第9章 碳杂重键的加成反应.ppt

第八章碳杂重键的加成 AdditiontoCarbon HeteroMultipleBonds 一 反应机理 碱催化机理 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 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 反应机理反应的立体化学六 不饱和羰基化合物的加成反应 1 反应机理2 影响加成方式的因素七 碳 氮的亲核加成反应 1 亚胺的亲核加成Mannich反应2 腈的亲核加成反应Thorpe反应 除了 均可与亲核试剂发生加成反应 可逆反应 一 反应机理 底物 试剂 底物的性质 E E Nu 亲电性 亲电性 底物的中心碳原子带有部分的正电荷 E Nu 亲核性 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 碱催化 慢 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 为使亲核试剂的负电荷裸露出来 增加亲核性 常需碱催化 酸催化 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 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 质子性溶剂也起到同样作用 都使羰基活化 二 羰基的活性 1 底物 反应活性取决于羰基的中心碳原子带有正电荷的多少 1 电子效应 当羰基与具有 I或 C的基团直接相连时 由于增加了中心碳原子的电子云密度 故使反应活性降低 Cl3C是强吸电子基团 使羰基带有更多的正电荷 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 Nu sp2杂化平面三角型 sp3杂化四面体 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 角张力缓解 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 这里 角张力缓解程度不大 2 试剂的亲核性 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 试剂的亲核性依次减弱 如 试剂的可极化度越大 则利于亲核加成反应的进行 空间效应 具有较小体积的亲核试剂 利于反应进行 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 亲核性最强 这里予以着重介绍 1 Wittig反应 Wittig试剂 膦的内盐 膦的叶立德 ylid Wittig试剂与羰基发生亲核加成反应 生成烯烃 1 反应机理 甜菜碱 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 Wittig试剂是膦盐在强碱的作用下制备的 Wittig反应应用范围很广 对于 试剂只与羰基作用 2 羟醛缩合 AldolReaction 氢的醛或酮 在酸或碱的催化下 缩合反应 羟基醛或酮 羟醛缩合 反应机理 碱催化 Step1 烯醇负离子 Step2 Analkoxideion Step3 碱催化利于醛的缩合 而不利于酮的缩合 酸催化 羰基质子化及烯醇的生成 烯醇进攻质子化的羰基 酮的缩合反应常在酸催化下进行 四 羧酸衍生物与亲核试剂的反应 1 反应机理 L 离去基团 加成 消除反应 在Nu上引入酰基的反应 2 反应活性 作为酰基化试剂 其活性为 X 具有 I效应 C Cl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低 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 三 反应实例 1 酯的水解 无论是酸催化还是碱催化 一般发生酰氧键断裂 反应机理 酸催化 当R 为 时 由于发生酰氧键断裂 所以 得到构型保留产物 碱催化 羧酸根离子的生成 使碱催化下的酯水解反应不可逆 但酸催化的酯水解反应可逆 若R O 中的C原子是三级碳原子时 在酸催化时 发生烷氧键断裂 由于含有三级碳原子基团的空间效应 使得水分子难于进攻羰基 同时也不利于质子转移 2 Claisen酯缩合反应及相关反应 两个酯分子至少有一个酯分子是含有 氢 在强碱的作用下 相互缩合成 羰基酯 反应机理 第一步 第二步 第三步 由于是可逆反应 至少需要2分子的酯分子作为亲核试剂 使平衡向右移动 反应需要过量的强碱 含一个 氢原子的酯缩合反应 两种 不同 酯 仅一个含 氢 Diethylmalonate 含 氢的醛 酮 腈都能酯发生缩合反应 一般选用无 氢的酯作为底物 分子内也能发生酯缩合反应 Dieckmann反应 五 金属氢化物与羰基的加成反应 络合金属氢化物 LiAlH4 NaBH4 NaBH4的选择性强 选择性还原 立体化学 遵循Cram规则 75 92 当3 5位上没有取代基时 主要生成平伏键的醇 当3 5位上有取代基时 主要生成直立键的醇 83 六 不饱和羰基化合物的加成反应 1 反应机理 1 4 加成 1 2 加成 2 影响加成方式的因素 羰基活性大 试剂的亲核性强时 两者空间位阻都小时 一般按1 2 加成