07第七章自由基反应

具有合成价值的烃卤代反应：
• 烯丙基和苄基型卤代烃的合成：
Ph CH CH CH3 PhCH CH CH2 Br 75%
H O R R
• 反应历程：
Br
+ +
R
+
HBr
O
N Br O
RBr
+
O O
N
O N O
王鹏
+
R
H
O
NH
+
R
...
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7.3 自由基的反应
自由基加成反应：
• 光照下π键化合物可变为自由基，π键越弱，越易激 发，反应就越容易
自由基的链式反应对甲烷卤代反应的解释：链 引发、链增长和链终止
王鹏
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7.2 自由基的产生
通过氧化还原的化学方法可以使得共价键 因得失电子而异裂，方式分别为氧化方式 和还原方式：
氧化：自由基正离子为代表，DDQ和CAN为 常用的单电子氧化剂
7.3 自由基的反应
自氧化反应：
自氧化反应是C-H键被C-OOH键取代的反应，它并非 是真正的自身氧化反应，而是在接触氧气后发生的缓 慢氧化反应。 典型代表是苯甲醛、乙醚、THF的氧化
• 简答：为什么蒸馏过的醚不能长时间存放？因为醚本身会发生 自氧化生成过氧化物。而买来的醚中含有少量的稳定剂，可以 消除生成的过氧化物。而蒸馏后的醚比较纯净，不存在稳定剂， 生成的过氧化物不能被消除，在加热时会剧烈反应而可能引发 事故。
王鹏
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王鹏
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7.1 自由基与自由基化学
自由基的结构：
自由基结构介于碳负离子和碳正离子之间，可 理解为扁平的四面体
, ,
刚性角锥型
翻转角锥型
平面型
自由基反应活性很高，除非存在强稳定因素 自由基的单电子可以成双也可以失去，因此同 时具有亲电性和亲核性
王鹏
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7.3 自由基的反应
McMurry烯烃化：
• 醛酮在低价钛诱导下还原偶联得到烯烃的反应称为 McMurry烯烃化反应。 • 反应常用TiCl3试剂，一般认为反应是由Ti(0)开始的， 是合成对称烯烃的良好方法，如β－胡萝卜素的合成：
• 控制投料量，也可以实现不对称烯烃的合成
王鹏
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DPPH 二苯基苦基 肼自由基 三苯甲基 自由基
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7.1 自由基与自由基化学
自由基的检测：
电子顺磁共振可以检测含单电子的化合物，以 是否出现抗磁性而检验其是否含有自由基
自由基研究的意义：
自由基帮助生命体进行能量转换，研究和清除 氧化自由基对改善人的衰老、健康有重要意义。 自由基反应也是有机合成中重要的一部分，在 聚合物合成和特殊化合物的合成中尤其重要。
Pinacol偶联：※
• 羰基化合物的还原偶联生成邻二醇或烯烃结构
酰偶酮（酰偶姻）的反应
McMurry烯烃化：
• 醛酮在低价钛诱导下还原偶联得到烯烃
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7.3 自由基的反应
Pinacol偶联：
• 羰基化合物在金属作用下发生偶联生成邻二醇化合 物的反应称为嚬哪醇反应
自由基对不饱和键的加成反应，反应包括加成 （生成新的自由基）和转移（将生成的自由基 变为分子）两步 过氧化物效应：
• 反应首先进攻的是溴自由基，得到加成后的自由基， 最稳定状态应为： R Br R'
R R'' R' H R Br R' R'' H R'' H R Br R' R'' H
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自由基加成反应：
• 对不饱和键加成，如过氧化物的反马加成反应
自由基偶联反应：
• 自由基之间的成键反应，常见于醛酮的还原偶联
自由基氧化反应：
• 通过自由基中间体被氧化成为高氧化度化合物
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王鹏
7.3 自由基的反应
自由基抽取反应:
自由基对反应物分子中某原子进攻，生成产物 和一个新的自由基。
王鹏
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7.3 自由基的反应
三丁基锡烷的作用：
• 生成三丁基锡自由基作为自由基反应的传递者，并 作为氢自由基的提供者终止反应
引 发：
