精細有機合成課程

1、精細有機合成精細有機合成王王 正正 良良 1397211612713972116127第一章 緒論本章主要內容本章主要內容1.1 有機合成的目的和任務有機合成的目的和任務1.2 有機合成的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀及趨勢有機合成的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀及趨勢1.3 精細有機合成的原料來源精細有機合成的原料來源1.4 有機合成課程的性質、討論范圍及學習方法有機合成課程的性質、討論范圍及學習方法1.1.1 1.1.1 什么是有機合成什么是有機合成 有機合成有機合成是指利用是指利用化學方法化學方法將單質、簡單的無機物或簡單的有將單質、簡單的無機物或簡單的有機物作為原料，制備成更復雜的、更有價值的有機化合物的過程。機物作

2、為原料，制備成更復雜的、更有價值的有機化合物的過程。 有機合成化學有機合成化學主要討論各種較為復雜的有機物的合成機理、合主要討論各種較為復雜的有機物的合成機理、合成步驟、合成的反應類型、反應條件及最佳的線路設計等等成步驟、合成的反應類型、反應條件及最佳的線路設計等等 人們通過有機合成，不僅能制造出自然界人們通過有機合成，不僅能制造出自然界已有的、甚至非常復已有的、甚至非常復雜的物質，雜的物質，而且能制造出自然界尚不存在的、具有各種特殊性能而且能制造出自然界尚不存在的、具有各種特殊性能的物質，以適應人類生活、生產(chǎn)和科學研究的需要。的物質，以適應人類生活、生產(chǎn)和科學研究的需要。 有機合成已經(jīng)成為當

3、代化學研究的主流之一，有機合成化學是有機合成已經(jīng)成為當代化學研究的主流之一，有機合成化學是有機化學的中心，許多的新試劑、新原料、新材料、新藥物、新有機化學的中心，許多的新試劑、新原料、新材料、新藥物、新的中間體等都是通過有機合成的手段合成出來的。的中間體等都是通過有機合成的手段合成出來的。 應用非應用非 常廣泛常廣泛 藥物合成：抗癌新藥物、降心血管疾病、免疫藥品等藥物合成：抗癌新藥物、降心血管疾病、免疫藥品等 精細化學品合成：化妝品、洗滌劑、表面活性劑等精細化學品合成：化妝品、洗滌劑、表面活性劑等 日用化學品：香料、染料、食品添加劑等日用化學品：香料、染料、食品添加劑等 國防材料：國防材料：

4、炸藥、耐高溫材料、吸光材料等炸藥、耐高溫材料、吸光材料等 油田化學品：緩蝕劑、防垢劑殺菌劑及各種油田化學品；油田化學品：緩蝕劑、防垢劑殺菌劑及各種油田化學品； 農(nóng)農(nóng) 藥：藥： 低毒高效、農(nóng)藥的開發(fā)等低毒高效、農(nóng)藥的開發(fā)等 石油化工產(chǎn)品：各種石油加工化學品、潤滑劑等石油化工產(chǎn)品：各種石油加工化學品、潤滑劑等 20012001年諾貝爾化學獎得主日本名古屋大學教授野依良治博士說過：年諾貝爾化學獎得主日本名古屋大學教授野依良治博士說過：“有機合成有兩大任務：一是實現(xiàn)有價值的已知化合物的高效生產(chǎn)；有機合成有兩大任務：一是實現(xiàn)有價值的已知化合物的高效生產(chǎn)；二是創(chuàng)造新的有價值的物質與材料。二是創(chuàng)造新的有價值

5、的物質與材料?！比蝿杖蝿? :目的目的: :有機合成有兩個基本目的：一是為了合成一些特殊的、新的有有機合成有兩個基本目的：一是為了合成一些特殊的、新的有機化合物，探索一些新的合成路線或研究其他理論問題，即機化合物，探索一些新的合成路線或研究其他理論問題，即實實驗室合成驗室合成，為這一目的所需要的物質的量較少，但純度常常要，為這一目的所需要的物質的量較少，但純度常常要求較高，而成本在一定范圍內不是主要問題；二是為了工業(yè)上求較高，而成本在一定范圍內不是主要問題；二是為了工業(yè)上大量生產(chǎn)，即大量生產(chǎn)，即工業(yè)合成工業(yè)合成，為了這一目的，成本問題是非常重要，為了這一目的，成本問題是非常重要的，即使是收率上

6、的極小變化或工藝路線和設備的微小改進都的，即使是收率上的極小變化或工藝路線和設備的微小改進都會對成本發(fā)生很大的影響會對成本發(fā)生很大的影響 質質內容（分類）內容（分類） 連續(xù)性的大規(guī)模生產(chǎn)，因此也稱為連續(xù)性的大規(guī)模生產(chǎn)，因此也稱為重有機合成重有機合成。特點是。特點是產(chǎn)品量大產(chǎn)品量大、質質量要求稍低量要求稍低、加工相對粗糙加工相對粗糙，生產(chǎn)操作簡單生產(chǎn)操作簡單。 精細有機合成精細有機合成工業(yè)的任務主要是合成染料、藥物、農(nóng)藥、香料以及各工業(yè)的任務主要是合成染料、藥物、農(nóng)藥、香料以及各種試劑、溶劑、添加劑等，其特點是種試劑、溶劑、添加劑等，其特點是產(chǎn)量小產(chǎn)量小、品種多品種多、質量要求較高質量要求較高，

