【正文】 第 2章 精細(xì)有機(jī)合成基礎(chǔ) ? 芳香族親電取代的定位規(guī)律 ? 化學(xué)反應(yīng)的計(jì)量學(xué) ? 化學(xué)反應(yīng)器 ? 精細(xì)有機(jī)合成中的溶劑效應(yīng) ? 氣 固相接觸催化 ? 相轉(zhuǎn)移催化 ? 均相配位催化 ? 水相 /有機(jī)相兩相催化 ? 雜多化合物催化 ? 分子篩催化 ? 固體超強(qiáng)酸催化劑 ? 不對稱合成催化劑 ? 生化催化有機(jī)合成 ? 電解有機(jī)合成 ? 光有機(jī)合成 ? 微波促進(jìn) ? 超臨界流體在有機(jī)合成中的應(yīng)用 ? 流體離子對在有機(jī)反應(yīng)中的應(yīng)用 ? 有機(jī)合成的其他新方法和新技術(shù) 精細(xì)有機(jī) 合成反應(yīng) 消除反應(yīng) 被消除原子或原子團(tuán)位置 重排反應(yīng) 發(fā)生重排原子（團(tuán)）位置 取代反應(yīng) 反應(yīng)試劑的性質(zhì) 反應(yīng)物分子中 CH鍵斷裂方式 親核取代 親電取代 游離基取代 加成反應(yīng) 加成的基本途徑 α 消除 β 消除 分子內(nèi)重排 分子間重排 環(huán)加成 親電加成 游離基加成 親核加成 進(jìn)行方式 芳香族親電取代的定位規(guī)律 一、反應(yīng)歷程 以苯的一元親電取代為例，其反應(yīng)過程可表示如下： σ絡(luò)合物 又叫惠蘭特中間體或碳正離子中間體 + E+E+EH+H+Es 絡(luò)合物p 絡(luò)合物快 慢EH+ EH+EH+K1 k1 k2 化學(xué)反應(yīng)所經(jīng)歷的途徑或過程，又稱反應(yīng)機(jī)理。 σ絡(luò)合物證據(jù) 圖 21 苯系親電取代的能量變化圖 ΔE3 C H 3C 2 H 5 FB F 3 , 8 0 ℃C H 3H 3 C+C H 3C H 3H 3 CH C 2 H 5B F 4 1 5 ℃C H 3C H 3H 3 CC 2 H 5+ H F + B F 3 σ絡(luò)合物，橙色固體，熔點(diǎn) 15℃ 支持 σ絡(luò)合物存在的證據(jù)： N O 2 FB F 3 , 5 0 ℃ 5 0 ℃+ H F + B F 3C F 3+HC F 3N O 2 B F 4 C F 3N O 2σ絡(luò)合物，固體，無一定熔點(diǎn) 二、苯的二元親電取代反應(yīng) 概念 苯的二元親電取代是指一元取代苯再進(jìn)行第二次親電取代的反應(yīng)。在絕大多數(shù)情況下，反應(yīng)的結(jié)果是苯環(huán)上的另一個(gè)氫被取代成為二元取代苯。 B A A B A B A B + + 單環(huán)芳烴二元親電取代反應(yīng)的定位規(guī)律 定位規(guī)律 E A A E A E A E + + ① 決定反應(yīng)的難易 —— 以苯的相對反應(yīng)速率為標(biāo)準(zhǔn)，分為 活化基 和 鈍化基 ② 決定反應(yīng)的位置 —— 以鄰對位產(chǎn)率 60%為標(biāo)準(zhǔn)，分為 鄰對位基 和 間位基 理論平均值： 40% 40% 20% 定位基團(tuán) 表 21 鄰、對位定位基和間位定位基 定位效應(yīng) 強(qiáng)度 取代基 電子效應(yīng) 綜合性質(zhì) 鄰 、 對 位 定 位 最強(qiáng) O 給電子誘導(dǎo)效應(yīng)、 給電子共軛效應(yīng) 活 化 基 強(qiáng) NR NHR、 NH OH、 OR 吸電子誘導(dǎo)效應(yīng)小于給電子共軛效應(yīng) *給電子誘導(dǎo)效應(yīng)， 給電子超共軛效應(yīng) 中 OCOR、 NHCOR 弱 NHCHO、 C6H CH3*、 CR3* 弱 F、 Cl、 Br、 I、 CH2Cl、CH=CHCOOH、 CH=CHNO2 吸電子誘導(dǎo)效應(yīng)大于給電子共軛效應(yīng) 間 位 定 位 強(qiáng) COR、 CHO、 COOR、 