详细有机化学常见反应机理.docx
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详细有机化学常见反应机理
常见有机反应机理
Arbuzov反应
亚磷酸三烷基酯作为亲核试剂及卤代烷作用，生成烷基膦酸二烷基酯和一个新卤代烷：
卤代烷反应时，其活性次序为：
R'I>R'Br>R'Cl。
除了卤代烷外，烯丙型或炔丙型卤化物、a-卤代醚、a-或b-卤代酸酯、对甲苯磺酸酯等也可以进行反应。
当亚酸三烷基酯中三个烷基各不相同时，总是先脱除含碳原子数最少基团。
本反应是由醇制备卤代烷很好方法，因为亚磷酸三烷基酯可以由醇及三氯化磷反应制得：
如果反应所用卤代烷R'X烷基和亚磷酸三烷基酯（RO）3P烷基相同（即R'=R），则Arbuzov反应如下：
这是制备烷基膦酸酯常用方法。
除了亚磷酸三烷基酯外，亚膦酸酯RP（OR'）2和次亚膦酸酯R2POR'也能发生该类反应，例如：
反应机理
一般认为是按SN2进行分子内重排反应：
反应实例
Arndt-Eister反应
酰氯及重氮甲烷反应，然后在氧化银催化下及水共热得到酸。
反应机理
重氮甲烷及酰氯反应首先形成重氮酮
（1），
（1）在氧化银催化下及水共热，得到酰基卡宾
（2），
（2）发生重排得烯酮（3），（3）及水反应生成酸，若及醇或氨（胺）反应，则得酯或酰胺。
反应实例
Baeyer----Villiger反应
反应机理
过酸先及羰基进行亲核加成，然后酮羰基上一个烃基带着一对电子迁移到-O-O-基团中及羰基碳原子直接相连氧原子上，同时发生O-O键异裂。
因此，这是一个重排反应
具有光学活性3---苯基丁酮和过酸反应，重排产物手性碳原子枸型保持不变，说明反应属于分子内重排：
不对称酮氧化时，在重排步骤中，两个基团均可迁移，但是还是有一定选择性，按迁移能力其顺序为：
醛氧化机理及此相似，但迁移是氢负离子，得到羧酸。
反应实例
酮类化合物用过酸如过氧乙酸、过氧苯甲酸、间氯过氧苯甲酸或三氟过氧乙酸等氧化，可在羰基旁边插入一个氧原子生成相应酯，其中三氟过氧乙酸是最好氧化剂。
这类氧化剂特点是反应速率快，反应温度一般在10~40℃之间，产率高。
Beckmann 重排
肟在酸如硫酸、多聚磷酸以及能产生强酸五氯化磷、三氯化磷、苯磺酰氯、亚硫酰氯等作用下发生重排，生成相应取代酰胺，如环己酮肟在硫酸作用下重排生成己内酰胺：
反应机理
在酸作用下，肟首先发生质子化，然后脱去一分子水，同时及羟基处于反位基团迁移到缺电子氮原子上，所形成碳正离子及水反应得到酰胺。
迁移基团如果是手性碳原子，则在迁移前后其构型不变，例如：
反应实例
Birch还原
芳香化合物用碱金属（钠、钾或锂）在液氨及醇（乙醇、异丙醇或仲丁醇）混合液中还原，苯环可被还原成非共轭1，4-环己二烯化合物。
反应机理
首先是钠和液氨作用生成溶剂化点子，然后苯得到一个电子生成自由基负离子（Ⅰ），这是苯环л电子体系中有7个电子，加到苯环上那个电子处在苯环分子轨道反键轨道上，自由基负离子仍是个环状共轭体系,（Ⅰ）表示是部分共振式。
（Ⅰ）不稳定而被质子化，随即从乙醇中夺取一个质子生成环己二烯自由基（Ⅱ）。
（Ⅱ）在取得一个溶剂化电子转变成环己二烯负离子（Ⅲ），（Ⅲ）是一个强碱，迅速再从乙醇中夺取一个电子生成1，4-环己二烯。
环己二烯负离子（Ⅲ）在共轭链中间碳原子上质子化比末端碳原子上质子快，原因尚不清楚。
反应实例
取代苯也能发生还原，并且通过得到单一还原产物。
