高等有机化学4
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高等有机化学
(1)环丁二烯 (1)环丁二烯
环丁二烯不稳定
环丁二烯的取代衍生物有较大 的稳定性。1,2,3-三叔丁基环 丁二烯可以在-70℃的溶液中 存在一段时间
2，3，4-三叔丁基环丁二烯甲酸甲酯在室 温下可以分离出来。
它们环中的键长是不相等的，明显有单 键、双键的区别。前者为0.1506nm，后者 为0.1376nm。
Fe
(4) 环庚三烯正离子
七元环的环庚三烯正离子含有6 电子，按照H ckel 七元环的环庚三烯正离子含有6个π电子，按照Hückel 规则应具有芳香性。 规则应具有芳香性。
环庚三烯与溴加成得到二溴化物，后者在70 环庚三烯与溴加成得到二溴化物， 后者在 700C时加热失 去一分子溴化氢得一黄色物质， 去一分子溴化氢得一黄色物质 ， 在乙醇中重结晶得黄色棱 状晶体,NMR谱显示δ= 18ppm单峰，表明为芳香对称结构. ,NMR谱显示δ=9 ppm单峰 状晶体,NMR谱显示δ=9.18ppm单峰，表明为芳香对称结构.
Li
(6) 环辛四烯双负离子
环辛四烯与金属钠作用形成环辛四烯双负 离子，有10个π电子，符合Hückel规则,有芳 香性。
+ 2 Na 2 Na
+
2．轮烯
轮烯（ annulene） 轮烯 （ annulene ） 是一类单键与双键交替的 环状多烯烃类。它们有的很稳定，有的不稳定。 环状多烯烃类。它们有的很稳定，有的不稳定。有 的在自然界存在，有的是实验室间接证明的东西。 的在自然界存在，有的是实验室间接证明的东西。 命名或书写时通常是把成环碳原子数置于词前 并定在方括弧内， 例如苯可以看作是[6] 轮烯， 环 并定在方括弧内 ， 例如苯可以看作是 [ 轮烯 ， 辛四烯是[ 轮烯， 但一般是把较大的环称作轮烯。 辛四烯是 [8] 轮烯 ， 但一般是把较大的环称作轮烯 。 这类化合物如果是在一个平面上并含有4n+2 这类化合物如果是在一个平面上并含有4n+2π 电子的应具有芳香性。 电子的应具有芳香性。
高等有机化学第四部分4-4金属有机化合物的制备.ppt
（三）其它价态金属
4EtCl + 4NaPb 4EtBr + Mg2 Sn
Et4 Pb + 4NaCl + 3Pb E4t Sn + 2MgB2r
2C6H6 + Cr*
Cr(C6H6)2
PEt3
C6F5Br +Ni* + 2 Et3P
C6F5 _ Ni Br
PEt3
4-4-2 从金属有机试剂的 交换反应制备
尽管这些取代基有的推电子，有的吸电 子，但都得到邻位的Li化试剂，这主要是诱导 效应和取代基时Li的配位作用所至。
Li
MeO
R
H
MeO Li
当然这反应也不限于芳基金属试剂，如：
+ ( i Pr )2NU1 HMPT
N
CH2LI W
（四）金属化合物对双键的加成
1、 RLi + C C
R C C Li （ 增加两个碳 ）
M=Fe,Cr,V
这类金属交换反应在有机合成中非常有用，
因为可以直接从金属本身制备的金属有机化 合物太活泼，反应的选择性差，而选择性高 的金属有机试剂活性低，难以直接从金属制 备，所以只好用间接方法。
（二）另一种交换方式
R M + R' X
R' M + RX
其中用得最多的是Li交换反应。
BuLi +
2、M(CO)6 + RLi [ Me3O]BF4
(CO)5M
C
OLi R
(CO)5M
C
OMe R
( Fisher Carbene)
3、B2H6 + 6MeCH2CH CH2
2Bu3
南开大学高等有机化学课件第四章有机反应机理的研究和描述
Ea ln k ln A RT
