高等有机化学——反应机理-2

路径依赖马屁股决定航天飞机助推器的宽度；道格拉斯.若思的伟大发现（1993年诺贝尔经济学奖）；自我强化和锁定效应；可怕的沉没成本；习惯——缠在你身上的铁链；播种行为，收获习惯；播种习惯，收获性格；播种性格，收获命运。男怕入错行，女怕嫁错郎；做正确的事比正确的做事更重要；知错就改，善莫大焉。第二章极性反应的基础知识亲核试剂是具有能量较高的电子的化合物，能够形成新的化合键。具有亲核性的原子可以是中性的，也可以带有负电荷。极性反应（PolarReaction）在极性反应中，亲核试剂与亲电试剂发生反应。大部分极性反应是在酸性或碱性条件下进行的。1.亲核试剂（Nucleophiles）亲核试剂可以分为三种类型：孤对电子亲核试剂；σ键亲核试剂；π键亲核试剂。亲核试剂（Nucleophiles）孤对电子亲核试剂孤对电子亲核试剂σ键亲核试剂σ键电子亲核试剂π键亲核试剂π键亲核试剂区域选择性亲核性ⅰ.在同族元素中，周期高的原子亲核性大，碱性则降低。亲核性：I-Br-Cl-F-；RS-RO-大多数情况下，碱性增加则亲核性增加。碱性：I-Br-Cl-F-；RS-RO-以下是一些特例：ⅱ.当亲核性原子的位阻变大时，亲核性大大下降，而碱性稍有增加。碱性：t-BuO-EtO-;亲核性：t-BuO-EtO-亲核性iii负电荷的离域使碱性大大下降；相对而言，亲核性则只是部分下降iv.非质子极性溶剂可以溶解阴离子，因此化合物的碱性和亲核性都会增加，但亲核性增加得更多。亲核性非亲核性碱Meier’sRuleOO-+亲电试剂和离去基团（1）亲电试剂亲电试剂含有能够形成新的化合键的能量较低的空电子轨道。亲电试剂可以是中性的，也可以是电正性的。亲电试剂可以分为三种类型：路易斯酸亲电试剂；π键亲电试剂；σ键亲电试剂。ⅰ.路易斯酸式亲电性化合物含有价电子数不到8的原子，具有能量低的空轨道，通常是P轨道。路易斯酸亲电试剂ⅱ.π键亲电试剂的亲电原子满足八偶体结构，但是π键与一个能接受孤对电子的原子或官能团相连。π键亲电试剂通常含有C=O，C=N，C≡N。C=C，C≡C键与具有亲电性的原子相连时具有亲电性。π键亲电试剂ⅲ.含有σ键的亲电化合物，具有E-X结构。E为亲电性原子，满足八偶体结构，因其与离去基团X相连，导致E具有亲电性。亲电原子为C原子σ键亲电试剂亲电原子为杂原子离去基团离去基团注意：离去基团的PKb一般是可以反映离去基团的离去能力的，但个别是例外的，如：RCONR2可在强碱水溶液中水解。-NR2的PKb为35，根据规则此基团的离去能力弱，但是它真正的离去基团是HNR2，PKb为10.所以此化合物具有强的亲电性。C=C键既可以是亲核性的也可以是亲电性的，它的性质取决于所连的官能团的性质。一般来说，C=C键连有亲核性官能团如RO–，R2N–，–CH2MgBr时，这个烯烃或芳香化合物是亲核性的；C=C键连有亲电性官能团如–COR,–CO2R，–CN，–NO2，–CH2X时，这个烯烃或芳香化合物是亲电性的。独特的C=C键（变色龙）在此要注意两条规则：ⅰ.在吸电子基团的β位的C原子上具有亲电性。不是α位上的C原子。如：βαβαⅱ.不要把正电荷与亲电性混淆亲电性的原子是C原子，不是O原子。CH2-OCH3CH2=OCH3++Me2N=CH2+Me2N-CH2+独特的C=C键（变色龙）酸性条件和碱性条件：pKa值碱性条件下的反应机理：酸性条件和碱性条件：pKa值酸性条件下的反应机理：酸性条件和碱性条件：pKa值酸性条件和碱性条件：pKa值第三章碱性条件下的极性反应C(sp3)-Xσ键的取代反应C(sp3)-Xσ键的消除反应SN2反应机理的亲核取代反应SN2和SN2’反应机理的亲核取代反应区分SN2与SN2׳反应机制的关键在与，化学式中的双键的位置有没有发生变化，SN2反应机制双键的位置不发生变化。杂原子的SN2反应机理SN2反应机理中的特例SN2反应机理中的立体化学β消除反应中的E2反应机理E2反应机理的立体化学E2反应机理的立体化学C(sp2)-X的E2消除反应机理练习β消除反应中的E2’反应机理E2消除反应机理β消除反应中的E1cb反应机理E1cb反应机理（特点：两步完成，第一步是碱进攻酸性的H原子，形成碳负离子。