有機(jī)化學(xué)九十六個(gè)反應(yīng)機(jī)理

有機(jī)化學(xué)九十六個(gè)反應(yīng)機(jī)理Arbuzov反應(yīng)亞磷酸三烷基酯作為親核試劑與鹵代烷作用，生成烷基瞬酸二烷基酯和一個(gè)新的鹵代烷：鹵代烷反應(yīng)時(shí)，其活性次序?yàn)椋篟'IR'BrR'C。除了鹵代烷外，烯丙型或炔丙型鹵化物、a-鹵代醚、a-或b-鹵代酸酯、對(duì)甲苯磺酸酯等也可以進(jìn)行反應(yīng)。當(dāng)亞酸三烷基酯中三個(gè)烷基各不相同時(shí)，總是先脫除含碳原子數(shù)最少的基團(tuán)。本反應(yīng)是由醇制備鹵代烷的很好方法，因?yàn)閬喠姿崛榛タ梢杂纱寂c三氯化磷反應(yīng)制得：如果反應(yīng)所用的鹵代烷 R'X的烷基和亞磷酸三烷基酯(RO)3P的烷基相同(即R'=R)，則Arbuzov反應(yīng)如下：這是制備烷基瞬酸酯的常用方法。除了亞磷酸三烷基酯外，亞瞬酸酯RP(OR')2和次亞瞬酸酯R2POR'也能發(fā)生該類反應(yīng)，例如：反應(yīng)機(jī)理一般認(rèn)為是按SN2進(jìn)行的分子內(nèi)重排反應(yīng)：反應(yīng)實(shí)例Arndt-Eister反應(yīng)酰氯與重氮甲烷反應(yīng)，然后在氧化銀催化下與水共熱得到酸。反應(yīng)機(jī)理重氮甲烷與酰氯反應(yīng)首先形成重氮酮（1）,（1）在氧化銀催化下與水共熱，得到?；ㄙe（2），（2）發(fā)生重排得烯酮（3），（3）與水反應(yīng)生成酸，若與醇或氨（胺）反應(yīng)，則得酯或酰胺。反應(yīng)實(shí)例Baeyer Villiger反應(yīng)反應(yīng)機(jī)理過(guò)酸先與羰基進(jìn)行親核加成，然后酮羰基上的一個(gè)烴基帶著一對(duì)電子遷移到-O-O-基團(tuán)中與羰基碳原子直接相連的氧原子上，同時(shí)發(fā)生O-O鍵異裂。因此，這是一個(gè)重排反應(yīng)具有光學(xué)活性的3---苯基丁酮和過(guò)酸反應(yīng)，重排產(chǎn)物手性碳原子的枸型保持不變，說(shuō)明反應(yīng)屬于分子內(nèi)重排：不對(duì)稱的酮氧化時(shí)，在重排步驟中，兩個(gè)基團(tuán)均可遷移，但是還是有一定的選擇性，按遷移能力其順序?yàn)椋喝┭趸臋C(jī)理與此相似，但遷移的是氫負(fù)離子，得到羧酸。反應(yīng)實(shí)例酮類化合物用過(guò)酸如過(guò)氧乙酸、過(guò)氧苯甲酸、間氯過(guò)氧苯甲酸或三氟過(guò)氧乙酸等氧化，可在羰基旁邊插入一個(gè)氧原子生成相應(yīng)的酯，其中三氟過(guò)氧乙酸是最好的氧化劑。這類氧化劑的特點(diǎn)是反應(yīng)速率快，反應(yīng)溫度一般在10?40℃之間，產(chǎn)率高。Beckmann重排肟在酸如硫酸、多聚磷酸以及能產(chǎn)生強(qiáng)酸的五氯化磷、三氯化磷、苯磺酰氯、亞硫酰氯等作用下發(fā)生重排，生成相應(yīng)的取代酰胺，如環(huán)己酮肟在硫酸作用下重排生成己內(nèi)酰胺：反應(yīng)機(jī)理在酸作用下，肟首先發(fā)生質(zhì)子化，然后脫去一分子水，同時(shí)與羥基處于反位的基團(tuán)遷移到缺電子的氮原子上，所形成的碳正離子與水反應(yīng)得到酰胺。