羰基的亲核加成
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第九章 碳氧双键的亲核加成
Nu
R R'
C
O
R C R'
O Nu
sp2杂化 平面三角型 键角： 键角：120° 109°28 ′ °
sp3杂化 四面体
产物中基团拥挤程度增大。 产物中基团拥挤程度增大。 R 越大，妨碍 进攻 原子。 越大，妨碍Nu进攻 原子。 进攻C原子
2. 亲核试剂的活性
① 对于同一羰基化合物，试剂的亲核性越强， 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。 反应的平衡常数越大。
Stronger base
Weaker base
碱催化利于醛的缩合，而不利于酮的缩合。 碱催化利于醛的缩合，而不利于酮的缩合。
酸催化： 酸催化：
O CH3CCH3 + H Cl OH CH3C CH2 H + Cl
-HCl
OH CH3C CH2
羰基质子化及烯醇的生成
CH3 CH3C CH2 + C OH CH3
OH
O CH3CHCH2C H OH
O HOH + CH 2 CH CH 2
O CH
烯醇负离子
Step 2
O CH3CH
O CH2 CH CH2 O CH
O
O
CH3CHCH2CH
An alkoxide ion
OH O OH
Step 3
O O CH 3 CHCH 2 CH
HOH
CH 3CHCH 2CH
1. Wittig 反应
Wittig 试剂： 试剂：
Ph3P C R2
膦的内 盐
Ph3P CH2
膦的叶立德 (ylid)
Ph3P CHR (RO)3P CHR
第五章羰基亲核加成及相关反应
羟醛缩合反应历程
碱催化历程
至少要有两个α-氢才可失水，失水后形成共轭 体系α，β-不饱和酮稳定
亲核试剂：
含氧试剂：H2O、ROH、RO 含碳试剂：RC≡C-，C≡N-，R 含氮试剂：NH3，NH2，NH2NH2及NH2OH等
醛与酮：
醛与酮是较强的亲电试剂，易进行亲核加成，醛可与弱亲核 试剂反应（如NH3，CN-）
羧酸及其衍生物：
较弱的亲电试剂（+C） 只与强亲核试剂反应（如：R-，RO-等） 不与弱亲核试剂（如氨）反应
基本上不发生亲核取代反应
CH3 120o C CH3
O
HCN
CH3 C
CN CH3OH, H2SO4
71%~80% CH3109.5oOH
90%
CH3 CH2=C COOCH3
试剂的亲核性越强越易反应
带负电荷的亲核试剂，比其共轭酸亲核性强： OH-＞H2O
极性大的分子比极性小的分子亲核性强： HCN＞ H2O （pH）
亲核试剂可从醛（酮）所在平面的上面或下面进攻，新形 成一个手性中心，产物为外消旋体（对映异构体各占 50%）。
亲核试剂从空阻小的一边进攻羰基
换用仲丁基硼氢化锂，内侧进攻产物99.6%， 外侧产物0.4%
醛酮的简单亲核加成
强酸强碱
仅限醛、脂肪甲基酮及＜8个碳原子的环酮
可极化性及亲核性：
Wittig试剂（磷叶立德）：
内鎓（Onium）正盐（中性分子）R3P+
CHR'
（碳的电负性大于磷），具有相反的电荷在
相邻两个原子上。
硫叶立德：
磷酸 膦酸 氨 胺(C-N) 铵 磷 膦(C-P) 鏻
硫（ ）锍
羰基的亲核加成
Ph3P CH CH3 + PhCHO
CH3
Ph CH3
H
CC + CC
H
HH
CH3
87%
13%
中间体以动力学有利的赤式为主
H Ph3P C Me
O- C Ph H
苏式（次）
Ph3P CH CH3 +
PhCHO
H Ph3P C Me
O- C H Ph
赤式（主）
第30页/共65页
Ph
H
CC
H
Me
minor
第21页/共65页
O
+
① CH2=CHCH2Br
N
② H2O
H
O CH2CH=CH2
形成的烯胺增加可醛酮-碳的亲核活性
二、Mannich反应
具有-H的醛酮或其他含活泼氢的化合物与甲醛及
胺或氨作用，生成氨甲基化产物的反应称氨甲基化反
应或Mannich反应。
H+或OH-
HCHO + NH3 + CH3COR
+
Ph
OH
Br
HO
Ph
Br
(1R,2R)
(1S,2R)
(优)
第10页/共65页
[H]
位阻大
O
几率大
樟脑
刚性桥环，不能翻转
NaBH4
+ OH H
外型冰片
98.6%
LiBH(CHCH2CH3)3 CH3
位阻增大
86%
H OH
内型冰片 0.4%
14%
第11页/共65页
5.3 醛酮的亲核加成 5.3.1 醛酮的简单加成 一、与NaHSO3的加成
亲核加成机理
肟
(3).