7、而，而且一般且一般多為間歇生產(chǎn)多為間歇生產(chǎn)，操作比較復雜操作比較復雜、細致細致。精細有基本有機合成工業(yè)的。精細有基本有機合成工業(yè)的任務主要是利用化學方法將簡單的、廉價易得的天然資源如煤、石油、天任務主要是利用化學方法將簡單的、廉價易得的天然資源如煤、石油、天然氣等以及其初加工產(chǎn)品和副產(chǎn)品（電石、煤焦油等）合成為最基本的有然氣等以及其初加工產(chǎn)品和副產(chǎn)品（電石、煤焦油等）合成為最基本的有機化工原料機化工原料“三烯一炔三烯一炔”、“三苯一萘三苯一萘”（苯、甲苯、二甲苯和萘），然（苯、甲苯、二甲苯和萘），然后再進一步合成其他重要的有機化工原料如乙醇、甲醛、乙酸、丙酮及苯后再進一步合成其他重要的有機化工

8、原料如乙醇、甲醛、乙酸、丙酮及苯乙烯等。其特點多是在氣相催化下進行的，且多為機合成，沒有精細有機乙烯等。其特點多是在氣相催化下進行的，且多為機合成，沒有精細有機合成，就不能滿足人民生活所必需的各種有機產(chǎn)品；而沒有合成，就不能滿足人民生活所必需的各種有機產(chǎn)品；而沒有基本有機合成基本有機合成就斷絕了精細有機合成所需要的工業(yè)原料。特點是就斷絕了精細有機合成所需要的工業(yè)原料。特點是制備過程較復雜制備過程較復雜、操作操作條件要求嚴格、步驟較多條件要求嚴格、步驟較多、質量要求高。質量要求高。 1.1.3 精細有機合成的特點精細有機合成的特點精細有機合成具備以下特點精細有機合成具備以下特點：（1）小批量，多

9、品種小批量，多品種 ：精細化學品一般的年產(chǎn)量為幾噸至幾：精細化學品一般的年產(chǎn)量為幾噸至幾百噸，有些小品種僅以公有五千多個具有明確化學結構的品種；百噸，有些小品種僅以公有五千多個具有明確化學結構的品種；有不同化學結構的染料品種也有五千多個。不斷開發(fā)新的精細有不同化學結構的染料品種也有五千多個。不斷開發(fā)新的精細化學品是精細有機合成的一個特點?；瘜W品是精細有機合成的一個特點。 （2）高技術密集度高技術密集度：精細有機化學品合成的高技術密集度：精細有機化學品合成的高技術密集度主要體現(xiàn)在整個生產(chǎn)流程長，涉及的單元反應和單元操作多，主要體現(xiàn)在整個生產(chǎn)流程長，涉及的單元反應和單元操作多，中間體和終產(chǎn)物質量要

10、求高。中間體和終產(chǎn)物質量要求高。 （3）高附加值高附加值 附加值是指在產(chǎn)品產(chǎn)值中扣除原材料、稅金、附加值是指在產(chǎn)品產(chǎn)值中扣除原材料、稅金、設備和廠房折舊后剩余部分的價值。大部分精細化工產(chǎn)品附加設備和廠房折舊后剩余部分的價值。大部分精細化工產(chǎn)品附加值很高，有些產(chǎn)品的利潤率甚至可達值很高，有些產(chǎn)品的利潤率甚至可達200%300%。 1.2 有機合成的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀及趨勢有機合成的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀及趨勢1.2.1 發(fā)展簡史發(fā)展簡史 1828年德國科學家沃勒（年德國科學家沃勒（Whler）成功地從氰酸銨合成了尿素，從而揭）成功地從氰酸銨合成了尿素，從而揭開了有機合成的帷幕。迄今為止，有機合成學科歷經(jīng)近開

11、了有機合成的帷幕。迄今為止，有機合成學科歷經(jīng)近200年的發(fā)展歷史。年的發(fā)展歷史。從總體上看，有機合成的歷史大致可劃分為第二次世界大戰(zhàn)之前的初創(chuàng)期和從總體上看，有機合成的歷史大致可劃分為第二次世界大戰(zhàn)之前的初創(chuàng)期和第二次世界大戰(zhàn)之后的輝煌期兩個階段。第二次世界大戰(zhàn)之后的輝煌期兩個階段。 在第一階段，有機合成主要是圍繞以煤焦油為原料的染料和藥物等的合成。在第一階段，有機合成主要是圍繞以煤焦油為原料的染料和藥物等的合成。 從第二次世界大戰(zhàn)結束到從第二次世界大戰(zhàn)結束到20世紀末，有機合成進入了空前發(fā)展的輝煌時世紀末，有機合成進入了空前發(fā)展的輝煌時期。這一階段又分為期。這一階段又分為20世紀世紀5060

12、年代的年代的Woodward藝術期、藝術期、7080年代年代Corey的科學與藝術的融合期和的科學與藝術的融合期和90年代以來的化學生物學期三個時期。年代以來的化學生物學期三個時期。 隨著人類進入隨著人類進入21世紀，社會的可持續(xù)發(fā)展及其所涉及的生態(tài)、資源、世紀，社會的可持續(xù)發(fā)展及其所涉及的生態(tài)、資源、經(jīng)濟等方面的問題己成為國際社會關注的焦點。出于對人類自身的關經(jīng)濟等方面的問題己成為國際社會關注的焦點。出于對人類自身的關愛，必然會對化學尤其是對合成化學提出新的更高的要求。近年來綠愛，必然會對化學尤其是對合成化學提出新的更高的要求。近年來綠色化學、潔凈技術、環(huán)境友好過程已成為合成化學追求的目標和