CONHCOOH， SO3H、 CN、 NO CF3**、CCl3** 吸電子誘導(dǎo)效應(yīng)、 吸電子共軛效應(yīng) **只有吸電子誘導(dǎo)效應(yīng) 鈍 化 基 最強(qiáng) NH3+、 NR3+ 吸電子誘導(dǎo)效應(yīng) 練習(xí) 1：指出下列物質(zhì)取代反應(yīng)的位置 COCH3 CH2CH3 SO3H 練習(xí) 2：排出下列物質(zhì)取代反應(yīng)的難易順序 ⑥ CH3 Br NO2 OH CHO H ① ② ③ ④ ⑤ 練習(xí) 3：選擇合理的合成路線 氯化、磺化 ① Cl SO3H ② NO2 COCH3 酰基化 、硝化 Cl Cl2/Fe H2SO4 HNO3/H2SO4 CH3COCl /AlCl3 COCH3 NO2 ？ NO2 Br COOH CH3 ③ 氧化、硝化 、溴化 ④ CH3 NO2 Br COOH 硝化、溴化 、氧化 CH3 Br CH3 溴化 ？ 注 1： 引入第三個(gè)基團(tuán)時(shí)，前兩個(gè)基團(tuán)的定位作用一致更好。 KMnO4 COOH NO2 COOH HNO3 H2SO4 Br2/Fe NO2 Br CH3 KMnO4 HNO3 H2SO4 Br2/Fe CH3 NO2 Br ？ 三、苯環(huán)上的已有取代基的定位規(guī)律及影響因素 已有取代基的電子效應(yīng) 誘導(dǎo)效應(yīng) (Inductive effect) （ I）： 由電負(fù)性大小決定。 共軛效應(yīng)（ T）： 包括 ππ共軛和 pπ共軛。 ＋ I:供電子 I:吸電子 ＋ T:供電子 T:吸電子 ? 有 +I，無 T： 如 C2H5， CH3 （ 1）使 σ配合物穩(wěn)定，活化苯環(huán)； （ 2）使鄰、對位取代產(chǎn)物更穩(wěn)定； （ 3）為 鄰、對位定位基 。 C: I: CH3是斥電子基C HHHsp 超共軛使苯環(huán)上電子云密度 使苯環(huán)上電子云密度+C、+I同向，都使苯環(huán)上電子云 密度C HHH? 有 I，無 T： 如 N+(CH3) CF CCl3等 （ 1）使 σ配合物均不穩(wěn)定，使苯環(huán)鈍化； （ 2）使鄰、對位取代產(chǎn)物更不穩(wěn)定； （ 3）為 間位定位基 。 ? 有 I， T： 如 NO CN、 COOH、 CHO等 （ 1）誘導(dǎo)效應(yīng)與共軛效應(yīng)作用一致； （ 2）則使苯環(huán)鈍化； （ 3） 間位定位基 。 ? 有 +I， +T： 如 O、 CH3 （ 1）共軛效應(yīng)與誘導(dǎo)效應(yīng)作用一致； （ 2）則使苯環(huán)活化； （ 3） 鄰、對位定位基 。 ? 有 I， +T，且 |I||+T|： 如 OH、 OCH NH N(CH3) NHCOCH3等 （ 1）誘導(dǎo)效應(yīng)與共軛效應(yīng)作用不一致，共軛效應(yīng)作用大于誘導(dǎo)效應(yīng)，使苯環(huán)活化； （ 2）使鄰、對位取代產(chǎn)物更穩(wěn)定； （ 3） 鄰、對位定位基 。 ZHEHEZHEZHEZZH EZH EZH EZH E? 有 I， +T，且 |I||+T|： 如 F,Cl,Br,I等 （ 1）總效果使苯環(huán)電子云密度降低； （ 2）使取代基鄰、對位電子云密度低于間位； （ 3） 鄰、對位定位基 。 C l N H 2 O = N → O+ 0 . 0 0 4 1+ 4 . 4 6+ 0 . 0 2 0 2 0 . 0 0 30 0 . 0 2+ 0 . 2 6 0+ 0 . 1 9 1+ 0 . 2 7 0兩類定位基： ? 鄰、對位定位基（第一類定位基）： O,N(CH3)2,NH2,OH,OCH3,NHCOCH3,OCOCH3, F,Cl,Br,I,CH3,CH2Cl,CH2COOH,CH2F等。 ? 間位定位基（第二類定位基）： N+(CH3)3,CF3,NO2,CN,SO3H,COOH,CHO, COOCH3,COCH3,CONH2,N+H3,CCl3等。 已有取代基的空間效應(yīng) ? 