例如
Bouveault---Blanc还原
脂肪族羧酸酯可用金属钠和醇还原得一级醇。
α，β-不饱和羧酸酯还原得相应饱和醇。
芳香酸酯也可进行本反应，但收率较低。
本法在氢化锂铝还原酯方法发现以前，广泛地被使用，非共轭双键可不受影响。
反应机理
首先酯从金属钠获得一个电子还原为自由基负离子，然后从醇中夺取一个质子转变为自由基，再从钠得一个电子生成负离子，消除烷氧基成为醛，醛再经过相同步骤还原成钠，再酸化得到相应醇。
反应实例
醛酮也可以用本法还原，得到相应醇:
Bucherer反应
萘酚及其衍生物在亚硫酸或亚硫酸氢盐存在下和氨进行高温反应，可得萘胺衍生物，反应是可逆。
反应时如用一级胺或二级胺及萘酚反应则制得二级或三级萘胺。
如有萘胺制萘酚，可将其加入到热亚硫酸氢钠中，再加入碱，经煮沸除去氨而得。
反应机理
本反应机理为加成消除过程，反应第一步（无论从哪个方向开始）都是亚硫酸氢钠加成到环双键上得到烯醇（Ⅱ）或烯胺（Ⅵ），它们再进行下一步互变异构为酮（Ⅲ）或亚胺（Ⅳ）:
反应实例
Bamberger,E.重排
苯基羟胺（N-羟基苯胺）和稀硫酸一起加热发生重排成对-氨基苯酚：
在H2SO4-C2H5OH（或CH3OH）中重排生成对-乙氧基（或甲氧基）苯胺：
其他芳基羟胺，它环上o-p位上未被取代者会起类似重排。
例如，对-氯苯基羟胺重排成2-氨基-5-氯苯酚：
反应机理
反应实例
Berthsen,A.Y吖啶合成法
二芳基胺类及羧酸在无水ZnCl2存在下加热起缩合作用，生成吖啶类化合物。
反应机理
反应机理不详
反应实例
Cannizzaro反应
凡α位碳原子上无活泼氢醛类和浓NaOH或KOH水或醇溶液作用时，不发生醇醛缩合或树脂化作用而起歧化反应生成及醛相当酸（成盐）及醇混合物。
此反应特征是醛自身同时发生氧化及还原作用，一分子被氧化成酸盐，另一分子被还原成醇：
脂肪醛中，只有甲醛和及羰基相连是一个叔碳原子醛类，才会发生此反应，其他醛类及强碱液，作用发生醇醛缩合或进一步变成树脂状物质。
具有α-活泼氢原子醛和甲醛首先发生羟醛缩合反应，得到无α-活泼氢原子β-羟基醛，然后再及甲醛进行交叉Cannizzaro反应，如乙醛和甲醛反应得到季戊四醇：
反应机理
醛首先和氢氧根负离子进行亲核加成得到负离子，然后碳上氢带着一对电子以氢负离子形式转移到另一分子羰基不能碳原子上。
反应实例
Chichibabin反应
杂环碱类，及碱金属氨基物一起加热时发生胺化反应，得到相应氨基衍生物，如吡啶及氨基钠反应生成2-氨基啶，如果α位已被占据，则得γ-氨基吡啶，但产率很低。
本法是杂环上引入氨基简便有效方法，广泛适用于各种氮杂芳环，如苯并咪唑、异喹啉、丫啶和菲啶类化合物均能发生本反应。
喹啉、吡嗪、嘧啶、噻唑类化合物较为困难。
氨基化试剂除氨基钠、氨基钾外，还可以用取代碱金属氨化物：
反应机理
反应机理还不是很清楚，可能是吡啶及氨基首先加成，（Ⅰ），（Ⅰ）转移一个负离子给质子给予体（AH），产生一分子氢气和形成小量2-氨基吡啶（Ⅱ），此小量（Ⅱ）又可以作为质子给予体，最后产物是2-氨基吡啶钠盐，用水分解得到2-氨基吡啶：
反应实例
吡啶类化合物不易进行硝化，用硝基还原法制备氨基吡啶甚为困难。
本反应是在杂环上引入氨基简便有效方法，广泛适用于各种氮杂芳环，如苯并咪唑、异喹啉、吖啶和菲啶类化合物均能发生本反应。
Claisen酯缩合反应
含有α-氢酯在醇钠等碱性缩合剂作用下发生缩合作用，失去一分子醇得到β-酮酸酯。
