第十一章 碳杂重键的加成

3. 反应实例
（1） 酯的水解
O R C O R'
酰氧键 的断裂
烷氧基的 断裂 无论是酸催化还是碱催化， 一般发生酰氧键断裂。
反应机理： 酸催化：
OH RCOOR' H
快
R C OR'
H2O (慢)
OH R C OR' OH2
+
OH R C OR' O H H
OH R C O OH
R' H
RCOOH + R'OH + H
① 试剂进攻羰基上C原子，生成氧负离子的一步 是决定反应速率的一步。 ② 为使亲核试剂的负电荷裸露出来，增加亲核性， 常需碱催化： HNu + B Nu + HB
O
酸催化：
A C B O
A C B + H Nu OH
H A
-A
A C OH
+
B
A C OH
Nu
A
B
Nu H A C B OH
A C B + HA OH
CH3CHO + CH3CHO
OH
O CH3CHCH2C H OH
羟醛缩合反应为可逆反应，该反应可以被碱催化，常用 OH-和RO-。 反应机理
O HOH + O CH2 CH O CH2 CH
Step 1
Step 2
HO + H CH2CH
烯醇负离子
O CH3CH O CH2 CH CH2
O
O
O
CH3CHCH2CH
当Y:
C C, C C, Ph
时，基团具有+C效应，
羰基活性降低。
CH3CHO
PhCHO
HCN
OH H C CN CH3
OH H C CN Ph
K>10
4
HCN
K=210
当连有含有-I或-C基团时，有利于反应的进行。
Cl
OH H2O Cl3C C CCl3CHO OH H
Cl C Cl H C H O O H
1. 反应机理
H R L C O Nu H Nu C R L O
Nu C O R HL
L: 离去基团 加成－消除反应
Nu R
C O + HL
在Nu上引入酰基的反应
2. 反应活性
作为酰基化试剂，其活性为：
RCOCl>RCOSR'>(RCO)2O>RCOOR>RCONH2
X: 具有-I效应，C－Cl键的极性大。 酯中烷氧基具有+C效应，增大了酰基与烷氧基间 的电子云密度，使酰氧键难于断裂。 酰胺中的NH2的+C、+I效应，使羰基的反应活性 降低。 酸酐中的酰基是吸电子基团，使酰氧键易于断裂， 酸酐的反应活性比酯大。
O
反应机理： 第一步
O CH3 COEt
NaOC2H5 C2H5OH
O CH2 COEt
O CH2 COEt
第二步：
O O O O + OC2H5 O CH3 C OEt CH2 COEt O CH3 COEt + CH2 COEt CH3 C CH2 COEt
含一个α-氢原子的酯缩合反应
H O CH3C COCH2CH3 CH3
K>1
C O
HCN
C
K<<1
Nu
R R'
C
O
R R'
C
O Nu
sp2杂化 平面三角型
键角：120° 109°28 ′ 产物中基团拥挤程度增大。
sp3杂化 四面体
R 越大，妨碍Nu:从背后进攻C原子。且R越大，产物 的拥挤程度越大，越不稳定。
2. 试剂的亲核性
① 对于同一羰基化合物，试剂的亲核性越强，反应 的平衡常数越大。
RO- 比ROH 不易离去
碱催化：
O RC OR'
OH
慢
O R C OR' OH
RCOOH R'O
RCOO + R'OH
羧酸根离子的生成，使碱催化下的酯水解反应不可逆； 但酸催化的酯水解反应可逆。
若R’O －中的C原子是三级碳原子时，在酸催化时， 发生烷氧键断裂：
OH RCOOCR3 H R C O CR3 OH R C O + CR3
① Cl3C 是强吸电子基团，使羰基带有更多的正电荷； ② 产物中形成分子内氢键，使产物稳定，平衡向右移 动。
(2) 空间效应
与羰基相连的基团空间效应越大，越不利于反应进行。
CH3 CH3CH2
(CH3)3 (CH3)3
C
O
HCN
OH CH3 C CH3CH2 CN
(CH3)3 (CH3)3 OH CN
