有机化学 VII · 期末复习

有机化学中的酸碱概念：

Brønsted-Lowry酸碱：酸是质子（H⁺）给体，碱是质子受体。

酸性强弱取决于：① 共轭碱的稳定性（越稳定，酸性越强）；② 键的极性；③ 溶剂效应。

Lewis酸碱：酸是电子对受体（如BF₃, AlCl₃, 碳正离子），碱是电子对给体（如NH₃, ROH, 碳负离子）。

Lewis酸 = 亲电试剂；Lewis碱 = 亲核试剂

有机化合物按官能团分类：

同系列（Homologous Series）：

结构相似、分子组成相差一个或若干个CH₂的一系列化合物。

烷烃通式：C_nH_2n+2

同系物性质递变规律：

随碳原子数增加 → 沸点↑、熔点↑（奇数<偶数C）、密度↑

直链烷烃沸点 > 支链烷烃（接触面积大，色散力大）

其他常见同系列通式：

端基炔的酸性

RC≡C-H 上的氢具有弱酸性，可与活泼金属或强碱反应生成炔化物：

RC≡CH + NaNH₂ → RC≡C⁻Na⁺ + NH₃

RC≡CH + Ag(NH₃)₂⁺ → RC≡CAg↓（白色）

RC≡CH + Cu(NH₃)₂⁺ → RC≡CCu↓（砖红色）

炔烃水合反应

HgSO₄/H₂SO₄催化下：

HC≡CH + H₂O → CH₃CHO（乙醛）

RC≡CH + H₂O → RC(=O)CH₃（甲基酮）

仅乙炔水合生成醛，其他炔烃生成酮

1,2-氢负离子迁移（1,2-Hydride Shift）：

相邻碳上的H⁻带着一对电子迁移到正电荷中心

例：CH₃—CH₂—CH=CH₂ + H⁺ → CH₃—CH₂—⁺CH—CH₃（2°碳正离子）→ CH₃—⁺CH—CH₂—CH₃（2°→2°不重排）

如果1°碳正离子的相邻碳上有H → H⁻迁移 → 得到更稳定的2°或3°碳正离子

1,2-烷基迁移（1,2-Alkyl Shift）：

当氢迁移不足以稳定碳正离子时，烷基可带着电子对迁移

迁移倾向：芳基 > 烷基；在烷基中：3° > 2° > 1° > CH₃

驱动因素：

① 生成更稳定的碳正离子（3°>2°>1°）
② 缓解环张力（小环扩环）
③ 生成更稳定的官能团（如半缩醛→酯）

脂环烃的分类与命名（自学）：

单环脂环烃：命名同烷烃，加"环"字。例：环丙烷、环己烷。

螺环烃（spiro）：两个环共用1个碳原子。命名：螺[X.Y]某烷（X,Y为两个环除螺原子外的碳数）。

桥环烃（bridged）：两个环共用2个及以上碳原子。命名：二环[X.Y.Z]某烷（X≥Y≥Z为桥头间的碳数，不含桥头）。

二取代环己烷的构型异构：顺-1,2-二取代环己烷 → 一个a键一个e键；反-1,2-二取代 → 两个a键或两个e键（反式e,e更稳定）。

十氢萘（decalin）：顺式（一个a一个e稠合）和反式（两个e稠合），反式更稳定。

生物体内的自由基及自由基反应：

活性氧（ROS）：O₂⁻·（超氧阴离子）、HO·（羟基自由基）、H₂O₂（过氧化氢）

来源：线粒体电子传递链泄漏、吞噬细胞呼吸爆发、辐射/UV

损伤机制：脂质过氧化（破坏细胞膜）→ 丙二醛（MDA）；DNA氧化损伤；蛋白质交联

抗氧化防御：

酶类：SOD（超氧化物歧化酶）、CAT（过氧化氢酶）、GSH-Px（谷胱甘肽过氧化物酶）

非酶类：维生素E（α-生育酚）、维生素C、谷胱甘肽（GSH）、β-胡萝卜素

口腔相关：自由基与牙周炎、口腔癌的发生发展有关。

萘（Naphthalene, C₁₀H₈）：

两个苯环稠合，10个π电子（满足4n+2, n=2），有芳香性