遷移基團(tuán)如果是手性碳原子，則在遷移前后其構(gòu)型不變，例如：反應(yīng)實(shí)例Birch還原芳香化合物用堿金屬（鈉、鉀或鋰）在液氨與醇（乙醇、異丙醇或仲丁醇）的混合液中還原，苯環(huán)可被還原成非共軛的1，4-環(huán)己二烯化合物。首先是鈉和液氨作用生成溶劑化點(diǎn)子，然后苯得到一個(gè)電子生成自由基負(fù)離子（I），這是苯環(huán)的刀電子體系中有7個(gè)電子，加到苯環(huán)上那個(gè)電子處在苯環(huán)分子軌道的反鍵軌道上，自由基負(fù)離子仍是個(gè)環(huán)狀共軛體系,（I）表示的是部分共振式。（I）不穩(wěn)定而被質(zhì)子化，隨即從乙醇中奪取一個(gè)質(zhì)子生成環(huán)己二烯自由基（II）。（II）在取得一個(gè)溶劑化電子轉(zhuǎn)變成環(huán)己二烯負(fù)離子（III），（III）是一個(gè)強(qiáng)堿，迅速再?gòu)囊掖贾袏Z取一個(gè)電子生成1，4-環(huán)己二烯。環(huán)己二烯負(fù)離子（III）在共軛鏈的中間碳原子上質(zhì)子化比末端碳原子上質(zhì)子快，原因尚不清楚。反應(yīng)實(shí)例取代的苯也能發(fā)生還原，并且通過(guò)得到單一的還原產(chǎn)物。例如Bouveault---Blanc還原脂肪族羧酸酯可用金屬鈉和醇還原得一級(jí)醇。a，B-不飽和羧酸酯還原得相應(yīng)的飽和醇。芳香酸酯也可進(jìn)行本反應(yīng)，但收率較低。本法在氫化鋰鋁還原酯的方法發(fā)現(xiàn)以前，廣泛地被使用，非共軛的雙鍵可不受影響。反應(yīng)機(jī)理首先酯從金屬鈉獲得一個(gè)電子還原為自由基負(fù)離子，然后從醇中奪取一個(gè)質(zhì)子轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂苫購(gòu)拟c得一個(gè)電子生成負(fù)離子，消除烷氧基成為醛，醛再經(jīng)過(guò)相同的步驟還原成鈉，再酸化得到相應(yīng)的醇。反應(yīng)實(shí)例醛酮也可以用本法還原，得到相應(yīng)的醇：Bucherer反應(yīng)萘酚及其衍生物在亞硫酸或亞硫酸氫鹽存在下和氨進(jìn)行高溫反應(yīng)，可得萘胺衍生物，反應(yīng)是可逆的。反應(yīng)時(shí)如用一級(jí)胺或二級(jí)胺與萘酚反應(yīng)則制得二級(jí)或三級(jí)萘胺。如有萘胺制萘酚，可將其加入到熱的亞硫酸氫鈉中，再加入堿，經(jīng)煮沸除去氨而得。反應(yīng)機(jī)理本反應(yīng)的機(jī)理為加成消除過(guò)程，反應(yīng)的第一步（無(wú)論從哪個(gè)方向開始）都是亞硫酸氫鈉加成到環(huán)的雙鍵上得到烯醇（II）或烯胺（VI），它們?cè)龠M(jìn)行下一步互變異構(gòu)為酮（III）或亞胺（IV）:反應(yīng)實(shí)例Bamberger,E.重排苯基羥胺（N-羥基苯胺）和稀硫酸一起加熱發(fā)生重排成對(duì)-氨基苯酚：在H2SO4-C2H50^或CH3OH）中重排生成對(duì)-乙氧基（或甲氧基）苯胺：其他芳基羥胺，它的環(huán)上的o-p位上未被取代者會(huì)起類似的重排。例如，對(duì)-氯苯基羥胺重排成2-氨基-5-氯苯酚：反應(yīng)機(jī)理反應(yīng)實(shí)例Berthsen,A.Y吖啶合成法二芳基胺類與羧酸在無(wú)水ZnCl2存在下加熱起縮合作用，生成吖啶類化合物。