有机化学知识精讲与系统总结 .pdf

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1、各基因吸(给)电子次序如下:F,Cl,Br,I,OCH3,OH,C6H5,CH=CH2,H,CH3,C2H5,CH(CH3)2,C(CH3)3。等;带负电荷的基团具有高度给电子性,如O-、S-等。价键不饱和度愈大,吸电子性愈强,如CCRCR=CR2CR2CR3,=OOR,NNRNR2。电子诱导效应(I)大小顺序如何?【例【例 5 5】比较 ClCH2COOH()、CH3COOH()、CH3CH2COOH()三种化合物的酸性。解:解:吸电子能力ClHCH3;取代基吸电子能力大,使酸根负离子稳定,酸性大;故酸性次序为()()()。(2 2)共轭效应)共轭效应在共轭体系中由于电子离域,电子云密度平均

2、化,体系内能降低,因而更加稳定,这种效应叫共轭效应。其特点是:共平面性 共轭体系中各键必须能在同一平面上,参与共轭的 p 轨道才能互相平行交叠;键长平均化 共轭链愈长,单键双键的键长愈接近。苯环中键长完全相等;能量降低 降低的能量叫共轭能,如丁二烯为 14.6kJ/mol;苯为 151kJ/mol;萘为 255kJmol;折射率较高 紫外吸收max变长;通过共轭链传递电子云正负极性交替分布,很少减弱。共轭体系有以下两种类型:p共轭有三种:(3),p 超共轭C(CH3)3在苯环上的定位效应及致活效应均小于 CH3,是由于CH3与苯环有 3 个超共轭效应。p 超共轭可用来解释游离基及碳正离子的稳定

3、性次序。例如,【例例 2 2】指出下列化合物中哪一个酸性最强?AC2H5OH BC2H5SH CD解解:SH 键的离解能比 OH 键小,硫醇、硫酚的酸性比醇和酚强,【例例 7 7】比较水中 CH3NH2、(CH3)2NH、(CH3)3N、NH3的碱性。解解:从给电子诱导效应来看,碱性顺序应为叔胺仲胺伯胺NH3。但实测结果是:(CH3)2NHCH3NH2(CH3)3NNH3。其解释是由于氢键的存在增加了共轭酸的稳定性,从而增加了碱性。故而在氯仿中测得的三种丁胺的碱性次序则为:(C4H9)3N(C4H9)2NHC4H9NH2因氯仿中无氢键作用,故其次序与推测一致。而在水溶液中仍为:仲伯叔。分子中吸

4、电子基团减弱碱性。如(CF3)3N 没有碱性,碱性很弱,邻苯二甲酰亚胺由于二个吸电子基团加上离域,使得 N 上的 H 带有酸性,以致能与碱金属成盐:共轭效应也能增加碱性,比如胍的共轭酸由于离域得到高度稳定:故胍是强碱。【例例 1 1】比较新戊烷()和正戊烷()的沸点和熔点。解解:结构式()()CH3CH2CH2CH2CH3熔点()-17()-130沸点 9 36.1(3 3)对溶解度的影响)对溶解度的影响溶剂有以下三类:质子溶剂 如水、醇、胺、氨、酸等,分子内有活泼氢;偶极非质子溶剂 如丙酮、乙腈(CH3CN)、二甲基甲酰胺甲基磷酰胺(CH3)2N3PO)等,分子内有极性基团而没有质子;非极性

5、溶剂 如烃类、苯类、醚类与卤代烷等。二甲亚砜(CH3)2SO)、六经验规律为相似相溶原则:极性大的分子与极性大的分子相溶,反之亦然。存在氢键的化合物易溶于质子溶剂中,故甲烷与烃类、苯类、醚类等可以互溶,水与甲醇可以互溶。醇分子增大时,与水分子中相似部分逐渐减少,在水中溶解度也减小。四四.有机反应历程有机反应历程(1 1)自由基)自由基自由基的相对稳定性可以从 CH 键离解能大小判别,键离解能越大,自由基稳定性越小。如按稳定性次序排列R3CR2CHRCH2CH3CH 键离解能:380.7 395.4 410.0 435.1(kJmol)化合物的酸性越大,碳负离子越稳定。对碳负离子起稳定作用的因素

