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1、思考题：以下反应的产物是什么？为什么？,只有对反应机理有充分的认识，才能理解为什么得到扩环产物,引入：,反应由哪些基元步骤构成?,每一步的产物是什么?,从反应物到产物经过什么样的中间状态? （中间体；过渡态, transition state, TS）,哪一步是速控步?,反应条件对反应速率有何影响?,就目前而言，对于一个复杂化学反应机理的理解 主要包括：,1.1 反应机理的定义,可以认为,反应机理是对组成一个化学反应的全部基元过程、全部中间体（Int.）以及与中间体、反应物（R）和产物（P）相关联的过渡态（TS）的总体描述,以上也可看作是反应机理的定义,1.2 反应机理的分类与表示法,1.2.
2、1 有机反应与机理的分类,1.2.2 有机反应机理的表示法,按反应物与产物的关系分类,加成反应（addition),消除反应（elimination),取代反应（ substitution),重排反应（rearrangement),1.2.1 有机反应与机理的分类,按反应物与产物的关系分类,按反应机理分类,机理？,加成反应（addition),某些化合物分子可通过键的断裂形成两部分，两部分分别与含有不饱和键的底物反应,使底物的 键断裂，形成两个新的键，这样的反应称作加成反应.,消除反应（elimination),底物分子中与两个原子或基团相连的键断裂，形成一个新的 键，这样的反应称作消除反应,
3、机理？,机理？,取代反应（ substitution）,底物分子中以 键相连的原子或基团被新的原子 或基团取代的反应,重排反应（rearrangement）,按反应机理分类,极性（polar）或离子型反应,自由基（ free-radical）反应,周环（ pericyclic）反应,金属促进或催化反应,1、极性（polar）反应,极性反应也称离子型反应.,极性反应中电子成对地由亲核试剂向亲电试剂 转移或由占有轨道向空轨道转移,2、自由基（ free-radical）反应,反应中伴随单电子转移过程,自由机反应可能为链反应，也可能为非链反应,4、金属催化（metal-catalyzed）反应,由过
4、渡金属催化或促进的各种反应,有些过渡金属 (如 TiCl4, FeCl3) 在反应中仅起Lewis 酸的作用；有些金属在反应中仅提供电子（如Na 和Li）,这些金属参与的反应一般分类为极性反应，周环 反应或自由基反应,3、周环（ pericyclic）反应,经由环状过渡态的协同反应,2、用反应式表示,1.2.2 有机反应机理的表示法,1、用符号表示(略）,例如,用带箭头的反应式表示,又如刚才的思考题，用箭头表示的机理如下：,箭头的画法：,以吗啉存在下环己酮的位酰化反应为例：,方向：表示反应中电子转移的方向,(2) 起点位置：,起点落在某一原子上：表示该原子在反应中给出电子,起点落在某化学键中间
5、：表示该化学键在反应中断裂，电荷按箭头所示的方向转移,(3) 终点位置,终点落在某一原子上：表示电荷转移至该原子上 或由起点原子提供电子，在两原子间形成新的 化学键,终点落在某两原子中间：表示反应中电荷转移到这两个原子之间，形成新的化学键。,机理：,书写反应式应注意的几个问题,(1) 注意分子式与结构式的关系,(2) 注意缩写符号,(3) 立体化学的表示,(4) Lewis结构与共振结构,Octet rule(八隅律）,对于C, N, O等第二周期的元素，当其价壳层电子数为8时为稳定结构，例如丙酮与异丙醇的结构,C和O的价壳层电子数都为8,注意：结构式中C及其所连的H的元素符号可以省略，但杂原