反应： 终止：
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7.3 自由基的反应
自由基偶联反应：
Kolbe电解：
• 长链脂肪酸盐电解条件下的脱羧偶联
对烷烃和聚合物而言，自氧化反应存在氢过氧化物重 叔烷基 >环己基、仲烷基、苄基、苯基>伯烷基>甲基 排过程，烃基的迁移顺序为：
王鹏
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总结：
自由基是活泼的中间体，通常可以采用加热或 光照获得 引发剂的加入可以降低自由基反应条件的要求， 常用BPO或AIBN作为引发剂 自由基反应常常存在潜伏期或称诱导期，反应 开始后常是剧烈的链式反应 醚的危险性源于自由基的自氧化反应
副反应：还原和偶联
王鹏
7.3 自由基的反应
卤代烃对双键的加成：
• 除过氧化物效应外，自由基加成反应中卤代烃对活 化的双键加成是应用最广泛的合成反应：
• 为提高产物纯度，通常采用卤代烃加等量三丁基锡 烷的组合对双键进行加成 • 三丁基锡烷可以直接加入也可以通过同时加入三丁 基氯化锡和NaBH4获得，反应通常在回流的苯或甲 苯中进行
• •
• 反应通常也可以描述成还原－偶联过程，通常使用 碱土金属或Zn等过渡金属 • 反应不能使用钠等碱金属，因为在醇中反应只能发 生还原得到产物醇。Mg、Zn等则由于配位作用的 稳定性而优先发生分子内偶联 • SmI2等也是常用的反应试剂，生成Sm3+。
王鹏
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7.3 自由基的反应
分子中含有弱化学键的，如碳-杂原子键
• 过氧化物，氯代烃或溴代烃等
分子存在强张力的键或碎裂后可得到强化学键 产物的
• BPO和AIBN都属于此类化合物
加入引发剂后反应温度可以降低至60到110 度，常使用CCl4为溶剂。
王鹏
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7.2 自由基的产生
光照法：
光照是产生自由基独特的反应，光照引发的反 应只有自由基反应、D-A反应和电环化反应 分子中存在生色团（吸光基团，如π键）时可 以吸收光子促进键的均裂。
7.2 自由基的产生
自由基产生的条件：
自由基主要在①受热σ键裂解②光化学条件下 生成和③特定的氧化还原和超声波条件这三种 条件下生成 加热和光照是两种不同的提供能量的方式，它 们均使键发生均裂；而氧化还原法则可使键发 生异裂
•
• •
王鹏
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7.2 自由基的产生
酰偶姻缩合：
• 酯在单电子还原剂还原下得到α-羟基酮（酰偶姻） 的反应称为酰偶姻缩合反应
• 反应通常使用金属钠，在惰性溶剂中反应 • 反应机理类似于Pinacol偶联，是还原－偶联过程， 不同的是存在额外的两个消除烷氧基的过程 • 反应适于合成不同的邻羟基环酮化合物
王鹏
山东科技大学 化学与环境工程学院
光照法：
高温加热下，键容易受热分解为均裂自由基， 但过高的温度通常会引起副反应，因此常加入 引发剂（常使用BPO和AIBN）
BPO
AIBN
引发剂的作用：自身不稳定首先产生引发自由 基，引发自由基夺取底物原子生成底物自由基。
王鹏
山东科技大学 化学与环境工程学院
7.2 自由基的产生
加热下能产生自由基的化合物：
R
+
R* H
R H
+
R*
这种反应通常是自由基反应的引发步骤。引发 剂产生的引发自由基进攻原料中最不稳定的键 形成原料自由基，发生链式反应得到产品 一些有机物在空气中的氧化过程也是自由基取 代反应：过氧自由基进攻C-H得到过氧化物并 重排，最终得到醛酮结构。
山东科技大学 化学与环境工程学院
王鹏
7.3 自由基的反应
第七章 自由 基反应
自由基反应是非极性均裂逆合成切断的合成 应用 自由基主要在光照或加热情况下得到，该类 物种反应具有特殊性
王鹏 山东科技大学化学与材料工程学院
7.1 自由基与自由基化学
自由基的定义：
自由基是一种含不成对电子的化学物种，它可 以是原子、分子或基团。 自由基分为活泼自由基和稳定自由基。大部分 为活泼自由基，很容易发生化学反应，极少数 是稳定的，如二苯基苦基肼（DPPH）自由基 （固态时）、三苯甲基自由基（溶液中）等
O NC NC O Cl Cl
二氯二氰 基苯醌
(NH4)2Ce(NO3)6 硝酸铈铵
还原：自由基负离子为代表，如二苯甲酮对无 水溶剂处理的指示剂作用
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王鹏
7.3 自由基的反应
自由基具有很高的活性，常见反应类型有：
自由基抽取反应：
• 从其他分子上夺氢或其他基团，生成新的自由基 • 存在反应活性和选择性差异，如引发剂的引发过程