6、有:增加碳负离子上 s 轨道成分。s 成分越高,离核越近,电子被碳原子核拉得越紧,则碳负离子越稳定。例如,酸性次序:CH3-CH3CH2=CH2CHCH轨道:sp3 sp2 sp吸电子诱导效应。HC(CF3)3 HCF3 CH4pka:11 28 43所以碳负离子稳定性次序为:反之,给电子诱导效应使之不稳定,故与碳正离子相反。碳负离子上的孤电子对与重键共轭酯基稳定作用较差是由于其中 OEt 中氧原子有给电子性。3 3加成反应加成反应影响羰基活性的主要因素有二:电子效应 给电子基团使羰基活性降低,而吸电子基团使羰基活性增加。CF3COCF3CF3COCH3ClCH2COCH3CH3COCH3空间

7、效应 在 rds(速率决定步骤)中羰基碳原子由 sp2杂化变成了 sp3杂化,键角由大变小,因此取代基体积大小对反应速度和平衡位置有显著影响。故简单加成反应:强亲核试剂发生不可逆加成。如,否则发生可逆加成。如,【例例 8 8】哪一个醛或酮与水加成生成的水合物最稳定?解解:BCCl3为强吸电子基,H 体积小,电子因素及空间因素均有利;CC(CH3)3为给电子基,空间阻碍较大;DCH3比 H 体积大;A苯环与共轭,水合破坏共轭,所以不稳定。故答案为 B。加成消除反应:如亲核体加成后还带着酸性的质子,就可能接着产生消除反应,得到取代产物,主要是与氨衍生物的反应。立体化学:亲核试剂容易从位阻小的一面进

8、攻,如叔丁基环己酮还原时,如试剂体积大,3,5 直立 H 空间阻碍起主要作用,试剂从下面进攻为主要产物。如试剂体积小,直立 H 影响小,生成 OH 在 e 键的产物张力较小,故 OH 在 e 键为主要产物。Cram 规则:如羰基与手性碳原子相连,手性碳原子上另外三个基团分别为 L(大)、M(中)、S(小)起加成反应时羰基在 M 与 S 之间,亲核试剂从S 一边进攻为主要产物。如反应为平衡控制则不服从此规则。羧酸衍生物的反应大多数是通过加成消除历程进行的。反应速度与离去基团的性质有关,其次序为:酰氯酸酐酯酰胺酯化和水解:大多数羧酸酯在碱性溶液中水解,按 BAC2历程为酰氧破裂双分子反应。行分析,

9、其中18O 含量与反应物比较有何变化?A未变 B增加 C减少 D未定酯的酸性水解是通过共轭酸进行的,称 AAC2历程,A 表示酸性水解。酯中,故得到 A。酯缩合反应 Claisen 酯缩合:在醇钠等碱性催化剂存在下,二分子酯缩合成-酮酸酯。【例例 1111】用乙酸乙酯制备乙酰乙酸乙酯是哪一种反应?A羟醛缩合BClaisen 缩合 CKnoevenagel 缩合DDieckmann 缩合解解:故为 B分子内的酯缩合反应叫 Dieckmann 缩合,可用于五元环及六元环化合物的合成。4 4芳环上的取代反应芳环上的取代反应(1 1)亲电取代反应)亲电取代反应芳环为大体系,电子云密度丰富,极易进行亲电

10、取代反应。反应历程是亲电试剂 E+可取代有致钝基团的芳环;中等亲电试剂:R3C+,RCH2XFeX3,RCO+,团的芳环;度致活的芳环。苯环上两类定位基邻对位定位基(第一类)发生反应;外,都能发生反应;弱活化:CH3,R,Ar,CH=CH2;弱钝化:F、Cl、Br、I。结构特点:与苯环直接相连的原子上有负电荷或未共享电子对,能向苯环供电共轭或超共轭。间位定位基(第二类)强致钝基团:+NR3,NO2,CF3,CCl3,CN,一般只在间位取代,只有强亲电试剂能与之反应:结构特点:与苯环直接相连的原子上有正电荷,吸电子基或重键(有吸电子性的),能使苯环电子云密度减弱。CH3、CH2Cl、CHCl2是