与肼、苯肼、2,4－ 与肼、苯肼、2,4－二硝基苯肼反应
NH2
H 2N R C O (R')H
R C N NH2 (R')H
R (R')H
腙
H2N NH R C O (R')H
O2N
C N NH
苯腙
NO2
R C O (R')H
H2N NH
O2N R C N NH (R')H NO2
2,4-二二二苯腙
COOH CH3 C CH3 OH
5 -H2O
CH2=C-COOH CH3
α-羟基酸 羟基酸
α，β-不饱和酸 不饱和酸
反应机理
CH3 CH3
-
C=O
CN
可逆
CHC OH O- 不可逆 CH3
反应条件 反应必须在弱碱性条件下进行
实例
醛与亚硫酸氢钠的反应
R H
(1). 与胺作用生成希夫碱（Schiff base）
(Ar)R
H2O (Ar)R H2N R'' (Ar)R OH C C O C (R')H NHR'' (R')H (R')H
NR''
只有伯胺可发生此反应
希夫碱
(2).
与羟胺（H2N-OH）作用生成肟 OH） 与羟胺（
R R H2N OH C O C N (R')H (R')H OH 白
甲醛 > 乙醛 > 脂肪醛 > 苯甲醛 > 丙酮 > 环戊酮 > 脂肪族甲基酮 > 苯乙酮 > 芳基烷基酮 > 二苯甲酮
(完整版)羰基的亲核加成及相关反应
羰基的亲核加成及相关反应羰基化合物包括醛、酮、羧酸及衍生物和5.1 羰基的结构CO2。
CO亲电中心羰基碳的活性较大，易被亲核试剂进攻而发生亲核加成反应和亲核取代反应。
5.2 亲核加成反应的历程及影响因素 5.2.1 HCN 的加成 反应为碱催化。
v k [ CO ][ CN ]快OH - + HCN CN -+ H 2O- 慢OH 2OOHCN -+ C O C 快 C + OH -CN CN 反应的平衡位置受电子效应和空间效应的影响。
酮正向反应的趋势较小（空阻大）二、亲核加成反应的一般特点 1．反应可以被酸或碱催化 酸催化可提高羰基的亲电活性。
碱催化提高亲核试剂的亲核性。
活性：Nu -> Nu H2．多数醛酮的亲核加成为可逆反应，用于分离与提纯。
5.2.2 影响羰基亲核加成反应活性的因素 一、羰基化合物的结构1．电子效应 羰基碳的正电性越大，亲核加成速度越大，反应活性越大。
羰基碳所连的吸电基（ 加成反应的活性增加，而供电基（ +I ， +C ）则使其活性降低。
活泼顺序：H +C OH C + OHNu H + OHNu -+ H 2O-I ，-C ）使其亲核50%（1） - 共轭效应（增加其稳定性） ；（ 2）+C 效应（降低羰基碳的正电性） ；（3）加成产物失去共轭 能，反应活化能高； （ 4）产物的张力大幅增加。
2．立体效应、试剂的亲核性 对同一羰基化合物，试剂的亲核性越大，平衡常数越大，亲核加成越容易。
1．带负电荷的亲核试剂比起共轭酸（中性分子）的亲核性强。
OH ->H 2O, RO ->ROH 。
2．极性大的分子比极性小的分子亲核性强。
HCN>H 2O （极性与电负性 ）。
3．同周期元素的负离子的亲核性与碱性大小一致； R 3C ->R 2N ->RO ->F - 4．同一主族元素的负离子的亲核性与可极化度大小一致。
I ->Br ->Cl ->F -5.2.3 亲核加成反应的立体化学 一、非手性的羰基化合物的加成前（潜）手性分子 结果得外消旋化产物-I >+C(+C) (+C, 空阻) ( +C > -I) (+C) 活性极低OH> CH 3 C HO >CH 3 C CH 3 >OOO >CH 3CH 2 C CH 2CH 3> Ph C PhR Nu C R' O -R Nu RC Nu R' OH50% dlR R'OCNuH +R R'OHCNu张力增加OH +、手性羰基化合物的亲核加成方向遵守Cram 规则，得立体选择性的非对称异构体产物。
第21讲——羰基亲核加成反应
1、加H–CN C=O + H–CN
CN
C–OH
-羟基腈(氰醇)
⑴反应范围：醛、脂肪族甲基酮、8个C以下脂环酮
⑵反应条件：碱性，pH≈8.0，有利于CN-离解。
O
OH
⑶应用：CH3–C–CH3 + H–CN NaOH CH3–C–CN
CH3
OH
丙酮羟腈(丙酮氰醇)
H2O
CH3–C–COOH
H2SO4 △
–CHO
–C–CH3 羰基直接 O 连芳环
O
O
两–C个H羰2–C基–共CH同3的–H
多元醛酮 CH3–C–CH2–C–CH3 2,4-戊二酮 (-二酮)
二、醛酮的化学性质
(一) 羰基的亲核加成反应
(二C+＝) -O-H的N反u应- NCu—O-
E+
Nu E
