第五章羰基亲核加成及相关反应
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反应物的结构影响
取代基的电子效应：羰基碳原子上的电子云密度小 （-C，-I）利于亲核试剂进攻，亲核反应易于进行。
芳香醛：
羰基碳原子上的电子云密度大（+C）的化合物趋稳 定
亲核加成造成共轭体系的破坏也不易加成 芳基上的推电子基（+I）及拉电子基（-I）也改变
羰基活性。
空间位阻降低羰基亲核加成活性
(失去MgXCl生成酮）
失去Mg(OR')X生成酮
Reformasky反应
生成C-Zn键，与Grignard试剂相似
醛酮与含氮亲核试剂的加成-消去反应
加成产物发生β-消去形成新的双键醛酮与氨 衍生物的反应
烯胺（enamine）为中间体可用于合成，酸 性条件下水解生成胺及酮
O
+
N
H
N
1)CH2=CHCH2Br 2)H3+O
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
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）
(C6H5)3P + CH3CH2Br C6H6
(C6H5)3P+CH2CH3Br季 鏻盐
(C6H5)3P+ CH2CH3Br- + C6H5Li
(C6H5)3P=CHCH3 + C6H6+ LiBr Wittig试剂
烃代亚甲基三苯基膦
季鏻盐酸性较弱，要强碱(C6H6Li)才能夺取其中的 质子
季鏻盐的α-位有强吸电子基，则酸性 增强，用普通碱可制备磷叶立德:
亲核加成反应的历程
碱催化羰基的亲核加成：碱夺取亲核试剂（H-Nu）中的H+， 生成亲核性更强的Nu-
酸催化羰基的亲核加成：羰基被质子化 许多亲核加成反应是可逆的
与氨基衍生物的亲核加成
Y：H，R′，OH（羟氨），NHR（肼），NHCONH2（氨 基脲）
影响羰基亲核加成反应活性的因素
第五章
羰基的亲核加成及 相关反应
羰基的结构与极化：
醛、酮、羧酸及其衍生物及二氧化碳都含有羰基 羰基有一个σ键和一个π键；由于氧的电负性（3.5）比碳
（2.5）大，所以羰基产生极化
羰基的结构与极化：
羰基碳带有部分电荷为亲电中心，容纳正电荷能力差很 不稳定，易受攻击发生亲核加成反应
羰基氧为亲核中心具有容纳负电荷能力比较稳定
同一周期元素负离子碱性越强亲核性越强： R3C-＞R2N-＞RO-＞F-
同一主族元素负离子亲核性与其可极化度一 致：I-＞Br-＞Cl-＞F-
亲核加成反应中的立体化学
R
R
Nu-
(a)
CO
R'
Nu H+ R
C
O-
R'
Nu C
OH
R'
Nu-
R (b)
R'
O- H+
R
C
Nu
R'
OH C
Nu
透视式：任意两个基团交换位置后为对映异构体
叶立德与羰基反应：引入碳-碳双键
反应历程：四元环过渡态
含碳亲核试剂的反应
羟醛缩合（生成β- 羟基醛酮或αβ-不饱和醛酮）
羟醛缩合反应
一些含活泼亚甲基（酸性α-氢）的化合物（β-二
羰基化合物 O O
OO
OO
ROCCH2C R' , ROC CH2C OR' , R C CH2C OR'
醛、酮等）在强碱下可形成α-碳负离子（强亲核
试剂），然后与羰基进行亲核加成反应生成β-羟
基醛（酮）（也称醇醛）
β-羟基醛（酮）脱水生成α，β-不饱和醛酮
羟醛缩合反应
pKa酸式离解常数：
丙烯≈38、乙炔≈25、丙酮≈20
CH3→CH=CH2σ-π超共轭效应及+I效应利于亲电加 成
CH3→CH=O σ-π超共轭效应及+I效应不利于亲核 加成
O CH2-CH=CH2
66%
曼尼希（Mannich）反应
具有α-氢的醛酮或其它含活泼氢的化合物与 甲醛及胺（或氨）反应生成含胺甲基的化合 物
COCH3 + CH2O + NH3
COCH2 CH2NH2
酸组分
醛组分 碱组分
曼尼希碱
活泼氢被胺甲基化后，加热失去氨，生成 αβ-不饱和羰基化合物（PhCOCH=CH2）
含活泼氢的化合物。
CHCOR，CHCO2R， CHCO2H，CHCN，CHNO2， RC≡CH，ROH，RSH及苯酚羟基邻、对位的H
醛、酮羰基的烯化——Wittig（维荻 许）反应
1954年 G.Wittig发现该反应 1979年 获 Nobel Price 醛与酮与磷叶立德（ylide）反应生成烯
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
硫大于氧 两可试剂 生成碳一硫键
醛酮与醇的加成：
生成半缩醛（酮）或缩醛（酮） 历程：酸催化
醛酮与醇的加成：
酮反应较为困难 空间位阻效应 ·反应可逆，生成缩醛不与碱、氧化剂和碱金属反
应可保护羰基（用乙二醇）
醛酮与金属有机化合物反应：
金属有机化合物含碳-金属键 为极性共价键。 烷基锂或格氏试剂都是强亲核试剂
Wittig试剂（磷叶立德）：
内鎓（Onium）正盐（中性wenku.baidu.com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
季鏻盐R4P+ C-l与季铵盐R4N+ C- l相似
磷叶立德：
由强碱夺取季鏻盐中质子制备