如2分子乙酸乙酯在金属钠和少量乙醇作用下发生缩合得到乙酰乙酸乙酯。
二元羧酸酯分子内酯缩合见Dieckmann缩合反应。
反应机理
乙酸乙酯α-氢酸性很弱（pKa-24.5）,而乙醇钠又是一个相对较弱碱（乙醇pKa~15.9），因此，乙酸乙酯及乙醇钠作用所形成负离子在平衡体系是很少。
但由于最后产物乙酰乙酸乙酯是一个比较强酸，能及乙醇钠作用形成稳定负离子，从而使平衡朝产物方向移动。
所以，尽管反应体系中乙酸乙酯负离子浓度很低，但一形成后，就不断地反应，结果反应还是可以顺利完成。
常用碱性缩合剂除乙醇钠外，还有叔丁醇钾、叔丁醇钠、氢化钾、氢化钠、三苯甲基钠、二异丙氨基锂（LDA）和Grignard试剂等。
反应实例
如果酯α-碳上只有一个氢原子，由于酸性太弱，用乙醇钠难于形成负离子，需要用较强碱才能把酯变为负离子。
如异丁酸乙酯在三苯甲基钠作用下，可以进行缩合，而在乙醇钠作用下则不能发生反应：
两种不同酯也能发生酯缩合，理论上可得到四种不同产物，称为混合酯缩合，在制备上没有太大意义。
如果其中一个酯分子中既无α-氢原子，而且烷氧羰基又比较活泼时，则仅生成一种缩合产物。
如苯甲酸酯、甲酸酯、草酸酯、碳酸酯等。
及其它含α-氢原子酯反应时，都只生成一种缩合产物。
实际上这个反应不限于酯类自身缩合，酯及含活泼亚甲基化合物都可以发生这样缩合反应，这个反应可以用下列通式表示：
Claisen—Schmidt反应
一个无α-氢原子醛及一个带有α-氢原子脂肪族醛或酮在稀氢氧化钠水溶液或醇溶液存在下发生缩合反应,并失水得到α,β-不饱和醛或酮:
反应机理
反应实例
Claisen重排
烯丙基芳基醚在高温（200°C）下可以重排，生成烯丙基酚。
当烯丙基芳基醚两个邻位未被取代基占满时，重排主要得到邻位产物，两个邻位均被取代基占据时，重排得到对位产物。
对位、邻位均被占满时不发生此类重排反应。
交叉反应实验证明：
Claisen重排是分子内重排。
采用g-碳14C标记烯丙基醚进行重排，重排后g-碳原子及苯环相连，碳碳双键发生位移。
两个邻位都被取代芳基烯丙基酚，重排后则仍是a-碳原子及苯环相连。
反应机理
Claisen重排是个协同反应，中间经过一个环状过渡态，所以芳环上取代基电子效应对重排无影响。
从烯丙基芳基醚重排为邻烯丙基酚经过一次[3,3]s迁移和一次由酮式到烯醇式互变异构；两个邻位都被取代基占据烯丙基芳基酚重排时先经过一次[3,3]s迁移到邻位（Claisen重排），由于邻位已被取代基占据，无法发生互变异构，接着又发生一次[3,3]s迁移（Cope重排）到对位，然后经互变异构得到对位烯丙基酚。
取代烯丙基芳基醚重排时，无论原来烯丙基双键是Z-构型还是E-构型，重排后新双键构型都是E-型，这是因为重排反应所经过六员环状过渡态具有稳定椅式构象缘故。
反应实例
Claisen重排具有普遍性，在醚类化合物中，如果存在烯丙氧基及碳碳相连结构，就有可能发生Claisen重排。
Clemmensen还原
醛类或酮类分子中羰基被锌汞齐和浓盐酸还原为亚甲基：
此法只适用于对酸稳定化合物。
对酸不稳定而对碱稳定化合物可用Wolff-Kishner-黄鸣龙反应还原。
反应机理
本反应反应机理较复杂，目前尚不很清楚。
反应实例
Combes喹啉合成法
Combes合成法是合成喹啉另一种方法，是用芳胺及1,3-二羰基化合物反应，首先得到高产率β-氨基烯酮，然后在浓硫酸作用下，羰基氧质子化后羰基碳原子向氨基邻位苯环碳原子进行亲电进攻，关环后，再脱水得到喹啉。