反應(yīng)機(jī)理反應(yīng)機(jī)理不詳反應(yīng)實(shí)例Cannizzaro反應(yīng)凡a位碳原子上無(wú)活潑氫的醛類和濃NaOH或KOH水或醇溶液作用時(shí)，不發(fā)生醇醛縮合或樹脂化作用而起歧化反應(yīng)生成與醛相當(dāng)?shù)乃幔ǔ甥}）及醇的混合物。此反應(yīng)的特征是醛自身同時(shí)發(fā)生氧化及還原作用，一分子被氧化成酸的鹽，另一分子被還原成醇：脂肪醛中，只有甲醛和與羰基相連的是一個(gè)叔碳原子的醛類，才會(huì)發(fā)生此反應(yīng)，其他醛類與強(qiáng)堿液，作用發(fā)生醇醛縮合或進(jìn)一步變成樹脂狀物質(zhì)。具有a-活潑氫原子的醛和甲醛首先發(fā)生羥醛縮合反應(yīng)，得到無(wú)a-活潑氫原子的B-羥基醛，然后再與甲醛進(jìn)行交叉Cannizzaro反應(yīng)，如乙醛和甲醛反應(yīng)得到季戊四醇：反應(yīng)機(jī)理醛首先和氫氧根負(fù)離子進(jìn)行親核加成得到負(fù)離子，然后碳上的氫帶著一對(duì)電子以氫負(fù)離子的形式轉(zhuǎn)移到另一分子的羰基不能碳原子上。反應(yīng)實(shí)例Chichibabin反應(yīng)雜環(huán)堿類，與堿金屬的氨基物一起加熱時(shí)發(fā)生胺化反應(yīng)，得到相應(yīng)的氨基衍生物，如吡啶與氨基鈉反應(yīng)生成2-氨基啶，如果a位已被占據(jù)，則得Y-氨基吡啶，但產(chǎn)率很低。本法是雜環(huán)上引入氨基的簡(jiǎn)便有效的方法，廣泛適用于各種氮雜芳環(huán)，如苯并咪唑、異喹咻、丫啶和菲啶類化合物均能發(fā)生本反應(yīng)。喹咻、吡嗪、嘧啶、噻唑類化合物較為困難。氨基化試劑除氨基鈉、氨基鉀外，還可以用取代的堿金屬氨化物:反應(yīng)機(jī)理反應(yīng)機(jī)理還不是很清楚，可能是吡啶與氨基首先加成，（I），（I）轉(zhuǎn)移一個(gè)負(fù)離子給質(zhì)子給予體k或，產(chǎn)生一分子氫氣和形成小量的2-氨基吡啶（II），此小量的（II）又可以作為質(zhì)子的給予體，最后的產(chǎn)物是2-氨基吡啶的鈉鹽，用水分解得到2-氨基吡啶：反應(yīng)實(shí)例吡啶類化合物不易進(jìn)行硝化，用硝基還原法制備氨基吡啶甚為困難。本反應(yīng)是在雜環(huán)上引入氨基的簡(jiǎn)便有效的方法，廣泛適用于各種氮雜芳環(huán)，如苯并咪唑、異喹咻、吖啶和菲啶類化合物均能發(fā)生本反應(yīng)。Claisen酯縮合反應(yīng)在金屬鈉和少量乙醇作用下發(fā)生縮合得到乙酰乙酸乙酯。含有a-氫的酯在醇鈉等堿性縮合劑作用下發(fā)生縮合作用，失去一分子醇得到0-酮酸酯。如2分子乙酸乙酯二元羧酸酯的分子內(nèi)酯縮合見Dieckmann縮合反應(yīng)。反應(yīng)機(jī)理乙酸乙酯的a-氫酸性很弱9的-24.5），而乙醇鈉又是一個(gè)相對(duì)較弱的堿（乙醇的pKa?15.9），因此，乙酸乙酯與乙醇鈉作用所形成的負(fù)離子在平衡體系是很少的。但由于最后產(chǎn)物乙酰乙酸乙酯是一個(gè)比較強(qiáng)的酸，能與乙醇鈉作用形成穩(wěn)定的負(fù)離子，從而使平衡朝產(chǎn)物方向移動(dòng)。