R: 气体常数, A: 频率因数,
在不同温度下测速率常数, 可计算出 Ea: Arrhenius活化能
Ea ΔH RT ΔS Ea log k 10 .753 log T 4.576 4.576T
4.3.1 简单速率表达式的积分形式
正常情况下动力学数据用微分方程的积分形式来处理:
如简单的一级反应和二级反应:
1 C0 一级级反 : k ln( ) t C 1 b0(a) 二级反应 : k (a0 - b0)ln t a0(b)
a, b, c: 时间t时浓度
a0, b0, c0: 起始浓度
一些反应速率方程积分形式的推导:
4.2 动力学数据(Kinetic Data)
动力学数据使我们能更详细地洞察反应机理。用跟踪反 应物消失和产物出现的方法可以测定某一个反应的速度。波 谱技术提供了一个迅速又连续地监测浓度变化的方法，因而 往往被用来测量反应进行的程度。总之，任何与一种反应物 或产物的浓度有关而且能被测量的性质，都可利用来测定反 应速度。 动力学研究的目的是为了在反应物和催化剂的浓度以及 反应速度之间建立定量关系。
k1[A][B] [C] k -1
d[D] k1 k2[C] k2 [A][B] kobs.[A][B] dt k -1
大多数反应不止一步, 可以参考一些重要的多步反应例子来得出动 力学表达式, 例如在决速步之前可以有一个快速平衡:
ROH + H+
+ ROH2
快 k1 k -1
_
ROH2 RBr +H2O
计算出一个反应的自由能变化，就使反应平衡位置的计算有了 可能，也就指出了某一化学过程的可实现性。 有兴趣的反应大多数发生在溶液中，任何这种反应的焓、熵和 自由能都与溶剂介质有关。 但是，热力学数据并不能说明是否存在一个能量上有利的潜在 反应途径，即反应速度上的情报。因此，深入了解反应机理以及 有机反应进行是中间所经各步的速度和能量要求是极为重要的。
高等有机化学-第4章-立体化学
性质 顺式 反式
1, 2-二氯乙烯顺反异构体的物理性质
μ/10-30C·m 6.34 0
b. p./℃ 60.3 47.5
d
20/g·ml-1
4
1.2837
1.2565
n20 D
1.4490 1.4454
m.p./℃ −80.5 −50.0
(二) 含C=N和N=N的化合物 在这些化合物的分子中，同样是由于键阻碍了双键两个原
NH2 NH2
(S)-(−)-2, 2’-二氨基-6, 6’-二甲基联 苯
分子中具有手性面的化合物：
(CH2)8
O
O
HOOC
(CH2)8
O
O
COOH
取代对苯二酚双环醚衍生物，其手性面是包括氧原子并与 苯环垂直的平面。
二. 前手性关系 前手性中心: 对于非手性分子如CH3CH2CH3，其C-2上的任一氢原子被取代 后所形成的两个新分子是完全一样的仍是一个非手性分子：
O
二重对称轴
C O
O
C O
1，6−二氧杂螺 [4，4] 壬烷
Cl
Cl
二重对称轴
Cl
反1，2−二氯环丙烷
Cl
分子中具有手性轴的手性分子：
H3C
CH3
CCC
H
H
(R)-(−)-1, 3-二甲基丙二烯
H3C
CH3
CCC
H
H
(S)-(+)-1, 3-二甲基丙二烯
CH3 CH3
CH3 CH3
NH2 NH2
(R)-(+)-2, 2’-二氨基-6, 6’-二甲基联 苯
H
H
C
CH3
CH3
高等有机化学第四部分4-6金属有机化合物
O
四、反应还被用来合成高分子(特殊 的高分子，如导电子分子)
X Ar MgCl
Ni (Ar)n
Br Ar Br+ (HO)2B Ar B(OH)2 Pd
(Ar) (Ar')
*从机理看反应应用了 a)O.A. b)烷基化 c)R.E.