11、邻对位定位基,CCl3是间位定位基。有二个取代基的定位效应主要由较强的定位基决定。【例【例 1 1】芳香族化合物氯苯()、硝基苯()、N,N-二甲苯胺()、苯甲醚()等进行硝化时,其反应速度的快慢顺序如何?A BC D解解:B。【例【例 2 2】某溴苯与 Br2FeBr3反应只得到一种三溴苯产物,该溴苯应为:解解:C。因-Br 是邻对位定位基,所以,A和 B都有两种三溴苯产物,而 D有 3 种三溴苯产物。(2 2)亲核取代反应)亲核取代反应在特殊结构或特殊条件下产生。加成消除历程 芳环上有吸电子基使之活化,以-NO2最强,如 OH-、CN-、-OR、胺等。生成碳负离子络合物中间体叫 Meise

12、nheimer 络合物。例如,已被核磁和 X 射线所证实。【例【例 3 3】2,4-二硝基氯苯和氨发生反应生成 2,4-二硝基苯胺的反应历程是什么?A亲电取代反应 B双分子消除加成反应C双分子加成消除反应 D单分子亲核取代反应答答:C苯炔历程(消除加成历程)发生于试剂碱性很强时。特征为亲核试剂不一定进入离去基团所在位置上,可以在它的邻位。5 5饱和碳原子上的亲核取代反应饱和碳原子上的亲核取代反应通式是:Nu-RLNuRL-其中 Nu-表示亲核试剂,可以是负离子或带未共享电子对的中性分子;RL 表示作用物、为中性分子或正离子;L 表示离去基团。反应进行有两种类型,一种是单分子亲核取代反应 SN1

13、,速率=k1RL;另一种为双分子亲核取代反应 SN2,速率=k2RLNu-:。SN2 为一步反应,亲核试剂进攻与离去基团离去同时发生。例如:SN1为二步反应,先离解成碳正离子,随即快速的受试剂进攻。凡使碳正离子稳定的因素,有利于 SN1;空间障碍小,有利于 SN2;和位有大的取代基,不利于SN2。亲核试剂亲核性强,有利于 SN2,亲核原子相同时,碱性与亲核性有平行关系,如 O 原子相同,则RO-HO-ArO-RCOO-ROHH2O周期表中同一周期元素生成的同类型亲核试剂,其亲核性大小基本上与碱性的强弱一致。例如,R3C-R2N-RO-F-H2N-HO-F-周期表中同族元素生成的负离子或分子,中

14、心原子较大者亲核性较强。例如,RS-RO-,RSHROH,I-Br-Cl-F-离去基团离去的难易,对 SN1 及 SN2 反应速率都有影响,但对可能按 SN1 或 SN2 进行的反应(如仲卤代烷),L 离去倾向大,反应易按 SN1 进行;L 离去倾向小,则反应易按 SN2 进行。卤离子离去倾向的大小次序为:I-Br-Cl-F-L 越稳定,离去倾向越大。HL 是 L 的共轭酸,其碱性比 L 弱,离去倾向比 L 大,如 H2OOH-,ROHRO-,因此醇、醚、胺等在酸性溶液中,质子化后易起反应。I-即是一个好的亲核试剂,又是一个好的离去基团,故在氯化物或溴化物的反应中,加少量 I-能促进反应。溶剂极性增加,稳定碳正离子,有利于 SN1 反应。极性非质子溶剂使正离子溶剂化,负离子裸露出来,大大有利于 SN2。影响因素为:E1与 SN1 同时存在,碱和高温有利于 E1;亲核试剂浓度大,有利于 SN1;E2与 SN2 同时存在,位上有活泼 H 或侧链有利于 E2;C 上有强吸电子基团,有利于E1cb;试剂碱性大、浓度大,有利于 E1cb;溶剂极性大,有利于 E1。

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