所以，盡管反應(yīng)體系中的乙酸乙酯負(fù)離子濃度很低，但一形成后，就不斷地反應(yīng)，結(jié)果反應(yīng)還是可以順利完成。常用的堿性縮合劑除乙醇鈉外，還有叔丁醇鉀、叔丁醇鈉、氫化鉀、氫化鈉、三苯甲基鈉、二異丙氨基鋰LDA）和Grignard試劑等。反應(yīng)實(shí)例如果酯的a-碳上只有一個(gè)氫原子，由于酸性太弱，用乙醇鈉難于形成負(fù)離子，需要用較強(qiáng)的堿才能把酯變?yōu)樨?fù)離子。如異丁酸乙酯在三苯甲基鈉作用下，可以進(jìn)行縮合，而在乙醇鈉作用下則不能發(fā)生反應(yīng)：兩種不同的酯也能發(fā)生酯縮合，理論上可得到四種不同的產(chǎn)物，稱為混合酯縮合，在制備上沒有太大意義。如果其中一個(gè)酯分子中既無(wú)a-氫原子，而且烷氧羰基又比較活潑時(shí)，則僅生成一種縮合產(chǎn)物。如苯甲酸酯、甲酸酯、草酸酯、碳酸酯等。與其它含a-氫原子的酯反應(yīng)時(shí)，都只生成一種縮合產(chǎn)物。實(shí)際上這個(gè)反應(yīng)不限于酯類自身的縮合，酯與含活潑亞甲基的化合物都可以發(fā)生這樣的縮合反應(yīng)，這個(gè)反應(yīng)可以用下列通式表示：Claisen—Schmidt反應(yīng)一個(gè)無(wú)氫原子的醛與一個(gè)帶有氫原子的脂肪族醛或酮在稀氫氧化鈉水溶液或醇溶液存在下發(fā)生縮合反應(yīng)，并失水得到不飽和醛或酮反應(yīng)機(jī)理反應(yīng)實(shí)例Claisen重排烯丙基芳基醚在高溫（200°C）下可以重排，生成烯丙基酚。當(dāng)烯丙基芳基醚的兩個(gè)鄰位未被取代基占滿時(shí)，重排主要得到鄰位產(chǎn)物，兩個(gè)鄰位均被取代基占據(jù)時(shí)，重排得到對(duì)位產(chǎn)物。對(duì)位、鄰位均被占滿時(shí)不發(fā)生此類重排反應(yīng)。交叉反應(yīng)實(shí)驗(yàn)證明：Claisen重排是分子內(nèi)的重排。采用g-碳C標(biāo)記的烯丙基醚進(jìn)行重排，重排后g-碳原子14與苯環(huán)相連，碳碳雙鍵發(fā)生位移。兩個(gè)鄰位都被取代的芳基烯丙基酚，重排后則仍是a-碳原子與苯環(huán)相連。反應(yīng)機(jī)理Claisen重排是個(gè)協(xié)同反應(yīng)，中間經(jīng)過(guò)一個(gè)環(huán)狀過(guò)渡態(tài)，所以芳環(huán)上取代基的電子效應(yīng)對(duì)重排無(wú)影響。從烯丙基芳基醚重排為鄰烯丙基酚經(jīng)過(guò)一次[3,3]s遷移和一次由酮式到烯醇式的互變異構(gòu)；兩個(gè)鄰位都被取代基占據(jù)的烯丙基芳基酚重排時(shí)先經(jīng)過(guò)一次[3,3]s遷移到鄰位（Claisen重排），由于鄰位已被取代基占據(jù)，無(wú)法發(fā)生互變異構(gòu)，接著又發(fā)生一次[3,3]s遷移（Cope重排）到對(duì)位，然后經(jīng)互變異構(gòu)得到對(duì)位烯丙基酚。取代的烯丙基芳基醚重排時(shí)，無(wú)論原來(lái)的烯丙基雙鍵是Z-構(gòu)型還是E-構(gòu)型，重排后的新雙鍵的構(gòu)型都是E-型，這是因?yàn)橹嘏欧磻?yīng)所經(jīng)過(guò)的六員環(huán)狀過(guò)渡態(tài)具有穩(wěn)定椅式構(gòu)象的緣故。