有机反应机理解析与应用

　　本书由9章构成。其中第1-3章为基础理论篇，概括了反应机理解析的基本概念、基本原理、基本规律，阐述了机理解析过程必须遵循的原则底线。第4-6章为分子结构与反应活性关系篇，解析了极性反应三要素各自结构、活性的影响因素及其活性排序。第7-8章为极性反应三要素的相互关系与动态变化篇，深入讨论了三要素的相互影响和动态变化，是对于基础理论的必要补充。第9章为反应机理解析应用篇，例举了若干通过反应机理解析来优化反应过程的实例，以启发读者反应机理解析的实际应用能力。　本书以理论创新与结合实际为特点，各个章节特色鲜明，所有论点论据充分，例举实例真实可靠，有广泛代表性。　本书可供有机合成、制药等相关领域的专业技术人员阅读使用，也可供相关专业的师生阅读参考。

　　陈荣业，大连海荣科技有限公司，总工程师，教授级高工，1982.1-1995.1 在辽宁省化工研究院先后任助理工程师、中试厂副厂长、工程师、课题组长、院长助理等职。在此期间领衔独立开发的4-羟基香豆素工艺在国内处于领先地位，直至今日仍在工业化生产。 1995.1-2008.1 在大连绿源药业有限公司任总工程师，主持完成研发项目526个，其中实现工业化109个。该公司由1995年初始注册资金400万元发展到2008年的18000万元。本人有16个项目申报的知识产权保护项目获批。 2008.1-2013.1 在大连联化化学有限公司任总工程师，主持了联硼频那醇酯的技术改进与工业化放大，工艺水平显著提高，居于领先地位。主持完成了52个小试项目和17个中试项目的放大，并均获成功。 2013.1月始，任大连海荣科技有限公司总工程师，主持完成了3个新药项目居于国内领先地位。 近年来，中国化工网、中国化工学会均邀请作者做学术报告，学术报告的内容深受好评。

第1章反应机理解析的基本概念与方法1
1.1有机反应的分类1
1.1.1独对电子转移的反应1
1.1.2单电子转移的反应4
1.2反应机理的表达与改进6
1.2.1电子转移标注的意义6
1.2.2弯箭头及其弯曲方向9
1.2.3设定虚线弯箭头的意义11
1.3共振中间体的简化处理13
1.3.1中间体稳定状态的共振论14
1.3.2烯醇式与酮式共振体系的机理简化14
1.3.3碳正离子在共轭烯烃分子内的共振状态15
1.3.4芳烃为亲核试剂的反应机理简化16
1.3.5取代芳烃为亲电试剂的反应机理简化16
1.4极性反应机理解析要点17
1.4.1遵循三要素的基本规律18
1.4.2π键上的三要素特征19
1.4.3多步串联的极性反应22
1.4.4极性反应的中间状态24
1.4.5极性反应三要素的动态观察30
参考文献32
第2章反应机理解析的理论基础33
2.1元素电负性与基团电负性33
2.1.1负离子的电负性显著减小35
2.1.2正离子的电负性显著增大37
2.1.3基团电负性的动态观察40
2.2诱导效应与共轭效应42
2.2.1诱导效应的孤立观察42
2.2.2共轭效应的孤立观察43
2.2.3诱导效应、共轭效应的叠加44
2.3共轭体系内的共振状态47
2.3.1化学键上的共振状态48
2.3.2分子内的空间共振52
2.4极性反应过程中三要素及其电荷的动态变化54
2.4.1三要素的电荷动态变化趋势54
2.4.2电荷分布与反应机理的关系57
2.5分子内空间诱导效应60
2.5.1分子内空间诱导效应的起源、特点、作用与形式61
2.5.2分子内空间诱导效应与分子内氢键62
2.5.3分子内空间诱导效应与场效应63
2.5.4分子内空间诱导效应对于反应活性的影响65
参考文献67
第3章极性反应的基本规律69
3.1遵循电子转移规律解析反应机理69