C—O
(三) 醛酮的氧化和还原反应稳定性：O-＞C+
–CHO
–CH3 光 CH3CH=CH2Cl2
HBr
C–HC3BCHrH2CCl HP3h3PPh3P
Ph3P–CBHr–(CCHH23C)2l–PP-HHhOX3 -
HO- CH–3CH=PPh3 -HXPh3P=C–CH3
H H
OH
C—R 伯醇
② H2O
环己基甲醇
R
–MgCl +
CH3 CH3
C=O
H
C=O
醛
CH3
① 干醚
–C–OH R
② H2O
CH3
2-环己基-2-丙醇
R
C=O
酮
R
OH
C—R 仲醇
H
R OH
R C—R叔醇
羰基的亲核加成
上述构型中双键碳上所连的两个大的基团处在反位比较稳定（即 构型以反式为主）。 当分子中含有两个羰基时（二醛、二酮、或一种醛与一种酮），
在碱催化作用下，也可发生分子内羟醛缩合生成五元环或六元环 的不饱和醛酮。
高等有机化学
O
OH
CH3 C CH2CH2CH2CHO
(2)Knoevenagel缩合 不含a氢的醛酮与含活泼的a氢的化合物的合成
高等有机化学
O
O
O
O
* R CH2 C H
OH
*
RCH2CHO
*
R CH C H
R CH2 C CH C H
Step 1
Step 2
HR
O * R CH C H
H2O Step 3
OH
O
*
R CH2 C CH C H
HR
H2O Step 4
O * R CH2 C C C H
HR
如果用两种不同的具有α-H的醛缩合时为混合物，其产物复杂， 合成上意义不大。但无α-H的醛可以与有α-H 的醛发生羟醛
CZ
C Z + CH3CH CHCOOEt
CH3CH CHCOOEt CZ
CH3CH CHCOOEt CZ
BH CH3CH CH2COOEt
CZ
O CH3CH CH COEt
CZ
BH
OH
CH3CH CH COEt
CZ
高等有机化学
例1
CH3CH CHCOOEt + CH2(COOEt)2
C2H5ONa C2H5OH
CHCN + CH2 CH CN C2H5
KOH
OCHCH2CH2CN C2HC5H2CH2COOEt
第十三章羰基化合物的亲核加成和亲核取代反应(07)
O R C Y + NuOR C Y Nu
● 与羧羰基碳的电正性及空间位阻有关； ● 与反应物稳定化程度及中间体稳定性化程度有关； ● 与离去基团(Y)的离去能力有关。
O R C Nu + Y-
离去基团的离去能力： X- > RCOO- > RO- > H2N羧酸衍生物亲核取代反应活性顺序：
O O O RCOOR RCOOH O > RCNH2
O2N NNH NO2
环己酮-2,4-二硝基苯腙
常用的氨衍生物 (H2N-Y): P581
H2NNH2(肼) H2NOH(羟胺) H2NNHCONH2(氨基尿)
O2N H2NNH (苯肼) H2NNH 2,4-二硝基苯肼 NO2
H CHO NH2OH HO (Z)-苯甲醛肟 C N HCl C6H6 , hv C N
醛酮化合物发生亲核加成反应的活性顺序：
HCHO > RCHO > R2CO > ArCHO > ArCOR > Ar2CO
1. (A)
CHO (B)
COCH3 (C)
CHO
2. NO2 (A) O 3. (A)
COCH3
CH3O (B)
COCH3
O
(B)
13.1.3 羧酸衍生物中羰基的亲核取代与反应活性 P571, 599
R R'
O CH3CH2CCH2CH3 + 2CH3CH2SH H+ H2 Raney Ni CH3(CH2)3CH3
H+
R
(R')H SCH2CH3 缩硫醛(酮)
C S S H2 Raney Ni R R' CH2
C
● 与羧羰基碳的电正性及空间位阻有关； ● 与反应物稳定化程度及中间体稳定性化程度有关； ● 与离去基团(Y)的离去能力有关。
O R C Nu + Y-
离去基团的离去能力： X- > RCOO- > RO- > H2N羧酸衍生物亲核取代反应活性顺序：
O O O RCOOR RCOOH O > RCNH2
O2N NNH NO2
环己酮-2,4-二硝基苯腙
常用的氨衍生物 (H2N-Y): P581
H2NNH2(肼) H2NOH(羟胺) H2NNHCONH2(氨基尿)
O2N H2NNH (苯肼) H2NNH 2,4-二硝基苯肼 NO2
H CHO NH2OH HO (Z)-苯甲醛肟 C N HCl C6H6 , hv C N
醛酮化合物发生亲核加成反应的活性顺序：
HCHO > RCHO > R2CO > ArCHO > ArCOR > Ar2CO