第二步是离去基团离去，形成新的π键。）（H原子的酸性很强，而且离去基团的离去性很弱时发生）β消除反应中的E1cb反应机理消除反应或取代反应的预测在C(sp3)-X化合物的反应中，以消除反应或取代反应进行主要取决于两个最主要因素：第一，亲核试剂的亲核性的强弱和含有孤对电子的化合物的碱性的强弱。第二，反应底物是否Me、Bn或是伯碳，仲碳，叔碳卤代烷烃。亲核性和碱性1.亲核性强，碱性弱的基团,如：Br-,I-,R2S,RS,R3P,CN-,丙二酸酯负离子等基团。2.亲核性强，碱性强的基团，如：RO-,R2N-,RC≡C-,Cl-。3.亲核性弱，碱性强的基团，如：t-BuO,i-Pr2NLi(LDA),(Me3Si)2NK(KHMDS),i-Pr2NEt，DBU,DBN,TMG.亲核加成反应羰基化合物上的加成反应羰基化合物有两个主要的共振结构式，R2C=OR2C+-O-,从第二个共振结构式中，可以看出碳原子带有正电性，很容易发生羰基上亲核加成反应。羰基化合物的α位上的氢有一定的弱酸性，在碱性条件下可被夺去，形成碳负离子。O=CR--CR2-O-CR=CR2碳负离子是一个很好的亲核试剂。CCHRO碱进攻酸性的α-氢亲核试剂进攻缺电子的碳酸和亲电试剂进攻富电子的氧羰基化合物的热力学稳定性与共振结构式R2C+-O-的稳定性有直接的关系，羰基化合物的热力学稳定性顺序：RCOClRCO2CORRCHOR2CORCO2RRCONR2ROCO2RROCONR2R2NCONR2RCO2-。羰基化合物的热力学稳定性顺序羰基上的加成反应（CeCl3能促进羰基上的加成反应）羰基加成反应的立体化学羰基化合物与含氮亲核试剂的加成反应醛、酮与可以与胺发生加成反应，也可以和胺的衍生物（羟氨、肼、苯肼）发生反应。与一级胺反应，氮上还有氢，加成物失去一份子水，变为亚胺称为西佛碱。亚胺在稀酸中水解，可得回原来的羰基化合物及其胺，因此可以用来保护羰基化合物。反应过程如下：二级胺与羰基化合物反应，可以生成烯胺。反应历程如下：二级胺与羰基化合物反应一分子醛或酮，在碱的作用下，形成碳负离子，此碳负离子与另一分子醛或酮的羰基发生亲核加成反应。反应历程如下：羟醛缩合反应（Aldolreaction）羟醛缩合反应（Aldolreaction）Aldolreaction的立体化学Aldolreaction的立体化学练习（安息香缩合反应）Retro-aldol反应Knoevenagel缩合反应（E1cb消除）Knoevenagel缩合反应共轭加成反应Michael加成反应RobinsonannulationRobinsonannulation第一步（Michael加成反应）Robinsonannulation第二步（Aldol加成反应）Robinsonannulation第三步（脱水反应）思考题C(sp2）-X上的亲核取代反应羰基碳上的取代反应许多羰基化合物（如：酯、酰氯、酰胺、酸酐）里，羰基连有离去基团，羰基碳上带有一定的正电性，有利于亲核试剂的进攻，发生亲核取代反应。是加成-消除反应机理，不是SN2反应机理。酯与胺反应生成酰胺羰基化合物在进行亲核取代反应中除了会发生加成-消除反应机理之外，酰氯和酸酐还可以和醇进行消除-加成的反应机理的取代反应。反应实例：加成-消除反应机理：酰氯和醇的酯化反应消除-加成反应机理：没有α氢的羰基化合物不能进行此反应机理。酰氯和醇的酯化反应加成-消除反应的催化剂（I-也有类似作用）Claisen缩合反应酯在碱的催化下缩合为β-酮酯。逆Claisen缩合反应格式试剂、金属负氢试剂对酯基的加成反应格式试剂对酰胺的加成反应α,β-不饱和羰基化合物的烯基碳上的取代反应α，β-不饱和羰基化合物上的β碳上带有离去基团时，此碳上可以发生加成——消除反应。（反应性与酰氯相当）带有强吸电子基团的芳基环上的取代反应当苯环上带有强吸电子基团时，芳基碳上也可以发生加成——消除反应。烯基和芳基碳上的取代反应消除——加成反应机理：金属插入反应卤代烯烃和卤代芳烃可以与金属（Zn、Mg、Li）发生插入反应，从C-X生成C-Metal。反应活性顺序：IBrCl反应实例：反应机理：金属插入反应