反应机理
在氨基间位有强邻、对位定位基团存在时，关环反应容易发生；但当强邻、对位定位基团存在于氨基对位时，则不易发生关环反应。
反应实例
Cope消除反应
叔胺N-氧化物（氧化叔胺）热解时生成烯烃和N,N-二取代羟胺，产率很高。
实际上只需将叔胺及氧化剂放在一起，不需分离出氧化叔胺即可继续进行反应，例如在干燥二甲亚砜或四氢呋喃中这个反应可在室温进行。
此反应条件温和、副反应少，反应过程中不发生重排，可用来制备许多烯烃。
当氧化叔胺一个烃基上二个β位有氢原子存在时，消除得到烯烃是混合物，但是Hofmann产物为主；如得到烯烃有顺反异构时，一般以E-型为主。
例如：
反应机理
这个反应是E2顺式消除反应，反应过程中形成一个平面五员环过度态，氧化叔胺氧作为进攻碱：
要产生这样环状结构，氨基和β-氢原子必须处于同一侧，并且在形成五员环过度态时，α,β-碳原子上原子基团呈重叠型，这样过度态需要较高活化能，形成后也很不稳定，易于进行消除反应。
反应实例
Cope重排
1,5-二烯类化合物受热时发生类似于O-烯丙基重排为C-烯丙基重排反应（Claisen重排）反应称为Cope重排。
这个反应30多年来引起人们广泛注意。
1,5-二烯在150—200℃单独加热短时间就容易发生重排，并且产率非常好。
Cope重排属于周环反应，它和其它周环反应特点一样，具有高度立体选择性。
例如：
内消旋－3,4-二甲基-1,5-己二烯重排后，得到产物几乎全部是（Z,E）-2,6辛二烯：
反应机理
Cope重排是[3,3]s-迁移反应，反应过程是经过一个环状过渡态进行协同反应：
在立体化学上，表现为经过椅式环状过渡态：
反应实例
Curtius反应
酰基叠氮化物在惰性溶剂中加热分解生成异氰酸酯:
异氰酸酯水解则得到胺：
反应机理
反应实例
Crigee,R反应
1,2-二元醇类氧化产物因所用氧化剂种类而不同。
用K2Cr2O7或KMnO4氧化时生成酸类。
用特殊氧化剂四乙醋酸铅在CH3COOH或苯等不活泼有机溶剂中缓和氧化，生成二分子羰基化合物（醛或酮）。
氧化反应也可以在酸催化剂（三氯醋酸）存在下进行。
本反应被广泛地应用于研究醇类结构及制备醛、酮类，产率很高。
反应机理
反应过程中先生成环酯中间产物，进一步C--C键裂开成醛或酮。
酸催化场合，反应历程可以用下式表示：
反应实例
Dakin反应
酚醛或酚酮类用H2O2在NaOH存在下氧化时，可将分子中-CHO基或CH3CO-基被-OH基所置换，生成相对应酚类。
本反应可利用以制备多远酚类。
反应机理
反应实例
Elbs 反应
羰基邻位有甲基或亚甲基二芳基酮，加热时发生环化脱氢作用，生成蒽衍生物：
由于这个反应通常是在回流温度或高达400－450°C温度范围内进行，不用催化剂和溶剂，直到反应物没有水放出为止，在这样高温条件下，一部分原料和产物发生碳化，部分原料酮被释放出水所裂解，烃基发生消除或降解以及分子重排等副反应，致使产率不高。
反应机理
本反应机理尚不清楚。
反应实例
Edvhweiler-Clarke反应
在过量甲酸存在下，一级胺或二级胺及甲醛反应，得到甲基化后三级胺：
甲醛在这里作为一个甲基化试剂。
反应机理
反应实例
Elbs,K.过硫酸钾氧化法
将一元酚类或类似化合物用过硫酸钾在碱性溶液中氧化羟基引入在原有羟基对位或邻位，生成二元酚类。
分子中醛基或双键等都不影响。
产率约20~48%。
