有机反应即涉及 有机化合物 的化学反应,是有机合成的基础。几种 基本反应 类型为:加成反应、消除反应、 取代反应 、周环反应、重排反应和 氧化还原反应 。
正文
有机反应 organic reaction
早期的有机反应,包括有机燃料的燃烧反应,以及制造肥皂所用的皂化反应。当今有机反应已愈发复杂,其中几个获得 诺贝尔化学奖 的反应为:1912年的格氏反应、1950年的狄尔斯-阿尔德反应、1979年的维蒂希反应及2005年的烯烃复分解反应。
名称及试剂
绝大多数的有机反应都以发现者的名字命名,因此很多有机反应也被称为人名反应,数目最少有1000个,参见列表。除含有 发现者 的名字外,有机反应的名称中可能还包括反应类型(如重排反应、还原反应、有机合成),及反应底物的名称(如 吲哚 ),例如Fischer 吲 合成和 安息香缩合 。早期的人名反应如 克莱森重排反应 (1912),最新的反应则为Bingel反应(1993)。当反应名称繁冗时,常以简写称呼,如狄尔斯-阿尔德反应则变为DA反应。
有机反应中所使用的试剂也是研究的热点。它们常被用于特定的反应中,比如:① 氧化剂 ,如 四氧化锇 、 高锰酸钾 、 间氯过氧苯甲酸 ;② 还原剂 ,如 氢化铝锂 、 兰尼镍 、 硼氢化钠 ;③碱,如 二异丙基氨基锂 、 氢氧化钠 ;④酸,如 硫酸 ;⑤催化剂等。
基础知识
决定有机反应反应性的因素与其他化学反应的类似,特别之处涉及:①反应物和产物的稳定性——因素包括共轭效应、超共轭效应和 芳香性 等;②活性中间体的产生及稳定性——如 自由基 、碳负离子和 碳正离子 。
有机化学中普遍存在同分异构现象,因此为了合成具有某一特定结构的目标分子,需要引入区域选择性、非对映异构选择性和对映异构选择性的概念。用 伍德沃德 霍夫曼规则可以判断周环反应能否发生,而马氏规则和查伊采夫规则则分别可作为亲电加成反应和消除反应的参考规则。
有机反应是药物合成的基础。根据2006年的一份回顾,有机反应中,大约有 涉及氮和氧原子上的 基化反应, 涉及保护基的引入和脱去, 涉及新碳-碳键的生成, 涉及 官能团 的互相转化。
机理
虽然有机反应的数目和 反应机理 数可以有无限个,但这些反应和反应机理都符合一些规律。因此,可根据反应机理的类型,将各种有机反应进一步细分。
1. 加成反应
加成反应涵盖卤化反应、水合反应、 氢化 反应和 卤化氢 加成反应等反应,主要的类型包括:亲电加成反应(EA)、亲核加成反应(NA)和自由基加成反应(RA)。
2. 消除反应
消除反应涵盖失水反应等反应,主要的机理有:E1、E2和e1cb反应机理。
3. 取代反应
取代反应可细分为: 亲核取代 (亲核脂肪取代反应,SN1、SN2和SNi机理、亲核芳香取代反应(NAS)、亲核 基取代反应)、亲电取代反应(ES)(亲电芳香取代反应(EAS))和自由基取代反应(RS)。
4. 有机氧化还原反应
有机 氧化还原反应 指有机反应中的氧化还原反应,是有机氧化反应和有机还原反应的统称。在很多有机氧化还原反应中,电子转移并不实际发生,不同于电化学中的概念。
常以 氧化 数或 氧化 态作为 碳 氧化 程度的判断:
烷烃 :-4 烯烃 、醇、 卤代烃 、胺:-2 炔烃 、 、醛、 同碳二醇 :0 羧酸 、 酰胺 、 三氯甲烷 :+2 二氧化碳 、 四氯化碳 :+4 氧化 数升高的 反应 称为 氧化反应 ,分子中电子云密度降低, 氧化 数降低称为 还原反应 ,既有升高也有降低的 反应 称为歧化 反应 。例如,烷烃中的 甲烷 燃烧 氧化 ,可得到二氧化碳, 氧化 数由-4升高到+4。常见的 官能团 氧化还原反应 包括:炔烃到烯烃、烯烃再到烷烃的 还原 ;及醇到醛,醛再到羧酸的 氧化 。
很多 有机氧化还原 偶联 反应 常涉及 自由基 中间体。真正的 有机化合物 氧化还原反应 存在于一些电化学合成 反应 中,例如Kolbe 电解 。
不对称 催化 还原反应 及不对称催化 氧化反应 是不对称合成中的重要内容。
1.有机还原反应
有机还原反应有以下几种主要机理:
直接电子转移—单电子还原,如 Birch还原
氢负离子转移,如Meerwein-Ponndorf-Verley还原反应和 氢化铝锂 参与的还原反应
加氢还原,比如Rosenmund还原反应,催化剂如Lindlar催化剂、 亚铬酸铜
歧化反应 ,如Cannizzaro反应
不符合以上机理的还原反应如Wolff-Kishner反应。
2.有机氧化反应
有机氧化反应有以下几种主要机理:
单电子转移
氢原子转移,如 自由基 卤化反应
氧气 氧化,如燃烧反应
机理涉及消除反应,如Swern氧化反应、Kornblum氧化反应,及IBX酸和Dess-Martin 氧化剂 参与的反应
由Fremy盐或TEMPO等 亚硝基 自由基氧化
5. 聚合反应
聚合反应包括加成聚合反应和逐步聚合反应。
6. 缩合反应
缩合反应是两个反应物结合,同时生成一个小分子如水的反应。逆过程称作 水解 。
依官能团分类
有机反应可大致依据反应物和产物中官能团的种类而加以分类。例如,Fries重排反应中,反应物为酯,而产物为醇。
其他
涉及 杂环化合物 化合物 的有机反应常以杂环的元数及杂原子类型分类。此外,也可以反应物含有的碳-元素键类型来对有机反应进行分类,由此衍生出的有机 化学 重要分支如 有机硫化学 、 有机硅 化学、有机磷化学和有机 化学。由此得到的很多内容与 金属有机化学 有相当程度的重叠。
含碳的化合物