1. (A)
CHO (B)
COCH3 (C)
CHO
2. NO2 (A) O 3. (A)
COCH3
CH3O (B)
COCH3
O
(B)
13.1.3 羧酸衍生物中羰基的亲核取代与反应活性 P571, 599
R R'
O CH3CH2CCH2CH3 + 2CH3CH2SH H+ H2 Raney Ni CH3(CH2)3CH3
H+
R
(R')H SCH2CH3 缩硫醛(酮)
C S S H2 Raney Ni R R' CH2
C
羰基化合物的亲核加成反应
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
NaHSO3 是一种含硫的亲核试剂
可逆反应
α- 羟基磺酸钠
53
α- 羟基磺酸钠一般为白色晶体，遇酸或碱被分解成 原来的醛酮。（可逆反应）
应用：用于分离提纯醛、脂肪族甲基酮和8个碳原子以下的环酮。 例如：
54
8.2.3 氮原子作为亲核试剂的加成（消除）反应
55
56
加成-消除产物的应用
1）在稀酸中加热水解，重新生成醛、酮。可用于分离、提纯：
68
有人研究了LiAlH4在不同溶剂中的形态 1） 在低浓度的Et2O溶液中，以自由离子的形式存在：
Li+ AlH4而在高浓度的Et2O溶液中，以二聚体的形式存在 :
(LIAlH4)2
2） 在低浓度的THF溶液中，以紧密离子对的形式存在： Li+ ||AlH4-
而在高浓度的THF溶液中，以二聚体的形式存在 : (LIAlH4)2
31
2、Wittig－Horner反应
32
33
34
35
O + Ph3P=CHOCH3
金刚
利用此结构可制醛
CHOCH3 H2O H+
亲核加成反应分析
R1
O + HNu
R2
R1
OH
R2
Nu
（1）α碳为手性碳的醛（酮）羰基加成的立体化学
Cram规则与Cornforth规则：反应中亲核试剂总是优先从空间位阻较小的方向 进攻羰基，对应于这种加成的反应物优势构象所导致的产物为主要产物。
Cram规则一：如果醛（酮）的羰基与手性碳原子直接相连，手性碳原子上所
羰基所连接的基团空间位阻或空间张力愈大，则羰基的反应活性愈基碳原子为SP2杂化，键 角为120°，而加成产物中原羰基碳原子变成了SP3杂化，键角为109°28′， 基团体积大，加成后必然张力增加也大，使亲核加成难以进行。
（3）溶剂的影响
羰基加成的立体化学
连接的另外三个基团分别以L、M、S表示，假定作用物起反应时的构象是羰基
处在M、S之间，Nu－优先从位阻小的S一边进攻羰基，这样生成的产物为主要
产物。
O
S
主要产物
M
次要产物
RL
Cram规则二：当醛（酮）的手性碳原子上连有一个羟基或氨基等可以和羰基 氧原子形成氢键的基团，Nu－将从含氢键的环空间阻碍较小的一边进攻羰基， 这样的加成产物为主要产物。
a键的醇。
内侧
H O
H
Me3C
外侧
Me3C
H H
H
O
三仲丁基硼氢化锂
Me3C
H H
OH
H
+ Me3C
H H
H OH
H
H
H
93%
7%
当用体积小的试剂如硼氢化钠、氢化铝锂还原4-叔丁基环己酮时，主要产物则 为羟基处于e键的反式醇。
这是由于生成的反式醇与顺式醇经过下面两种过渡态：
O + HNu
R2
R1
OH
R2
Nu
（1）α碳为手性碳的醛（酮）羰基加成的立体化学
Cram规则与Cornforth规则：反应中亲核试剂总是优先从空间位阻较小的方向 进攻羰基，对应于这种加成的反应物优势构象所导致的产物为主要产物。
Cram规则一：如果醛（酮）的羰基与手性碳原子直接相连，手性碳原子上所
羰基所连接的基团空间位阻或空间张力愈大，则羰基的反应活性愈基碳原子为SP2杂化，键 角为120°，而加成产物中原羰基碳原子变成了SP3杂化，键角为109°28′， 基团体积大，加成后必然张力增加也大，使亲核加成难以进行。
（3）溶剂的影响
羰基加成的立体化学
连接的另外三个基团分别以L、M、S表示，假定作用物起反应时的构象是羰基
处在M、S之间，Nu－优先从位阻小的S一边进攻羰基，这样生成的产物为主要
产物。
O
S
主要产物
M
次要产物
RL
Cram规则二：当醛（酮）的手性碳原子上连有一个羟基或氨基等可以和羰基 氧原子形成氢键的基团，Nu－将从含氢键的环空间阻碍较小的一边进攻羰基， 这样的加成产物为主要产物。
a键的醇。
内侧
H O
H
Me3C
外侧
Me3C
H H
H
O
三仲丁基硼氢化锂
Me3C
H H
OH
H
+ Me3C
H H
H OH
H
H
H
93%
7%
当用体积小的试剂如硼氢化钠、氢化铝锂还原4-叔丁基环己酮时，主要产物则 为羟基处于e键的反式醇。
