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1、 本课程从精细化学品合成的共性出发，按有本课程从精细化学品合成的共性出发，按有机合成的单元反应分类，介绍精细化学品生产中机合成的单元反应分类，介绍精细化学品生产中常见的单元反应。在介绍其基本理论的基础上，常见的单元反应。在介绍其基本理论的基础上，重点讨论反应过程的影响因素。结合工业实例讨重点讨论反应过程的影响因素。结合工业实例讨论单元过程的一般技术；还简要介绍有机合成路论单元过程的一般技术；还简要介绍有机合成路线设计方法的一般知识，对有机合成新工艺、新线设计方法的一般知识，对有机合成新工艺、新技术也作了适当介绍。讲授内容共分十二章；单技术也作了适当介绍。讲授内容共分十二章；单元反应的理论基础，
2、磺化，硝化，卤化，羟基化元反应的理论基础，磺化，硝化，卤化，羟基化，烷基化，酰化，还原，氨基化和芳胺基化，氧，烷基化，酰化，还原，氨基化和芳胺基化，氧化，缩合等。化，缩合等。绪言绪言第一章第一章 有机合成反应理论有机合成反应理论 1.1 脂肪族亲核取代反应脂肪族亲核取代反应 卤代烃是受攻击的对象，称为底物；卤代烃是受攻击的对象，称为底物；Nu-是亲核试是亲核试剂或称为进入基团；剂或称为进入基团；X-为反应中离开的基团，称为离为反应中离开的基团，称为离去基团去基团 有机合成反应中研究得较为深入的一类反应。有机合成反应中研究得较为深入的一类反应。最经典的是卤代烷与许多亲核试剂可以发生亲最经典的是卤
3、代烷与许多亲核试剂可以发生亲核取代反应，可以生成相应的醇、醚、胺等化核取代反应，可以生成相应的醇、醚、胺等化合物合物表表1-1 常见的卤代烃亲核取代反应常见的卤代烃亲核取代反应Williamson醚合成法醚合成法1.1.1 反应动力学与历程反应动力学与历程 亲核取代反应的类型亲核取代反应的类型n n通过各种亲核试剂对卤代烃进攻反应的动力学通过各种亲核试剂对卤代烃进攻反应的动力学测定，表明存在两类不同类型的反应测定，表明存在两类不同类型的反应:n n一种是：一种是： SN2反应反应 rk2RXNu-n n另一种是：另一种是：SN1反应反应 rk1RX（1） SN2反应反应SN2反应能量变化图反应
4、能量变化图（2）SN1反应反应SN1反应能量变化图反应能量变化图1.1.2 影响反应的因素影响反应的因素（1）烷基结构）烷基结构电子效应电子效应 空间效应空间效应SN1SN2(2)立体化学和重排立体化学和重排SN2新戊基溴代烷与新戊基溴代烷与C2H5O-作用，通过作用，通过SN2反应得醚反应得醚 新戊基溴代烷在乙醇中进行反应，通过新戊基溴代烷在乙醇中进行反应，通过SN1重排重排取代和消除得醚和烯取代和消除得醚和烯（3） 进入基团（亲核试剂，进入基团（亲核试剂，Nu-) Nu-能提供一对电子，与底物碳原子成键。Nu-的给电子能力强，成键就快，亲核性强。通常Nu-的碱性愈强，亲核能力亦愈强。在很多
5、情况下，碱性与亲核性是一致的，但有时并不完全一致，因为碱性是对质子的亲合能力，而亲核性是碱在过渡态对碳原子的亲合能力。Nu-的亲核能力取决于两个因素：碱性和可极化性。一般而言，周期表中第三、第四周期元素的亲核性强，第二周期元素的碱性强。 碱性强弱与溶剂的关系很大，因此亲核性亦受溶剂的影响，但是可极化性很少受溶剂的影响。一些常见的亲核试剂的亲核性由高到低一些常见的亲核试剂的亲核性由高到低的顺序是：的顺序是：但是在偶极溶剂中，有些试剂的亲核性是相反的： 在在SN2反应中，反应中，由于由于Nu-参加决定反应速度参加决定反应速度的一步，的一步， Nu-亲核能力越大，越利于亲核能力越大，越利于SN2反应
