亲核加成反应

1、1. 重要的亲核加成反应（1） 加氰化氰 醛、脂肪族甲基酮和含8 个碳以下的脂环酮都可以加氰化氢，生成氰 醇（ a-羟基腈）。=。+ HCN a -羟基腈实验证明碱对这个反应的影响颇大。例如，丙酮和氰化氢作用，不加任何催化剂,3至 4小时 内只有 50%的丙酮起反应;当加入一滴氢氧化钠溶液，反应在两分钟内完成。若加入酸，反 应速度减慢；加入较多的酸，放置几个星期也不反应；因为氢氰酸是弱酸,酸或碱的存在将 直接影响它的电离平衡。HCN 晋 H+CN加入碱，平衡向右移动，CN-的浓度增加；加入酸，平衡向左移动，CN-的浓度降低。这些 事实说明在丙酮与氰化氢的反应中起决定作用的是CN-本身的性质和浓

2、度。R(H) +CNR醛、酮加氰化氢的反应是可逆的，亲核试剂是CN-,R(H) +CNRh+RCR(H) 快 RfR(H)CNCN反应分两步进行，第一步是CN-进攻羰基碳，生成氧负离子中间体。这是个慢步骤，也是决 定速度的步骤。第二步是氧负离子中间体和质子结合，形成氰醇，这是个快步骤。醛、酮和氰化氢直接加成反应的产率较好，但是氰化氧有剧毒，且挥发性大（沸点26.5C）。 使用起来不安全。为了避免反应中直接使用氰化氢，一般采用醛或酮与氰化钾（钠）的水溶液 混合，然后加入无机酸，使氰化氢一旦生成立即和醛或酮作用。 .但在加酸时应控制溶液的 pH值，使之始终偏于碱性（pH98），以利于反应的进行。醛

3、、酮加氰化氢在有机合成中很有实用价值。它是增长碳链的一种方法;此外加成物含 有双官能团， 是一类较活泼的化合物， 可进一步转化为多种其它化合物。 例如：H +O3OCH CCH + HCN33CH3OHNCHH +O3OCH CCH + HCN33CH3OHNCH3OHCH3fCOOHCH3ACH NH22浓H2so4，ACH OH3OH CH C一C、2OCHCH33a -甲基丙烯酸甲酯(90%)a -甲基丙烯酸甲酯是合成有机玻璃一一聚a -甲基丙烯酸甲酯的单体。(2)加亚硫酸氢钠 大多数醛、脂肪族甲基酮和 8 个碳以下的脂环酮与亚硫酸氢钠饱和溶液 (40%)加成，生成白色的a-羟基磺酸钠晶

4、体。0_ _cH3C (H) NaHS3叫aR(H)a 0_ _cH3C (H) NaHS3叫aR(H)a -羟基磺酸钠a -羟基磺酸钠易溶于水，不溶于醚或饱和亚硫酸氢钠溶液，所以常用该反应定性地鉴别某 些醛、酮，因为反应是可逆的，若向羟基磺酸钠溶液中加入酸或碱，共热后又可以得到原来 的醛、酮。HCH、3、CH CScNaC=+ NaHSRR(H)(H)严一 NaCl+S2+H2Na SO +C +H 2322所以，利用该反应还可以分离或提纯某些醛、酮。醛、酮加亚硫酸氢钠与加氰化氢的反应历程类似，亲核试剂是亚硫酸氢根离子中带有孤电子 对的硫，其历程可以表示如下：RC-CH3(h)+ :S_H-

5、ORfCHjH)-SO3H 3 -OH曲OHRfCH$H)RfCHH)SO： 3SO3Na这种加成反应是可逆的，最初形成的中间体分子内含一个强酸性基团(一SO)和一个强碱基 团(/C ),分子内的酸碱反应生成a-羟基磺酸钠。大多数醛都可以发生这种反应，但对酮的结构要求比较严格。因为亚硫酸氢根的体积比 较大，羰基碳上所连烃基体积太大时，加成反应将受到空间阻碍，所以，除甲基酮和低分子 量的脂环酮外，其他的酮较难和亚硫酸氢钠发生加成反应。a-羟基磺酸钠和等当量的氰化钠作用，磺酸基可以被氰基取代，生成a-羟基腈，这是 制备a-羟基腈的好方法。它的优点是避免使用剧毒的氰化氢，而且产率也较高。例如：HH叫

