

湖北大学化学生物学基地班基础必修课有机化学娄兆文教授主讲2001.9-2002.1•有机化学的历史•人类的早期活动与化学•炼丹术士与“哲人石”•第一次飞跃——煤炭化学•第二次飞跃——石油化学•停顿：化学复苏的缘由何在？常用几种典型构象3.2.2烷烃的化学性质——稳定性•一个同系列中的化合物往往都具有相似的化学性质，这是同系列的特点。知道了一个典型化合物的性质就可推测同系列中其他化合物的性质。但所谓相似，只具有定性的意义，即反应类型相似，同系物的反应速度往往有很大的差异，各个同系列的第一个化合物往往具有特殊的性质。•烷烃在常温下与强酸(如浓硫酸、浓硝酸)，强碱(如熔化的氢氧化钠)，强氧化剂(如重铬酸钾、高锰酸钾)、强还原剂(如锌加盐酸、钠加乙醇)等都不起反应或反应速度很慢，因此，以前认为它们的化学活性很低。•但烷烃在适当的温度、压力和催化剂的作用下可以起反应，变成许多非常重要的工业产品，现在烷烃已成为有机化学工业最重要的原料之一。2、条件与反应性1、键能与稳定性3、自由基的稳定性——基团间相互影响的初步认识结论：C-C键比C-H键易裂，支链多的自由基易生成3.4.2环烷烃的化学性质问题1、三元环开环位置•结论：从取代基最多的地方开环！问题2、环的大小与反应活性关系如何？第三章卤代烷——亲核取代反应历程4.2一卤代烷的化学反应试分析该化合物有何弱点？(1)C-X键的极性,易受带电粒子“亲近”“插足”破坏(2)该C-X键的极性还会影响其附近的化学键——诱导效应Nu——Nucleophiles，带负点荷或未共用电子对的粒子，为具某种不稳定因素的离子或分子。1.(CH3)2CHCH2CH2X与甲醇钠在常温下反应:X=F,Cl,Br,I=1,71,3550,45002.CX4的共价键能X=F,Cl,Br,IE=5442932512093.CX4的共价键能X=F,Cl,Br,IE=1138686586531反应速度与C-X键的极性大小相反原因——键能（静态）键的极化度（动态）4.2.2消除反应（1）消除反应——消除一个以上小分子，例H2O，HCl等（上面加碱，一是中和生成的酸，二则可能强行脱酸。)（2）-消除——理解为1，2——消除，主要的消除类型。Saytzeff（查依采夫）规则生成最稳定的烯烃——不一定是取代基最多的烯烃！竞争——伴生5.3.3还原在学习亲核取代反应中往往遇到的一个难点是如何判断反应是按SN1或SN2历程!一般来说，一个反应按SN1还是SN2历程进行并无绝对的界限。大量实验证明，主要由下面几个因素决定：①烃基的结构；②亲核试剂的活性和浓度(仅对SN2影响)；③溶剂效应；④离去基性质。判断标准一、SN1外消旋化但真实的反应是：解释一、仲卤代烃为混合历程解释二、离子对历程我认为：根本就没有完全的SN1或SN2历程，它们只不过是一种假设的理想状态——是认识世界的一种方法区间法——确定上下限，再研究中间环节（*）坐标圆点法——确定一个中心点，再两边推判断标准二：SN1反应与亲核试剂无关，SN2反应与亲核试剂有关——试剂亲核性强则速度快（重要知识点：假一级反应）判断标准三：SN2无分子重排，SN1则伴有重排2、邻基参与有机金属化合物(Organometalliccompounds)分子中含有碳—金属键，不但类型很多，在结构和反应方面也有很多特点。有机金属化合物化学是化学中的一个重要分支，是有机化学和无机化学之间的边缘学科，近年来发展很快。本节只讨论几种在有机合成中有重要用途的有机金属化合物。4.7有机金属化合物有机锂化合物溶剂必须彻底干燥，反应最好在氮气、氨气等保护下进行。CH3CH2CH2CH2Br+2LiCH3CH2OCH2CH3CH3CH2CH2CH2Li+LiBr-10C(CH3)3CCl+2LiCH3CH2OCH2CH3(CH3)3CLi+LiCl-30C活性大小次序为：RI＞RBr＞RCI＞RF5．7．2有机镁化合物一卤代烷在无水乙醚溶液中与金属镁反应生成有机镁化合物。