3.1.1以往的极性反应机理解析之概念69
3.1.2极性反应机理的简化与改进72
3.2分子结构、反应机理、反应活性与催化作用之间的对应关系79
3.2.1三要素中同一要素的活性比较79
3.2.2同类试剂催化作用原理80
3.2.3结构、机理、活性、催化之间的一一对应关系82
3.3应用物理化学理论解析极性反应机理85
3.3.1结活关系排序的难度与障碍85
3.3.2用物理化学理论解析反应的活性中间状态86
3.3.3反应动力学、反应热力学与极性反应三要素的对应关系88
3.3.4离去基离去后的三种状态94
参考文献96
第4章亲核试剂98
4.1杂原子亲核试剂及其反应活性98
4.1.1所带电荷对亲核试剂反应活性的影响98
4.1.2不同周期元素、不同碱性基团亲核试剂的反应活性99
4.1.3可极化度对亲核活性的影响99
4.1.4空间位阻对亲核活性的影响99
4.2π键亲核试剂100
4.2.1烯烃亲核试剂的结构、反应活性、反应机理与定位规律100
4.2.2芳烃亲核试剂的结构、活性与定位规律102
4.2.3烯醇结构亲核试剂及其共振状态106
4.2.4其他π键亲核试剂108
4.3碳负离子亲核试剂111
4.3.1金属有机化合物111
4.3.2共轭状态的碳负离子112
4.3.3其他碳负离子116
4.4负氢亲核试剂的结构与活性119
4.4.1与低电负性元素成键的氢化物119
4.4.2与亲核试剂成键的氢化物123
4.4.3按周环反应机理进行的负氢转移125
4.5亲核试剂的催化与共振126
4.5.1两可亲核试剂127
4.5.2亲核试剂的碱催化过程132
4.6亲核活性与碱性的异同138
4.6.1碱催化亲核试剂过程中的碱性变化138
4.6.2碱催化亲核试剂过程中的亲核活性变化139
参考文献139
第5章亲电试剂141
5.1空轨道型亲电试剂141
5.1.1路易斯酸亲电试剂141
5.1.2缺电正离子亲电试剂144
5.1.3碳正离子亲电试剂146
5.1.4质子亲电试剂150
5.2带有离去基的亲电试剂151
5.2.1具有独立离去基的亲电试剂151
5.2.2缺电的不对称π键亲电试剂151
5.3酸催化生成的亲电试剂155
5.3.1酸催化产生亲电试剂的基本原理155
5.3.2非亲电试剂在酸性条件下的转化155
5.3.3弱亲电试剂的酸性催化158
5.4亲电试剂的结构与活性161
5.4.1羰基化合物的亲电活性161
5.4.2不同种类亲电试剂的活性比较163
5.5以碳正离子为亲电试剂的反应168
5.5.1直接与亲核试剂成键168
5.5.2吸引邻位σ键成键169
5.6碳氢亲电试剂的差别170
5.6.1碳氢亲电试剂的活性比较170
5.6.2多位亲电试剂的选择性171
参考文献172
第6章离去基174
6.1离去基是化学反应方向的决定因素175
6.1.1离去基的相对活性175
6.1.2离去基的平衡转移180
6.2离去基的离去活性比较184
6.2.1碱性越弱的基团越容易离去184
6.2.2酸催化的基团容易离去185
6.2.3可极化度大的基团容易离去189
6.3离去基的催化与衍生化192
6.3.1离去基的酸催化离去192
6.3.2几个典型的离去基催化剂194
6.3.3离去基的衍生化催化196
6.4几种常见的离去基198
6.4.1负氢的离去与转移198
6.4.2碳原子离去基204
6.4.3π键离去基206
参考文献209
第7章三要素之间的相互关系211
7.1亲核试剂与亲电试剂的关系211
7.1.1同一分子内，两者相互依存，不可分割211
7.1.2同一分子内，两者活性不同，主次分明212
