亲电加成反应

亲电加成反应

——李佳化学化工学院应用化学102班

摘要：

本文主要系统地阐述了亲电加成反应的定义，反应的本质及内在规律，反应机理及几种重要反应类型等。

一、简介

亲电加成反应（EA），简称亲电加成，不饱和烃分子中，由于π电子具流动性，易被极化，因而具有供电子性能，易受到缺电子试剂（亲电试剂）的进攻而发生反应，这种由亲电试剂的作用而引起的加成反应称为亲电加成反应。是亲电试剂（带正电的基团）进攻不饱和键引起的加成反应。反应中，不饱和键（双键或三键）打开，并与另一个底物形成两个新的σ键。亲电加成反应是不饱和键的加成反应，是π电子与实际作用的结果。π键较弱，π电子受核的束缚较小，结合较松散，因此的作为电子的来源，给别的反应物提供电子。反应时，把它作为反应底物，与它反应的试剂应是缺电子的化合物，俗称亲电试剂。这些物质又酸中的质子，极化的带正电的卤素，又叫马氏加成，由马可尼科夫规则而得名：“烯烃与氢卤酸的加成，氢加在氢多的碳上。”(氢多加氢）广义的亲电加成反应是由任何亲电试剂与底物发生的加成反应。亲电加成中最常见的不饱和化合物是烯烃和炔烃，以最简单的烯烃——乙烯为例，它与亲电试剂发生的加成反应可以通过下式来描述：

二、亲电加成机理:

亲电加成有多种机理，包括：碳正离子机理、离子对机理、环鎓离子机理以及三中心过渡态机理。这些机理对过渡态的处理都有不同。除最后一种外，其他机理可通过下图依此表示：

碳正离子

机理

离子对机

理

环鎓离子

机理

反应采取哪种机理进行与亲电试剂和不饱和化合物的性质、溶剂的极性和过渡态的稳定性等都有很大关系，一般来说，卤素加成反应中，溴与烯烃的加成反应主要按照环鎓离子中间体机理进行，而氯与烯烃的加成反应主要按照前两种机理进行。这主要是因为两种卤素原子电负性和原子半径不同，溴的孤电子对容易和碳正离子p轨道重叠，而氯则不然。

亲电加成反应历程有两种，都是分两步进行的，作为第一步都是形成带正电的中间体(一种是碳正离子,另一种是鎓离子)。

2)由于形成的中间体的结构不同，第二步加负性基团时，进攻的方向

不一样，中间体为鎓离子时，负性基团只能从反面进攻，中间体为碳正离子时，正反两面都可以。一般Br2，I2通过鎓离子历程，HX等通过碳正离子历程。

二,马氏规则的解释和碳正离子的稳定性

马氏规则是由实验总结出来的经验规则，它的理论解释可以从结构和反应历程两方面来理解：

1. 用诱导效应和σ-π共轭效应来解释，用诱导效应解释，σ-π共轭效应来解释：当键直接与双键相连时，这样的体系中，存在着电子的离域现象，其结果使极化。

2.用泼中间体碳正离子的稳定性来解释

从电负性看，Csp2 > Csp3 故烷基上的电荷向C+ 转移，分散了C+ 的电荷，烷基越多，分散作用越大，碳正离子越稳定。从σ-P共轭效应看，参与σ-P共轭的键数目越多，则正电荷越分散，碳正离子越稳定。

不同的机理也会产生立体选择性不同的产物。碳正离子机理得到顺式加成和反式加成产物的混合物，离子对机理得到的是顺式加成产物，而环鎓离子机理得到反式加成产物。对于不对称的亲电加成反应来讲，反应一般符合马氏规则，产物具有区域选择性。但双键碳上连有吸电子基或以有机硼化合物作亲电试剂时，产物是反马氏规则的，因为碳正离子的稳定性越大，越易生成，当有两种碳正离子可能生成时，则优先生成稳定的碳正离子，故主要得到马氏产物。例如烯烃与乙硼烷生成烷基硼的反应:

乙硼烷是甲硼烷的二聚体，反应时乙硼烷离解成甲硼烷， B2H6 2BH3

产物为一、二、三烷基硼，是分步进行加成而得到的。

CH2=CH2+BH3 CH3－CH2BH2

CH2=CH2＋CH3－CH2BH2（CH3－CH2）2BH

CH2=CH2＋（CH3－CH2）2BH （CH3－CH2）3B

不对称烯烃加硼烷时，硼原子加到含氢较多的碳原子上：原因：电负性B2.0; H2.1

CH3－ CH=CH2+ BH3 CH3－CH2－CH2BH2

烷基硼与过氧化氢(H2O2)的氢氧化钠(NaOH)溶液作用，立即被氧化，同时水解为醇：

（CH3－CH2）3B＋H2O2/OH- CH3－CH2OH＋B（OH）2

6RCH=CH2+B2H6→(RCH2CH2)3B

(RCH2CH2)3B→RCH2CH2OH+H2O

这是合成伯醇的一个好方法。

三、亲电试剂(electrophiles)：

试剂在进攻反应中心时，试剂的正电部分较活泼，总是先加在反应中心电子云密度大的原子上，即电子云密度较大的双键碳上。常见的亲电试剂有卤素(Cl2、Br2)，无机酸（H2SO4、HCl、HBr、Hl、HOCl、HOBr），有机酸（F3C—COOH、Cl3C—COOH）等。

四、主要的亲电加成反应类型

对于烯烃，主要有：卤素加成反应、加卤化氢反应、水合反应、

氢化反应、羟汞化反应、硼氢化-氧化反应、Prins反应，以及与硫酸、次卤酸、有机酸、醇和酚的加成反应；对于炔烃，主要有：卤素加成反应、加卤化氢反应和水合反应。由于sp碳原子的电负性比sp2碳原子电负性强，与电子结合得更为紧密，故炔烃的亲电加成反应一般比烯烃要慢；亲电试剂进攻芳香环时，主要发生的不是亲电加成反应，而是亲电芳香取代反应。其他的加成反应主要机理还有亲核加成反应、自由基加成反应和环加成反应。

烯烃加成

在烯烃的亲电加成反应过程中，氢正离子首先进攻双键（这一步是定速步骤），生成一个碳正离子，然后卤素负离子再进攻碳正离子生成产物。立体化学研究发现，后续的卤素负离子的进攻是从与氢离子相反的方向发生的，也就是反式加成。如丙烯与HBr的加成：CH3-CH=CH2+HBr→CH3-CHBr-CH3第一步，HBr电离生成H和Br离子，氢离子作为亲电试剂首先进攻C=C双键，形成这样的结构：第二步，由于氢已经占据了一侧的位置，溴只能从另外一边进攻。根据马氏规则，溴与2-碳成键，然后氢打向1-碳的一边，反应完成。马氏规则的原因是，取代基越多的碳正离子越稳定也越容易形成。这样占主导的取代基多的碳就优先被负离子进攻。

对其它加成试剂马氏规则可表述为：不对称烯烃与卤化氢或其它极性试剂加成，氢或带正电荷的部分总是加到含氢较多的双键碳原子上，带负电荷的部分总是加到含氢较少的双键碳原子上；当有过氧化物（如 H2O2, R-O-O-R等）存在时，不对称烯烃与HBr的加成产物