6、反应。在在SN1反应中，亲核试剂与正碳离子的反应不反应中，亲核试剂与正碳离子的反应不是反应速度的控制步骤，因此是反应速度的控制步骤，因此Nu-对反应速度对反应速度影响不大。影响不大。由于正碳离子的反应性很高，不论由于正碳离子的反应性很高，不论Nu-的亲核能力是大或小，均能发生反应。的亲核能力是大或小，均能发生反应。（4）离去基团）离去基团 不论不论SN2反应还是反应还是SNl反应，变换离去基团都会反应，变换离去基团都会影响其反应的速度，影响基本相同。不同的离去影响其反应的速度，影响基本相同。不同的离去基团在亲核取代反应中的相对活性如下：基团在亲核取代反应中的相对活性如下：(5) 溶剂效应溶剂效
7、应 亲核取代反应中，质子溶剂中的质子可以与亲核取代反应中，质子溶剂中的质子可以与反应中生成的负离子，尤其是与由氧与氮形成反应中生成的负离子，尤其是与由氧与氮形成的负离子通过氢键溶剂化，使负电荷得到分散，的负离子通过氢键溶剂化，使负电荷得到分散，负离子变得稳定，因此有利于离解反应，有利负离子变得稳定，因此有利于离解反应，有利于反应按于反应按SN1进行，所以增加溶剂的酸性，即增进行，所以增加溶剂的酸性，即增加质子形成氢键的能力，有利于反应按加质子形成氢键的能力，有利于反应按SNl进行。进行。1.1.3 氧亲核试剂的反应氧亲核试剂的反应（1）酯的水解）酯的水解（2）羧酸的酯化）羧酸的酯化（3）酯的醇
8、解）酯的醇解（4）酰卤的醇解）酰卤的醇解1.1.4 硫亲核试剂的反应硫亲核试剂的反应1.1.5 氮亲核试剂的反应氮亲核试剂的反应（1）氨或胺的烷基化）氨或胺的烷基化（2）环氧化合物的胺化）环氧化合物的胺化1.1.6 卤素亲核试剂的反应卤素亲核试剂的反应1.1.7 在磺酰基硫上的亲核取代反应在磺酰基硫上的亲核取代反应1.2 脂肪族亲电取代反应脂肪族亲电取代反应1.2.1 反应历程反应历程（1）双分子历程）双分子历程SE2和和SEi（2）单分子历程）单分子历程SE1(3)亲电取代伴随双键移动亲电取代伴随双键移动1.2.2 氢作离去基团的反应氢作离去基团的反应（1）双键及三键的迁移）双键及三键的迁移
9、（2）醛、酮的卤化）醛、酮的卤化1.2.3 碳作为离去基团的反应碳作为离去基团的反应容易脱羧的羧酸容易脱羧的羧酸1.2.4 在氮上亲电取代的反应在氮上亲电取代的反应（1）重氮化）重氮化（2）氧化物偶氮化合物）氧化物偶氮化合物1.3 芳香族亲电取代反应芳香族亲电取代反应 芳香族化合物是有机合成的重要组成部分。芳香族化合物是有机合成的重要组成部分。一般可包括苯衍生的芳香化合物、稠环芳香化一般可包括苯衍生的芳香化合物、稠环芳香化合物、稠环非苯芳香化合物和杂环芳香化合物合物、稠环非苯芳香化合物和杂环芳香化合物四大类。在芳香化合物的有机合成反应中，以四大类。在芳香化合物的有机合成反应中，以取代反应最为重
10、要，通过取代反应，可以从简取代反应最为重要，通过取代反应，可以从简单的芳香化合物合成各式各样较为复杂的芳香单的芳香化合物合成各式各样较为复杂的芳香化合物。芳环上取代反应从历程上区分，包括：化合物。芳环上取代反应从历程上区分，包括：亲电、亲核及自由基取代，其中以亲电取代最亲电、亲核及自由基取代，其中以亲电取代最为常见和重要。为常见和重要。1.3.1 苯的一元亲电取代反应苯的一元亲电取代反应苯分子的电子集中在分子平面的上下两边，和烯苯分子的电子集中在分子平面的上下两边，和烯烃有些相似，不易受亲核试剂的进攻而易受亲电烃有些相似，不易受亲核试剂的进攻而易受亲电试剂的进攻，这是苯类芳香化合物的重要特征。
11、试剂的进攻，这是苯类芳香化合物的重要特征。苯环上的亲电取代反应历程：苯环上的亲电取代反应历程：惠兰特中间体的共振结构式惠兰特中间体的共振结构式质子化的苯的正电荷分布质子化的苯的正电荷分布（1）络合物络合物 芳烃的离域芳烃的离域轨道能与亲电能力较弱的轨道能与亲电能力较弱的试剂试剂HCl、HBr、Ag+等相互作用形成下列等相互作用形成下列络合物：络合物：HCl的的络合物络合物-78特征：特征：(A)反应在低温反应在低温(-78C)时就会迅速达成时就会迅速达成平衡，表明平衡，表明络合物的生成和分解都只需很小络合物的生成和分解都只需很小的活化能，大大低于亲电取代反应的活化能，的活化能，大大低于亲电取代