这是由于生成的反式醇与顺式醇经过下面两种过渡态：
羰基的亲核加成
OH
H
R
H
+
OH R
CH3
H
Ph
H Ph CH3
2~4
:
1
2.5
:
1
1.0~1.9
:
1
基团的大小顺序为L＞M＞S，无分子内氢键。
高等有机化学
Cram规则二 羰基邻位的不对称碳原子上有一OH，一NH2等能与羰基氧 形成氢键的基团时，亲核试剂从含氢键环的空间阻碍小的 一边对羰基加成。
Z
O
O
C R
Y
C R''L
高等有机化学
第八章 亲核加成反应 一,醛酮的亲核加成 1 亲核加成的机理
高等有机化学
第八章 亲核加成反应 一,醛酮的亲核加成 2 羰基的活性 ①电子因素*当羰基碳上连有给电子基团(如烷基、芳基等)时，由 于中心碳原子的电正性减小，从而降低了它的亲电能力，使反应活 性下降。相反，若羰基碳上连有吸电子基团(如F3C-等)时，则会使 反应速率加快。 ②空间因素，由于从反应物到过渡态及产物，羰基碳由sp2 杂化变为sp3杂化，反应中存在着明显的空间特性。在反应过程中， R基会被越来越近地挤在一起，非键张力使过渡态内能增加，不利 于反应的进行之故：R基的体积增大时，反应速率迅速下降。Nu体 积增大，同样也会降低反应速率。综合上述两方面的影响，可以得 出一般醛、酮亲核加成反应的话性次序：
CH3CH2
C O + RNHR'
CH3
R' N
R
CH3 C CHCH3
（4）与其它亲核试剂加成
高等有机化学
高等有机化学 三,羰基加成的立体化学
R
C O + Nu A
R'
羰基的亲核加成反应
_
-CN
OH O Ar CH C Ar
CN H
CN 进攻醛羰基，得氧负离子，并使醛氢的酸性增强， 氢转移后，羰基碳变成碳负离子作为亲核试剂对第二分子 _ 醛进行亲核加成，生成氰基取代的二醇，接着，失去CN 得 到缩合产物。
3.达参反应：
达参反应（Darzens反应、Darzen反应）是醛或酮在 强碱（如氨基钠、醇钠）作用下与α -卤代羧酸酯反 应，生成α ,β -环氧酸酯的反应。产物α ,β -环氧 羧酸酯经水解可以得到醛和酮。
麦克尔加成（Michael reaction），最有价值的有机合成 反应之一，是构筑碳-碳键的最常用方法之一。有时也称为 1，4-加成、共轭加成。是亲核试剂对α ,β -不饱和羰基化 合物发生的β 位碳原子发生的加成反应。
O β α CH2 CH C CH3 + CH2(COOC2H5)2 丙二酸二乙酯 C2H5ONa C2H5OH 0℃ CH2 CH2 O C CH3 CH(COOC2H5)2
OH
CH3CHO + CH3CHO
O CH3CHCH2C H OH
碱催化机理：
Step 1
O HO + H CH2CH HOH +
O CH2 CH
O CH2 CH
Step 2
O CH3CH
O CH2 CH CH2 O CH
O
O
CH3CHCH2CH 慢
Step 3
O
O HOH
OH
O OH
CH3CHCH2CH
反应机理：
O CH2(COOC2H5)2 O CH2 CH C CH3 C2H5OH CH(COOC2H5)2 CH2 CH C2H5O CH(COOC2H5)2 CH2 CH C CH3 OH C CH3
-CN
OH O Ar CH C Ar
CN H
CN 进攻醛羰基，得氧负离子，并使醛氢的酸性增强， 氢转移后，羰基碳变成碳负离子作为亲核试剂对第二分子 _ 醛进行亲核加成，生成氰基取代的二醇，接着，失去CN 得 到缩合产物。
3.达参反应：
达参反应（Darzens反应、Darzen反应）是醛或酮在 强碱（如氨基钠、醇钠）作用下与α -卤代羧酸酯反 应，生成α ,β -环氧酸酯的反应。产物α ,β -环氧 羧酸酯经水解可以得到醛和酮。
麦克尔加成（Michael reaction），最有价值的有机合成 反应之一，是构筑碳-碳键的最常用方法之一。有时也称为 1，4-加成、共轭加成。是亲核试剂对α ,β -不饱和羰基化 合物发生的β 位碳原子发生的加成反应。
O β α CH2 CH C CH3 + CH2(COOC2H5)2 丙二酸二乙酯 C2H5ONa C2H5OH 0℃ CH2 CH2 O C CH3 CH(COOC2H5)2
OH
CH3CHO + CH3CHO
O CH3CHCH2C H OH
碱催化机理：
Step 1
O HO + H CH2CH HOH +
O CH2 CH
O CH2 CH
Step 2
O CH3CH
O CH2 CH CH2 O CH
O
O
CH3CHCH2CH 慢