过硫酸钾水溶液在加热时放出氧：
芳伯胺类如用本试剂氧化时，变成硝基化合物。
反应机理
反应实例
Favorskii 重排
a-卤代酮在氢氧化钠水溶液中加热重排生成含相同碳原子数羧酸；如为环状a-卤代酮，则导致环缩小。
如用醇钠醇溶液，则得羧酸酯：
此法可用于合成张力较大四员环。
反应机理
反应实例
Friedel-Crafts 烷基化反应
芳烃及卤代烃、醇类或烯类化合物在Lewis催化剂（如AlCl3，FeCl3,H2SO4,H3PO4,BF3, HF等）存在下，发生芳环烷基化反应。
卤代烃反应活泼性顺序为：
RF>RCl>RBr>RI;当烃基超过3个碳原子时，反应过程中易发生重排。
反应机理
首先是卤代烃、醇或烯烃及催化剂如三氯化铝作用形成碳正离子：
所形成碳正离子可能发生重排，得到较稳定碳正离子：
碳正离子作为亲电试剂进攻芳环形成中间体s-络合物，然后失去一个质子得到发生亲电取代产物：
反应实例
Friedel-Crafts 酰基化反应
芳烃及酰基化试剂如酰卤、酸酐、羧酸、烯酮等在Lewis酸（通常用无水三氯化铝）催化下发生酰基化反应，得到芳香酮：
这是制备芳香酮类最重要方法之一，在酰基化中不发生烃基重排。
反应机理
反应实例
Fries 重排
酚酯在Lewis酸存在下加热,可发生酰基重排反应,生成邻羟基和对羟基芳酮混合物。
重排可以在硝基苯、硝基甲烷等溶剂中进行，也可以不用溶剂直接加热进行。
邻、对位产物比例取决于酚酯结构、反应条件和催化剂等。
例如，用多聚磷酸催化时主要生成对位重排产物，而用四氯化钛催化时则主要生成邻位重排产物。
反应温度对邻、对位产物比例影响比较大，一般来讲，较低温度（如室温）下重排有利于形成对位异构产物（动力学控制），较高温度下重排有利于形成邻位异构产物（热力学控制）。
反应机理
反应实例
Fischer,O-Hepp,E 重排
N-亚硝基芳胺用盐酸或氢溴酸或其乙醇溶液处理时氨基氮上亚硝基转移到芳核上去形成p-亚硝基芳胺（对位重排）:
通常发生对位重排，但在奈系化合物中如N-亚硝基-N-加基-2-奈胺则发生邻位重排成1-亚硝基化合物：
反应机理
在HCl存在下，N-亚硝基化合物首先解离成仲胺及NOCl然后进行亚硝基化：
Gabriel 合成法
邻苯二甲酰亚胺及氢氧化钾乙醇溶液作用转变为邻苯二甲酰亚胺盐，此盐和卤代烷反应生成N-烷基邻苯二甲酰亚胺，然后在酸性或碱性条件下水解得到一级胺和邻苯二甲酸，这是制备纯净一级胺一种方法。
有些情况下水解很困难，可以用肼解来代替：
反应机理
邻苯二甲酰亚胺盐和卤代烷反应是亲核取代反应，取代反应产物水解过程及酰胺水解相似。
反应实例
Gattermann反应
重氮盐用新制铜粉代替亚铜盐（见Sandmeyer反应）作催化剂，及浓盐酸或氢溴酸发生置换反应得到氯代或溴代芳烃：
本法优点是操作比较简单，反应可在较低温度下进行，缺点是其产率一般较Sandmeyer反应低。
反应机理
见Sandmeyer反应
反应实例
Gattermann-Koch反应
芳香烃及等分子一氧化碳及氯化氢气体在加压和催化剂（三氯化铝及氯化亚铜）存在下反应，生成芳香醛：
反应机理
反应实例
Gomberg-Bachmann反应
芳香重氮盐在碱性条件下及其它芳香族化合物偶联生成联苯或联苯衍生物：
反应机理
反应实例
Hantzsch合成法
两分子b-羰基酸酯和一分子醛及一分子氨发生缩合反应，得到二氢吡啶衍生物，再用氧化剂氧化得到吡啶衍生物。