R'M'
RX
M(O) O.A
R MX
M'X R
M R'
R R' +M(o)
实验二：
CH3 CH = CH CH3
+
CO3 CO = CO CO3
CH3 CH = CO CO3
"W"
CH3 CH = CH CO3
CH3 CO = CO CH3
CH3 CH = CO CH3
只有这种产物所以证明反应中没有氢或烷基的转移。
最早认为机理：
R M ⅡⅡ
M
R
R
RR
R
R
到1972年.E.O.Fishec发现：
1、
(CO)5CR = C
Ar OCH3
+ CH2 = C
CO3Et H
Ar CH2 = C OMe
2、
Ar (CO)5W = C Ar +
CH2 = C
OCH3 Ar
(CO)5W = C
R.E.
O ?Ⅱ ?Ⅱ ?Ⅱ
X_ Pd
OH
R
X
O
Pd R
HO ?Ⅱ ?Ⅱ H
O
Ph R CH CH2 + CO
O
Ph
R CH CH2 CO
O
β_ ⅡⅡ
O CH2 Rh CHR
高等有机化学课件第四章 有机化合物的芳香性
丁二烯的分子轨道能量
类似处理可以得到其它单环共轭体系的轨道能量为：
芳香体系的特征—芳香性是与分子轨道的“特殊 稳定性”相联系的。分子轨道理论假设，在芳香体系 中，除了碳-碳和碳-氢之间有键以外，还存在着一种 更稳定的键 (大键)。
Hü ckel对芳香化合物的特征用简单分子轨道理论 作了满意的解释，提出以sp2杂化的原子形成的含有 4n+2个电子的单环平面体系，具有相应的电子稳定性。 通常把这个规律称为4n+2规律。
光谱研究的结果表明苯分子具有六重对称性，其 中六个碳原子位于平面正六边形的角顶，六个碳-碳 键彼此相当。X-射线分析、电子衍射和偶极矩测定， 也都证明了苯的平面六边形结构。
苯的实验结构数据
共价键理论对苯结构的解释： 苯分子的各个键角都是120，因而碳原子必须采 取sp2杂化轨道，构成六个C-C 键和六个C-H 键。而 每一个碳原子的另外一个p电子轨道，则在与环垂直的 方向形成8字形的轨道相继重叠，均匀对称地配布在整 个环上，形成一个环状共轭体系。这里，电子公共化， 电子密度平均化，环上没有单键复键的区别。因而， 经典的定域化的价键结构式(环己三烯式)不能代表苯 的结构。
NMR研究证明蓝烃的芳香性。蓝烃分子的化学活 性相当于一个活泼的芳香化合物。亲电取代很容易地 发生在1(3)位置上，亲核取代发生在4(8)位置上。蓝烃 似乎不发生加成反应。这样的化学活性也表明此烃的 芳香性。 理论计箅的结果和测定的数值是一致。以此键长 与苯的键长(1.395Å)相比就表明了蓝烃的芳香性。9， 10-键显然没有参加共轭体系，因此可以把蓝烃看作 [10]轮烯。蓝烃的共轭能是302千卡／摩尔。
(3)富烯衍生物 富烯不很稳定，但是它的寿命和偶极矩 可以被环丙基和胺基所提高。富烯、6，6—二环丙基富 烯和6，6—二(二甲胺基)富烯的偶极矩分别为1.1，1.7和 5.4D。
高等有机化学第四章有机反应中间体解析
正电荷分散程度大
共轭体系的数目越多，正碳离子越稳定：
CH2 CH 3C > CH2 CH 2CH > CH2 CHCH2
当共轭体系上连有取代基时，供电子基团使正碳离子 稳定性增加；吸电子基团使其稳定性减弱：
CH3
CH2 >
CH2 > O2N
CH2
环丙甲基正离子比苄基正离子还稳定：
3C >
2CH > CH2 >
含有带负电荷的三价碳原子的原子团。 是最早被确认的活性中间体
1、碳负离子的结构
两种构型： 未共用电子对占据p轨道
未共用电子对占据sp3杂化轨道
有利构型！
桥头碳负离子 角锥结构可以快速翻转，不具有手性
三元环碳负离子难于翻转 得到构型保持的氘代产物
