《有机反应机理第7章ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《有机反应机理第7章ppt课件（83页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,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,2,1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,3,7.1 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,4,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
2、的研究 具有重要意义,5,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,6,7.2 碳正离子,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,7,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,8,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,9,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
3、上的键,相邻原子上的键,10,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,11,相邻原子上有未共用电子对时的共振结构,稳定化作用顺序：周期表自左向右，自上而下降低,X = N O F；X = O S,12,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,哪一共振结构稳定？,为什么亲核试剂通常进攻碳原子？,13,许多缩合反应经由亚胺正离子中间体，如Knoevenagel缩合,14,Knoevenagel缩合的机理,15,16,Mannich缩合反应也以亚胺正离子为中间体,17,Formation of the reactive iminium ion under aci
4、dic conditions,18,Alkylation of the enolized carbonyl compound,19,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,resonance stabilization not possible,20,与相邻原子上键的共振,21,与相邻原子上键的共振：超共扼效应,22,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,23,碳正离子的形成,碳正离子是强
5、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,24,质子酸作用下键的异裂，如：,25,又如：,26,Lewis酸作用下键异裂生成碳正离子,27,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,28,其它亲电试剂对不饱和键的加成,29,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,30,与含未共用电子对的亲核试剂反应,31,与含未共用电子对的亲核试剂反应（续）,When the nucleophile is
6、 RCO2H, the carbonyl O makes the new bond, not the O of the OH group,32,与亲核试剂反应,33,与亲核试剂反应,Pi-bond nucleophiles can also add to carbocations and a new carbocation is formed,该反应是否为人名反应？,34,消除氢,Do not use the arrow to show the H+ fragment flying off into the wilderness! If H+ floating away bothers you
7、, show a weak base making a new bond to H+ at the same time as the CH bond is cleaved. Usually the base is assumed to be present and is not shown.,35,重排,The major mechanisms for carbocationic rearrangements are 1,2-hydride shifts and 1,2-alkyl shifts. Both of these occur in the rearrangement of the
8、cyclohexylium ion (a 2carbocation) to the 1-methylcyclopentylium ion (a 3carbocation).,36,碳正离子重排的实例,Pinacol rearrangement,邻二叔醇重排，频哪醇重排,37,酸催化下，邻二叔醇失去一分子水，重排成醛或酮的反应：,38,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,39,以正碳离子为中间体的分步机理,40,基团离去与基团迁移同时发生的协同机理,41,How does one decide whether loss of a
9、leaving group is concerted with a 1,2-shift or whether a carbocation is formed before the 1,2-shift occurs?,Under strongly acidic conditions, when carbocations are particularly long lived, nonconcerted mechanisms are usually drawn,42,A concerted mechanism is usually drawn when, loss of the leaving g
10、roup would give a particularly high energy carbocation; or, the carbocation that one obtains after the 1,2-shift is particularly low in energy; or, a group that is antiperiplanar to the leaving group shifts selectively, whereas other groups do not.,43,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：,Pinac
11、ol rearrangement of symmetrical tetrasubstituted 1,2-diols,44,迁移能力：芳基 烷基,PPSE：多聚磷酸三甲硅酯,45,X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,Migratory aptitudes of substituted phenyl groups,46,47,思考题,以下Pinacol 重排只生成甲基迁移产物，为什么？,48,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：,Pinacol rearrangem
12、ent of unsymmetrical tetrasubstituted 1,2-diols,49,50,Pinacol rearrangement of trisubstituted 1,2-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,51,Pinacol rearrangements with ring expansion or contraction,52,53,思考题：解释以下反应结果,54,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,55,处于OH2+反式的环上的 键迁移，
13、导致缩环,56,-卤代醇， -氨基醇， -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,Semipinacol rearrangements,57,-卤代醇的重排,58,脂环-氨基醇重氮化，扩环反应： Tiffeneau （蒂芬欧）扩环,59,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：,60,通过硝基甲烷的加成和硝基还原也可实现扩环,61,-羟基硫醚的重排,条件：CH2Cl2/10%MeOH/R4NCl 电解氧化,62,分析以下重排反应的机理,63,64,分析以下重排
14、反应的机理,65,Tf：三氟甲磺酰基； DTBMP：2,6-二叔丁基-4-甲基吡啶,66,6.3 卡宾,卡宾又叫碳烯，是碳原子上具有两个共价键和两个 未成键电子呈电中性的活性中间体,67,亚甲基是最简单的卡宾，它有两种电子状态,如果两个未成键电子以相反的自旋处于同一轨道内， 在光谱学上称为单线态,如果两个未成键电子以相同的自旋分处于不同的 轨道中，称为三线态,68,单线态卡宾的中心碳原子取sp2杂化，两个配对的 未成键电子处于sp2杂化轨道中，p轨道为空轨道， 此结构与碳正离子的结构相似,泡利(Pauli)不相容原理,69,三线态卡宾的中心碳原子取sp杂化，两个 未成键电子分占两个相互垂直的p
15、轨道,洪特（Hund）规则,70,三线态和单线态卡宾的性质均极活泼，但单线态 卡宾更活泼,就亚甲基而言，单线态的能量更高，两种状态的 能量差约为33 kJ mol136kJ mol1,71,卡宾一般具有极高的反应活性，稳定性很低。某些 具有特殊结构的卡宾可稳定存在,72,卡宾的形成,卡宾的形成方法主要分为两类,通过热解或光解含一定形式双键的活性化合物而 产生卡宾,通过-消除反应形成卡宾,73,通过-消除反应形成卡宾,Carbenes generated by -elimination are singlets because the two unshared electrons are der
16、ived from the same MO,74,重氮化合物光解产生三线态卡宾,75,SimmonsSmith试剂(ICH2ZnI)：类卡宾,The rate of insertion of ordinary Zn dust into the CI bond is very slow, so zinccopper couple, or Zn(Cu), is used instead,76,卡宾的反应,卡宾的主要反应可归为三类,环加成反应,插入反应,重排反应,77,单线态卡宾的环加成反应是立体专一的，即顺式 的烯烃只得到顺式的环丙烷衍生物，反式的烯烃 只得到反式的环丙烷衍生物,78,这是由于单线态卡宾有空p轨道，具有亲电性， 卡宾上的未成键电子对与烯烃的两个电子通过三元 环过渡态形成了两个键，这种一步协同成环保持了 反应的立体专一性,79,三线态卡宾与烯烃反应不能保持立体专一性，得到 的是等量的异构体,这是由于三线态卡宾的两个未成键电子自旋方向 相同，与烯烃加成是按分步机理进行的,80,81,卡宾能向CH单键或CX单键插入,82,卡宾中心碳的邻位有氢存在时，单线态卡宾可以 发生