13、方向。色化學、潔凈技術、環(huán)境友好過程已成為合成化學追求的目標和方向?？梢姡瑢梢?，對21世紀有機合成所關注的不僅僅是合成了什么分子，而是如世紀有機合成所關注的不僅僅是合成了什么分子，而是如何合成，其中有機合成的有效性、選擇性、經(jīng)濟性、環(huán)境影響和反應何合成，其中有機合成的有效性、選擇性、經(jīng)濟性、環(huán)境影響和反應速率將是有機合成研究的重點。速率將是有機合成研究的重點。 總之，有機合成的發(fā)展趨勢可以概括為兩點：其一是合成什么，包括總之，有機合成的發(fā)展趨勢可以概括為兩點：其一是合成什么，包括合成在生命、材料學科中具有特定功能的分子和分子聚集體；其二是合成在生命、材料學科中具有特定功能的分子和分子聚集體；

14、其二是如何合成，包括高選擇性合成、綠色合成、高效快速合成等。如何合成，包括高選擇性合成、綠色合成、高效快速合成等。 1.2.2 有機合成的的現(xiàn)代成就有機合成的的現(xiàn)代成就（1）已經(jīng)研究清楚的有機反應多達）已經(jīng)研究清楚的有機反應多達3000個以上，有普遍應用價個以上，有普遍應用價值的有值的有 200多個；多個；（2）國內外已商品化的有機試劑有）國內外已商品化的有機試劑有50000多種；多種；（3）具有）具有產(chǎn)率高、反應條件溫和、選擇性和立體定向性產(chǎn)率高、反應條件溫和、選擇性和立體定向性好的新好的新房應大量出現(xiàn)，如光反應、微生物反應、模擬酶合成等；房應大量出現(xiàn)，如光反應、微生物反應、模擬酶合成等；（

15、4）元素有機反應元素有機反應的發(fā)展是有機合成大放異彩；的發(fā)展是有機合成大放異彩；（5）新試劑、新型催化劑新試劑、新型催化劑的出現(xiàn)使反應速度快、條件溫和、選的出現(xiàn)使反應速度快、條件溫和、選擇性好、合成工藝簡單等優(yōu)點。擇性好、合成工藝簡單等優(yōu)點。（6）合成方法合成方法的研究是合成線路具有的研究是合成線路具有科學性、藝術性科學性、藝術性。這在許。這在許多復雜分子中顯示了巨大的潛力和廣闊的應用前景。多復雜分子中顯示了巨大的潛力和廣闊的應用前景。1.2.3 有機合成的發(fā)展趨勢有機合成的發(fā)展趨勢 （1）有機合成今后發(fā)展的良好客觀條件和改進方向）有機合成今后發(fā)展的良好客觀條件和改進方向 理論方面理論方面：將

16、是有機化學理論與量子化學理論相結合對反應歷程和本：將是有機化學理論與量子化學理論相結合對反應歷程和本質的研究更加深入，從而在控制反應的方向與速度、產(chǎn)物的結構與純度及質的研究更加深入，從而在控制反應的方向與速度、產(chǎn)物的結構與純度及提高反應的產(chǎn)率有更多的主動權。提高反應的產(chǎn)率有更多的主動權。 方法方面方法方面：生物化學法、超聲波閥、高壓法、輻射法、酶化學和酶模：生物化學法、超聲波閥、高壓法、輻射法、酶化學和酶模擬合成方法取得重大突破。擬合成方法取得重大突破。 測試手段測試手段：紅外、紫外、核磁共振、：紅外、紫外、核磁共振、色質聯(lián)色質聯(lián)用、高效液相色譜、元素用、高效液相色譜、元素自動分析、自動分析、

17、X-射線衍射等。射線衍射等。 人工智能人工智能：計算機輔助合成線路設計將大大加快合成線路的設計速度。：計算機輔助合成線路設計將大大加快合成線路的設計速度。（2）有機合成化學與其他學科相結合的發(fā)展趨勢）有機合成化學與其他學科相結合的發(fā)展趨勢 與生命科學相結合的有機合成化學與生命科學相結合的有機合成化學：核酸與蛋白質化學中就有很多的：核酸與蛋白質化學中就有很多的合成化學，立體專一性、選擇性、催化活性等。合成化學，立體專一性、選擇性、催化活性等。 與材料科學相結合的有機化學與材料科學相結合的有機化學：新型材料的研究。：新型材料的研究。 精細有機合成的原料主要是來自石油、煤、天然氣和農(nóng)副精細有機合成的