当碳负离子与相邻的不饱和体系共轭时，平面结 构变为有利结构
CH2
环丙甲基正离子的结构：
C
其结果是使正电荷分散
CH2
空的 p 轨道与弯曲轨道的交盖
随着环丙基的数目增多，
CH2
CH2
正碳离子稳定性提高。
直接与杂原子相连的碳正离子结构：
氧上未共有电子对所 占 p 轨道 与中心碳原子上的空的 p轨道 侧面交盖，未共有电子对离域， 正电荷分散。
CH3 O CH2
CH3O CH2
HC CH
NaNH3 液 NH3
HC CNa
NH3
Ph3C H
NaNH3 液 NH3
Ph3CNa
NH3
CH3COCH2COOEt NaOEt CH3COCHCOOEt
常用的碱 ■ 有机锂试剂：n-BuLi, PhLi, MeLi ■ KOBut ■ LDA
高等有机化学(书籍)
引言概述:《高等有机化学》是一本经典的有机化学教材，深入浅出地介绍了有机化学的基本原理、反应机制和合成方法。
本文将对该书的内容进行详细阐述，涵盖化学键的构成、有机反应的类型、手性化学、杂环化合物以及天然产物的合成等五个大点。
正文内容:一、化学键的构成1. 共价键的形成: 介绍原子之间共享电子对的过程，包括共价键的形成原理和优势。
2. 极性键的特点: 讨论共价键中电子云的不均匀分布引起的分子极性，以及极性键在化学反应中的作用。
3. 多重键的构成: 解释在化学键中存在的双键和三键，以及它们与单键在反应活性和空间结构上的差异。
4. 氢键的重要性: 介绍氢键在有机分子间相互作用中的关键角色，以及它们对化学反应速率和产物稳定性的影响。
二、有机反应的类型1. 取代反应: 阐述有机分子中取代基的进攻性和离去基的活性，以及它们在取代反应中的作用机制。
2. 加成反应: 讨论有机分子中π键的活性以及它们与电子云的相互作用，解释加成反应的机理和条件选择。
3. 消失反应: 介绍一些特殊条件下的消失反应，如弱酸、弱碱环境下的甲酸脱水和光化学反应等。
4. 消除反应: 详细论述消除反应的机制和条件，包括Beta消除和酯醇消除反应。
5. 重排反应: 解释重排反应的原理和分类，涵盖环状重排、离子重排和分子重排等。
三、手性化学1. 手性物质的定义: 介绍手性分子的结构和性质，以及手性物质在自然界和实验室中的重要性。
2. 手性中心的概念: 讨论手性分子中手性中心的定义和分类，并解释手性中心对分子结构和性质的影响。
3. 手性分离技术: 详细阐述手性分离的原理和应用，包括手性层析、手性色谱和手性合成等。
4. 对映体的描述: 探讨对映体的概念和性质，以及对映体间的对称性和非对称性。
5. 映像异构体: 解释芳香化合物中手性构象的特点和性质，并阐述双键对芳香环产物手性的影响。
四、杂环化合物1. 杂环化合物的分类: 介绍杂环化合物的命名规则和结构多样性，包括融合环、连接环和阶梯环等。
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醛酮羰基的亲核加成
醛酮羰基与含碳亲核试剂的亲核加成 Wittig-Horner反应
(EtO)3P + RCH2Br
亚磷酸酯
EtO + O Et
-EtBr
P EtO CH2R
Br-
R'CHO R
H Mechanism:
H
O
+ (EtO)2P-O-Na+ R'
溶于水
OEt
O O P OEt + -C
R' H H R
(2) 立体选择性高, 以E-型产物为主, 副产物二乙基磷酸盐溶于水, 容易除去23.
醛酮羰基的亲核加成
醛酮羰基与含碳亲核试剂的亲核加成 Wittig-Horner反应的应用
1.
NaH
O + (EtO)2P(O)CH2CO2Et
CHCO2Et 67-77%
2.
