第二章 精细有机合成基础n1.芳香族亲电取代的定位规律n2.化学反应的计量学n3.化学反应器n4.精细有机合成中的溶剂效应n5.气—固相接触催化n6.相转移催化n7.均相配位催化n8.电解有机合成2.1 芳香族亲电取代的定位规律n2.1.1 反应历程绝大多数是按照经过δ配合物的两步历程进 行以苯为例：第一步n是亲电试剂E+进攻苯环，当亲电试剂E+进攻苯环时，首 先与苯环上离域分子、闭合共扼的π电子体系相作用， 形成π配合物，接着π配合物中的E+从苯环上的闭合π 电子体系获得两个电子，同时，与苯环上的某一个碳原 子形成δ键，并生成δ配合物第二步 n是产物的生成，即δ配合物脱落一个H+而生 成取代产物第二步是整个反应的控制步骤 反应历程n在形成π配合物时，并没有形成新氢键，∴ 活化能ΔE1很小π配合物的形成速度和解离 速度很快→对产物、V没有影响在δ配合物 中，苯环的闭合共扼体系被破坏，因此生成 的δ配合物的活化能ΔE2比较大，为了使自己 稳定，它就要快脱落E+变成反应物苯而没有 发生正反应，或快速脱落H+而变为产物，即 发生了亲电取代反应n芳环上已有取代基的极性效应和两类定位基邻位取代对位取代间位取代n亲电试剂的活泼性越高，亲电取代反应速度越快，反应的选择性越低。
n亲电试剂的活泼性越低，亲电取代反应速度越低，反应的选择性越高2.1.2苯环上已有取代基的定位规律 （P8）n第一类定位基→邻、对位定位基（卤原子例 外），活化苯环，按其定位能力由强到弱排 布：n—O-、—N(CH3)2、—NH2、—OH、—OCH3 、—NHCOOH、—OCOCH3、—F、—Cl、 —Br、—I、—C6H5、—C2H5、— CH2COOH、—CH2F等2.1.2 苯环上已有取代基的 定位规律（P8）n第二类定位基，间接定位基，钝化苯环n—N+(CH3)3、—CF3、—NO2、—CN、— SO3H、—COOH、—CHO、—COOCH3、 —COCH3、—CONH2、—NH2、—CH3等2.1.3 苯环上取代定位规律1）已有取代基的电子效应n（1）取代基E只具有供电诱导效应n例如烷基：取代基的供电诱导效应+I都使苯环 活化→邻、对位定位其中甲基还具有供电超共扼效应+T超 、+I超∴其活化作用比其它烷基大 （2）取代基中同苯环相连的原子 具有未共有电子时n∴ 它们都是邻、对位定位基，除此以外，其他的还 有吸电的诱导效应-I，且会影响取代基的活化作用 n对于氨基和羟基，其∣+T∣>∣-I∣→活化苯环n对于卤原子，∣-T∣ Br > I4种卤原子的吸电子效应是-IF>-ICl>-IBr>-II吸电诱导效应-I对距离较近的邻位的影响比距 离较远的对位的影响大一些，因为-I钝化苯环，使 一些取代基定位到间位上n由以上原因得出：邻位异构产物的比例为氟苯第二类取代基的定位能力。
C1)两个取代基属于不同类型，于间位时，其定位作用 就是不一致的，其新取代基主要进入第一类取代基的 邻、对位2.两个已有取代基的定位作用不一 致n2)两个取代基属于同一类型，并于邻、对位上时， 其定位作用取决于定位能力较强的取代基；如果定 位能力相差不大，则得到多种异构产物的混合物2.1.5 萘环的取代定位规律（ P15）F1）α位和β位的活泼性 （α芳正离子比β芳正 离子稳定）Fα位比β位活泼，而且 都比苯活泼1、2表示 保留稳定性较高的苯形 结构α位有两个共振 结构都比较稳定，β位 有一个共振结构，∴E+ 优先进α位121）α位和β位的活泼性 （α芳正离子比β芳正离子稳定）uα位：1）α位和β位的活泼性（α芳正 离子比β芳正离子稳定）nβ位:2）萘环上已有一个取代基时的 定位规律v（1）已有取代基是第一类的，新取代基进入已有 取代基的同环，而且是邻、对位n（2）已有取代基是第二类的，新取代基进入没有 取代基的另一个苯环，而且主要是α位2.2 化学反应的计量学（自学）n在完成化学反应时，要计算反 应物的mol比、过量百分数、转 化率、单程转化率、总转化率 、选择性，理论收率、总收率 、质量收率和原料消耗定额等 数据。
