亲核加成反应

加成方向遵守克拉姆（Cram）规则
Cram规则——设α -手性碳原子上所连的三个基团 分别用L、M、S代表其大、中、小，则加成时Nu 主要从最小基团S一侧进攻最为有利，生成的产物 为主要产物。
20%KOH水溶液 ,P
CH2=CH-OCH 3
甲氧基乙烯 or甲基乙烯基醚
强亲核试剂
在碱性条件下，有：
CH3OH + KOH CH3OK + H 2O
可离解为
CH3O－带有负电荷，是一个强的亲核试剂：
CH3O- + K +
CH CH + CH 3O-
HC-=CH-OCH 3 CH3OH
CH2=CH-OCH 3 + CH 3O-
C2H5ONa
H-C=CH-COOC2H5 CH3COCHCOOC2H5
O
d
Micheal反应的应用
O O + O2N OH O CH=CH-COCH3 O O O CH OH CH2 COCH3 O NO2
130℃
O H3C
CH3
O CCH3
O
CH3 CH2CH2
NaOEt EtOH
O CCH3
羰基质子化，可以提高羰基的反应活性， 羰基质子化后，氧上带有正电荷，很不稳定， π电子发生转移，使碳原子带有正电荷。 决定反应速率的一步，是Nu -进攻中心碳原子的 一步。
酸除了活化羰基外，还能与羰基形成氢键：
δ δ
C O H Cl
质子化增强羰基碳正离子 的正电性，促进亲核试剂 进攻，都使羰基活化。
+
-
C C=O Cl H
>
CH3-C=O H
2. 试剂的亲核性
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。
C > N > O > X
卤素不发生亲核
同周期元素的负离子的亲核性与碱性大小一致. R3C->R2N->RO->F带负电荷的亲核试剂比其共轭酸（中性分子）的 亲核性强。OH->H2O, RO->ROH
109°28 ′
产物中基团拥挤程度增大。 R 越大，妨碍Nu:从背后进攻C原子。
对于环状化合物，角张力缓解：
O
HCN
OH CN
K=10000
1）sp2杂化，键角应为120°, 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 到缓解。2）产物的非键张力并不明显
O + HCN
δ-
R
C=O + Nu-A+
亲核试剂
R/ C-OA R Nu
O S ONa H N H R C
_
H Nu O H O
R H
OH
羰基的亲核加成反应机理：
A C B O H A
-A
A C OH
B
A C OH
Nu
A
B
酸催化：
A C B + H Nu OH
Nu H A C B OH
A C B + HA OH
底物： R CH CH Z Z: 含杂原子的不饱和键且与双键共轭的基团
CH2 CH C H CH2 CH C R O O CH2 CH C CH2 CH C OR O
N CH2 CH NO2
碳负离子接受体：-不饱和醛、酮、酯，不饱和 腈、不饱和硝基化合物以及易于消除的曼尼希 碱
CH2=CHCOCH3 +
碳碳重键的加成
π电子易于极化， 利于亲电试剂的进攻， 容易发生亲电加成反应。
Y
C
C
叁键可以发生 亲电加成反应， 但更易发生亲 核加成反应。
Y：强吸电子 基团，如：NO2、 CF3、CN等，则 发生亲核加成反应。
12.1 碳碳双键的亲核加成反应
反应机理：
C C E Nu C C Nu E
引入吸电子基团，降低电子云密度
α ，β-不饱和羰基化合物和 活性亚甲基化合物(碳负离 子)在碱催化下进行共轭加 成，称为Micheal加成
R
R2C
C R
C O
R
R2C
C
C R
R2C
C
C R
R' R O
质子转移到碳上比氧慢，
R' R O
H O R 2C C C R R' R C R
H
R2C
C
R' R OH
Micheal 加成的反应体系：
12.3 羰基的亲核加成反应：
酸和亲电试剂进 攻富有子的氧
-活泼H的反应 （1）烯醇化 （2） -卤代（卤仿反应） （3）醇醛缩合反应
δ-
O
C
H
δ
C +
H
醛的氧化
碱和亲核试剂进攻缺电子的碳 （亲核加成） 氢化还原
1. 羰基上的加成反应
羰基中的碳氧双键由于电负性O ＞ C，因此π电子云 不是对称地分布在碳和氧之间，而是靠近氧的一端，由于 碳正电中心的反应性能大于氧负电中心，因此易于与亲核 试剂发生加成反应。 R/