NaOEt
O + (EtO)2P(O)CH2CO2Et
3
Ph Me
Ph
Ph Ph
Proposed mechanism: Cl4Sn
Cl4Sn O
O
-HCl
CH2 Me
H Ph C
H2
Cl3Sn O Ph
Ph O Me
Ph H
OSnCl4 Ph
Cl4Sn
SnCl4
H O H2C
Cl3Sn -HCl
O
CH2
O Me Ph
Ph
Ph
Ph
第四章 碳杂不饱和键的亲核加成
许家喜 北京化工大学
1. 醛酮C=O键的亲核加成 2. 亚胺C=N键的亲核加成 3. 腈CN键的亲核加成 4. 累积双键的亲核加成
1
醛酮羰基的亲核加成
醛酮羰基的亲核加成. 反应机理.
亲核试剂亲核性弱时需要酸催化, 增加亲电试剂亲2电性
醛酮羰基的亲核加成
醛酮羰基的亲核加成.
Me2CHCHO + CH2(CO2Et)2
PhH
Me2CHCH=C(CO2Et)2 90%
CO2H
醛酮羰基的亲核加成
醛酮羰基与含碳亲核试剂的亲核加成 安息香缩合反应
俗称安息香
CN增加了H的酸性
29
30
5
醛酮羰基的亲核加成
醛酮羰基与含碳亲核试剂的亲核加成 安息香缩合反应
俗称安息香
31
32
醛酮羰基的亲核加成
Ph
Ph O
SnCl4
38
醛酮羰基的亲核加成
醛酮羰基与含碳亲核试剂的亲核加成 醛缩合反应: 交叉缩合 (醛酮一个有-氢, 另一个无-氢) (i)甲醛的羟甲基化反应(HCHO)
OHHCHO + CH3CHO
2HCHO
HCHO
HOCH2CH2CHO OH-
(HOCH2)3CCHO con. OH-
OH-
醛酮羰基与含碳亲核试剂的亲核加成 羟醛缩合反应(Aldol reaction).
醛酮羰基的亲核加成
醛酮羰基与含碳亲核试剂的亲核加成 羟醛缩合反应(Aldol reaction). 应与机理
33
34
醛酮羰基的亲核加成
醛酮羰基与含碳亲核试剂的亲核加成 羟醛缩合反应的可逆性.
醛酮羰基的亲核加成
醛酮羰基与含碳亲核试剂的亲核加成 羟醛缩合反应：自身缩合 (醛易, 酮难)(分子间缩合)
与R2CuLi的加成反应
O + R2CuLi Et2O
H3O+
HO
R
与炔化物的加成反应
13
醛酮羰基的亲核加成
醛酮羰基与含碳亲核试剂的亲核加成 与Grignard试剂的加成
Ph Et H
HO
O MgX
Et
H
R
HPh
H
H
H3O+ HO
RR +
OH
Et
Ph Et
Ph
H
H
Major
Minor
空间位阻对反应的影响.
43
44
醛酮羰基的亲核加成
醛酮羰基与含氮亲核试剂的亲核加成 与氨及其衍生物反应生成亚胺及其衍生物
14
醛酮羰基的亲核加成
醛酮羰基与含碳亲核试剂的亲核加成 Reformasky反应
15
只与醛酮反应, 且位阻不能太大, 不与酯反应.
16
醛酮羰基的亲核加成
醛酮羰基与含碳亲核试剂的亲核加成 Darzens反应 :
R1 O + BrCHCO2Et NaNH2 or NaOEt R1 O R
R2
R
R2 CO2Et
C=O碳上的H来自NaBH4, KBH4, 氧上的H来自H3O+.
1) 孤立双键被还原(亲电加成).
9
2) C=O碳上的H来自BH3, 氧上的H来自H3O+.
10
醛酮羰基的亲核加成
醛酮羰基与含碳亲核试剂的亲核加成 与HCN的加成
有机玻璃
11
12
2
醛酮羰基的亲核加成
醛酮羰基与含碳亲核试剂的亲核加成 与烷基锂的加成反应
4
醛酮羰基的亲核加成
醛酮羰基与含氢试剂的亲核加成(醛酮的还原) 醛酮与LiAlH4, NaBH4, KBH4, BH3的亲核加成
1)孤立双键不被还原.