CH3CH2CH2CH2Br+MgCH3CH2OCH2CH3CH3CH2CH2CH2MgBr35C法国化学家格利雅(V．Gr6gnard)，1912年被授予诺贝尔化学奖。由一卤代烷和金属镁制备的有机镁化合物可以直接用于合成工作中，称为格利雅试剂(Grjgnardreagents)。格利雅试剂为卤化烃基镁与二烃基镁和卤化镁的平衡混合物,溶液中还有卤化烃基镁的缔合物(RMgX)s，由于卤化烃基镁的浓度大于二烃基镁，通常简写作RMgX。乙醚在格利雅试剂的制备中有重要作用。卤化烃基镁分子中镁原子上只有两对电子，它可以从乙醚分子中的氧接受电子生成络合物：络合物的生成不但使有机镁化合物更稳定，并能溶解于乙醚。一卤代烷生成格利雅试剂的活性次序为：RI＞RBr＞RCl＞RF，通常用一溴代烷来制备格利雅试剂。在有机锂化合物和有机镁化合物中，碳—金属键是极化的，烷基碳原子具有显著的碳负离子的性质，因此，是碳负离子(carbanions)的潜在来源，在生成C—C键的方法中有重要用途。有机锂化合物和格利雅试剂与水、醇、氨等含活性氢的化合物反应生成烃类。利用这个反应可以将一卤代烷转变为烷烃：CH3CH2CH2CH2BrMg,CH3CH2OCH2CH3CH3CH2CH2CH2MgBrH2O,H2SO4CH3CH2CH2CH3相当于还原5．7．3二烷基铜锂烷基锂在乙醚或四氢呋喃(简写作THF)溶液中与碘化亚铜反应生成二烷基铜锂：2CH3CH2CH2CH2Li+CuICH3CH2OCH2CH3(CH3CH2CH2CH2)CuLi二烷基铜锂能溶于乙醚或四氢呋喃二烷基铜锂与卤代烷反应，生成烷烃：R2CuLi十R’X4R—R’十RCu十LiX卤代烷与二烷基铜锂起反应的活性大小次序为:CH3X＞RCH2X＞R2CHX＞R3CX，RI＞RBr＞RCl＞RF，与Sn2反应相似。二烷基铜锂与仲卤代烷或叔卤代烷可能发生消去反应，常用二烷基铜锂来合成RCH2-CH2R’型烷烃:4.7.4有机锌化合物有机锌化合物早已用于有机合成，后来被格利雅试剂所取代。在目前采用的一些合成反应中，有机锌化合物可能是反应的中间体。一卤代烷在酸性溶液中用金属锌还原，生成烷烃,反应可能是通过有机锌化合物进行的RX+ZnRZnX;RZnX+HClRH+ZnXCl同理,1，3—二卤代烷在乙醇溶液中与锌作用，生成环丙烷衍生物。反应的中间体也可能是有机锌化合物。邻二卤代烷用锌粉处理生成烯烃，反应的中间体亦可能是有机锌化合物：第五章烯烃•本章内容:•1.结构、稳定性与物理性质•2.烯烃的制法——兼论消除反应机理•3.烯烃的反应•4.烯烃的工业来源和用途5.1.2稳定性HHHHHHHHHHHHHHHHCH3CH3CH2CH3稳定较不稳定稳定较不稳定5.2烯烃的制法1.二卤代物脱卤2.一卤代烷脱氢卤CH3(CH2)15CH2CH2ClKOC(CH3)3,DMSOCH3(CH2)15CH=CH2,86%BrCH3CH3CH3EtOK/EtOH,加热CH3CH3CH3+CH3CH3CH270%30%强碱,醇溶液或强极性的DMSO。查衣采夫烯为主EtOK/EtOH,加热+20%14%CH3CH3BrCH3CH3CH3CH3CH3CH2++CH3OCH3CH341%25%各产物间的竞争不容忽视！3.醇脱水————最有用、最常用的方法，强酸OHH2SO4，140。C79-87%也有重排、竞争、稳定产物————查烯为主等规律双分子消除反应----E25.3.2E2与SN2的竞争HHClHR'RE2SN2OH-不同反应的竞争，或说是在底物不同部位发生竞争反应5.2.3查衣采夫烯与霍夫曼烯查衣采夫烯霍夫曼烯过渡态已带有部分双键特征,所以,过渡态(2)要比过渡态(4)稳定,易生成,并由此主要得到查衣采夫烯.