Step 3
O
O HOH
OH
O OH
CH3CHCH2CH
反应机理：
O CH2(COOC2H5)2 O CH2 CH C CH3 C2H5OH CH(COOC2H5)2 CH2 CH C2H5O CH(COOC2H5)2 CH2 CH C CH3 OH C CH3
醛酮的化学性质——羰基上的加成
醛酮的化学性质——羰基上的加成
羰基双键与烯烃不同，由于π键的极化，氧原子带部分负电荷，碳原子带部分正电荷，由于氧原子可以形成稳定的氧负离子，有较大容纳负电荷的能力，所以碳氧双键中反应活性中心是带正电的碳原子，容易与带负电荷或有未共用电子对的原子或原子团（亲核试剂）相作用。
这种由亲核试剂进攻而发生的加成叫亲核加成。
1．与氰化氢加成
醛和甲基酮可与HCN加成生成α—羟腈。
2．与NaHSO3加成
醛和脂肪族甲基酮有此反应。
这一反应是典型的可逆反应，所以NaHSO3溶液是饱和的，而且需过量。
此反应常用于分离提纯醛酮。
碳原子数小于8以下的环酮也有此反应。
3．与格氏试剂反应
醛酮与格氏试剂反应是合成醇的重要方法之一。
第五章 羰基的亲核加成和相关的反应解析
R Nu C
R' OH
50% dl
②
②
前(潜)手性分子
R O- H+ C
R' Nu
R OH
C
R'
Nu
50%
二、手性羰基化合物的亲核加成
加成方向遵守Cram规则，得立体选择性的非对映异构
体产物。
小基团
S OZ LCCR
SO
L C C R + R'Z
M
大基团
中基团
M R' 非对映异构体
S R' LCCR
RL
R'
M
S
R
OZ
L
(次)
Ph
O
C
H
Br
CH3 (2R)
BH4-
优
O
H
Me
BrPh (2R)
NaBH4
Ph
Ph
H
OH HO
H
+
H
Br
H
Br
CH3 (1S,2R)
赤式(次)
CH3 (1R,2R) 苏式(主)
H
H
Me
H H Me
+
Ph
OH
Br
HO
Ph
Br
(1R,2R)
(1S,2R)
(优)
[H]
位阻大
HCN>H2O(极性与电负性) 3．同周期元素的负离子的亲核性与碱性大小一致.
R3C->R2N->RO->F-
4．同一主族元素的负离子的亲核性与可极化度大小一 致。
I->Br->Cl->F5.2.3 亲核加成反应的立体化学
羰基化合物的亲核加成和取代反应
OH
2.H3O
酮
R
R C R'
O
低温和空间位阻作用 3°醇
R''
R CR' 使用不活泼的金属试剂
3°醇
酮 可能将反应控制在酮的阶段
二、羰基的亲核加成
4. 含C亲核试剂
(4) Ylide试剂 An ylide is a compound that has opposite charges on adjacent, covalently bonded atoms with complete octets of valence electrons, for example, a phosphonium ylide:
O CH CH C
1.
MgBr
2.H3O
O CH CH2 C
1,4-加成 92%
O
1.
MgBr
CH CH C CH3
2.H3O
O CH CH2 C CH3 +
OH CH CH C H
1,4-加成 12%
1,2-加成 80%
三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应
1. Mechanism for nucleophilic substitution
关于亲核加成的小结 1. 概述 —— 结构、机理、反应活性、立体化学 2. 含O, S亲核试剂 包括H2O, ROH, RSH, 和NaHSO3
羰基的保护 醛酮的分离纯化
3. 含N亲核试剂 (1) RNH2 and YNH2 (2) R2NH
亚胺及其衍生物的形成 烯胺的形成
4. 含C亲核试剂 —— C-C键的形成
第十三章
羰基化合物的亲核加成和取代反应
Nucleophilic Additions and Substitutions of Carbonyl Compounds
羰基加成的立体化学
羰基加成的立体化学
亲核加成和催化加氢还原是羰基的重要化学反应，由于羰基的平面构型，亲核试剂或者氢可以从羰基平面的上方或下方进攻羰基。
因此，除甲醛和对称酮外，其他醛、酮的加成及还原都会产生新的手性碳原子，产物是外消旋体或非对映异构体的混合物。
例如，乙醛与氢氰酸的加成，由于亲核试剂CN-可以从羰基平面的上方或下方进攻羰基碳，且机会相等，所以产物是由等量的R-羟基丙腈和S-羟基丙腈组成的外消旋体。