2)C=O碳上的H来自LiAlH4, 氧上的H来自H3O+.
5
6
1
醛酮羰基的亲核加成
醛酮羰基与含氢试剂的亲核加成(醛酮的还原) 醛酮与LiAlH4的亲核加成(需要在无质子溶剂中进行，一般用THF和乙醚)
OH HCHO
OH
CHO + HCHO
O con. OH-
OH
(HOCH2)4C + HCO2Na
两个醛酮均无-氢, 发生什么反应?
两个醛酮均有-氢, 反应情况如何?
39
40
醛酮羰基的亲核加成
醛酮羰基与含碳亲核试剂的亲核加成 羟醛缩合反应: 交叉缩合 (醛酮一个有-氢, 另一个无-氢) (ii)Claisen-Schmidt反应(ArCHO, 由于失水得共轭产物稳定, 很易得失水产物)
CH2NH2 O
CO2H +
OH O
H2O
OH
OO
major
香豆酸
香豆素
27
醛酮羰基的亲核加成
醛酮羰基与含碳亲核试剂的亲核加成
Knoevenagel反应(-二羰基化合物与醛酮的反应)(Perkin反应的改进) 用活泼亚甲基化合物代替了酸酐, 任何醛酮均可以反应, 扩大了应用范围. 用弱碱Py, 哌啶, 一二级胺代替了羧酸盐, 可以减少醛酮的副反应. 降低了反应温度, 提高了产率. (有时会加入一点有机酸作催化剂，促进脱水).
41
醛酮羰基的亲核加成
醛酮羰基与含碳亲核试剂的亲核加成 定向缩合 (两个醛酮均有-氢) (i)对称酮和醛的定向缩合
将乙醛气体通入KOH/丙酮中 (Me2CH) 2NH pKa 40 RCOMe pKa 20
42
7
醛酮羰基的亲核加成
醛酮羰基与含碳亲核试剂的亲核加成 定向缩合 (两个醛酮均有-氢) (ii)非对称酮和醛的定向缩合
OH2+ -H2O R
R
R'
R'
Z Z'
28
醛酮羰基的亲核加成
醛酮羰基与含碳亲核试剂的亲核加成 Knoevenagel反应
O2N O
CO2H Py
CHO + H2C
CO2H
O2N
Alanine-HOAc
+ NCCH2CO2Et
PhH
CO2H -CO2
CO2H
O2N
CN
CO2Et 85%
74-80%
piperidine-HOAc
(4)选择合适的碱制备磷叶立德.
19
20
醛酮羰基的亲核加成
醛酮羰基与含碳亲核试剂的亲核加成 Wittig反应
1. MeO
O OEt + Ph3P+--CH2
O
MeO
CH2 OEt
O
2. PhCHO + Ph3P+CH2Ph Cl- NaOEt
Ph
H Ph +
Ph
H Ph H H
41%
35%
3.
O
CH3CHO + Ph3P+ -C Me CH2Cl2 H
O
OO
O
O Ar O R
R
R O
O-
O
R
R
O Ar O O
O
O
RH
O R + -O
-RCH2CO2H R
R
O Ar O O
O -O R
R
-RCH2CO2-
OO R
H2O
Ar
CO2H
25
Ar
O
-RCH2CO2H
R
26
R
醛酮羰基的亲核加成
醛酮羰基与含碳亲核试剂的亲核加成 Perkin反应 芳香醛和杂环芳香醛均可以反应, 简单脂肪醛不反应; 产物以反式为主.
Me
Me
O Me
Me
96%
O PPh3
H
COMe
Me
Me
stable
4. PhCH=CHCH=O
+
Ph3P+--CHCO2Et
PhCO2H
PhCH=CHCH=CHCO2Et
O PPh3
H
Me
Me
COMe
unstable
21
醛酮羰基的亲核加成
醛酮羰基与含碳亲核试剂的亲核加成 Wittig反应的应用