已有取代基的空間效應(yīng) R o/p CH3 C2H5 CH(CH3)2 C(CH3)3 (1)在極性效應(yīng)相差不大時(shí)， 已有取代基體積越大，鄰位異構(gòu)產(chǎn)物的比例越小。 表 一硝化（ AcONO2,0℃) 產(chǎn)物異構(gòu)體比例 R(2)當(dāng) 極性效應(yīng) 起主導(dǎo)作用時(shí)，結(jié)果可能相反。 X o/p F Cl Br I 表 一 硝化（ HNO3,%H2SO4,25℃ )產(chǎn)物異構(gòu)體比例 X? 新引入基團(tuán)的空間效應(yīng) 新引入取代基的體積越大，鄰位產(chǎn)物越少。 表 甲苯 C烷化反應(yīng)新引入基團(tuán)對異構(gòu)體比例的影響 新引入 基團(tuán) 反應(yīng)條件 異構(gòu)產(chǎn)物比例，％ 鄰位 間位 對位 CH3 CH3Br(GaBr3,C6H5CH3,45℃ ) C2H5 C2H5Br(GaBr3,C6H5CH3,25℃ ) CH(CH3)2 CH(CH3)2Br(GaBr3,C6H5CH3,25℃ ) C(CH3)3 C(CH3)3Br(GaBr3,C6H5CH3,25℃ ) 0 親電試劑的活潑性（電子效應(yīng)） ? 親電試劑的 活潑性越高 ，親電取代 反應(yīng)速度越快 ，反應(yīng)的 選擇性越低 。 ? 親電試劑的 活潑性越低 ，親電取代 反應(yīng)速度越低， 反應(yīng)的 選擇性越高 。 異構(gòu)產(chǎn)物比例，％ 反應(yīng)類型 氯化 C?；? C烷化 反應(yīng)條件 Cl2(CH3COOH,25℃ ) CH3COCl (AlCl3,C2H4Cl2, 25℃ ) C2H5Br (GaBr3,C6H5CH3,25℃ ) kT/kB 340 128 表 親電試劑活潑性的影響 H3CH3CH3C 芳香族親電取代的定位規(guī)律 親電試劑的空間效應(yīng)（ P10 表 23） 新取代基的空間效應(yīng) 反應(yīng)的可逆性 ? 溫度 （ 1）通常情況下， 溫度升高， 親電取代 反應(yīng)活性增高，選擇性下降 。 N O 2 N O 2N O 2N O 2N O 2N O 2N O 2＋ ＋混酸 硝化 0℃ 5％ 94％ 1％ 40℃ 7％ 91％ 2％ 90℃ 13％ 85％ 2％ 反應(yīng)條件的影響 （ 2） 使不可逆的磺化、 C烷化反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)榭赡娣磻?yīng)，從而影響產(chǎn)物異構(gòu)體的比例。 C H3C H3S O3HC H3S O3HC H3S O3HC H3S O3HC H3S O3HC H3S O3H0 ℃4 3 % 4 % 5 3 %4 . 3 % 5 4 . 1 % 3 5 . 2 %2 0 0 ℃實(shí)例 1： 磺化 磺化 實(shí)例 2： C H3C H3C H ( C H3)2C H2= C H C H3C H3C H ( C H3)2C H ( C H3)2C H3C H2= C H C H3C H3C H ( C H3)2C H3C H ( C H3)2C H ( C H3)2C H3A l C l3, 0 ℃3 4 % 2 5 %4 1 %A l C l3, 1 1 0 ℃1 ~ 2 % 6 5 ~ 7 0 % 2 8 ~ 3 0 %? 反應(yīng)介質(zhì) N H C O C H 3N H C O C H 3N O 2N H C O C H 3N O 2N H C O C H 3N O 2硝化 反應(yīng)介質(zhì) + + 乙酸酐 約 92％ 少量 約 8％ 硫酸 約 30％ 少量 約 70％ ? 催化劑的影響 （ 1） 改變 E+的極性效應(yīng)或空間效應(yīng)。 （ 2） 改變反應(yīng)歷程。 OOOOS O 3 HOOS O 3 H磺化 磺化 HgSO4催化 ? 已有兩個(gè)取代基為同一類型定位基，且處于間位，則 定位作用一致 。 ? 已有兩個(gè)取代基為 同一類型定位基 ，且 處于鄰、對位 ，則 定位作用不一致 —