18、原料主要是來自石油、煤、天然氣和農(nóng)副 產(chǎn)品的初級制品，或將這些初級產(chǎn)品經(jīng)簡單反應而制得的制產(chǎn)品的初級制品，或將這些初級產(chǎn)品經(jīng)簡單反應而制得的制品，常用原料簡要介紹如下品，常用原料簡要介紹如下 ： 1.3.1 石油加工石油加工 1.3 精細有機合成的原料來源精細有機合成的原料來源 原料石油中含有幾萬種化合物，以烷烴和少量芳烴原料石油中含有幾萬種化合物，以烷烴和少量芳烴類碳氫化合物為主，另有一些含氮和含硫化合物。類碳氫化合物為主，另有一些含氮和含硫化合物。常用精細化工原料主要由以下兩種方法制得：常用精細化工原料主要由以下兩種方法制得： （1）熱裂解）熱裂解 熱裂解是將直餾汽油、輕柴油、減熱裂解是將

19、直餾汽油、輕柴油、減壓柴油等加熱至壓柴油等加熱至750800，將其裂解為低碳烯烴，將其裂解為低碳烯烴和二烯烴等化工原料。和二烯烴等化工原料。 異戊二烯叔丁醇異丁烯仲丁醇丁烯環(huán)氧氯丙烷丙二醇丙烯腈丙烯醇丙烯氯丙烯酸丙烯醛環(huán)氧丙烯丙酮異丙醇丙烯乙酸乙醛三乙醇胺二乙醇胺單乙醇胺乙二醇環(huán)氧乙烷氯乙醇二氯乙烷氯乙烷乙烯輕柴油，熱裂解（2）催化重整）催化重整 重整是催化將原料油和直餾汽油在催化劑重整是催化將原料油和直餾汽油在催化劑 作作用下，重整成為苯、甲苯和二甲苯等芳烴。用下，重整成為苯、甲苯和二甲苯等芳烴。對苯二甲酸間苯二甲酸鄰苯二甲酸酐鄰苯二甲酸二甲苯苯甲酸苯甲醛芐氯甲苯苯胺硝基苯溴苯氯苯苯酚異丙苯

20、乙苯苯乙烯苯直餾汽油催化重整，1.3.2 1.3.2 煤加工煤加工 煤在煉焦爐內在隔絕空氣下進行高溫煉焦（煤在煉焦爐內在隔絕空氣下進行高溫煉焦（1000100012001200），除得到焦炭外，還可得到粗苯和煤焦油。煤焦），除得到焦炭外，還可得到粗苯和煤焦油。煤焦油經(jīng)精制后，可得下列精細化工原料：油經(jīng)精制后，可得下列精細化工原料： 甲基吡啶六氫吡啶吡啶酚苯酚，甲基酚，二甲基蒽醌蒽鄰苯二甲酸酐萘煤焦油精制1.3.3 天然氣的利用天然氣的利用 天然氣是貯存于地下的可燃性氣體，它的主要成分是甲烷，可直天然氣是貯存于地下的可燃性氣體，它的主要成分是甲烷，可直接用于制取各種氯代甲烷二氯甲烷、三氯甲烷和四

21、氯化碳）、甲醇、接用于制取各種氯代甲烷二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳）、甲醇、甲醛等精細化工原料甲醛等精細化工原料。1.3.4 農(nóng)副產(chǎn)品的利用農(nóng)副產(chǎn)品的利用農(nóng)副產(chǎn)品中的纖維素和動植物油脂經(jīng)發(fā)酵或水解后可提供許多廉價農(nóng)副產(chǎn)品中的纖維素和動植物油脂經(jīng)發(fā)酵或水解后可提供許多廉價的精細化工原料的精細化工原料 （ 草酸乙酸蘋果酸乳酸檸檬酸丁醇乙醇葡萄糖纖維素水解， 油酸十八醇硬脂酸十六醇棕櫚酸肉豆蔻醇肉豆蔻酸月桂醇月桂酸脂肪酸甘油動植物油酯 性質、討論范圍：性質、討論范圍：本課程主要介紹有機合成的理論基礎、精細化工產(chǎn)品生產(chǎn)過本課程主要介紹有機合成的理論基礎、精細化工產(chǎn)品生產(chǎn)過程中最重要的十幾個單元反應（如

22、磺化、硝化、鹵化、烴化、程中最重要的十幾個單元反應（如磺化、硝化、鹵化、烴化、?；?、羥基化、氨解及胺化、重氮化及其重氮鹽的轉化、氧酰化、羥基化、氨解及胺化、重氮化及其重氮鹽的轉化、氧化、還原、酯化、縮合等）的基本原理、工藝方法、控制因化、還原、酯化、縮合等）的基本原理、工藝方法、控制因素以及這些單元反應在生產(chǎn)中的應用；同時對精細有機合成素以及這些單元反應在生產(chǎn)中的應用；同時對精細有機合成的新方法、新技術及新工藝也作了適當介紹；的新方法、新技術及新工藝也作了適當介紹；22此外還介紹了有機合成路線設計的有關知識。學生通過本課此外還介紹了有機合成路線設計的有關知識。學生通過本課程的學習，可獲得精細有

23、機合成單元反應的基礎知識、基本程的學習，可獲得精細有機合成單元反應的基礎知識、基本理論及技術應用，以便為今后從事精細有機合成技術工作、理論及技術應用，以便為今后從事精細有機合成技術工作、實施常規(guī)工藝和常規(guī)管理、參與開發(fā)新產(chǎn)品奠定基礎。實施常規(guī)工藝和常規(guī)管理、參與開發(fā)新產(chǎn)品奠定基礎。學習方法：學習方法：要求有比較牢固的基礎有機化學理論（結構理論）、掌握并能靈活要求有比較牢固的基礎有機化學理論（結構理論）、掌握并能靈活運用有機基本單元反應、對常見有機物或基團的合成有一個比較清運用有機基本單元反應、對常見有機物或基團的合成有一個比較清楚的認識、并初步學會復雜有機物的合成線路設計，并掌握有機合楚的認識