再例如2－丁酮的催化加氢还原，也得到外消旋体
当醛或酮的α-碳原子具有手性时，羰基平面不再是分子的对称面，亲核试剂从该平面上方或下方进攻的机会不相等，结果得到不等量的非对映体。
总结：
醛、酮是分子中含有羰基的化合物。
由于氧的电负性比碳大，所以碳氧双键是极性的不饱和键。
羰基的极化性导致醛、酮能发生亲核加成反应。
常见的亲核试剂有：氢氰酸、醇、水、Grignard试剂、氨的衍生物等。
多数情况下，羰基的亲核加成反应是可逆的。
醛酮亲核加成反应的难易主要取决于醛、酮的结构，即取决于羰基碳上连接的原子或基团的电子效应和空间效应。
醛、酮分子的α－H受羰基的影响，显得非常活泼，能发生羟醛缩合反应和卤代、卤仿反应。
醛、酮对弱氧化剂（如Tollens试剂、Fehling试剂）表现出很大差异，可用于醛酮的鉴别。
醛、酮均可被还原成醇，羰基也可被还原成亚甲基。
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H+
RCHCH2N(CH3)2
NO2
（4）安息香缩合 苯甲醛在氰离子作用下生成二苯羟乙酮的 反应
高等有机化学
+ CNCHO
CN C OH- +
O CH
CN C OH
CN OCC O-H H
CN C OH-
CN OHCC O- H
O OHCC
H
（5）Claisen缩合 含a-H的酯在碱的作用下得到β酮酸酯
CHCN + CH2 CH CN C2H5
KOH
OCHCH2CH2CN C2HC5H2CH2COOEt
导眠能中间体
利用Michael加成与Robinsen关环合成环关化合物 O CH2CH2COOEt
高等有机化学
COOCH2CH3 CH3COCH3 +
COOCH2CH3
EtOEtOH
-CH2COCH3
O COCH2CH3 COOCH2CH3
O CH3COCH2 C OCH2CH3
COOCH2CH3
CH3COCH2COCOOEt
HCOOEt + CH3COCH3
EtOEtOH
O
-CH2COCH3 + HCOCH2CH3
C H OH
R OR
C
+ H+
H OH
半缩醛 (Hemiacetal)
高等有机化学
R OR
H+
C
+
ROH
H OH
R OR
C+ H OH
H
R OR C
H OR
+H
高等有机化学
A 酮与简单的醇不易得到缩酮，但与乙二醇或丙三醇作用可得 到环状的缩酮 。 B硫醇与醛酮也能起类似的缩合反应，并且比醇与醛酮缩合更 容易，这是因为硫的亲核能力比氧大。 C 缩醛和缩酮是一种醚类化合物，暴露在空气中易生成过氧化 物，D 缩醛和缩酮在碱性条件下稳定，但在酸性水溶液中易水 解成醛酮。 E 在有机合成中常用缩醛和缩酮的生成来保护羰基
O
O
* R CH2 C H
OH
* R CH C H
O * R CH C H
烯醇负离子碳与氧均具有亲核性，但亲电试剂进攻一般主要发生在 碳上。（氧负离子电荷较集中，易溶剂化，此外，碳原子的核外电 子云变形大）
O *
R CH C H + CH3CH2 I
O * R CH C H
CH2CH3
高等有机化学
R'S
高等有机化学
(3)Cram规则三 当酮的a手性碳原子上连接着卤原子时，由于卤原 于与碳基的偶极相互作用，使酮的优势构象是卤原子与碳基在问一 平面上处于对位交叉位置，碳基进行反应时．试剂优先从空间阻碍 最小的一边即小基团一侧进攻碳基碳原子，也称为cornforth规 则。例如：
高等有机化学
第八章 亲核加成反应 四，含碳亲核试剂的加成反应
高等有机化学
（6）Darzen反应 (α β—环氧酯合成) 醛酮在碱作用下与 “a—卤代酸酯反应生成α β—环氧酯。
高等有机化学
Darzen反应在合成上的应用是基于环氧酯能以当量的氢氧化钠 水解为钠盐，然后用酸中和时发生脱羧和开环过程，最后互变 异构为一个在羰基碳原于上增长一个碳的醛。因此，从苯乙酮 经Darzen反应可方便合成2—苯基丙醛。
ROCH3COCH2COOEt
O CH3C CHCOOEt + CH3CH2 I
CH3COCHCOOEt CH2CH3
当乙酰乙酸乙酯在烷氧基碱的作用下与1，3-二溴丙烷作用，产 物中有下列化合物出现
试提出其反应机理
高等有机化学
（2）烯胺的烷基化与酰基化应 仲胺与醛酮在酸催化下缩合得到烯胺 它与卤代物反应生成烷基 化(或酰基化)产物，不对称酮和胺反应时，主要生成双键上取代 最少的烯胺。如：
高等有机化学
第八章 亲核加成反应
Cl3CCHO > HCHO > RCHO > RCOR > RCOAr > p-N(R)2-ArCOR RCHO > ArCHO > ArCOCH3
