高等有机化学_第5章羰基的亲核加成及相关反应

第五章 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CO 2。 5.1 羰基的结构

C

O

δ+δ-

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。

]CN ][CO [k v ->=

OH -

+HCN

CN -+ H 2O

快

-C

δ+δ-C

O -CN

C

OH

CN

+OH - 反应的平衡位置受电子效应和空间效应的影响。

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。

C

O +H +

+

OH

碱催化提高亲核试剂的亲核性。

Nu

H +OH --+H 2O

Nu H ->

2．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（-I ，-C ）使其亲核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：

ClCHO > HCHO > RCHO > CH 3COR > RCOOR' > RCONR'2 > RCOO --I > +C

(+C)

(+C,空阻)

( +C > -I)

(+C)

C

O R

R'

活性极低

（1）π-π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

C

O -

sp 2

活性：

O C

H

H O

C CH 3H O

C CH 3CH 3O O

C CH 3CH 2CH 2CH 3O

C Ph Ph

>>>>

>

二、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 -

一、非手性的羰基化合物的加成

C

Nu O -

H

+

C Nu

OH

50%C

O -Nu

+

C

OH Nu 50%dl

前（潜）手性分子 结果得外消旋化产物

二、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。

C S L C M

R

O

+R'Z

C S

L M C R'

R OZ

C S L M

C R'R

非对映异构体

还原含 -手性碳的醛酮时，手性碳上两个体积较小的基团（S 与M ）分处于羰基两侧，体积最大的基团L 则与羰基呈反位交叉构象，还原剂从体积的较小S 与M 之间进攻羰基占优势，这就是Cram 规则。

(次)

R'Z

R

R'

重叠式

交叉式(主要产物)

H

Br C CH 3Ph

O

NaBH 4

H OH H

Br

Ph

CH 3

+HO H H

Br

Ph

CH 3(2R)

(1S,2R)

(1R,2R)苏式(主)

赤式(次)

Me

Me Ph

+

(优)

BH -(1R,2R)(1S,2R)

(2R)

H

+

樟脑

（刚性桥环不能翻转） 外型冰法 内型冰法

转位阻大

98.6% 0.4% 86% 14%

NaBH 4

LiBH(CHCH 2CH 3)3

CH 3

（位阻增大） 5.3醛酮的亲核加成

一、与NaHSO 3的加成

O +NaHSO 3

C

OH SO 3Na

(白色晶体）

亲核中心为硫原子

HSO 3-体积大，空间效应明显，只有醛、脂肪族甲基酮和碳原子少于8的环酮才能反应。

C OH SO 3-+CN

-

C OH CN

+SO 3

2-

好的离去基，避免用HCN

二、与水加成

C

O +H 2O

C OH OH

水的亲核性较小，反应后空阻增大，故不利于水化。若带吸电基时，有利于水化反应。

三、与醇的加成

O +ROH

H -或OH -

C

OH OR

半缩醛（酮）不稳定