24、、并初步學會復雜有機物的合成線路設計，并掌握有機合成實驗的方法、原理等。成實驗的方法、原理等。首先注意反應物的化學結構、官能團的性質以及反應物的濃度、配首先注意反應物的化學結構、官能團的性質以及反應物的濃度、配比等物理因素對合成反應的影響；比等物理因素對合成反應的影響；其次，在本課程的教學中，應盡可能采用啟發(fā)式教學和類比法教學，其次，在本課程的教學中，應盡可能采用啟發(fā)式教學和類比法教學，把反應類型相同或相近的單元反應進行比較，使學習者能做到觸類把反應類型相同或相近的單元反應進行比較，使學習者能做到觸類旁通，加深理解和掌握。旁通，加深理解和掌握。再次，本課程的教學還應緊密結合專業(yè)綜合實驗、精細化

25、工產(chǎn)品開再次，本課程的教學還應緊密結合專業(yè)綜合實驗、精細化工產(chǎn)品開發(fā)實驗及生產(chǎn)實際展開，注重學生綜合運用所學知識，提高分析問發(fā)實驗及生產(chǎn)實際展開，注重學生綜合運用所學知識，提高分析問題、解決問題和開發(fā)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。題、解決問題和開發(fā)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。 （ 主要參考文獻：主要參考文獻：1.1.唐培堃唐培堃. .精細有機合成化學及工藝學精細有機合成化學及工藝學. .第二版第二版. .天津天津: :天津天津大學出版社大學出版社,2002,20022.2.王建新王建新. .精細有機合成精細有機合成. .北京北京: :中國輕工業(yè)出版社中國輕工業(yè)出版社,2000,20003.3.黃憲等黃憲等. . 新編有

26、機合成化學新編有機合成化學. .北京北京: :化學工業(yè)出版化學工業(yè)出版社社,2005,20054.4.巨勇等巨勇等. .有機合成化學與線路設計有機合成化學與線路設計. .清華大學出版清華大學出版社社,2004,2004第第2章章 有機合成的理論基礎有機合成的理論基礎 有機合成反應按照進行方式的分類不同有機合成反應按照進行方式的分類不同, ,從從形式上可分為取代反應、加成反應、消除反應、形式上可分為取代反應、加成反應、消除反應、重排反應等，每一種反應又可分為若干種反應。重排反應等，每一種反應又可分為若干種反應。了解每種反應的反應過程和了解每種反應的反應過程和反應機理反應機理對有機合對有機合成較為

27、重要。成較為重要。（ 2.1 2.1 有機合成的反應試劑有機合成的反應試劑 2.1.12.1.1 極性試劑極性試劑 親電試劑親電試劑（1 1）正離子：、）正離子：、NO+NO+、R+R+、=O=O、R R4 4N+N+等；等；（2 2）含有可極化和已經(jīng)極化共價鍵的分子：）含有可極化和已經(jīng)極化共價鍵的分子：ClCl2 2、BrBr2 2、HFHF、HClHCl、SOSO3 3、RCOClRCOCl、COCO2 2等；等；（3 3）含有可接受共用電子對的分子（含未飽和價電子層原子的分）含有可接受共用電子對的分子（含未飽和價電子層原子的分子）：子）：AlClAlCl3 3、FeClFeCl3 3、B

28、FBF2 2等；等；（4 4）羰基的雙鍵；）羰基的雙鍵；（5 5）氧化劑：）氧化劑：FeFe3+3+、O O3 3、H H2 2O O2 2等；等；（6 6）酸類；）酸類；（7 7）鹵代烷中的烷基：）鹵代烷中的烷基：R RX X。由該類試劑進攻引起的反應叫親電反應，例如，親電取代、親電由該類試劑進攻引起的反應叫親電反應，例如，親電取代、親電加成。加成。 親核試劑親核試劑 （1 1）負離子：）負離子：OHOH、RORO、ArOArO、NaSONaSO3 3、NaSNaS、CNCN等；等；（2 2）極性分子中偶極的負端：）極性分子中偶極的負端：-RH-RH3 3、-RH-RH2 2、和、和H H2

29、 2O O等；等；（3 3）烯烴雙鍵和芳烴：）烯烴雙鍵和芳烴：CHCH2 2=CH=CH2 2、C C6 6H H6 6等；等；（4 4）還原劑：）還原劑：FeFe2+2+、金屬等；、金屬等；（5 5）堿類；）堿類；（6 6）有機金屬化合物中的烷基：）有機金屬化合物中的烷基：RMgXRMgX、RCCMRCCM等。等。由該類試劑進攻引起的反應叫親核反應，例如，親核取代、親核置換、由該類試劑進攻引起的反應叫親核反應，例如，親核取代、親核置換、親核加成等。親核加成等。 2.1.2 2.1.2 自由基試劑自由基試劑 含有未成對單電子的自由基或是在一定條件下可產(chǎn)生含有未成對單電子的自由基或是在一定條件下