比苯更活泼，亲电取代主要发生在α-位（1位）

可被氧化为邻苯二甲酸酐（CrO₃或V₂O₅催化）

菲（Phenanthrene, C₁₄H₁₀）：三个苯环角式稠合，14π e⁻

化学性质：9,10-位最活泼（双键特征最强）

蒽（Anthracene, C₁₄H₁₀）：三个苯环直线稠合，14π e⁻

比菲更活泼，9,10-位最活泼——易发生Diels-Alder反应

致癌芳烃：苯并[a]芘（存在于烟草烟雾、烧烤食物中）——体内氧化代谢后与DNA共价结合致癌

环戊烷并氢化菲（甾体骨架）：

甾体化合物的基本骨架——胆固醇、性激素、肾上腺皮质激素、胆汁酸均含此结构

光学活性与旋光度：

旋光度 α：对映体使平面偏振光旋转的角度

比旋光度 [α] = α / (c × l)（c:浓度g/mL, l:管长dm）

右旋(+)/左旋(-)与R/S构型无直接对应关系！

手性碳数与异构体数目：

含n个不同手性碳：最多2ⁿ个立体异构体

含相同手性碳：异构体数 < 2ⁿ（有内消旋体）

外消旋体：(±)表示，旋光度为零，物理性质与纯对映体不同

对映异构体的生物学意义：

生物体内的受体、酶是手性的 → 对映体药效可能截然不同：

• (R)-thalidomide：镇静；(S)-thalidomide：致畸（海豹胎事件）

• (S)-布洛芬：有效镇痛；R-异构体药效弱

• L-DOPA：治疗帕金森；D-DOPA：无效

手性药物开发趋势：单一对映体药物（减少副作用、提高疗效）

口腔相关：局麻药利多卡因、阿替卡因的手性纯度影响麻醉效果和毒性。

查依采夫规则（Saytzeff）：

卤代烃脱HX时，氢从含氢较少的β-C上脱去，生成取代较多的烯烃（热力学稳定产物）。

消除反应活性：

3° RX > 2° RX > 1° RX

E1 vs E2：类似SN1/SN2

强碱/高温 → 有利于消除

极性非质子溶剂 → 有利于SN2

卤代烃的物理性质：

① 沸点：RI > RBr > RCl > RF（分子量越大越高）；直链 > 支链

② 密度：RI > RBr > RCl > RF；一卤代烃密度小于水，多卤代烃密度大于水

③ 溶解性：不溶于水，溶于有机溶剂（相似相溶）

④ 多卤代烃一般不燃——CCl₄用作灭火剂

重要的卤代烃：

氟利昂（Freon）：CFCl₃(F-11), CF₂Cl₂(F-12)——曾用作制冷剂，因破坏臭氧层被禁用（蒙特利尔议定书）

四氟乙烯（CF₂=CF₂）：聚合生成聚四氟乙烯（PTFE，特氟龙Teflon）——耐高温、不粘、化学惰性（人工血管、不粘锅涂层）

氯仿（CHCl₃）：曾用作麻醉剂，有肝毒性

DDT：曾广泛使用的杀虫剂，持久性有机污染物

氢键对物理性质的影响：

醇分子间可形成氢键 → 沸点高于相应分子量的烷烃和醚

醇与水可形成氢键 → 低级醇（C1-C3）与水互溶

随碳链增长 → 水溶性降低（疏水基团占比增大）

醚的结构和化学性质：

醚的氧为sp³杂化，C—O—C键角≈112°（略大于109.5°）

醚的化学性质较稳定（无α-H时），主要反应：

① 与强酸成盐（钅羊盐）：R—O—R' + HCl → [R—OH⁺—R']Cl⁻（醚溶于浓酸）

② 醚键断裂：过量HI加热 → RI + R'I + H₂O

③ 过氧化物的生成：醚长期放置与空气接触 → 过氧化物（有爆炸危险！）

环氧化合物（Epoxides）：

三元环醚，有角张力，反应活性高 → 易发生开环反应

酸催化开环：Nu进攻取代较多的环碳（SN1-like）