反應(yīng)實(shí)例Claisen重排具有普遍性，在醚類化合物中，如果存在烯丙氧基與碳碳相連的結(jié)構(gòu)，就有可能發(fā)生Claisen重排。Clemmensen還原醛類或酮類分子中的羰基被鋅汞齊和濃鹽酸還原為亞甲基：此法只適用于對(duì)酸穩(wěn)定的化合物。對(duì)酸不穩(wěn)定而對(duì)堿穩(wěn)定的化合物可用Wolff-Kishner-黃鳴龍反應(yīng)還原。反應(yīng)機(jī)理本反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理較復(fù)雜，目前尚不很清楚。反應(yīng)實(shí)例Combes喹咻合成法Combes合成法是合成喹咻的另一種方法，是用芳胺與1,3-二羰基化合物反應(yīng)，首先得到高產(chǎn)率的B-氨基烯酮，然后在濃硫酸作用下，羰基氧質(zhì)子化后的羰基碳原子向氨基鄰位的苯環(huán)碳原子進(jìn)行親電進(jìn)攻，關(guān)環(huán)后，再脫水得到喹咻。反應(yīng)機(jī)理在氨基的間位有強(qiáng)的鄰、對(duì)位定位基團(tuán)存在時(shí)，關(guān)環(huán)反應(yīng)容易發(fā)生；但當(dāng)強(qiáng)鄰、對(duì)位定位基團(tuán)存在于氨基的對(duì)位時(shí)，則不易發(fā)生關(guān)環(huán)反應(yīng)。Cope消除反應(yīng)叔胺的N-氧化物（氧化叔胺）熱解時(shí)生成烯烴和NN-二取代羥胺，產(chǎn)率很高。實(shí)際上只需將叔胺與氧化劑放在一起，不需分離出氧化叔胺即可繼續(xù)進(jìn)行反應(yīng)，例如在干燥的二甲亞砜或四氫呋喃中這個(gè)反應(yīng)可在室溫進(jìn)行。此反應(yīng)條件溫和、副反應(yīng)少，反應(yīng)過(guò)程中不發(fā)生重排，可用來(lái)制備許多烯烴。當(dāng)氧化叔胺的一個(gè)烴基上二個(gè)B位有氫原子存在時(shí)，消除得到的烯烴是混合物，但是Hofmann產(chǎn)物為主；如得到的烯烴有順反異構(gòu)時(shí)，一般以E-型為主。例如：反應(yīng)機(jī)理這個(gè)反應(yīng)是E2順式消除反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中形成一個(gè)平面的五員環(huán)過(guò)度態(tài)，氧化叔胺的氧作為進(jìn)攻的堿：要產(chǎn)生這樣的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，氨基和B-氫原子必須處于同一側(cè)，并且在形成五員環(huán)過(guò)度態(tài)時(shí)，a，B-碳原子上的原子基團(tuán)呈重疊型，這樣的過(guò)度態(tài)需要較高的活化能，形成后也很不穩(wěn)定，易于進(jìn)行消除反應(yīng)。反應(yīng)實(shí)例Cope重排1,5-二烯類化合物受熱時(shí)發(fā)生類似于O-烯丙基重排為C-烯丙基的重排反應(yīng)（Claisen重排）反應(yīng)稱為Cope重排。這個(gè)反應(yīng)30多年來(lái)引起人們的廣泛注意。1,5-二烯在150-200C。單獨(dú)加熱短時(shí)間就容易發(fā)生重排，并且產(chǎn)率非常好。