30、可產(chǎn)生自由基的化合物稱自由基試劑。例如，氯分子（自由基的化合物稱自由基試劑。例如，氯分子（Cl2Cl2）可產(chǎn)生氯自由）可產(chǎn)生氯自由基（基（ClCl）。）。2.2 2.2 親電取代反應親電取代反應 精細有機合成中的親電取代反應也稱為正離子型取代反應。進攻試精細有機合成中的親電取代反應也稱為正離子型取代反應。進攻試劑的性質和反應物分子中劑的性質和反應物分子中C CH H鍵的斷列方式，可用以下反應通式表示：鍵的斷列方式，可用以下反應通式表示：式中（烴基）可表示式中（烴基）可表示ArAr（芳基）和（芳基）和AlkAlk（烷基）。此式表明反應既包括芳香（烷基）。此式表明反應既包括芳香族親電取代也可包括脂

31、肪族親電取代，但應用較多是芳香族親電取代以應。族親電取代也可包括脂肪族親電取代，但應用較多是芳香族親電取代以應。芳香環(huán)是一個環(huán)狀共軛體系，由于環(huán)上芳香環(huán)是一個環(huán)狀共軛體系，由于環(huán)上電子云高度離域，電子云密度較高，電子云高度離域，電子云密度較高，容易發(fā)生親電取代反應。容易發(fā)生親電取代反應。 HZRZHRYHZRYZHR（ 2.2.1 2.2.1 芳香族芳香族配合物與配合物與配合物配合物 2.2.2 2.2.2 芳香族親電取代反應歷程芳香族親電取代反應歷程 2.2.3 2.2.3 芳香族親電取代定位規(guī)律芳香族親電取代定位規(guī)律2.2.3.1 2.2.3.1 影響定位的主要因素有：影響定位的主要因素有

32、：（1 1）已有取代基的性質，包括極性效應和空間效應。如）已有取代基的性質，包括極性效應和空間效應。如果已有幾個取代基則決定于它們的性質和相對位置。果已有幾個取代基則決定于它們的性質和相對位置。（2 2）親電試劑的性質，也包括極性效應和空間效應。）親電試劑的性質，也包括極性效應和空間效應。（3 3）反應條件，主要是溫度、催化劑和溶劑的影響。）反應條件，主要是溫度、催化劑和溶劑的影響。以上述因素中，最重要的是已有取代基的極性效應。在芳以上述因素中，最重要的是已有取代基的極性效應。在芳香系取代反應中，苯系的親電取代研究得最多，也最重要香系取代反應中，苯系的親電取代研究得最多，也最重要。2.2.3.

33、2 2.2.3.2 兩類定位基兩類定位基在親電取代中，苯環(huán)上已有取代基對新取代基的定位作用有責任中類型，在親電取代中，苯環(huán)上已有取代基對新取代基的定位作用有責任中類型，即鄰、對位定位和間位定位。通常把鄰、對位定位基叫做第一類定位基，即鄰、對位定位和間位定位。通常把鄰、對位定位基叫做第一類定位基，把間位定位基叫做第二類定位基。把間位定位基叫做第二類定位基。屬于第一類定位基的主要有：屬于第一類定位基的主要有：O O、N(CHN(CH3 3) )3 3、NHNH2 2、OHOH、OCHOCH3 3、NHCOCHNHCOCH3 3、F F、ClCl、BrBr、I I、CHCH3 3、CHCH2 2Cl

34、Cl、CHCH2 2COOHCOOH、CHCH2 2F F等。等。屬于第二類定位基的主要有：屬于第二類定位基的主要有：N+(CHN+(CH3 3) )3 3、CFCF3 3、NONO2 2、CNCN、SOSO3 3H H、COOHCOOH、CHOCHO、COOCHCOOCH3 3、COCHCOCH3 3、CONHCONH2 2、NHNH+ +3 3、CCLCCL3 3等。等。這里所謂鄰、對位定位或間位定位，都是對反應的主要產(chǎn)物而言這里所謂鄰、對位定位或間位定位，都是對反應的主要產(chǎn)物而言 （ 2.2.3.3 2.2.3.3 苯環(huán)的定位規(guī)律苯環(huán)的定位規(guī)律1 1已有取代基的極性效應已有取代基的極性效

35、應 根據(jù)以上討論，各種取代基可歸納為下列三類。根據(jù)以上討論，各種取代基可歸納為下列三類。（1 1）取代基只有正的誘導效應，例如烷基。）取代基只有正的誘導效應，例如烷基。（2 2）取代基中同苯環(huán)相連的原子具有未共有電子對，例如）取代基中同苯環(huán)相連的原子具有未共有電子對，例如OHOH、ClCl等，其未共有電子對和苯環(huán)形成正的共軛效應（等，其未共有電子對和苯環(huán)形成正的共軛效應（+T+T），），它們都是鄰、對位定位基。它們都是鄰、對位定位基。（3 3）取代基具有負的誘導效應，而且同苯環(huán)相連的原子沒有）取代基具有負的誘導效應，而且同苯環(huán)相連的原子沒有未共有電子對，例如：未共有電子對，例如：NRNR3 3