碱催化开环：Nu进攻位阻较小的环碳（SN2-like）

冠醚（Crown Ethers）：如18-冠-6，选择性络合金属离子——相转移催化剂

硫醇、硫酚、硫醚：

硫醇（RSH）：弱酸性（pKa≈10，强于醇），可被氧化为二硫化物（RSSR）

硫醚（RSR'）：易被氧化为亚砜（RSOR'）→ 砜（RSO₂R'）

生物意义：半胱氨酸残基间二硫键维持蛋白质三级结构；辅酶A含硫醇基团；二甲基亚砜（DMSO）用作透皮吸收促进剂。

醌（Quinones）——结构与性质：

醌是具有共轭环状二酮结构的化合物，由酚/芳胺氧化得到。

对苯醌：黄色，1,4-环己二烯二酮结构

化学性质：① 加成反应（C=C加Br₂等）；② 氧化-还原反应——醌⇌氢醌可逆氧化还原（对苯醌+2H⁺+2e⁻⇌对苯二酚）

生物体内醌类：

• 泛醌（辅酶Q, CoQ）：线粒体电子传递链重要组分

• 维生素K：参与凝血因子合成（γ-羧基化）

• 质体醌：光合作用电子传递

与医学有关的羰基化合物：

① 甲醛（HCHO）：组织固定液（福尔马林~37%），杀菌消毒——使蛋白质变性交联

② 戊二醛（OHC—(CH₂)₃—CHO）：高效消毒剂（比甲醛更优，对金属腐蚀小）

③ 丙酮（CH₃COCH₃）：糖尿病酮症酸中毒时血液和呼出气中丙酮升高（水果味呼吸）

④ 视黄醛（Retinal）：视觉色素——11-顺式视黄醛与视蛋白结合 → 光致异构 → 全反式 → 视觉信号传导

⑤ 糖皮质激素（如可的松）：含羰基的甾体——抗炎、免疫抑制

脱羧反应：

β-酮酸加热 → 酮 + CO₂（经六元环状过渡态）

丙二酸类加热 → 乙酸类 + CO₂

α-位有强吸电子基的羧酸易脱羧

酯缩合（Claisen缩合）：

酯 + 强碱（NaOEt）→ β-酮酸酯 + ROH

需等当量碱驱动反应（产物β-酮酸酯酸性更强，被碱攫取质子后生成稳定烯醇负离子，使平衡向右移动）

羟肟酸试验：

酯 + NH₂OH → 羟肟酸 + FeCl₃ → 紫红色（鉴别酯）

酮-烯醇互变异构（Keto-Enol Tautomerism）：

含α-H的羰基化合物存在酮式⇌烯醇式动态平衡

一般酮：烯醇式极少（<0.1%），因为C=O比C=C更稳定

烯醇式含量较高的情形：

① β-二羰基化合物（乙酰乙酸乙酯中烯醇式≈7%，因分子内氢键和共轭稳定）

② 1,3-二酮（如乙酰丙酮，烯醇式≈76%——分子内氢键形成六元环）

③ 酚类（苯酚中"烯醇式"即酚式，因芳香性而稳定）

二元酸热分解：

乙二酸→甲酸+CO₂；丙二酸→乙酸+CO₂
丁二酸→丁二酸酐；戊二酸→戊二酸酐（加热脱水成五元/六元环酐）

酰胺的化学性质（补充）：

酸碱性：酰胺几乎中性（pKa≈15-17），碱性极弱——N上孤对电子与C=O共轭，质子化发生在O上而非N上

与亚硝酸反应：

RCONH₂ + HNO₂ → RCOOH + N₂↑ + H₂O

（区别于胺与HNO₂的反应，可用于区分酰胺和胺）

Hofmann重排：RCONH₂ + Br₂ + NaOH → RNH₂（少一个碳）

胍和脒的结构与碱性：

胍（Guanidine）：H₂N—C(=NH)—NH₂，强碱性（pKa≈13.6），共轭酸为胍正离子——正电荷分散于三个N上高度稳定

脒（Amidine）：R—C(=NH)—NH₂，碱性介于胺和胍之间

丙二酰脲与巴比妥类药物（与医学密切相关！）：

丙二酰脲：由丙二酸二乙酯+尿素缩合而得

巴比妥酸（Barbituric Acid）：丙二酰脲，存在酮式-烯醇式互变