2.3 化学反应器n化学反应器在结构上和材料上必须满足以 下基本要求：n对反应物系，特别是非均相的气—液相、 气—固相、液—液相、液—固相、气—固 —液三相反应物系，提供良好的传质条件 ，便于控制反应物系的浓度分布，以利于 目的反应的顺利进行n对反应物系，特别是强烈放热或吸热，提 供良好的传热条件，以利于热效应的供给 和移除，以利于反应物系的温度控制n在反应的温度、压力和介质的条件下，具 有良好的机械强度和耐腐性能等n能适应反应器的操作方式（间歇操作或连 续操作）2.3.1间歇操作和连续操作Ø在反应器中实现化学反应可以有两种操作方式：ü即间歇操作和连续操作n间歇操作主要用于产量小、多品种的精细化工产 品生产，其是将各种原料按一定顺序和速度加入 到反应器中，并在一定的温度和压力下经过一定 时间完成特定的反应n连续操作主要用于大规模生产n其是将各种原料按一定比例和恒定速度连续不断 的加入，产物也是以恒定速度不断的排出连续操作比间歇操作有许多优 点 n连续操作比较容易实现高度自动控制， 产品质量稳定，而间歇操作的程序控制 相当困难n连续操作可缩短反应时间，而间歇操作 除了反应时间以外，还需要有加料、调 整反应温度、压力、放料和一步投料等 辅助时间。
n连续操作容易实现节能间歇操作的优点¯连续操作的技术开发要比间歇 操作困难得多，间歇操作适合 小规模生产¯间歇操作的开工与停工比连续 操作容易，灵活性强，而连续 操作常常只能生产单一产品2.3.2 间歇操作反应器«（1）液相（均相或非均相）槽式«（2）液—固相：槽式，球磨反应器«（3）气—液相：槽式、塔式；鼓泡或 喷射环流«（4）气—固相：特殊结构，要求能将固体粉碎或切碎n球磨反应器n塔式反应器n流化床反应器2.3.3 液相连续反应器Ø 在液相连续反应器中，有两种极限的流动模 型，即理想混合型和理想置换型Ø1) 理想混合型槽内各物料的组成和温度都相同，而且等于 出口物料的组成和温度为了减少反向混合作用 的不利影响，常常多槽串联法其是在强烈搅 拌下）Ø搅拌锅式连续反应器的主要优点是：强烈的搅拌有利于非均相反应原料之间的传 质，可加快反应速度，且加大生产能力和热量的 传递理想置换型反应器¡2) 理想置换型反应器管式：反应原料从管子入口进入， 在管内向前移动，经历一定时间后，从管 子的出口流出，且在理想情况下反应物没 有返混作用其特点：在高度湍流情况下 ，在垂直于物料流向的任何一个截面上， 所有的物系参数都相同（温度、压力、流 速和停留时间）。
另一方面，在沿着管子 长度的不同点上，所有物系参数各不相同 2.3.4 气—液相连续反应器n一般采用鼓泡塔式反应器，气态原料 总是从塔的底部输入，反应后的尾气 从塔的顶部排出，液态原料既可以从 塔的底部输入，从塔的上部流出，也 可以从塔的上部输入，从底部流出n多采用多塔串联的方式，从每个塔的 底部输入反应气体 塔式反应器n塔式反应器n塔式反应器流化床 反应塔2.3.5 气—固相接触催化连续反 应器 n此类型是将反应原料的气态混合物在一定的 温度、压力下通过固体cat的表面而完成的 n其反应器结构设计的主要问题是传热和催化 剂的装卸n主要有三种类型：绝热固定床反应器n 列管式固定床反应器n 流化床反应器n具体在精化工程中将详细讲解绝热固定床反应器列管式固定床反应 器2.4 精细有机合成中的溶剂效 应n 溶剂的作用不只是使反应物溶 解，更重要的是溶剂分子可以与反 应物分子发生各种相互作用n 如果选择合适的溶剂就可以使 主反应加速，并且能有效地控制副 反应另外还影响反应速度、方向 和立体化学，因此其很重要。