36、、NONO2 2、CFCF3 3、CNCN、SOSO3 3H H、CHOCHO、CORCOR、COOHCOOH、COORCOOR、CONHCONH2 2、CClCCl3 3、和和NHNH3 3等，其中某些取代基除誘導效應外，還有負的共軛效應，等，其中某些取代基除誘導效應外，還有負的共軛效應，它們都便苯環(huán)鈍化，而且是間位定位。它們都便苯環(huán)鈍化，而且是間位定位。（ 表表2-3 2-3 取代基的分類及定位作用取代基的分類及定位作用 2 2已有取代基的空間效應已有取代基的空間效應四種鹵素的電負性是四種鹵素的電負性是F FClClBrBrI I（分別為（分別為4.0,3.2,3.04.0,3.2,3.0

37、和和2.72.7）。）。 3 3親電試劑的極性效應親電試劑的極性效應4 4新取代基的空間效應新取代基的空間效應5 5反應條件的影響反應條件的影響1 1）溫度的影響）溫度的影響溫度升高可以使不可逆的磺化和溫度升高可以使不可逆的磺化和C-C-烷化轉變?yōu)榭赡娣磻?。例如：以甲苯在烷化轉變?yōu)榭赡娣磻?。例如：以甲苯在AlCl3AlCl3存在下與丙烯進行異丙基化，在存在下與丙烯進行異丙基化，在00時是不可逆反應，在時是不可逆反應，在配合物的配合物的相對穩(wěn)定性，得到相對穩(wěn)定性，得到34%34%的鄰位產(chǎn)物。而在的鄰位產(chǎn)物。而在110110時反尖變?yōu)榭赡?，在烷化產(chǎn)時反尖變?yōu)榭赡?，在烷化產(chǎn)物中異丙基和甲基處于同一平

38、面上，鄰位由于空間位阻，穩(wěn)定性低，易通物中異丙基和甲基處于同一平面上，鄰位由于空間位阻，穩(wěn)定性低，易通過質子化過質子化脫異丙基和再異丙基化轉變?yōu)榉€(wěn)定性較高的間位體，即鄰位產(chǎn)脫異丙基和再異丙基化轉變?yōu)榉€(wěn)定性較高的間位體，即鄰位產(chǎn)物只有物只有1%2%1%2%，而間位產(chǎn)物達，而間位產(chǎn)物達65%70%65%70%。2 2）催化劑的影響）催化劑的影響如蒽醌的磺化有汞鹽時，磺基主要進入如蒽醌的磺化有汞鹽時，磺基主要進入位，無汞鹽磺基主要進入位，無汞鹽磺基主要進入位位3 3）介質的影響）介質的影響 6 6已有兩個取代基的定位規(guī)律已有兩個取代基的定位規(guī)律當兩個取代基屬于同一類型（都屬于第一類或第二類定位基），

39、并處于當兩個取代基屬于同一類型（都屬于第一類或第二類定位基），并處于間位，其定位作用間位，其定位作用 是一致的，例如是一致的，例如（ 當兩個取代基屬于不同類型并處于鄰位或對位時，其定位作用當兩個取代基屬于不同類型并處于鄰位或對位時，其定位作用也是一致的。也是一致的。 如果兩個已有取代基對新取代基的定位作用不一致，通常第一如果兩個已有取代基對新取代基的定位作用不一致，通常第一類取代基的定位能力比第二類強得多。類取代基的定位能力比第二類強得多。 當兩個取代基屬于同一類型并處于鄰位或對位，則新當兩個取代基屬于同一類型并處于鄰位或對位，則新取代基進入的位置決定于定位能力較強的取代基。取代基進入的位置決

40、定于定位能力較強的取代基。 2.2.3.4 2.2.3.4 萘環(huán)的定位規(guī)律萘環(huán)的定位規(guī)律E+E+進攻萘環(huán)時可以生成進攻萘環(huán)時可以生成位和位和位產(chǎn)物，位產(chǎn)物，位比位比位活潑。位活潑。當苯環(huán)上已有了一個第一類取代基時，新取代基進入它的同環(huán)，如果已有當苯環(huán)上已有了一個第一類取代基時，新取代基進入它的同環(huán)，如果已有取代基在取代基在位。位。（ 如果已有取代基在如果已有取代基在位，則新取代基主要進入同環(huán)的位，則新取代基主要進入同環(huán)的位，生成位，生成1 1，2-2-異構產(chǎn)物異構產(chǎn)物。如果已有取代基是第二類的，新取代基通常進入沒有取代基的另如果已有取代基是第二類的，新取代基通常進入沒有取代基的另一環(huán)上，并且主

41、要是一環(huán)上，并且主要是位。位。 2.2.3.5 2.2.3.5 蒽醌環(huán)的定位規(guī)律蒽醌環(huán)的定位規(guī)律 蒽醌用發(fā)煙硫酸磺化時，如果有蒽醌用發(fā)煙硫酸磺化時，如果有汞鹽汞鹽存在，磺基主要進入存在，磺基主要進入位。如果沒有汞鹽，則磺基主要進入位。如果沒有汞鹽，則磺基主要進入位位 2.3 2.3 親核取代反應親核取代反應精細有機合成中的親核取代也可稱為負離子型取代反應，進攻試劑的精細有機合成中的親核取代也可稱為負離子型取代反應，進攻試劑的性質和反應物分子中性質和反應物分子中C CH H鍵的斷裂方式，可用以下反應通式表示：鍵的斷裂方式，可用以下反應通式表示：這類反應既包括芳香族親核取代也包括脂肪的親核取代，但

