羰基化合物的亲核加成反应

H
ClCH3
1)n- C4H9MgBr 2) H2O
CH3
C4H9-n H
HO
CH3
Cl
24
8.2 羰基化合物的亲核加成（消除）反应 8.2.1 碳原子作为亲核试剂的加成（消除）反应 8.2.2 硫原子作为亲核试剂的加成（消除）反应 8.2.3 氮原子作为亲核试剂的加成（消除）反应
25
8.2.1 碳原子作为亲核试剂的加成（消除）反应
6
◆ 简单亲核加成反应（simple addition）
R1 C O +H X
R2
OH C
X
水合反应及缩醛（酮）形成反应
R1 C O + H2O
R2
OH C
OH
7
1、 酸催化水合反应－－加成反应机理
R1 C O + HA
R2 R1
C O H A + H2O R2
R1 COHA
R2
源自文库
R1 OH
R2
C
5、半缩醛或半缩酮的形成反应－－加成机理
C O + H+
C OH
C OH
ROH
slow
C OH HOR
C OH
H+
OR
6、缩醛或缩酮的转化机理－－加成消除反应机理
OH
H+
C
OR Fast
OH2 C
OR
-H2O slow
C OR
HOR
HOR
-H+
OR
C
C
fast
OR
fast
OR
13
Note: 缩醛(缩酮)生成后又可水解成原来化合物 故可利用缩醛(缩酮)的生成来保护醛(酮)基
++ OH2
A-
R1 OH
R2
C
+ + AOH2
R1 OH
C
+ HA
R2 OH
Problem: 哪一步是决速步？如何判别？
8
2、 碱催化水合反应历程－－加成反应机理
Problem: 哪一步是决速步？如何判别？
9
主要考察亲核试剂的强弱
1）亲核试剂的亲核能力强，第一步为决速步，表现 为无酸催化反应； 2）亲核试剂的亲核能力弱，则形成的中间体不够稳 定，第二步为决速步，表现为普通酸催化反应； 3)亲核试剂的亲核能力一般，则亲核进攻和质子转移 速率相同，表现为普通酸催化反应，有可能发生协同 效应。
4
8.1.2 羰基上的反应类型 亲核加成 羰基氧被氮取代 羰基氧被碳取代 亲核取代
5
8.1.3 羰基参与反应机理
（1）加成反应机理
O
Nu_
ONu
H+
OH Nu
C
R1
R2(H)
C
R1
R2(H)
C
R1
R2(H)
（2）加成消除反应机理
O
C
R1
L
Nu_ R1
ONu
C L
H+
O
C + L-
R1 Nu
共同点：经历四面体的中间体
Cram规则一：如果醛或酮的α-碳原子上连有三个大小不同 的基团（L、M、S分别代表大、中、小三个基团）时，其 优势构象为羰基键处在两个较小基团之间的构象，试剂优 先从空间阻碍较小的一边进攻羰基。
次要产物 M
Nu-
O S
主要产物
LR
20
21
22
8.1.3 羰基参与反应的立体化学
Cram规则二：当醛或酮的α-碳原子上连有羟基或胺基等 可以和羰基氧原子形成氢键的基团时，试剂将从含氢键 环的空间阻碍较小的一边对羰基进行加成。
H O NCH3
H2
H C6H5CH3
H NCH3
H
OH
H C6H5CH3
23
Cornforth规则：如果在羰基的α-碳原子上结合着一个卤原 子，由于卤原子和羰基氧原子的电负性都很大，两者互相 排斥，这时的优势构象是卤原子与羰基处于对位交叉位。 反应时，试剂也是从空间位阻较小的一边进攻羰基。
O
CH3
10
3、酸催化下协同反应机理
R1
Slow
C O + HA + H2O
R2
R1 O H A
R2
C
+ OH2
R1 OH C+
A- R2 OH2
R1 OH C
H+ R2 OH
4、碱催化下协同反应机理
R1
Slow
C O + Nu R2
R1
O- BH+
C
R2 Nu fast
R1 OH C
R2 Nu
11
12
反应活性：RCHO > RCOCH3 > RCOR’ > C6H5COR
环酮的k值相差较大，其中环己酮的k值最大， 这是由 于环己酮加成反应后，形成最稳定的椅式构像，而其他 酮加成时，由于空间位阻较大，k值变小。
18
为什么苯乙酮的活性极低？
19
8.1.3 羰基参与反应的立体化学
Stereochemistry
2
8.1 羰基化合物的结构及反应活性 8.1.1 羰基化合物的结构及分类
◆羰基化合物的结构
1) 极性加成 2) －烷基化
O
R1
R2
H
OH
R1
R2
潜在的不对称中心，
广泛应用于不对称
合成反应中
3
◆羰基化合物的分类
（一）醛和酮
α -H的反应
（二）羧酸及其衍生物
C δ+ δ-
HCO (R)H
受亲核试剂进攻 易被氧化 亲核加成反应
p-MeOC6H4 H
p-NO2C6H4 H
CH3
CH3
C2H5 t-Bu
CH3 CH3
rate
220 110 32.7 182 33 38
32
Substrates rate
O O O O
O Ph Me
48 1000 Why? 7.8 1.17
0.77
16
17
特点： （1）+I，+C 效应使k值减小；-I, -C效应使k值增大； （2）亲核加成反应中，醛比酮更活泼； （3）环酮的k值相差较大
C2H5OH, H+
CH2BrCH2CHO
CH2BrCH2CH(OC2H5)2
OH- CH2=CHCH(OC2H5)2 H3O+ CH2=CHCHO
14
other simple addition
R1
Base
C O + HCN
R2
R1 OH C
R2 CN
fast
mechanism HCN + B-
HB + CN-
第八章 羰基化合物的亲核加成及相关反应
1
内容提要
一、羰基化合物的结构及反应活性 1.1羰基化合物的结构及分类 1.2羰基化合物参与的主要反应类型 1.3简单亲核加成反应的机理 1.4羰基化合物反应的立体化学 二、羰基化合物的亲核加成（消除）反应 2.1以碳原子为亲核试剂 2.2以硫原子为亲核试剂 2.3以氮原子为亲核试剂 三、金属氢化物对羰基的亲核加成 四、，－不饱和羰基化合物的亲核加成反应 五、其他有机金属化合物与羰基化合物的反应
1、Wittig反应 Ph3P CR2
Ph3P CR2
R1 C
slow O + CN-
R1
O-
C
R2
R2 CN
R1
O-
fast
C + HB
R2 CN
R1 OH
C
+ B-
R2 CN
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Table: the reactivity of different aldehydes and ketones
substitutes
R1
R2
C6H5
H
p-MeC6H4 H