巴比妥类药物：巴比妥酸的5,5-二取代衍生物

• 苯巴比妥（Phenobarbital）：长效镇静催眠抗癫痫

• 硫喷妥钠：超短效静脉麻醉药

• 作用机制：增强GABA_A受体功能

碳酸衍生物——脲（Urea）：

① 弱碱性（pKa≈0.2，比酰胺略强）

② 水解：CO(NH₂)₂ + H₂O → CO₂ + 2NH₃（脲酶催化）

③ 与HNO₂：CO(NH₂)₂ + 2HNO₂ → CO₂ + 3H₂O + 2N₂↑

④ 缩二脲反应：脲加热至150°C→缩二脲+CuSO₄/NaOH→紫红色（肽键的鉴定反应！）

脂肪酸（Fatty Acids）的生物意义：

脂肪酸是羧酸的重要天然衍生物：长链羧酸（C₁₂-C₂₄）与甘油成酯构成脂肪和油脂，是生物体最重要的储能形式（9 kcal/g，远高于糖类的4 kcal/g）。

饱和与不饱和脂肪酸：

• 饱和脂肪酸：软脂酸（C₁₆, 棕榈酸）、硬脂酸（C₁₈）——室温为固体（动物脂肪）

• 不饱和脂肪酸：油酸（C₁₈, 1个C=C）、亚油酸（C₁₈, 2个C=C）、亚麻酸（C₁₈, 3个C=C）、花生四烯酸（C₂₀, 4个C=C）——室温为液体（植物油），双键多为顺式

必需脂肪酸：亚油酸（ω-6）和α-亚麻酸（ω-3）——人体不能合成，必须从食物获取。ω-3（EPA, DHA）与心血管保护、抗炎、脑发育有关。

磷脂与生物膜：甘油磷脂（磷脂酰胆碱/卵磷脂、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰丝氨酸等）是细胞膜脂双层的主要组分——亲水头+疏水尾的两亲结构。

类脂激素前体：花生四烯酸（C₂₀) 经COX/LOX酶途径 → 前列腺素、血栓烷、白三烯——介导炎症、凝血、免疫反应（NSAIDs的作用靶点）。

酰化剂在医药工业与有机合成中的应用：

定义：酰化剂是能提供RCO—基团（酰基）的试剂——包括酰卤（RCOCl）、酸酐（(RCO)₂O）、活泼酯等。

常用酰化剂活性顺序：

RCOCl（酰氯） > (RCO)₂O（酸酐） > RCOOR'（酯） > RCONH₂（酰胺）

在有机合成中的应用：

① 保护基团策略：—OH和—NH₂用乙酰化保护（Ac₂O/pyridine），反应后水解除去（如多步合成中保护酚羟基不被氧化）

② 活化和导向：酰基引入后可增强α-H酸性（如乙酰乙酸乙酯合成）、改变芳香亲电取代的定位（—NHCOCH₃比—NH₂定位选择性更好）

③ 降低反应活性：苯胺乙酰化后——芳环对氧化和亲电取代的活性降低（因N上孤对电子被C=O分散），可实现可控官能团化

在医药工业中的应用：

① 前药设计：含—OH或—NH₂的药物经酰化修饰 → 改善脂溶性（促进吸收）→ 体内酶促水解释放原药。例：阿司匹林（乙酰水杨酸）是水杨酸的前药——乙酰化减轻了水杨酸对胃黏膜的直接刺激

② 抗生素半合成：6-APA（6-氨基青霉烷酸）用不同酰化剂（如苯乙酰氯、对羟基苯乙酰氯等）酰化 → 各种半合成青霉素（苯唑西林、阿莫西林等）

③ 局部麻醉药：普鲁卡因由对氨基苯甲酸乙酯经酰化/胺解等步骤合成

重要的胺及其衍生物——与医学密切相关：

① 胆碱（Choline）：HOCH₂CH₂N⁺(CH₃)₃OH⁻——构成细胞膜的磷脂酰胆碱（卵磷脂）和神经递质乙酰胆碱的前体

② 乙酰胆碱（Acetylcholine, ACh）：CH₃COOCH₂CH₂N⁺(CH₃)₃——重要的神经递质（副交感神经、神经肌肉接头），体内被乙酰胆碱酯酶水解失活

