第9章 碳杂重键的加成-jili

1. 反应机理 2.影响加成方式的因素 影响加成方式的因素 3.Michal加成 加成
七、 碳－氮的亲核加成反应
1.亚胺的亲核加成 亚胺的亲核加成 Mannich 反应 2. 腈的亲核加成反应 Thorpe 反应
碳杂重键： 碳杂重键：
除了
C C
C O
C
N
C N
C S
可逆反应
均可与亲核试剂发生加成反应。 均可与亲核试剂发生加成反应。
RCOOH R'O
RCOO + R'OH
中的C原子是三级碳原子时 在酸催化时， 原子是三级碳原子时， 若R’O －中的 原子是三级碳原子时，在酸催化时， 发生烷氧键断裂： 发生烷氧键断裂：
O R RC O C R R OH R RC O + C R R H2O R HO C R R -H R H2O C R R OH
CN
③ 空间效应 具有较小体积的亲核试剂，利于反应进行。 具有较小体积的亲核试剂，利于反应进行。
Et Et Et Et C O C O
HCN
Et2COH CN
K=38
-4
NaHSO3
Et2COH SO3Na
K=4× 10
三、 亲核加成反应的实例
对于羰基的亲核加成反应， 碳负离子作为进攻试剂， 对于羰基的亲核加成反应， 碳负离子作为进攻试剂， 亲核性最强，最有实际意义，这里予以着重介绍。 亲核性最强，最有实际意义，这里予以着重介绍。
第9章 碳杂重键的加成 章 (Addition to Carbon - Hetero Multiple Bonds)
一、反应机理
1、碱催化机理 、 2、酸催化机理 、
二、 羰基活性
1. 底物 电子效应 空间效应 2. 亲核试剂 试剂的亲核性的强度 试剂的可极化度大小 空间效应
三、羰基化合物的亲核加成反应实例
Nu
R R'
C
O
sp2杂化 平面三角型
R C R'
O Nu
sp3杂化 四面体
键角： 键角：120° °
109°28 ′ °
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 越大，妨碍Nu:从背后进攻 原子。 从背后进攻C原子 从背后进攻 原子。
角张力缓解： 角张力缓解：
O
Baidu Nhomakorabea
HCN
OH CN
羰基亲核加成反应的规律： 羰基亲核加成反应的规律：
加成物 HCN NaHSO3 H2O R-OH R-MgX G-NH2 正电部分 负电部分 加成方式 -H -H -H -H -MgX -H -CN -SO3Na -OH -OR -R -NHG
正电部分
O —C —
负电部分
与氨的衍生物加成： 与氨的衍生物加成：
C
R C R'
1) 反应机理
C O + Ph3P CR2 C O R2C PPh3
C O
C O R2C PPh3
C O 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。 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： 试剂是膦盐在强碱的作用下制备的：
酸除了活化羰基外，还能与羰基形成氢键： 酸除了活化羰基外，还能与羰基形成氢键：
C O H Cl
δ δ
δ
δ
都使羰基活化。 都使羰基活化。
质子性溶剂也起到同样作用： 质子性溶剂也起到同样作用：
C O H Sol
二、 羰基的活性
1. 底物的影响 > HCHO＞ RCHO > RCOCH3 > RCOR > C6H5COR ＞ 反应活性取决于羰基的中心碳原子带有正电荷 的多少。 的多少。
1. Wittig 反应 反应机理 膦叶立德 (Ylide) 硫叶立德 2. 羟醛缩合反应 反应机理
四、羧酸衍生物与亲核试剂的加成反应
1. 反应机理 2. 反应活性 Claisen 酯缩合反应及相关反应
五、金属氢化物与羰基的加成反应 1、反应机理 、
2、反应的立体化学 、
六、 α ,β-不饱和羰基化合物的加成反应 不饱和羰基化合物的加成反应
K=10000
sp2杂化，键角应为 杂化，键角应为120°, 实际为 °, 角张力较大； ° 实际为60° 角张力较大； 反应中，键角由60°转化为109°28 ′, 角张力得 反应中，键角由 °转化为 ° 到缓解。 到缓解。
O + HCN
OH CN
K=1000
这里，角张力缓解程度不大。 这里，角张力缓解程度不大。
与羰基相连的基团空间效应越大，越不利于反应进行。 与羰基相连的基团空间效应越大，越不利于反应进行。 CH3 OH CH3 C O HCN K>1 C CH3CH2 CH3CH2 CN
(CH 3)3 (CH 3)3 C O HCN (CH 3)3 (CH 3)3 OH C CN K<<1
与羰基相连的基团空间效应越大，越不利于反应进行。 与羰基相连的基团空间效应越大，越不利于反应进行。
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
(n-Bu)3P CHR
Wittig 试剂与羰基发生亲核加成反应，生成烯烃： 试剂与羰基发生亲核加成反应，生成烯烃：
C O
Ph3P C
R R'
(1) 电子效应
Y
当Y:
当羰基与具有+I或 的基团直接相连时 的基团直接相连时， 当羰基与具有 或+C的基团直接相连时， C O 由于增加了中心碳原子的电子云密度，故 由于增加了中心碳原子的电子云密度， 使反应活性降低。 使反应活性降低。
C C, C
CH3CHO
PhCHO
C, Ph
HCN
效应， 时，基团具有+C效应， 基团具有 效应
四、羧酸衍生物与亲核试剂的反应
1. 反应机理
H R L C O Nu H Nu C R L O
Nu C R HL
L: 离去基团
O
Nu R
C O + HL
加成－ 加成－消除反应
在Nu上引入酰基的反应 上引入酰基的反应
2. 反应活性
作为酰基化试剂，其活性为： 作为酰基化试剂，其活性为：
RCOCl>RCOSR'>(RCO)2O>RCOOR>RCONH2
OH
（1）反应机理 ） 碱催化： 碱催化： Step 1
O HO + H CH 2CH