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：
取代基的电子效应：羰基碳原子上的电子云密度小 （-C，-I）利于亲核试剂进攻，亲核反应易于进行。
芳香醛：
羰基碳原子上的电子云密度大（+C）的化合物趋稳 定
亲核加成造成共轭体系的破坏也不易加成 芳基上的推电子基（+I）及拉电子基（-I）也改变
羰基活性。
空间位阻降低羰基亲核加成活性
(失去MgXCl生成酮）
失去Mg(OR')X生成酮
Reformasky反应
生成C-Zn键，与Grignard试剂相似
醛酮与含氮亲核试剂的加成-消去反应
加成产物发生β-消去形成新的双键醛酮与氨 衍生物的反应
烯胺（enamine）为中间体可用于合成，酸 性条件下水解生成胺及酮
O
+
N
H
N
1)CH2=CHCH2Br 2)H3+O
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
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）
(C6H5)3P + CH3CH2Br C6H6
(C6H5)3P+CH2CH3Br季 鏻盐
(C6H5)3P+ CH2CH3Br- + C6H5Li
(C6H5)3P=CHCH3 + C6H6+ LiBr Wittig试剂
烃代亚甲基三苯基膦
季鏻盐酸性较弱，要强碱(C6H6Li)才能夺取其中的 质子
季鏻盐的α-位有强吸电子基，则酸性 增强，用普通碱可制备磷叶立德:
亲核加成反应的历程
碱催化羰基的亲核加成：碱夺取亲核试剂（H-Nu）中的H+， 生成亲核性更强的Nu-
酸催化羰基的亲核加成：羰基被质子化 许多亲核加成反应是可逆的
与氨基衍生物的亲核加成
Y：H，R′，OH（羟氨），NHR（肼），NHCONH2（氨 基脲）
影响羰基亲核加成反应活性的因素
第五章
羰基的亲核加成及 相关反应
羰基的结构与极化：
醛、酮、羧酸及其衍生物及二氧化碳都含有羰基 羰基有一个σ键和一个π键；由于氧的电负性（3.5）比碳
（2.5）大，所以羰基产生极化
羰基的结构与极化：
羰基碳带有部分电荷为亲电中心，容纳正电荷能力差很 不稳定，易受攻击发生亲核加成反应
羰基氧为亲核中心具有容纳负电荷能力比较稳定
同一周期元素负离子碱性越强亲核性越强： R3C-＞R2N-＞RO-＞F-
同一主族元素负离子亲核性与其可极化度一 致：I-＞Br-＞Cl-＞F-
亲核加成反应中的立体化学
R
R
Nu-
(a)
CO
R'
Nu H+ R
C
O-
R'
Nu C
OH
R'
Nu-
R (b)
R'
O- H+
R
C
Nu
R'
OH C
Nu
透视式：任意两个基团交换位置后为对映异构体
叶立德与羰基反应：引入碳-碳双键
反应历程：四元环过渡态
含碳亲核试剂的反应
羟醛缩合（生成β- 羟基醛酮或αβ-不饱和醛酮）
羟醛缩合反应
一些含活泼亚甲基（酸性α-氢）的化合物（β-二
羰基化合物 O O
OO
OO
ROCCH2C R' , ROC CH2C OR' , R C CH2C OR'
醛、酮等）在强碱下可形成α-碳负离子（强亲核
试剂），然后与羰基进行亲核加成反应生成β-羟
基醛（酮）（也称醇醛）
β-羟基醛（酮）脱水生成α，β-不饱和醛酮
羟醛缩合反应
pKa酸式离解常数：
丙烯≈38、乙炔≈25、丙酮≈20
CH3→CH=CH2σ-π超共轭效应及+I效应利于亲电加 成
CH3→CH=O σ-π超共轭效应及+I效应不利于亲核 加成
O CH2-CH=CH2
66%
曼尼希（Mannich）反应
具有α-氢的醛酮或其它含活泼氢的化合物与 甲醛及胺（或氨）反应生成含胺甲基的化合 物
COCH3 + CH2O + NH3
COCH2 CH2NH2
酸组分
醛组分 碱组分
曼尼希碱
活泼氢被胺甲基化后，加热失去氨，生成 αβ-不饱和羰基化合物（PhCOCH=CH2）
含活泼氢的化合物。
CHCOR，CHCO2R， CHCO2H，CHCN，CHNO2， RC≡CH，ROH，RSH及苯酚羟基邻、对位的H
醛、酮羰基的烯化——Wittig（维荻 许）反应
1954年 G.Wittig发现该反应 1979年 获 Nobel Price 醛与酮与磷叶立德（ylide）反应生成烯
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
硫大于氧 两可试剂 生成碳一硫键
醛酮与醇的加成：
生成半缩醛（酮）或缩醛（酮） 历程：酸催化
醛酮与醇的加成：
酮反应较为困难 空间位阻效应 ·反应可逆，生成缩醛不与碱、氧化剂和碱金属反
应可保护羰基（用乙二醇）
醛酮与金属有机化合物反应：
金属有机化合物含碳-金属键 为极性共价键。 烷基锂或格氏试剂都是强亲核试剂
Wittig试剂（磷叶立德）：
内鎓（Onium）正盐（中性wenku.baidu.com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
季鏻盐R4P+ C-l与季铵盐R4N+ C- l相似
磷叶立德：
由强碱夺取季鏻盐中质子制备
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：