思考题：烯烃有无亲核加成？乙烯能否与CH3OK反应？
PhC
CH
PhSH
KOH
PhCH CHSPH
PhC
CH
CH3O CH3OH
Ph H
C
C
OCH3 H
库切洛夫反应 如果使用弱的亲核试剂则需要加入催化剂，常 用的催化剂是Hg2+离子，因为它能与叁键配位， 从叁键吸引电子，有利于弱亲核试剂的进攻。例 如炔烃的水合反应：
Et Et Et Et
C O
HCN
Et2COH CN Et2COH SO3Na
K=38 K=4× 10-4
C O
NaHSO3
把下列各组化合物按羰基的活性大小排列成序。
12.3.2 羰基加成反应的立体化学
羰基具有平面结构，Nu可从任何一面进攻羰基碳原子， 但向两面进攻的几率是否相等？下面我们从反应物结构和 试剂体积大小来进行讨论。
E C C Nu
Y:
E
C C Nu
CHO
COR CN
COOR NO2
CONH2 SO2R
H
C Ph
C
Ph CN
CN
Ph
H Ph C C CN CN
HCN CN
Ph
H H C C Ph CN CN
苯环分散了负电荷，而且CN的吸电子诱导 效应和共轭效应稳定了碳负离子
A B
Z
D E
NuA
Nu D B E
1. 对手性脂肪酮的加成 2. 脂肪酮的加成 3. 亲核试剂体积对加成的影响
一、非手性的羰基化合物的加成
R
① R R' C O ② + Nu
-
Nu C O
-
①
H+
R C R'
Nu OH
OH C Nu
R'
50%
②
dl
R C R'
ONu
H+
R R'
前(潜)手性分子
50%
1．当R=R′时，加成产物为同一物。 2、 当R≠R′时，加成产物为外消旋体（Nu从羰基 两面进攻的几率相等）。
A B
E
E D
NuA
Nu E B D
12.1.1氰乙基化反应
CH2 CH CN C6H5OH C 6H 5 O CH2 CH2 CN
丙烯腈受氰基影响，发生亲核加成
CH2 CH CN
CH3+CH2=CHCN
NH3
二苯胺
H2N
CH2 CH2 CN
NaOCH3 90℃ 1h
O CH3
CH3OCH2CH2CN
OH CN
K=1000
这里，角张力得到缓解，但程度不大。
水
亲核加成反应活性 a）决定于羰基碳上的正电性 δ + ，则反应 b）决定于空间效应 空间位 阻 ，反应 亲核试剂
如：
H H
C=O
>
R H
C=O
>
C=O H
+ δ R
R
C=O
δ-
R C=O H Cl
Cl
>
A Nu H CN Na HSO3 H NH-Y H OR XMg R Li R
质子性溶剂也起到同样作用：
C O H Sol
δ
δ
羰基的亲核加成反应机理：
碱催化：
O Nu A C B
碱作用：把弱亲核试 剂H－CN变成强的亲 核试剂Nu－
O 慢 A C B Nu
O A C B Nu
H 或E+
OH A C B Nu
① 试剂进攻羰基上C原子，生成氧负离子的一步 是决定反应速率的一步。 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： HNu + B Nu + HB
② 试剂的可极化度越大，则利于亲核加成 反应的进行。
CH3CHO + H 2O CH3CHO + HCN CH3CH(OH)2 CH3CHOH CN K≈ 1 K≈ 104
HCN的可极化度大，HCN是比水更强的亲核 试剂
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-
③ 空间效应 具有较小体积的亲核试剂，利于反应进行。
CH3 CH3CH2
(CH3)3 (CH3)3
C
O
HCN
OH CH3 C CH3CH2 CN
(CH3)3 (CH3)3 C OH CN
K>1
C O
HCN
K<<1
从羰基上方或下方进攻能量最低
Nu
R R'
C
O
R R'
C
O Nu
sp2杂化 平面三角型 增加R体积减 小反应速率 键角：120°
sp3杂化 四面体
酮式
5%NaOH
H
+
O CH3C-CH2- C-CH
1,5-二羰基化合物 (1,2-加成产物)
O C
Micheal反应的应用
﹡
CH Et
CN
+ CH2=CH-CN
KOH
CH3OH