③ 肾上腺素（Epinephrine）vs 去甲肾上腺素（Norepinephrine）：儿茶酚胺类激素——应激反应、"战斗或逃跑"、升高血压和心率

④ 多巴胺（Dopamine）：中枢神经递质——运动控制、奖赏通路（帕金森病与多巴胺能神经元退化有关）

⑤ 5-羟色胺（5-HT, Serotonin）：调节情绪、睡眠、食欲——抑郁症与5-HT水平降低有关（SSRI类药物：氟西汀/百忧解）

⑥ 季铵盐——新洁尔灭（Benzalkonium Chloride）：阳离子表面活性剂，广谱杀菌消毒剂（口腔科常用含漱液成分）

有机磷化合物（自学重点）：

分类与结构：

• 膦（Phosphine）：PH₃衍生物，PR₃

• 膦酸（Phosphonic Acid）：R—P(=O)(OH)₂

• 磷酸酯：ROP(=O)(OH)₂ → (RO)₂P(=O)OH → (RO)₃P=O

• 硫代磷酸酯：P=S代替P=O

有机磷酸酯杀虫剂：

例：敌敌畏（DDVP）、马拉硫磷、对硫磷——不可逆抑制乙酰胆碱酯酶→ ACh蓄积 → 持续神经兴奋 → 死亡

解毒方法：① 阿托品（阻断ACh受体）；② 解磷定（PAM，重活化胆碱酯酶）

生物体内含磷有机物：

ATP（能量货币）、DNA/RNA（遗传物质）、磷脂（细胞膜）、磷酸肌酸（能量储备）

重要羟基酸及其衍生物：

① 乳酸（Lactic Acid）：2-羟基丙酸——无氧糖酵解产物，剧烈运动后肌肉酸痛（L-乳酸，体内以乳酸盐形式存在）

② 苹果酸（Malic Acid）：羟基丁二酸——TCA循环中间体（苹果酸-天冬氨酸穿梭）

③ 酒石酸（Tartaric Acid）：2,3-二羟基丁二酸——葡萄酒发酵副产物，酒石酸氢钾（牙科用漱口液成分之一）

④ 柠檬酸（Citric Acid）：3-羧基-3-羟基戊二酸——TCA循环起始物；柠檬酸与牙釉质脱矿/再矿化密切相关（口腔科重要化合物！）

⑤ 水杨酸（Salicylic Acid）：邻羟基苯甲酸——解热镇痛抗炎（阿司匹林前体药物）

• 阿司匹林（Aspirin）：乙酰水杨酸——抑制COX酶，抗血小板聚集

• PAS（对氨基水杨酸）：抗结核药物

前列腺酸：前列腺素（PG）的前体，花生四烯酸经COX途径代谢产生——介导炎症、发热、疼痛（NSAIDs作用靶点！）

重要酮酸与酮体：

① 丙酮酸（Pyruvic Acid）：CH₃COCOOH——糖酵解终产物，进入TCA循环或转化为乳酸/乙酰CoA

② β-丁酮酸（乙酰乙酸, Acetoacetic Acid）：CH₃COCH₂COOH——酮体组分之一

③ α-丁酮二酸（草酰乙酸, Oxaloacetic Acid）：TCA循环关键中间体，与乙酰CoA缩合→柠檬酸

④ α-戊酮二酸（α-Ketoglutaric Acid）：TCA循环中间体，谷氨酸/谷氨酰胺代谢前体

酮体（Ketone Bodies）：

乙酰乙酸 + β-羟基丁酸 + 丙酮——肝脏线粒体中脂肪酸β-氧化过多时产生。饥饿、糖尿病时酮体升高 → 酮症酸中毒（Ketoacidosis）——口腔中有丙酮味（烂苹果味）