6、子及其所连的H的元素符号不可省略,DMSO的结构,硫原子的价壳层电子数为10，如果写成以下内盐的形式，则所有原子的价壳层电子数都为8,硫原子为第三周期元素，可以利用能级相对较低的3d轨道成键，以上两种结构式都有一定的合理性,单独用式A或式B都不能正确表示二甲亚砜的结构，运用共振结构的概念则可以较好地表示二甲 亚砜的结构,式A和式B称作二甲亚砜的共振结构,共振结构的概念,共振结构与异构的区别,共振结构是为了更好地表示分子的真实结构而引进的概念，是Lewis结构的补充。,分子的真实结构是共振结构的加权平均，称作共振杂化体，不能理解为分子一会儿取A的结构，一会儿取B的结构,北京奥运会吉祥物为5个福娃
7、，不能理解为有5个吉祥物，而是5个福娃共同组成奥运吉祥物,书写共振结构的原则,只考虑电子和未共享电子的转移，不考虑键的变化，例如,以下涉及到键变化的互变不是共振，而是异构,共振结构对分子真实结构的贡献,稳定的结构贡献大，例如丙酮的共振结构：,第3个共振结构电负性大的O没有达到八隅体结构，显然没有第2个共振结构合理,由于第2个共振结构贡献较大，因此，酮的羰基碳具有亲电性，容易受亲核试剂进攻,共振结构稳定性的判别,与判别Lewis结构稳定性的原则相同, B, C, N, O等满足八隅体规则的共振结构更稳定, 电中性共振结构较电荷分离的共振结构稳定, 电负性原子带负电荷，电正性原子带正电荷较稳定,缺
8、电子原子与带未共享电子对的原子相邻时的共振,哪一共振结构更稳定？,注意不是所有带正电荷的原子都能接受一对电子，,例如硝基化合物的氮原子带正电但己达到八隅体结构，不能接受电子,判断以下共振结构的稳定性,右边的共振结构所有原子都满足八隅律（规则）更稳定,八隅律的影响较电荷是否分离的影响大,缺电子原子与键相邻时的共振,自由基与键相邻时的共振,富电子原子与键相邻时的共振,芳环的共振：,侧链正，负离子或自由基与芳环的共振,哪一共振结构稳定？,缺电子或富电子芳环的共振,哪一共振结构稳定？,芳杂环的共振,键自身的共振,理解羰基碳的亲电性和DMSO作为偶极非质子溶剂的作用,阅读反应式时应注意的一些问题：,反应
9、式通常会忽略一些不重要的反应产物,反应式通常不配平,有时只表示总反应或重要反应，有些反应步骤可能被忽略,反应产物可能是经过后处理得到的产物,如何书写复杂合成反应的机理？,以苦马豆素合成反应为例,第I步,对相应原子进行编号，找出反应物与产物相应原子的关系,推测第1步的机理如下,第II步,第III步,第III步机理,第IV步,第IV步机理,第V步,第V步机理,第VI步,Sharpless不对称双羟基化反应,第VII步,第VII步机理,第VIII步,第VIII步机理,1.3 重要极性反应及机理回顾,1.3.1 影响极性反应的主要因素,1.3.2 饱和碳原子上的亲核取代反应,1.3.1 影响极性反应的
10、主要因素,极性反应实际上是亲核试剂与亲电试剂的反应,大多数极性反应需在酸性或碱性条件下进行,因此，反应物或试剂的亲核亲电性和反应体系的 酸碱性对反应有决定性的影响,(1) 亲核试剂(nucleophile),亲核试剂具有能量较高的电子对，能用于形成新键,亲核原子可以是电中性的，也可带负电荷,亲核试剂有三种类型：lone-pair nucleophiles, -bond nucleophiles, and -bond nucleophiles,亲核反应示例：,键亲核试剂,键亲核试剂包含一个非金属原子与金属原子之间 的化学键 EM,亲核原子可能为杂原子 , 碳原子 RMgBr, RLi, R2Cu
11、Li, 或氢原子 ( NaBH4 and LiAlH4),强极性的金属-非金属键EM常被认为是离子键 EM); 因此， PhCCLi, H3CMgBr, 和 LiAlH4 有时也写成 PhCC, H3C, 和 H.,按这样的写法-键亲核试剂也是含未共用电子对 的亲核试剂,键亲核试剂(Pi-bond nucleophiles),键亲核试剂利用 键的电子对与亲电试剂的亲电原子形成键，例如,亲核烯烃与亲电试剂反应时，总是电子云密度高的双键碳与亲电试剂形成新键,直接与含未共用电子对的杂原子相连的烯烃-碳亲核性强, -碳 亲核性弱,对于纯烷基取代的烯烃，取代较少的碳亲核性强，优先与亲电试剂结合。,亲核试