COCH3
NH
C3H 7 C C
COCH 3
+
H2C COOC 2H 5 H
COOC2H5
CN O
+
NCCH2COOC2H5
C COOC2 H 5
反应机理： （1）亚胺中间体机理：一般认为在伯胺、仲胺催化下 按此机理进行。
R C R' O R NH 2R C O R' R' X H 2C Y R C OH R' X HC Y NHR R C NR
Ph3C-Na+
O H H 3C C C CH 3 CH 3 O C C O CH 2CH3 CH 3
两种
O
不同
酯
O
仅一个含 α-氢
O
(1) NaOC2H5 (2) H+
O
(60%)
COC2H5 + CH3C OC2H5
CCH2C OC2H5
O CH2COC2H5 +
(1) NaOC 2H5 C2H5OCOC2H5 (2) H+
Ph3P C R2 Ph3P CH2

膦的内鎓盐
Ph3P CHR (RO)3P CHR
膦的叶立德 (ylide)
(n-Bu)3P CHR
Wittig 试剂与羰基发生亲核加成反应，生成烯烃：
C O Ph3P C R R' C C R R'
1) 反应机理
C O + Ph3P
CR2
C O
C O R2C PPh3
烯醇进攻质子化的羰基
OH CH3C CH2 CH3 C OH CH3 O H CH3 -H2O, -H CH3C CH C OH2 CH3 O CH3 CH3CCH CCH3
酮的缩合反应常在酸催化下进行。
2. Wittig 反应
醛或酮用磷叶立德处理得到烯烃的反应称为Wittig反 应。 Wittig 试剂：
H2O
HO CR3
-H
H2O CR3
由于含有三级碳原子基团的空间效应，使得水分子难 于进攻羰基，同时也不利于质子转移。
（2） Claisen 酯缩合反应及相关反应
两个酯分子至少有一个酯分子是含有α－氢，在强碱 的作用下，相互缩合成β－羰基酯。
－OC2H5 CH3COC2H5
O
2
O CH3CCH2COC2H5
第十一章 碳杂重键的加成
除了
C C
+
C O
+
C
N
+
C
S
+
C
N
均可与亲核试剂发生加成反应。 当亲电试剂首先进攻时,则亲电试剂先进攻杂原子 当亲核试剂首先进攻时,则亲核试剂先进攻碳原子
一、羰基的亲核加成反应机理：
O 慢 碱催化： A C B A C B Nu Nu OH O H A C B 或E+ A C B Nu Nu
C O
甜菜碱
C O R2C PPh3
R2C PPh3
C + PPh3 R R
氧膦环丁烷中间体
三苯基氧膦是非常稳定的，反应向右进行。
Wittig 试剂是膦盐在强碱的作用下制备的：
Ph3P + X CH R R'
X
Ph3P CH R R'
Bu-Li
Ph3P C R R'
Wittig 反应应用范围很广。
羰基质子化，可以提高羰基的反应活性， 羰基质子化后，氧上带有正电荷，很不稳定， π电子发生转移，使碳原子带有正电荷。 决定反应速率的一步，是Nu -进攻中心碳原子的 一步。
酸除了活化羰基外，还能与羰基形成氢键：
C O H Cl
δ
δ
都使羰基活化。
质子性溶剂也起到同样作用：
C O H Sol
不论是酸还是碱催化的反应,控制反应速度的一步都
R C R' O X R X C R' C Y
+
H2 C Y
Cat.
+
H2O
X, Y = -CHO, COR'', COOH, COOR'', CN, NO2, SO2OR'', CONHR''等
常用的催化剂有吡啶、哌啶、二乙胺及其羧酸盐，以 及强氧化钠、碳酸钠及其盐类。
C 3H 7 C H O
O C
H+
C 6H 5
C CH 2
O
COOC2 H5
C COOC2 H5
五. 金属氢化物与羰基的加成反应
络合金属氢化物： 负氢的给予体
LiAlH4 NaBH4
O C H O C R O C Cl O C OR' O C OH C C C C
还原 NaBH4 不