酶催化下酮酸⇌醇酸互变：

乳酸脱氢酶（LDH）：丙酮酸 + NADH + H⁺ ⇌ 乳酸 + NAD⁺（可逆）

苹果酸脱氢酶：草酰乙酸 + NADH + H⁺ ⇌ 苹果酸 + NAD⁺（可逆）

α-氨基酸的结构与构型：

通式：H₂N—CHR—COOH（α碳上同时连有NH₂和COOH）

除甘氨酸（R=H, 无手性）外，所有天然α-氨基酸的α-C都是手性碳——天然氨基酸均为L-构型（Fischer投影式中—NH₂在左侧）

分类（按R基团性质）：

① 非极性R基：Gly, Ala, Val, Leu, Ile, Phe, Pro, Trp, Met

② 极性不带电荷R基：Ser, Thr, Cys, Tyr, Asn, Gln

③ 酸性R基：Asp, Glu（含额外COOH，带负电）

④ 碱性R基：Lys, Arg, His（含额外N，带正电）

命名：习惯用俗名（如甘氨酸glycine、谷氨酸glutamic acid），系统命名按羧酸衍生物命名规则

氨基酸的化学性质：

① 两性电离和等电点（pI）：

氨基酸在溶液中以内盐（两性离子/zwitterion）形式存在：H₃N⁺—CHR—COO⁻

等电点 pI = (pKₐ₁ + pKₐ₂) / 2（中性氨基酸）；pI处溶解度最小、电场中不迁移

② 与茚三酮显色反应：α-氨基酸 + 茚三酮 → 蓝紫色（脯氨酸为黄色）——氨基酸定性定量分析

③ 脱羧反应：加热或酶催化 → 胺 + CO₂

例：His → 组胺（过敏反应介质）；Glu → GABA（抑制性神经递质）

④ 脱水成肽反应：一分子α-NH₂ + 另一分子α-COOH脱水 → 肽键（—CO—NH—）——蛋白质的一级结构基础

底物：烷烃（sp³ C—H）

典型反应：烷烃的卤代反应（Cl₂/hν 或 Br₂/hν）

反应通式：R—H + X₂ → R—X + HX

区域选择性：

氢原子被攫取的活性：3°H > 2°H > 1°H

自由基稳定性：3° > 2° > 1° > ·CH₃

卤素选择性差异：

Br·选择性远高于Cl·（Br₂更倾向进攻3°H）

原因：Br·比Cl·更稳定，反应活性更低但选择性更高

活性-选择性原理：

活性越高的试剂，选择性越低。
F₂ > Cl₂ > Br₂ > I₂（活性）
Br₂ > Cl₂ > F₂（选择性）

底物：烯烃（C=C）、炔烃（C≡C）——含π键的不饱和化合物

驱动力：π键电子云裸露，易受亲电试剂（E⁺）进攻

区域选择性——马氏规则：

H⁺加到含H较多的双键碳上（生成更稳定的碳正离子）

碳正离子稳定性（核心！）：

3° > 2° > 1° > CH₃⁺

烯丙型/苄型碳正离子因p-π共轭更稳定

⚠️ 反马氏加成：

HBr + 过氧化物（ROOR）→ 自由基加成机制

Br·加到含H较多的碳上 → 反马氏产物

仅HBr有过氧化物效应！HCl和HI不适用

底物：芳香烃（苯及其衍生物）

典型反应：硝化、卤代、磺化、F-C烷基化/酰基化

σ络合物（Wheland中间体）：

sp³杂化的碳打破了苯环的闭合共轭体系

正电荷分散在环的邻、对位上（共振稳定）

取代基对反应速率的影响：

活化基团（—OH, —NH₂, —OR, —R）：加速反应

钝化基团（—NO₂, —CF₃, —CN, —COOH）：减慢反应

定位效应本质：

取代基通过电子效应（I/C效应）影响σ络合物的稳定性，从而决定E⁺进入的位置

SN1 机制（单分子亲核取代）

动力学：一级反应，v = k[RX]（与Nu⁻浓度无关）

两步过程：

① R—X → R⁺ + X⁻（慢，决速步，C—X异裂）

② R⁺ + Nu⁻ → R—Nu（快，碳正离子捕获）

活性顺序：3° > 2° > 1° > CH₃X

立体化学：碳正离子为sp²平面结构，Nu可从两面进攻 → 外消旋化（构型翻转+保持）

有利条件：极性质子溶剂（稳定碳正离子和离去基团）、好的离去基团（I > Br > Cl > F）、稳定的碳正离子

重排可能性：碳正离子可能发生1,2-氢迁移或1,2-烷基迁移重排

SN2 机制（双分子亲核取代）

动力学：二级反应，v = k[RX][Nu⁻]