CN C Et CH2CH2CN
O CH2 N(CH3)2 EtONa
O + CH3NO2 CH2CH2NO2 先生成
O CH2
反应活性取决于羰基的中心碳原子带有 正电荷的多少。
CCl3CHO
H2O Cl3C
H
C
OH OH
Cl Cl C Cl H C H O O H
① Cl3C 是强吸电子基团，使 羰基带有更多的正电荷； ② 产物中形成分子内氢键，使 产物稳定，平衡向右移动。
(2) 空间效应
与羰基相连的基团空间效应越大，越不利于反应进行。
H3C O O CH3
+
Et
N CH2CH2 Et
Aldole
O OH
H2O O
不对称酮的Micheal加成
O R + H2C C H O C OCH3 O O R CH2CH2COCH3
在取代基多的一侧取代
O CH3 O
+
N N H CH3
+ H2C
C H
COCH3
在取代基少的一侧反应
O
H N
仲胺
O
KOH
3CH2 CH CN
CH3 C
CH3 C
C CH2CH2CN 3
亲核试剂带活泼亚甲基或甲基时，发生多氰化反应
应用
H2N CH2 CH2 CN
HO OH
H2 O
H2N CH2 CH2 COOH
HO OCH2CH2CN
CH2=CHCN ZnCl2
HO
O
O
-CN
-COOH
环合
Micheal 加成反应：
CH2(COOC2H5)5
C2H5ONa C2H5OH,＜25℃
CH(COOC2H5 )2 CH-CH2COCH3
电子给体：活泼亚甲基化合物、烯胺、氰乙酸酯类、 酮酸酯、硝基烷类、砜类等
CH2 COOEt
2
CH3COCH2COOEt RCH2NO2
NCCH2COOEt
催化剂：醇钠（钾）、氨基钠、吡啶、三乙胺、季铵碱
活性中间体稳定性
E
C
Sp
C
E
C C
正电荷处于 sp2轨道上
C C
sp2
E
C C E
正电荷处 于p轨道上
Sp杂化原子比sp2具有更强的电负性，较难容纳正 电荷
炔烃较易与ROH、RCOOH、HCN等进行亲核加成反应。
• 如在同一化合物中同时有碳碳双键和叁键，亲电试 剂首先与碳碳双键加成：
CH CH + CH 3OH
O O CH3-C-CH2-C-OC2H5
NaOC2H5
O O CH3-C-CH-C-OC2H5
d
+
-
Na+
C
C

Od C
-
1,4-¼ ¼¼
OC2H5 O C=O CH3C-CH C
C
OC
HOC 2H5
OC2H5 O C=O CH3C-CH C
C
烯醇式
OH C
烯醇式重排
OC2H5 O O C=O C CH3C-CH C-CH
N CH2 CH COOEt
N CH2CH2COOEt H
12.2碳碳叁键的亲核加成反应
HC CH C2H5OH
KOH
CH2 CH OC2H5
炔烃易于进行亲核加成反应的原因： 炔烃叁键的碳原子是SP杂化，烯烃双键碳原子是 SP2杂化，SP杂化比SP2杂化的轨道半径短，电负 性大，叁键中的电子被束缚得比双键中的牢，亲电 试剂夺取叁键中的电子较困难，所以，炔烃的亲电 加成反应没有烯烃活泼。 S成分越多，与电子的结合力越强，容易亲核反 应
12.3.1 影响反应的因素
1. 羰基的活性
R: 吸电子, 小体积, 有利于反应进行 R: 推电子, 大体积, 不利于反应进行
R1 R2
C
d+ dO
烃基(R)供电子能力越强，空阻越大，反应活性越 低。烃基上有吸电子基团则增强反应活性
HCOH > RCHO > RCOCH3 > RCOR > C6H5COR
﹡
其它碱和其它α,β-不饱和化合物也可进行Michael加成。 例如：
3N，叔丁醇 CH3COCH2COCH3 + CH2=CH C N (C2H5) 。
d+
d-
d+
d-
25 C，71%
CH3COCHCOCH3 CH2CH2CN
HC
d+
d-
C
d+
C
OC2H5 + CH3COCH2COOC2H5
-
1.对手性脂肪酮的加成
R R C R' O + Nu C R' R C R' Nu Nu O O
3 、当羰基与手性碳原子相连时， Nu 从两面进攻的 几率就不一定相等，加成后引入第二个手性碳原子， 生成的两个非对映体的量也不一定相等。 Nu 的进攻方向主要取决于 α - 手性碳原子上各 原子（原子团）体积的相对大小。即其加成方向有 一定的规律。