2.4.1 溶剂的分类n1）质子传递溶剂→能提供质子形成氢键n2）非质子传递溶剂→不能提供质子形成 氢键n3）极性溶剂→介电常数ε﹥15～20；或 偶极矩μ﹥2.5Dn4）非极性溶剂→介电常数ε﹤15～20； 或偶极矩μ﹤2.5D2.4.2 “相似相溶”原则n 溶质易溶于化学结构 相似的溶剂，不易溶于化 学结构完全不同的溶剂.n 极性溶质易溶于极性 溶剂，非极性溶质则易溶 于非极性溶剂n 极性溶剂又可以分为电子对受体溶剂和电 子对给体溶剂两大类n（1）电子对受体：具有一个缺电子部位或酸 性部位，最重要的是电子的受体基团是羟基、 氨基、羧基或未取代的酰胺基，它们都是氢键 给体此类质子传递溶剂可以通过氢键使电子对 给体性的溶质分子或负离子溶剂化n例如：水、醇、酚和羧酸等2.4.3 电子对受体（EPA）溶 剂和电子对给体（EPD）溶剂n（2）电子对给体：具有一个富电子部 位或碱性部位重要的是电子对给体是 水、醇、酚、醚、羧酸和二取代酰胺等 化合物中的氧原子以及胺类和杂环化合 物中氮原子二者都有未共用电子对， 又是氢键受体2.4.4 溶剂极性对反应速率 的影响n1）Houghes —Ingold规则n 当从起始反应物变为活化配合物时：qa、对于电荷密度增加的反应，溶剂极 性增加，使υ加快，有利于配合物生成 。
qb、对于电荷密度减少的反应，溶剂极 性增加，使υ减慢，不利于配合物生成 c、对于电荷密度变化不大的反应， 溶剂极性的改变对υ影响不大n 上述规则虽然有一定的局限性， 但对于偶极型过渡态反应可以用上述 规则（亲电取代、亲核取代、β消除 、不饱和体系的亲电加成）n 对于从起始反应物变为活化配合物时电荷密度增加的 反应，溶剂极性增加，使反应速度加快异性电荷分离 电荷密度增加SN1反应 R－Xδ+RXδ-R+X-+2.4.5 溶剂的静电效应对反应速度 的影响(Houghes-Ingold规则)例： ≠溶剂C2H5OHCH3OHHCOOH H2O HCONH2ε24.5532.7058.578.39111.0μ(D)1.731.701.821.823.37极性小大k1(相对)1912200335000430n 对于从起始反应物变为活化配合物时电荷密 度降低的反应，溶剂极性增加，使反应速度减 慢SN2反应电荷分散 电荷密度降低Y－RX-R－XY-+RXδ-δ-Y+例：溶剂CH3COCH3C2H5OHCH3OH(CH2OH)2H2Oε20.724.5532.737.778.39μ(D)2.861.731.702.281.82k（相对）130004416171I*-+ CH3Ik[ I*δ -CH3Iδ -]I－CH3I-+n对于从起始反应物变为活化配合物时电荷密度变化 很小或无变化的反应，溶剂极性的改变对反应速度的 影响极小。
局限性：忽略了溶剂的类型、溶剂的EPD和EPA性质及专一性 溶剂化作用对反应速度的影响2.4.6 专一性溶剂化作用对亲核反应 速度的影响n质子传递型溶剂对SN反应速度的影响n非质子传递极性溶剂对SN反应速度的影响（1） 质子传递型溶剂对SN反应速 度的影响n对SN1反应速度的影响质子传递型溶剂使负离子溶剂化，有利于负离子 的离去和碳正离子的形成，使反应速度加快R－X + HS[Rδ+Xδ-H－S]R + X+-HS+ Y-R－YnSN2反应速度的影响情况一：对活化配合物负端的氢键缔合作用比对反应 质点Y的氢键缔合作用强有利于离去基团的离去，使反应加速Y + R－X + HSYδ+RXδ-[H－S ]Y －R + X+-H－S情况二：对反应质点的专一性溶剂化作用强降低了亲核试剂的反应活性，使反应速度降低Y-RXδ-[ S－H]HS + Y + R－X-例： I- Br- Cl- F- 专一性溶剂化作用 小 大 反应活性 大 小（2）非质。