一步协同过程：

Nu⁻从离去基团背面进攻 → 五配位三角双锥过渡态 → C—Nu生成同时C—X断裂

活性顺序：CH₃X > 1° > 2° > 3°

立体化学：Nu⁻必须从背面进攻（backside attack）→ 构型完全翻转（Walden翻转）

有利条件：极性非质子溶剂（DMSO, DMF, 丙酮——不溶剂化Nu⁻，亲核性更强）、好的离去基团、位阻小的底物

无重排：协同过程，不经过碳正离子中间体

E1 机制（单分子消除）

① R—X → R⁺ + X⁻（慢，与SN1相同的第一步）

② B⁻攫取β-H → 烯烃（碳正离子去质子化）

活性：3° > 2° > 1°（与SN1相同）

可能重排：碳正离子中间体可重排

与SN1竞争：高温有利于E1

E2 机制（双分子消除）

B⁻攫取β-H + C—X断裂 + C=C生成 → 一步协同

活性：3° > 2° > 1°（更稳定的烯烃产物）

立体化学要求：反式共平面消除（anti-periplanar）——H和X必须在相反方向、同一平面上

与SN2竞争：强碱（t-BuO⁻, HO⁻）+ 高温 → 有利于E2；位阻大的碱 → 有利于E2

底物：醛、酮（C=O极性双键）

羰基电子结构：C=O中O电负性大于C → π电子偏向O → C带δ⁺（亲电中心），O带δ⁻

酸催化机制：H⁺先与羰基O结合→增强C的正电性→然后Nu进攻（活性更高）

反应活性规律（电子+位阻）：

HCHO > RCHO > CH₃COCH₃ > RCOCH₃ > RCOR > ArCOR

① 烷基给电子效应降低C的正电性

② 烷基增大空间位阻不利Nu进攻

典型亲核加成反应：

底物：酰卤、酸酐、酯、酰胺（RCO—L，L为离去基团）

与Ad_N的关键区别：羰基碳上连有可离去的基团L，所以加成后能消除L⁻而恢复C=O，整体为取代反应而非加成反应。

反应活性顺序（L的离去能力）：

酰卤 > 酸酐 > 酯 > 酰胺

Cl⁻ 是最好的离去基团（弱碱）

RCOO⁻ 中等（共轭酸pKa≈5）

RO⁻ 是较差的离去基团（强碱，pKa≈16）

NH₂⁻ 是最差的离去基团（最强碱，pKa≈35）

典型反应：水解、醇解（酯化/酯交换）、氨解、与格氏试剂反应（过量→3°醇）

Aldol缩合（羟醛缩合）

底物：含α-H的醛或酮

条件：稀碱（NaOH, KOH）或稀酸

机制（碱催化）：

① OH⁻攫取α-H → 烯醇负离子（碳亲核）

② 烯醇负离子进攻另一分子羰基C → 烷氧负离子

③ 烷氧负离子从H₂O获取质子 → β-羟基醛/酮

④ 加热脱水 → α,β-不饱和羰基化合物

交叉Aldol：两种不同醛/酮的缩合——当其中一种无α-H时（如HCHO、PhCHO）可行；都有α-H时产物复杂。

Claisen酯缩合

底物：含α-H的酯

条件：强碱（NaOEt, NaH）

机制：

① EtO⁻攫取α-H → 酯的烯醇负离子

② 烯醇负离子进攻另一分子酯的羰基C → 四面体中间体

③ EtO⁻离去 → β-酮酸酯

④ β-酮酸酯的α-H酸性更强（pKa≈11），在碱作用下生成稳定的烯醇负离子——驱动反应完成（需等当量碱）

混合Claisen缩合：其中一个酯无α-H（如HCOOEt, (COOEt)₂, ArCOOEt）时可行

定义：因原子或基团电负性不同，使σ键中的电子云沿碳链向一方偏移的静电效应。沿σ键传递，随距离增大迅速衰减（通常3-4个碳后忽略不计）。

吸电子诱导效应（—I 效应）：

电负性大于H的原子或基团 → 吸引σ电子

—I效应基团排序：

—NR₃⁺ > —NO₂ > —CN > —COOH > —F > —Cl > —Br > —I > —OH > —OCH₃ > —C₆H₅ > —CH=CH₂ > —H

推电子诱导效应（+I 效应）：

电负性小于H的原子或基团 → 排斥σ电子

+I效应基团：—O⁻ > —COO⁻ > —C(CH₃)₃ > —CH(CH₃)₂ > —CH₂CH₃ > —CH₃ > —H