6、莎一SyNa 乩叫莎一CN 4 与氨的衍生物加成缩合 醛、酮也能和氨的衍生物，如羟氨、肼、苯肼、2,4-二硝基 苯肼以及氨基脲等反应，分别生成肟、腙、苯腙、2,4-二硝基苯腙以及缩氨脲等。其反应可 用通式表示如下：/C=O 軒:c=Ohv/(jOh-Nhyhnhy+-FH2/C NHYzd一NHY 1/C=O 軒:c=Ohv/(jOh-Nhyhnhy+-FH2/C NHYzd一NHY 1/PNHYI f-H=；c=NYNO2YOhH NY 羟氢2 /C=NT 肟苯腙NH2 肼NH3NO22 4-二硝基苯肼2，4-二硝 基苯腙0nhcnH2氨 基脲缩氨脲反应分两步完成，首先氮原子上的孤电子对作为

7、亲核试剂与羰基进行亲核加成，生成加成中一/C=N间产物。而后，加成产物失去一分子水，形成含有-结构的化合物。在这些反应中所用的氨的衍生物又叫羰基化试剂，它们的亲核能力比CN-弱，反应常常 需要酸催化。酸的作用是使羰基质子化，增加了羰基碳的亲电能力，使其有利于亲核试剂的 攻击。C=O+ H+C=OH但是，反应不能用强酸催化，因为在强酸性介质中氨的衍生物也要质子化，生成铵离子。NH 丫+ 屮 =N H_Y23铵离子因缺乏未共用电子对而丧失了亲核能力，因此，常常需要把反应介质调节到一个适当 的pH值，即在这个pH值时，既能保证羰基达到足够的质子化，又能保证游离碱未质子化 的氨衍生物 )的足够浓度。许

8、多醛、酮与氨的衍生物的加成缩合产物，如肟、腙、苯腙、缩氨脲等，都是很好的结 晶，收率高，易于提纯，具有固定的熔点，由熔点的测定可以与已知物的熔点核对比较，推 断它们是由何种醛或酮所生成，用来鉴定醛和酮。肟、腙、苯腙、缩氨脲与稀酸共热可水解 生成原来的醛和酮，因此这一反应也常用来从混合物中分离和精制醛或酮。通常分子量高的 醛和酮采用生成肟的方法；一般醛和酮采用生成苯腙的方法；低分子水溶性的醛和酮采用生 成 2,4 一二硝基苯腙的方法。这主要是根据它们的溶解度和熔点来抉择。醛、酮与氨的反应一般比较困难，只有甲醛容易，但生成的亚胺类似物(H2C=NH)不稳 定，能很快聚合生成六亚甲基四胺，俗称乌洛托

9、品，可被用作有机合成中的氨化试剂，也可 用作酚醛树脂的固化剂及消毒剂等。H2ENH3H2C=Nh i3HCHH2ENH3H2C=Nh i3HCHONH3伯胺和醛、酮反应，生成的取代亚胺叫薛夫(Schiff)碱。”C=O+ H2NR/C=NR+ H2O食品和发酵制品在加工贮存过程中发生的非酶褐变，它的初始阶段就是醛糖或酮糖的羰基和氨基酸中的氨基反应，生成薛夫碱。脂肪族取代亚胺一般不太稳定，而芳香族取代亚胺则是比较稳定的化合物，可以分离出来，例如：3CHO+H2N +H2O苯亚甲基苯胺（84-87%）取代亚胺是有用的合成反应中间体，经过催化氢化可以还原为仲胺。”bN R(Ar) H2pt. 一 C

10、一 NR Ar)H H取代亚胺仲胺仲胺和醛、酮反应，加成物采取另一种脱水方式，即脱去B碳原子上的氢，生成烯胺 （enamines）。CkC=O+HNR；-Hl?o-CkC=O+HNR；-Hl?o-I CIH2H刃.R2牯C罕一R烯胺烯胺的结构和烯醇很相似，两者在性质上也有类似之处。可以在烯胺双键碳上引入各种 基团。3 羰基加成反应的立体化学 羰基官能团中与碳直接相连的两个原子在一个平面内，如甲醛所在的平面就是分子的对称面，面内还有一个c2对称轴。通过c2对称轴操作可以使上下两面互换位置，这种面称为 全同面（homotopic face）。用氘代锂铝（LiAlD4）还原甲醛，无论负氘从羰基平面的