Cope重排屬于周環(huán)反應(yīng)，它和其它周環(huán)反應(yīng)的特點(diǎn)一樣，具有高度的立體選擇性。例如：內(nèi)消旋一3,4-二甲基反應(yīng)機(jī)理Cope重排是[3,3]s-遷移反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程是經(jīng)過(guò)一個(gè)環(huán)狀過(guò)渡態(tài)進(jìn)行的協(xié)同反應(yīng)：在立體化學(xué)上，表現(xiàn)為經(jīng)過(guò)椅式環(huán)狀過(guò)渡態(tài)：反應(yīng)實(shí)例Curtius反應(yīng)?；B氮化物在惰性溶劑中加熱分解生成異氰酸酯異氰酸酯水解則得到胺：反應(yīng)機(jī)理反應(yīng)實(shí)例1,2-二元醇類的氧化產(chǎn)物因所用的氧化劑的種類而不同。用K2Cr2O7或KMnO4氧化時(shí)生成酸類。用特殊氧化劑四乙醋酸鉛在—或苯等不活潑有機(jī)溶劑中緩和氧化，生成二分子羰基化合物（醛或酮）。氧化反應(yīng)也可以在酸催化劑（三氯醋酸）存在下進(jìn)行。本反應(yīng)被廣泛地應(yīng)用于研究醇類結(jié)構(gòu)及制備醛、酮類，產(chǎn)率很高。反應(yīng)機(jī)理反應(yīng)過(guò)程中先生成環(huán)酯中間產(chǎn)物，進(jìn)一步C--C鍵裂開成醛或酮。酸催化的場(chǎng)合，反應(yīng)歷程可以用下式表示：反應(yīng)實(shí)例Dakin反應(yīng)酚醛或酚酮類用H2O2在NaOH存在下氧化時(shí)，可將分子中的-CHO基或CH3CO-基被-OH基所置換，生成相對(duì)應(yīng)的酚類。本反應(yīng)可利用以制備多遠(yuǎn)酚類。反應(yīng)機(jī)理反應(yīng)實(shí)例Elbs反應(yīng)羰基的鄰位有甲基或亞甲基的二芳基酮，加熱時(shí)發(fā)生環(huán)化脫氫作用，生成蒽的衍生物：由于這個(gè)反應(yīng)通常是在回流溫度或高達(dá)400-450°C的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行，不用催化劑和溶劑，直到反應(yīng)物沒有水放出為止，在這樣的高溫條件下，一部分原料和產(chǎn)物發(fā)生碳化，部分原料酮被釋放出的水所裂解，烴基發(fā)生消除或降解以及分子重排等副反應(yīng)，致使產(chǎn)率不高。反應(yīng)機(jī)理本反應(yīng)的機(jī)理尚不清楚。反應(yīng)實(shí)例Edvhweiler-Clarke反應(yīng)在過(guò)量甲酸存在下，一級(jí)胺或二級(jí)胺與甲醛反應(yīng)，得到甲基化后的三級(jí)胺：甲醛在這里作為一個(gè)甲基化試劑。反應(yīng)機(jī)理反應(yīng)實(shí)例Elbs,K.過(guò)硫酸鉀氧化法將一元酚類或類似化合物用過(guò)硫酸鉀在堿性溶液中氧化羥基引入在原有羥基的對(duì)位或鄰位，生成二元酚類。分子中的醛基或雙鍵等都不影響。產(chǎn)率約20?48%。過(guò)硫酸鉀的水溶液在加熱時(shí)放出氧：芳伯胺類如用本試劑氧化時(shí)，變成硝基化合物。反應(yīng)機(jī)理Favorskii重排a-鹵代酮在氫氧化鈉水溶液中加熱重排生成含相同碳原子數(shù)的羧酸；如為環(huán)狀a-鹵代酮，則