烷基的+I效应随分支增多而增强

应用实例——对酸性的影响：

—I效应基团越多、越强 → O—H键极性越大 → 酸性越强

F₃C—COOH > Cl₃C—COOH > FCH₂—COOH > ClCH₂—COOH > BrCH₂—COOH > ICH₂—COOH > CH₃—COOH

F₃C—COOH（pKa≈0.23）——强酸！

对碳正离子稳定性的影响：

+I效应基团（烷基）越多 → 碳正离子越稳定

3°R₃C⁺>2°R₂HC⁺>1°RH₂C⁺>CH₃⁺

对碳负离子稳定性的影响：

—I效应基团越多 → 碳负离子越稳定（分散负电荷）

CH₃⁻ > 1° > 2° > 3°（与碳正离子相反！）

定义：在共轭体系中（交替的单键和双键、或p轨道与π键相邻），π电子或p电子发生离域（delocalization），使体系能量降低、键长趋于平均化。共轭效应沿共轭链传递，不随距离明显衰减。

三种共轭类型：

① π-π共轭：C=C—C=C（如1,3-丁二烯）、C=C—C=O（如丙烯醛）、苯（大π键Π₆⁶）

② p-π共轭：含孤对电子的原子（N, O, X）直接连在双键或苯环上——孤对电子参与共轭

   例：CH₂=CH—Cl、C₆H₅—NH₂、C₆H₅—OH

③ 超共轭（σ-π共轭）：C—H σ键与相邻π键的弱共轭

   例：丙烯CH₃—CH=CH₂中，C—H σ轨道与C=C π轨道部分重叠

吸电子共轭效应（—C效应）：

C=O, —NO₂, —CN, —COOR等——π电子向电负性大的原子偏移

给电子共轭效应（+C效应）：

含孤对电子的基团——p电子向π体系供电子

+C效应强弱：

—F > —Cl > —Br > —I（卤素的+C效应与—I效应相反！）

—O⁻ > —NR₂ > —NHR > —NH₂ > —OH > —OR > —NHCOR

⚠️ 卤素的特殊性：

卤素同时具有—I效应（吸电子）和+C效应（给电子，p-π共轭）

—I效应 > +C效应（总体仍是吸电子），所以卤素使苯环钝化

但在亲电取代中+C效应主导定位——卤素是邻对位定位基

定义：C—H σ键轨道与相邻的π键轨道（或空的p轨道）部分重叠，σ电子向π体系（或空p轨道）部分离域。

重要性——解释碳正离子稳定性：

碳正离子中空的p轨道可接受相邻C—H σ键的电子 → 超共轭稳定化

3°碳正离子有9个C—H σ键参与超共轭（最稳定）

2°碳正离子有6个C—H σ键

1°碳正离子有3个C—H σ键

CH₃⁺无α-C—H键（最不稳定）

→ 碳正离子稳定性：3°>2°>1°>CH₃⁺

解释烯烃稳定性（取代基多的烯烃更稳定）：

烷基取代越多 → C—H σ键与C=C π键的超共轭越强 → 烯烃越稳定

R₂C=CR₂ > R₂C=CHR > RCH=CH₂ > CH₂=CH₂

解释烷基自由基稳定性：

自由基中单电子占据的p轨道接受超共轭稳定化

3° > 2° > 1° > ·CH₃（与碳正离子相同）

Hückel 4n+2 规则：

具有芳香性的化合物必须满足：

① 环状结构（cyclic）

② 平面构型（planar）——所有环原子共面或接近共面

③ 环上每个原子都有p轨道参与共轭

④ π电子数 = 4n+2（n=0,1,2,3...）

常见芳香体系：

反芳香性（Anti-aromaticity）：

平面环状共轭分子，但π电子数 = 4n——极不稳定

例：环丁二烯（4个π电子）、[12]轮烯

非芳香性：

不满足平面共轭条件的环状多烯

例：环辛四烯（非平面，8个π电子，桶形构象）

判断芳香性的步骤：

① 是否环状？→ ② 是否平面？（sp²杂化）→ ③ 是否每个原子都有p轨道？→ ④ 数π电子数 = 4n+2？

杂原子芳香体系π电子计数：

吡咯N：孤对电子参与芳环共轭 → 贡献2e⁻

吡啶N：孤对电子在sp²轨道（不参与π共轭）→ 贡献1e⁻

呋喃O、噻吩S：一对孤对电子参与π共轭 → 贡献2e⁻