12、剂的亲核性与碱性,亲核试剂的亲核性是根据其在25的水溶液中与 CH3Br反应的速率来测定的,试剂的碱性是其与H+ 反应的能力（用平衡常数的负对数表示), 因此，试剂的亲核性与碱性有联系，也有区别,许多亲核反应在碱性条件下进行，了解亲核性与碱性的关系很重要,亲核性是动力学性质, 而酸碱性是热力学性质,由于这些区别，有些强碱可能是弱亲核试剂,Nucleophilicity：Et2S Et2O,较重原子具有较强的亲核性是因为原子半径较大，导致电负性较低，空间可接近性较好,亲核原子在周期表中的位置与亲核性的关系,Nucleophilicity：I Cl,测定亲核性通常在MeOH等质子溶剂中进行，较小的
13、负离子会形成较强的氢键也是导致其亲核性小的原因,实际上，在非质子溶剂中或气相条件下Cl的亲核性和碱性均略高于I,亲核原子周围立体位阻增加，亲核性显著降低，碱性则略有增加,例如， EtO 是强碱(pKb=17) 和强亲核试剂, 而t-BuO 的亲核性则非常小，但碱性却更强 (pKb 19),立体位阻对亲核性的影响,电荷离域使碱性显著降低，对亲核性影响则较小,电荷离域（共振）对亲核性的影响,例如， EtO (pKb = 17) 在较低温度下与s-BuBr反应生成消除产物2-丁烯 ；而AcO (pKb = 4.7)在较高的温度下与s-BuBr发生SN2反应生成s-BuOAc,极性非质子溶剂增加试剂的
14、亲核性,非亲核碱的重要性,在亲核反应中作为碱催化剂使用，本身不与亲电试剂反应,介质酸度对试剂亲核性的影响,强碱性亲核试剂(RO, RCC, RS, R2N)只能在碱性条件下存在,弱碱性亲核试剂 (halides, R2S, R3P, RCO2 , RSO3) 在酸性或碱性条件下均可存在,水和醇可在碱性也可在酸性条件下存在，碱性条件下与亲电试剂反应前先脱质子，酸性条件下则不可能先脱质子,酸性条件下胺 (R3N)以铵盐形式存在，无未共用电子，不能作亲核试剂起反应,大多数-键亲核试剂(PhMgBr, CH3Li, LiAlH4, NaBH4)有相当强的碱性，只能在碱性条件下使用,只有少数-键亲核试剂
15、可用在酸性条件下，包括Lewis酸型亲核试剂 AlMe3, ZnEt2, i-Bu2AlH, 以及非Lewis酸型亲核试剂NaBH(OAc)3 ， NaBH3CN,大多数-键亲核试剂可在酸性条件，也可在碱性条件下存在，但烯醇盐（enolates）只能在碱性条件下存在,-键亲核试剂 中，只有烯醇盐和烯胺有足够的活性在碱性条件下与亲电试剂反应,烯醇盐和烯胺的共振结构？,(2) 亲电试剂（electrophile）,亲电试剂具有能量较低的空轨道，能用于形成新键,亲电试剂可以是电中性的，也可带正电荷,亲电试剂也有三种类型： Lewis acid electrophiles, -bond electro
16、philes, and -bond electrophiles,Lewis 酸亲电试剂（Lewis acid electrophiles）,Lewis 酸亲电试剂的亲电原子（E)不具备八电子结构，有一个低能量的非键轨道，通常为p轨道,Lewis 酸亲电试剂与亲核试剂反应时，利用亲核 试剂的未共用电子对形成新键，使原子E达到八 电子结构,硼氢化-氧化机理,周期表中，硼是最不安分的元素,键亲电试剂（-bond electrophiles）,键亲电试剂的亲电原子E具备八电子结构，但通过键与一可接受一对电子的原子或基团连接,当亲核试剂进攻键亲电试剂时， 键断裂，电子转移至相邻原子上,反应类型？,键亲电试剂通常具有CO, CN, 或CN键，其中电负性小的原子为亲电原子,与吸电基相连的CC和CC键也是亲电试剂,键亲电试剂（Sigma-bond electrophiles）,键亲电试剂可表示成EX.,亲电原子 E具备八电子结构，通过 键与离去基团X相连,