11、上边还 是下边进攻，得到的是相同的化合物。Dh/DJD/CPHHDDh/DJD/CPHHD乙醛分子中的碳基平面也是分子的对称面，但对称面内没有C2对称轴，上下两面不能 互换。这种面称为对映面（ enantiotopic face）。H；囲冲 H；Lod + PODH3C Si 烏/H3C DR-S-从上面看下去，根据次序规则，原子团）从大到小是顺时针的，称其构型为re-型。而从 下面望上去，根据次序规则，原予团）从大到小是逆时针的，这种构型称为si-型。氘代锂铝 还原乙醛时，负氘从re-面进攻时得到的产物构型是R,从si-面进攻得到的产物构型是S（要 注意从re-面进攻或从si-面进攻和产物的

12、R-或S-构型无直接必然的联系，仍需根据手性碳原 子上的原子排布来定）。试剂进攻羰基平面时并无选择，机会相等，因此得到等量的R-和S- 构型的产物的混合物，即外消旋体。HO CH CHC23H CH3R-(-)-2- 丁醇H C H3R-(+)-2-丁 醇CH CH 6cH2 HH3HO CH CHC23H CH3R-(-)-2- 丁醇H C H3R-(+)-2-丁 醇CH CH 6cH2 HH3有对映面的羰基化合物在非手性环境中加成反应得到的是外消旋体，与手性试剂发生加 成反应则得到两个含量并不等同的非对映异构体，如：Hc=o R*MgXC _OMgXhh3C33S-H+ QOMgXH C3

13、R- S-：R-知:R*这是由于手性试剂从re-面和si-面进攻时形成的两种过渡态之间并不是对映的关系，所 需活化能不一样，因此会有所选择。这种选择又称为对映选择。对映选择的两个反应速度不 一样，所得产物的数量也不一样。12.2.2 a氢的反应醛、酮分子中的a氢原子由于极性羰基的影响而活泼。HHCH j2OHH H(R)这主要是由两种不同的电子效应所引起的。一种是羰基的吸电子诱导效应，使a碳原子上 的电子云密度降低；另一种是a碳氢键与羰基的n键存在o n超共扼效应。二者都有利 于a氢原子的离解，和碳碳双键相比，羰基的极性更大，导致的超共扼效应更强，a氢 原子有更大的离解倾向。同时，醛、酮失去质

14、子后形成的负碳离子，由于电子的离域作用， 使负电荷更加分散，从而增加了负碳离子的稳定性。H+H+公_=0-c_c=o 三所以醛、酮的a氢原子具有一定的酸性。例如，乙烷、丙酮和乙醛的碳氢键的pKa分别 为 50、 20 和 17。12.2.3 氧化与还原反应1.氧化反应 醛和酮在结构上的差异主要表现在醛有一个氢原子连在羰基碳上，而酮羰基则没有，因此在氧化时它们表现出明显的差别。醛很容易被氧化成羧酸，酮则不易被氧化。例如，较 温和的氧化剂托伦试剂（硝酸银的氨溶液）或费林试剂（硫酸铜溶液和酒石酸钾钠的碱性溶 液）都可以使醛氧化。托伦试剂起氧化作用的是银氨络离子中的银离子。醛和托伦试剂作用，醛被氧化羧

15、酸，银离子被还原成金属银。RCHO+ ZAgCNd.OH RCOONH4 +2A+ 鳥0 + 3“烏 若反应器皿很洁净，析出的细微银粒可以附在光滑的器壁上，形成漂亮的银镜，所以这种反 应又叫银镜反应。费林试剂起氧化作用的是二价铜离子，醛和费林试剂作用，醛被氧化成羧酸，二价铜离 子被还原成砖红色的氧化亚铜沉淀。RCHO+ 2Cu(OH) + NaOH 匕=RCOONa+ 电0丫+ 3烏0 甲醛还原能力较强，氧化亚铜可继续被甲醛还原，生成“铜镜”。费林试剂的氧化作用比托伦试剂更弱，它不能氧化芳香醛(Ar CHO)。托伦试剂和费 林试剂常用于鉴别醛、酮。费林试剂还常用于糖的定量测定。托伦试剂和费林试剂不与和一托伦试剂和费林试剂不与