这是一个很普遍反应，用于合成吡啶同系物。
反应机理
反应过程可能是一分子b-羰基酸酯和醛反应，另一分子b-羰基酸酯和氨反应生成b-氨基烯酸酯，所生成这两个化合物再发生Micheal加成反应，然后失水关环生成二氢吡啶衍生物，它很溶液脱氢而芳构化，例如用亚硝酸或铁氰化钾氧化得到吡啶衍生物：
反应实例
Haworth反应
萘和丁二酸酐发生Friedel-Crafts酰化反应然后按标准方法还原、关环、还原、脱氢得到多环芳香族化合物。
反应机理
见Friedel-Crafts酰化反应
反应实例
Hell-Volhard-Zelinski反应
羧酸在催化量三卤化磷或红磷作用下，能及卤素发生a-卤代反应生成a-卤代酸：
本反应也可以用酰卤作催化剂。
反应机理
反应实例
Hinsberg反应
伯胺、仲胺分别及对甲苯磺酰氯作用生成相应对甲苯磺酰胺沉淀，其中伯胺生成沉淀能溶于碱（如氢氧化钠）溶液，仲胺生成沉淀则不溶，叔胺及对甲苯磺酰氯不反应。
此反应可用于伯仲叔胺分离及鉴定。
Hofmann 烷基化
卤代烷及氨或胺发生烷基化反应，生成脂肪族胺类：
由于生成伯胺亲核性通常比氨强，能继续及卤代烃反应，因此本反应不可避免地产生仲胺、叔胺和季铵盐，最后得到往往是多种产物混合物。
用大过量氨可避免多取代反应发生，从而可得到良好产率伯胺。
反应机理
反应为典型亲核取代反应（SN1或SN2）
反应实例
Hofmann 消除反应
季铵碱在加热条件下（100--200°C）发生热分解,当季铵碱四个烃基都是甲基时,热分解得到甲醇和三甲胺:
如果季铵碱四个烃基不同,则热分解时总是得到含取代基最少烯烃和叔胺:
反应实例
Hofmann 重排（降解）
酰胺用溴（或氯）在碱性条件下处理转变为少一个碳原子伯胺:
反应机理
反应实例
Houben-Hoesch反应
酚或酚醚在氯化氢和氯化锌等Lewis酸存在下，及腈作用，随后进行水解，得到酰基酚或酰基酚醚：
反应机理
反应机理较复杂，目前尚未完全阐明
反应实例
Hunsdieecker反应
干燥羧酸银盐在四氯化碳中及卤素一起加热放出二氧化碳，生成比原羧酸少一个碳原子卤代烃：
X =Br,Cl,I
反应机理
反应实例
Kiliani氯化增碳法
糖在少量氨存在下及氢氰酸加成得到a-羟基腈，经水解得到相应糖酸，此糖酸极易转变为内酯，将此内酯在含水乙醚或水溶液中用钠汞齐还原，得到比原来糖多一个碳原子醛糖。
反应实例
Knoevenagel反应
含活泼亚甲基化合物及醛或酮在弱碱性催化剂（氨、伯胺、仲胺、吡啶等有机碱）存在下缩合得到a,b-不饱和化合物。
反应机理
反应实例
Koble反应
脂肪酸钠盐或钾盐浓溶液电解时发生脱羧，同时两个烃基相互偶联生成烃类：
如果使用两种不同脂肪酸盐进行电解，则得到混合物：
反应机理
反应实例
Koble-Schmitt反应
酚钠和二氧化碳在加压下于125－150ºC反应，生成邻羟基苯甲酸，同时有少量对羟基苯甲酸生成：
反应产物及酚盐种类及反应温度有关，一般来讲，使用钠盐及在较低温度下反应主要得到邻位产物，而用钾盐及在较高温度下反应则主要得对位产物：
邻位异构体在钾盐及较高温度下加热也能转变为对位异构体：
反应机理
反应机理目前还不太清楚。
反应实例
Kolbe,H.SyntbexisofNitroparsffini合成
将含等摩尔α-卤代羧酸及亚硝酸钠或钾水
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