结论:一般小体积碱试剂(EtO-,MeO-,OH-)反应得查衣采夫烯;大体积碱试剂反应则得霍夫曼烯规律:绝大多数情况————反式共平面；不得已则顺式共平面5.3.6单分子消除反应————E1CH3CH3BrHHH慢C+CH3CH3HHH要点1：碳正离子，一级反应要点2：强碱、弱极性溶剂（双分子反应）有利消除反应！要点3：查衣采夫烯、重排，自己寻例、理解、总结！不稳定的-键易通过加成反应而打开————破坏。XY=HX，X2，H2O，HXO，H2，(BH3)2等。+XYYX5.3.1加卤化氢——反应机理碳正离子马氏规则氢多负少马氏规则究竟是什么?H加在何处,X加在何处?判断加成方向的两个要点:1.静态时底物的电荷分布;2.动态时关键中间体(碳正离子)的稳定性.H+进攻的位置结论:按电子分布规律进行加成————马尔科夫尼可夫规律分子重排5.3.2水合5.3.3加卤素反应活性为:F2Cl2Br2I2历程:反式与顺式加成的关系5.3.4加次卤酸————HXO要点：HXO=X2+H2O=X（OH）=X-OH例：HClO=Cl2+H2O=Cl（OH）=Cl-OHX发起的亲电反应，马氏规则，反式加成(稳定性顺序为:)历程为:5.3.5烯烃与HBr的自由基加成反应可以从B,H电负性大小判断：B-H键中,B缺电子,而H富电子。即：B-H，所以B必定加在双键中富电子的碳上。5.3.6硼氢化反应5.3.7氧化反应一、（O3）臭氧化二、催化（O2）氧化三、KMnO4或OsO4氧化一、（O3）臭氧化由于存在RCH=O+H2O2RCOOH+H2O的副反应,要使上反应停留在醛、（酮）阶段，通常加入Zn粉分解H2O2二、催化（O2）氧化三、KMnO4或OsO4氧化顺式二醇5.3.8催化加氢顺式加氢!顺式从位阻小的一边加氢!第六章炔烃和二烯烃•本章内容:•1.结构、稳定性与物理性质•2.炔烃的反应•3.炔烃的制法•4.乙炔•5.共轭效应•6.共轭二烯烃6.2炔烃的化学性质R-CH2-CC-R’,当R’=H时,反应点有:-键,端-H,-H6.2.1端炔的酸性所带电荷越趋向按球面分布,稳定。6.2.2亲电加成—————与烯烃比较共性、差异性1.加HX2.水合3.加卤素6.2.3硼氢化反应如用KMnO4,则将被氧化成CO2和水6.2.4氧化可用于推测三键在碳链上的位置!6.2.5加氢和还原由界面吸附控制,顺式加成!6.3炔烃的制法6.3.1二卤代烷脱卤化氢6.3.2炔烃的烷基化注意副反应!所以,为防止消除反应的发生,一般不能用叔、仲卤代烃以及空间位阻大的伯卤代烃与端炔的碱金属盐反应来增长碳链。超共轭6.5.2烯丙式卤代烃制备:有直接卤代和间接卤代(NBS试剂)两种方法注意:碳负离子可能重排,SN2反应构型翻转6.6共轭二烯烃室温高温(多为常温)下主要为1,4-加成产物:问题二:狄尔斯-阿德耳反应共轭二烯一般为给电子体,给电子取代基有利反应;亲二烯体为-CH=CH-,-CC-,-CH=X-,-X=Y-等,吸电子取代基可活化这些烯键或炔键:反式二烯不反应狄尔斯-阿德耳反应为可逆反应6.7累积二烯烃第七章芳烃具平面结构的-电子数为4n+2的闭环共轭不饱和烃,称芳烃。该类化合物具有特殊的稳定性。CH+CH-HH苯环有六个-电子，易受亲电试剂进攻。苯的亲电取代反应是其最特征的反应：其中，E可分别为：1.卤化反应FeX3，AlX3等为催化剂，工业上及实验室经常用Fe粉或Fe块。F-化难以控制，一般用别的方法合成氟苯；I-化难以完成，在上述条件下，平衡倾向于左边。2.硝化反应⑵吸收反应生成的水,有利反应⑴H2SO4+H2O→HSO4-+H3O+3.磺化反应注意：磺化产物是S-C结合，硫酸化是S-O-C结合！磺化产物在过热水蒸汽中易脱去磺基(在稀硫酸中加热亦然)从形式上看,磺化反应是一可逆反应。3.CH3CH3OH+H2SO4CH3CH3问题:一般认为烃化反应为可逆反应,为什么?能否举例?试分析其它反应是否可逆。7.2取代苯的反应一、取代苯进一步发生亲电取代反应,存在两个问题：1、新取代基（E-）的定位R邻(o-)对(p-)间