12、反应的活化能， 由此可以认为亲电试剂并未与芳环上的任何碳由此可以认为亲电试剂并未与芳环上的任何碳原子形成真正的化学键。原子形成真正的化学键。 (B)溶液的紫外吸收光谱表明与甲苯的光谱几溶液的紫外吸收光谱表明与甲苯的光谱几乎没有差别，说明芳环上的乎没有差别，说明芳环上的电子体系没有发电子体系没有发生显著变化。生显著变化。 (C)溶液不具有导电性，表示溶液不具有导电性，表示HCl分子中的氢分子中的氢原子并没有以原子并没有以H+的形式转移到芳环上去，的形式转移到芳环上去，也没有生成正离子和负离子。也没有生成正离子和负离子。 (D)如用如用DCl代替代替HCl进行试验也没有发现进行试验也没有发现DCl
13、中的中的D和芳环上的和芳环上的H之间有交换作用。之间有交换作用。这表示在形成这表示在形成络合物时，并未发生络合物时，并未发生D从从DCl中转移到芳环上并形成真正化学键的反中转移到芳环上并形成真正化学键的反应。应。（2）络合物：当存在一个具有缺电子轨道络合物：当存在一个具有缺电子轨道的化合物，例如路易斯的化合物，例如路易斯(Lewis）酸）酸AlCl3时，时，便生成另一种便生成另一种 络合物。络合物。络合物和络合物和络合物确实能够稳定的存在，有些络合物确实能够稳定的存在，有些稳定的稳定的络合物可以制备，并能在低温条件下络合物可以制备，并能在低温条件下分离出来：分离出来：（3）亲电取代反应历程）亲
14、电取代反应历程芳香族亲电取代的两步反应历程可以简单表示芳香族亲电取代的两步反应历程可以简单表示如下：如下：第一步第一步第二步第二步络合物络合物芳香族亲电取代在生成芳香族亲电取代在生成络合物、络合物、 络合物以络合物以及最终产物的过程中，能量变化如图所示：及最终产物的过程中，能量变化如图所示：络络合合物物络络合物合物加成产物加成产物取代产物取代产物（4）亲电取代反应的可逆性）亲电取代反应的可逆性 大多数亲电取代反应是大多数亲电取代反应是不可逆的不可逆的。通常当芳环上。通常当芳环上引入吸电子基后，如硝基、卤素、酰基或偶氮基，芳引入吸电子基后，如硝基、卤素、酰基或偶氮基，芳环的电子云密度有所降低，特
15、别是与上述取代基相连环的电子云密度有所降低，特别是与上述取代基相连的碳原子上的电子云密度降低得更多，的碳原子上的电子云密度降低得更多，H+不易进攻这不易进攻这个位置重新生成原来的中间体正离子，因而也不易进个位置重新生成原来的中间体正离子，因而也不易进一步脱落亲电质点而回复为起始的反应物，一步脱落亲电质点而回复为起始的反应物，所以硝化、所以硝化、卤化、卤化、C-酰化和偶合等亲电取代反应实际上是不可逆酰化和偶合等亲电取代反应实际上是不可逆的。的。如果亲电质点进攻芳环底引入了一个供电子基如果亲电质点进攻芳环底引入了一个供电子基(如烷基如烷基)，这使芳环的电子云密度增大，尤其是与烷，这使芳环的电子云密
16、度增大，尤其是与烷基相连的碳原子增加得更多，基相连的碳原子增加得更多，H+就较易进攻这个位置，就较易进攻这个位置，重新生成原先的中间体正离子，并进一步脱落烷基回重新生成原先的中间体正离子，并进一步脱落烷基回复为起始的反应物，复为起始的反应物，所以所以C烷基化通常是可逆的。烷基化通常是可逆的。（5）取代苯的偶极矩）取代苯的偶极矩一些一元取代苯的偶极矩一些一元取代苯的偶极矩（20-25，苯中测定），苯中测定）4.085.603.774.60（6）苯环取代基的电子效应）苯环取代基的电子效应 苯环上绝大多数取代基都具有苯环上绝大多数取代基都具有诱导效应诱导效应和共轭效应和共轭效应（烷基为超共扼效应），取代苯（烷基为超共扼效应），取代苯中实际表现出的是这些效应的综合结果，统中实际表现出的是这些效应的综合结果，统称为取代基的称为取代基的电子效应电子效应 (A)诱导效应诱导效应 是由邻键的极化而引起某个键是由邻键的极化而引起某个键的极化。诱导效应对邻键的影响最大，随着键的极化。诱导效应对邻键的影响最大，随着键的远离影响逐渐减弱。凡取代苯的取代基使电的远离影响逐渐减弱。凡取代苯的取代基使电子云向苯环偏