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
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
酸催化： 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
羰基质子化，可以提高羰基的反应活性， 羰基质子化，可以提高羰基的反应活性， 羰基质子化后，氧上带有负电荷，很不稳定， 羰基质子化后，氧上带有负电荷，很不稳定， π电子发生转移，使碳原子带有正电荷。 电子发生转移， 电子发生转移 使碳原子带有正电荷。 决定反应速率的一步， 决定反应速率的一步，是Nu -进攻中心碳原子的一 步。
三、 反应实例
1. 酯的水解 烷氧基的 断裂
O R C O R'
酰氧键 的断裂
无论是酸催化还是 碱催化， 碱催化，一般发生酰氧 键断裂。 键断裂。
反应机理： 反应机理： 酸催化： 酸催化：
OH H
快
RCOOR'
R C OR'
H2O (慢 ) 慢
OH R C OR' OH 2 +
OH R C OR' O H H
X: 具有 效应，C－Cl键的极性大。 具有-I效应 效应， － 键的极性大 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 酯中烷氧基具有 效应， 效应 的电子云密度，使酰氧键难于断裂。 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 效应， 酰胺中的 、 效应 低。 酸酐中的酰基是吸电子基团，使酰氧键易于断裂， 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。 酸酐的反应活性比酯大。
OH CH3C CH2
羰基质子化及烯醇的生成
CH3 CH3C CH2 + C OH CH3 OH
酮的缩合反应常在 酸催化下进行。 酸催化下进行。
OH CH3 C OH CH3
O CH3
CH3C CH2
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 CH3CCH CCH3
OH R C O OH
*C R1 R3 R2
R' H
RCOOH + R'OH + H
RO - 比ROH 不易离去
当R’为： 为 碱催化： 碱催化： O
时，由于发生酰氧键断裂， 由于发生酰氧键断裂， 所以，得到构型保留产物。 所以，得到构型保留产物。
O 慢 R C OR' OH RC OR' OH 羧酸根离子的生成，使碱催化下 羧酸根离子的生成， 的酯水解反应不可逆 不可逆； 的酯水解反应不可逆；但酸催化 的酯水解反应可逆 可逆。 的酯水解反应可逆。
羰基活性降低。 羰基活性降低。
OH H C CN CH3
OH H C CN Ph
K>104
HCN
K=210
CCl3CHO
H2O Cl3C
OH C OH
H
Cl Cl C Cl H C H O O H (2) 空间效应
是强吸电子基团， ① Cl3C 是强吸电子基团，使 羰基带有更多的正电荷； 羰基带有更多的正电荷； 产物中形成分子内氢键， ② 产物中形成分子内氢键，使 产物稳定，平衡向右移动。 产物稳定，平衡向右移动。
CHO Ph3PCHCH3 COOCH2CH3 COOCH2CH3 CH CHCH3 Ph3P O
O
Ph3P CHOCH3
H+ H2O
CHOCH3
CHO
2. 羟醛缩合 (Aldol Reaction)
在酸或碱的催化下 α－ 氢的醛或酮 － 缩合反应 羟醛缩合 β- 羟基醛或酮
CH3CHO + CH3CHO
碱催化： 碱催化：
O A C B 慢A C B Nu Nu OH O H A C B 或 E+ A C B Nu Nu
O
试剂进攻羰基上C原子 原子， ① 试剂进攻羰基上 原子，生成氧负离子的一步 是决定反应速率的一步。 是决定反应速率的一步。 为使亲核试剂的负电荷裸露出来，增加亲核性， 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： 常需碱催化： HNu + B Nu + HB
H2N OH 羟氨 H2N NH2 肼 H2N NH 苯肼 C O + H2N NH NO2 2,4-二硝基苯肼 二 H2N—NHCONH2 氨基脲 NO2 -H2O
C N OH
肟
C N NH2 腙 C N NH
苯腙
C N NH NO2
二 2,4-二硝基 苯腙
NO2
C N NHCONH2 缩氨脲
问题: 氨基脲中含两个问题: 氨基脲中含两个-NH2 氨基难发生加成反应？ 氨基难发生加成反应？
，为什么与羰基相连的
一、 反应机理
底物 ＋ 试剂 E＋ δNu E－Nu － E－Nu － 底物的性质 亲电性 亲核性
亲电性：底物的中心碳原子带有部分的正电荷。 亲电性：底物的中心碳原子带有部分的正电荷。 亲核性：底物中心碳原子带有部分负电荷。 亲核性：底物中心碳原子带有部分负电荷。
羰基的亲核加成反应机理： 羰基的亲核加成反应机理：
2. 试剂的亲核性
对于同一羰基化合物，试剂的亲核性越强， 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。 反应的平衡常数越大。
C > N > O > X
试剂的亲核性依次减弱 如：
CH3 > NH2 > OH
试剂的可极化度越大， ② 试剂的可极化度越大，则有利于亲核加成 反应的进行。 反应的进行。 CH3CH(OH)2 K≈ 1 CH3CHO + H 2O K≈ 104 CH3CHOH CH3CHO + HCN
Ph3P + X CH R R'
Bu-Li
X
Ph3P CH R R'
Ph3P CH R R'
Wittig 反应应用范围很广。 反应应用范围很广。
R
C O: R'(H)
对于
ZCH2 R, Ar C O, R'(H) O
Z: OH, OR, NR2
C C C
, 试剂只与羰基作用。 试剂只与羰基作用。
Wittig 试剂应用实例： 试剂应用实例 应用实例：