北京大学有机化学课件18.ppt

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1、第十八章周环反应exit第一节周环反应和分子轨道对称守恒原理第二节电环化反应第三节环加成反应第四节σ-迁移反应本章提纲一周环反应概况简解二分子轨道对称守恒原理简解三前线轨道理论的概念和中心思想四直链共轭多烯π分子轨道的一些特点第一节周环反应和分子轨道对称守恒原理1.定义协同反应协同反应是指在反应过程中有两个或两个以上的化学键破裂和形成时，它们都相互协调地在同一步骤中完成。周环反应在化学反应过程中，能形成环状过渡态的协同反应。环状过渡态一周环反应概况简解2.周环反应的特点：反应过程中没有自由基或离子这一类活性中间体产生；反应速率极少受溶剂极

2、性和酸，碱催化剂的影响，也不受自由基引发剂和抑制剂的影响；反应条件一般只需要加热或光照，而且在加热条件下得到的产物和在光照条件下得到的产物具有不同的立体选择性，是高度空间定向反应。电环化反应环加成反应σ-迁移反应3.周环反应的主要反应类别：分子轨道对称守恒原理的中心内容及内函：化学反应是分子轨道重新组合的过程，分子轨道的对称性控制化学反应的进程，在一个协同反应中，分子轨道对称性守恒。（即在一个协同反应中，由原料到产物，轨道的对称性始终保持不变）。因为只有这样，才能用最低的能量形成反应中的过渡态。包括两种理论：前线轨道理论，能级相关理论二分

3、子轨道对称守恒原理简解三前线轨道理论的概念和中心思想1.前线轨道和前线电子已占有电子的能级最高的轨道称为最高占有轨道，用HOMO表示。未占有电子的能级最低的轨道称为最低未占有轨道，用LUMO表示。HOMO、LUMO统称为前线轨道，处在前线轨道上的电子称为前线电子。有的共轭体系中含有奇数个电子，它的已占有电子的能级最高的轨道中只有一个电子，这样的轨道称为单占轨道，用SOMO表示，单占轨道既是HOMO，又是LUMO。2.前线轨道理论的中心思想前线轨道理论认为：分子中有类似于单个原子的“价电子”的电子存在，分子的价电子就是前线电子，因此在分子之

4、间的化学反应过程中，最先作用的分子轨道是前线轨道，起关键作用的电子是前线电子。这是因为分子的HOMO对其电子的束缚较为松弛，具有电子给予体的性质，而LUMO则对电子的亲和力较强，具有电子接受体的性质，这两种轨道最易互相作用，在化学反应过程中起着极其重要作用。1.π分子轨道的数目与参与共轭体系的碳原子数是一致的。2.对镜面（δv）按对称--反对称--对称交替变化。对二重对称轴（C2）按反对称--对称--反对称交替变化。3.结（节）面数由0→1→2…逐渐增多。4轨道数目n为偶数时，n/2为成键轨道，n/2为反键轨道。n为奇数时，(n-1)/2

5、为成键轨道，(n-1)/2为反键轨道，1个为非键轨道。四直链共轭多烯的π分子轨道的一些特点一电环化反应的定义二电环化反应描述立体化学过程的方法三电环化反应的选择规则四前线轨道理论对电环化反应选择规则的证明五电环化反应选择规则的应用实例第二节电环化反应一电环化反应定义共轭多烯烃末端两个碳原子的π电子环合成一个σ键，从而形成比原来分子少一个双键的环烯的反应及其逆反应统称为电环化反应。h外向对旋二电环化反应描述立体化学过程的方法顺时针顺旋反时针顺旋内向对旋三电环化反应的选择规则允许hhhh共轭体系电子数4n+24n禁阻禁阻禁

6、阻禁阻允许允许允许顺旋对旋共轭体系电子数是指链型共轭烯烃的电子数。允许是指对称性允许，其含义是反应按协同机理进行时活化能较低。禁阻是指对称性禁阻，其含义是反应按协同机理进行时活化能很高。（1）电环化反应中，起决定作用的分子轨道是共轭多烯的HOMO，反应的立体选择规则主要取决于HOMO的对称性。（2）当共轭多烯两端的碳原子的P轨道旋转关环生成σ键时，必须发生同位相的重叠（因为发生同位相重叠使能量降低）。四前线轨道理论对电环化反应选择规则的证明前线轨道理论认为：一个共轭多烯分子在发生电环合反应时，必须掌握二项原则：实例二：完成下列反应式五

7、电环化反应选择规则的应用实例实例一：完成下列反应式175oC+主要产物实例三：完成反应式m>6对正反应有利m<6对逆反应有利（Z,E）-1,3-环辛二烯m=4(7Z,顺)-二环[4.2.0]辛-7-烯EZ实例四：如何实现下列转换？对h顺hhh不能存在热顺Pb(OAc)2实例五：完成反应式并对反应情况作出解释杜瓦苯实例六完成反应式并对反应情况作出解释CH3O--N2-N2CH3O-实例七完成反应式并对反应情况作出解释H2OH2O内向对旋外向对旋-H+一环加成反应的定义、分类和表示方法二环加成反应的选择规则三前线轨道理论对环加成反

8、应选择规则的证明四环加成反应选择规则的应用实例五1,3-偶极环加成反应第三节环加成反应环加成反应的逆反应为环消除反应。一环加成反应的定义、分类和表示1定义两个或多个带有双键、共轭双键或孤对电子