二， 羰基加成反应及产物 (1)羰基与水形成水合物
H3C C = O H C
H OH
高等有机化学
完成下列反应
CH3COCH2CHO
高等有机化学
OH
NH
+
CH2(COOC2H5)2
CHO
高等有机化学
OH
+
CHO
-CH(COOC2H5)2
OH COOEt
CH=C COOEt
OCOOEt
CH=C COOEt
O CO CH C COOEt
高等有机化学
（9）Perkin缩合 五，烯醇的烷基化反应 1， 烯醇负离子 (1)烯醇负离子 从碳基化合物中移去一个质子得到的碳负离子是 烯醇负离子．
高等有机化学
第八章 亲核加成反应 一,醛酮的亲核加成 1 亲核加成的机理
高等有机化学
第八章 亲核加成反应 一,醛酮的亲核加成 2 羰基的活性 ①电子因素*当羰基碳上连有给电子基团(如烷基、芳基等)时，由于 中心碳原子的电正性减小，从而降低了它的亲电能力，使反应活性 下降。相反，若羰基碳上连有吸电子基团(如F3C-等)时，则会使反 应速率加快。 ②空间因素，由于从反应物到过渡态及产物，羰基碳由sp2 杂化变为sp3杂化，反应中存在着明显的空间特性。在反应过程中， R基会被越来越近地挤在一起，非键张力使过渡态内能增加，不利 于反应的进行之故：R基的体积增大时，反应速率迅速下降。Nu体 积增大，同样也会降低反应速率。综合上述两方面的影响，可以得 出一般醛、酮亲核加成反应的话性次序：
高等有机化学 （3）与含氮亲核试剂作用
C O + NH2X
C NX
+ H2O
X= NH2 R OH
CONH2 NHAr NHCONH2
A 弱酸时对其有催化作用 B 它们的反应产物一般是固体,在酸性条件下能水解还原成原来 的醛酮
C 仲胺与醛酮作用不能生成亚胺,但与含a 氢的醛酮作用得到烯胺
高等有机化学
CH3CH CHCOOEt +
-CH(COOEt)2
例2，合成
CH3CH CHCOOEt CH(COOEt)2
C2H5OH
CH3CH CH2COOEt CH(COOEt)2
O
CH2CH2COOEt
H3O+
O CH2CH2COOEt
为什以不直接在碱性条件下生成碳负离子，然后再进行加成
高等有机化学
Michael加成反应的应用 (1)在合成上的意义
(1)羟醛缩合
具有α－H的醛，在碱催化下生成碳负离子，-CH2CHO, 然后 CH2CHO作为一个亲核试剂对醛酮进行亲核加成，生成β-羟基醛， β-羟基醛在加热时易脱水变成α、β不饱合醛。
O
_
2 RCH2C H
OH
H2O
OH O RCH2CHCHCH
R
_ H2O
O RCH2CH CCH
R
碱催化历程可以是烯醇负离子，也可以是碳负离子
CH3CH2
C O + RNHR'
CH3
R' N
R
CH3 C CHCH3
（4）与其它亲核试剂加成
高等有机化学
高等有机化学 三,羰基加成的立体化学
R
C O + Nu A
R'
R
OH
C
R' Nu
(1)如果羰基两边空间条件不相同,则进攻试剂从位阻小的一端 进攻.
O
NaBH4
OH
H
高等有机化学
(2) 4-叔丁基环己酮的优势构象为叔丁基在e键上.当进攻试剂体积大 时试剂从位阻小的一端进攻.
H CH COOR
H CH COR
RC C H
H H
如
RO H
RS H
NO2
OH
CH2 H
H CH COOH
高等有机化学
RCH2
RSH + HCHO + HN(CH3)2
H+ RSCH2N(CH3)2
RCH2NO2 + HCHO + HN(CH3)2
H+ RCHCH2N(CH3)2
NO2
NO2 + HCHO + HN(CH3)2
高等有机化学
*CH3NO2
*CH2(COOEt)2
CH3CO*CH2COOEt
*CH3
NO2
N C*H3
(3) 接受体 α,β不饱和体为Michael加成的接受体
O
CH3C CH CH2
CH3CH CHCOOEt
*
CH3C*H2CN
RCH CHCN
CH2 CH
NO2
高等有机化学
(4)反应机理
B- + H C Z
HN(CH3)2 RCH
H
OH CR
OH CH N(CH3)2
H+
_ H2O
HCH + N(CH3)2
HCH + N(CH3)2
+
HCH N(CH3)2
+
HCH +
N(CH3)2
OH RCH C R
活泼氢化合物可以是:
O RCH C R
CH2N(CH3)2
高等有机化学
H CH NO2
H CH CN
高等有机化学 如维生素A合成中间体的制备
（7）混合酯缩合
高等有机化学
CH2CH2COOC2H5 + COOCH2CH3 COOCH2CH3