42、應用較多這類反應既包括芳香族親核取代也包括脂肪的親核取代，但應用較多的為脂肪族的親核取代反應，芳香族的則主要應用于親核置換反應的為脂肪族的親核取代反應，芳香族的則主要應用于親核置換反應 （ 2.3.1 2.3.1 脂肪族親核取代反應歷程脂肪族親核取代反應歷程2.3.1.1 2.3.1.1 雙分子歷程（雙分子歷程（SN2SN2）例如鹵代烷的水解反應例如鹵代烷的水解反應：2.3.1.2 2.3.1.2 單分子歷程（單分子歷程（SN1SN1）例如叔鹵烷的水解：例如叔鹵烷的水解：（ 2.3.2 2.3.2 反應的影響因素反應的影響因素2.3.2.1 2.3.2.1 作用物結構的影響作用物結構的影響鹵代

43、烷的水解鹵代烷的水解SN2SN2歷程：伯鹵烷仲鹵烷叔鹵烷歷程：伯鹵烷仲鹵烷叔鹵烷SN1SN1歷程：叔鹵烷仲鹵烷伯鹵烷歷程：叔鹵烷仲鹵烷伯鹵烷2.3.2.2 2.3.2.2 被取代離去基團的影響被取代離去基團的影響RSORSO3 3I IBrBrClClRCOORCOOOHOHNHNH2 22.3.2.3 2.3.2.3 親核試劑的影響親核試劑的影響SN1SN1反應中，親核試劑的性質對反應速度沒有影響。但反應中，親核試劑的性質對反應速度沒有影響。但SN2SN2反應反應中：中：C C2 2H H5 5O OOHOHPhOPhOCHCH3 3CHCHH H2 2O OI IBrBrClClF F和和

44、PhSPhSPhOPhO序數(shù)越大，越容易極化，所以供電性傾向也越大。序數(shù)越大，越容易極化，所以供電性傾向也越大。2.3.2.4 2.3.2.4 溶劑的影響溶劑的影響 溶劑的極性對親核取代反應應機理和反應速度都有很大溶劑的極性對親核取代反應應機理和反應速度都有很大影響。絕大部分影響。絕大部分SN1SN1反應，因此反應，因此極性溶劑極性溶劑有利反應進行。有利反應進行。SN1SN1反應在質子傳遞溶劑中進行有利；而反應在質子傳遞溶劑中進行有利；而SN2SN2反應在非質子傳反應在非質子傳遞溶劑中進行有利。遞溶劑中進行有利。（ 2.3.3 2.3.3 芳香族環(huán)上氫的親核取代反應芳香族環(huán)上氫的親核取代反應2

45、.3.4 2.3.4 芳香族已有取代基的親核置換反應芳香族已有取代基的親核置換反應有有OHOH、OROR、OArOAr、NH2NH2、NHRNHR、NRR/NRR/、NHArNHAr、CNCN和和SHSH等取代基，常要用芳環(huán)上已有取代基的親核置換反應。等取代基，常要用芳環(huán)上已有取代基的親核置換反應。有時為在指定位置引入磺基或鹵基，也要用到這類親核置換反應，有時為在指定位置引入磺基或鹵基，也要用到這類親核置換反應，其重要實例表示如下：其重要實例表示如下：（ 2.3.4.2 2.3.4.2 反應歷程反應歷程1 1，雙分子歷程，雙分子歷程（ 2 2單分子歷程單分子歷程重氮鹽的水解或醇解生成酚或醚是親

46、核置換反應重氮鹽的水解或醇解生成酚或醚是親核置換反應3 3去氫苯歷程去氫苯歷程氯苯用氯苯用10%15%10%15%的氫氧化鈉溶液處理。的氫氧化鈉溶液處理。 2.4 2.4 消除反應消除反應消除反應是指有機物分子中同時除去兩個原子（或基消除反應是指有機物分子中同時除去兩個原子（或基團），形成一個新分子，通常是不飽和程度增加的反應。團），形成一個新分子，通常是不飽和程度增加的反應。（ 2.4.1 消除反應2.4.1.1 雙分子反應歷程（E2歷程） v=kBBX v=kBBX2.4.1.2 單分子反應歷程（E1歷程） v=kBX例如乙醇脫水，乙醇在硫酸作用下先形成乙基碳CH3CH，而后在不同溫度下發(fā)

47、生不同的反應。2.4.1.3 -消除反應的定向1）查依采夫（Saytzeff）法則氫從含氫最少的碳原子上消除，主要生成不飽和碳原子上烷基數(shù)目最多的烯烴。 2 2）霍夫曼（）霍夫曼（HofmannHofmann）法則）法則季銨堿分解時：季銨堿分解時：（3 3）第三種情況）第三種情況已有一個雙鍵，均以形成共軛雙鍵產(chǎn)品為主。已有一個雙鍵，均以形成共軛雙鍵產(chǎn)品為主。 2.4.2 -2.4.2 -消除反應消除反應-消除反應是在相同的碳原子上消除兩個原子（或基團），形成高度活消除反應是在相同的碳原子上消除兩個原子（或基團），形成高度活潑的缺電性質點?？ㄙe能與多種單鍵發(fā)生插入反應。潑的缺電性質點?？ㄙe能與多種單鍵發(fā)生插入反應。 2.4.3 2.4.3 消除反應的影響因素消除反應的影響因素2.4.3.1 2.4.3.1 反應物分子結構的影響反應物分子結構的影響1 1反應物