7.1.3两者成键的反应活性互补212
7.1.4两者均有较强活性，在分子内不能共存214
7.1.5两者反应活性的影响因素截然相反216
7.1.6两者的催化作用相反，且一一对应218
7.1.7两者之间随电子云密度的量变而相互转化220
7.2亲核试剂与离去基的关系223
7.2.1两者结构类同，可相互转化223
7.2.2两者在相互竞争中共处平衡224
7.2.3两者难以共存于同一分子内225
7.2.4两者的催化作用方向截然相反229
7.2.5碳氢离去基转化为亲核试剂的规律与特点232
7.3亲电试剂与离去基的关系234
7.3.1两者互为存在条件，相辅相成234
7.3.2两者互带异电，容易处于离解平衡状态236
7.3.3两者均为酸催化作用机理238
7.3.4路易斯酸及其络合物的性质240
参考文献242
第8章分子内的电荷分布与反应活性243
8.1分子内电荷分布的动态观察243
8.1.1π键化合物电荷分布与定位规律243
8.1.2反应活性中间体上电荷的动态变化247
8.2分子内各元素的外层电子排布规律与特点249
8.2.1八隅律规则及其适用范围249
8.2.2pπ-dπ键的结构与共振251
8.2.3叶立德试剂的结构与性质252
8.3杂原子基团内的电荷分布与性质256
8.3.1带正电荷的杂原子基团只可能成为亲电试剂256
8.3.2带负电荷的杂原子基团只可能成为亲核试剂258
8.4碳原子的活性中间状态及其性质260
8.4.1碳正离子的生成与性质260
8.4.2碳负离子的生成与湮灭262
8.4.3自由基的生成与自由基反应机理267
8.4.4卡宾的产生与化学性质271
8.5分子结构变化的动态平衡275
8.5.1不同酸碱性条件下基团的功能或属性275
8.5.2芳烃的定位效应与异常情况276
8.5.3Friedel-Crafts反应的络合平衡276
8.5.4烯酮共轭体系内的亲电试剂活性对比277
8.5.5苯酚亲核试剂的定位规律及其变化277
8.5.6苯磺酸碱性水解反应机理278
8.5.7芳胺与亲电试剂的反应及其定位规律278
参考文献279
第9章反应机理解析的应用281
9.1根据反应机理构思合成工艺281
9.1.1反式-4-丙基环己基乙腈的合成路线改进281
9.1.2杜塞酰胺合成新工艺构思282
9.1.3羰基α-位的单卤取代物的合成路线构思284
9.2中间体识别与反应转化率问题285
9.2.1糠醛催化溴化反应的转化率问题285
9.2.2羟基卤代反应的中间体识别286
9.2.3氰基取代反应的中间状态识别288
9.2.4中间状态结构的识别和利用289
9.2.5羰基加成-消除反应中间体的识别291
9.3根据反应机理解析认识和解决反应选择性问题292
9.3.1异构重排副反应的抑制293
9.3.2异氰酸酯合成过程中的副反应抑制293
9.3.3糠醛溴化副反应的抑制295
9.3.4烷基化反应异构体的抑制297
9.4根据反应机理解决产品质量问题298
9.4.1异构重排副产物的抑制298
9.4.2副产物的结构、生成机理与控制300
9.4.3溶剂参与副反应的抑制304
9.5根据反应机理选择工艺路线307
9.5.1制备芳酮的合成路线比较307
9.5.2醇羟基溴代反应的合成路线比较310
9.5.3羧酸的酯化与羧酸酯水解反应的机理选择310
9.5.4取代硼酸的合成工艺与路线选择312
9.6副产物的回收与综合利用314
9.6.1副产磷酸的回收与综合利用314
9.6.2亚磷酸的回收与综合利用316
9.6.3废硫酸的综合利用317
9.6.4二氧化硫的回收与循环利用317
参考文献319