高等有机化学加成与消除反应

第5章加成与消除(xiāochú)反响谢斌教授(jiàoshòu)第一页，共53页。1加成与消除反响是方向相反的两个过程，一般说来，这两个过程按相似的历程的相反方向进行(jìnxíng)，体系的终态决定于反响条件。5.1亲电加成5.1.1亲电加成反响(fǎnxiǎng)机理加成反响(fǎnxiǎng)包括：催化氢化、亲电加成、亲核加成和自由基加成AdE2历程1.第二页，共53页。22.AdE2历程(lìchéng)3.协同(xiétóng)的AdE3历程立体化学(lìtǐhuàxué)为反式加成第三页，共53页。34.鎓型盐AdE2历程(lìchéng)立体化学(lìtǐhuàxué)为反式加成5.1.2氢卤酸对烯烃的加成加成方向不对称烯烃和不对称试剂加成时，存在(cúnzài)加成方向问题。第四页，共53页。4区域(qūyù)选择性反响区域(qūyù)专一性反响区域选择性(regiosesletive):不对称烯与不对称试剂加成以其中一种取向(qǔxiànɡ)为主的反响.区域专一性(regiospecific):不对称烯与不对称试剂加成只有一种取向的反响.马氏规那么:氢优先加到含氢较多的双键碳上.第五页，共53页。51比2稳定(wěndìng)双键上带强吸电子基时，不对称烯与不对称试剂的加成，形式(xíngshì)上为反马氏产物，实质上仍然符合马氏加成规那么.即主要产物为亲电中心加在带局部负电荷的双键碳原子上，以形成更稳定的碳正离子中间体。第六页，共53页。6更稳定(wěndìng)5.1.2.2加成的立体化学(lìtǐhuàxué)1．对于一个简单的非共轭烯烃，反式加成为主，在动力学上表现(biǎoxiàn)为三级反响.r=k[HX]2[alkene]相当不稳定第七页，共53页。7对向加成(antiadd)第八页，共53页。82．如果双键(shuānɡjiàn)与能稳定碳正离子的基团共轭时，发生AdE2历程，顺式加成为主。C-H键的形成不需要另一HX的协同进攻，紧密(jǐnmì)离子对的离解速度快于C-C键的旋转。反响以顺式加成为主。同向加成(synadd)第九页，共53页。93．在具有亲核性溶剂中反响(fǎnxiǎng)时，产物复杂化4．形成(xíngchéng)的C+有重排条件时，可形成(xíngchéng)重排产物第十页，共53页。105.1.3烯烃的酸催化水合反响分两步反响的碳正离子历程。〔1〕得顺式和反式加成的混合产物(chǎnwù)，无立体选择性。〔2〕有可能(kěnéng)发生重排第十一页，共53页。11只得到(dédào)外式产物，无内式产物形成第十二页，共53页。12卤素(lǔsù)对烯烃的加成1．简单(jiǎndān)烯烃的加成是反式加成,中间体为卤桥正离子(环状卤鎓离子)环状卤鎓离子(lízǐ)反式加成卤鎓离子所有原子具有八偶体结构，比其碳正离子稳定证据第十三页，共53页。13苏式dl100%反式加成

赤式meso100%反式加成溴鎓离子(lízǐ)历程，立体选择性和立体专一性第十四页，共53页。14因p-共轭而稳定(wěndìng)顺式加成反响(fǎnxiǎng)的比例增加2．共轭烯烃(xītīng)的加成卤桥中间体可进一步形成碳正离子第十五页，共53页。15第十六页，共53页。16氯代反响(fǎnxiǎng)的立体选择性较低，顺式加成比例可以大于反式加成氯电负性大于溴，其原子半径小于溴，形成氯鎓离子相对较困难，主要以碳正离子中间体形式存在，并且其寿命相对较长，有足够时间(shíjiān)发生C-C键旋转。主要(zhǔyào)第十七页，共53页。17电子因素与空间(kōngjiān)因素均有利2．立体化学(lìtǐhuàxué)B-H对烯烃(xītīng)是顺式加成5.1.5硼氢化反响1.加成方向:反马氏加成——氢加在含氢较少的碳原子上第十八页，共53页。18反马氏的顺式加成〔立体(lìtǐ)专一性和区域选择性〕硼氢化反响(fǎnxiǎng)特点:反马氏,顺式加成,不发生重排炔烃发生(fāshēng)硼氢化-氧化反响得到反马氏加成的醛。第十九页，共53页。195.1.6溶剂汞化醋酸汞在亲核性溶剂中与烯烃加成，生成溶剂解的汞化物，后经NaBH4复原(fùyuán)，获得醇、醚、酯等产物，立体化学为马氏、反式加成。炔烃水解(shuǐjiě)得酮第二十页，共53页。20第二十一页，共53页。215.1.7Normant反响(fǎnxiǎng)有机铜锂试剂与炔烃进行顺式加成的反响(fǎnxiǎng)叫Normant反响(fǎnxiǎng)。主要(zhǔyào)用来合成顺式烯烃亲核加成，得顺式烯基铜锂第二十二页，共53页。225.1.8卡宾和乃春对烯烃的加成5.1.8.1卡宾〔Carbene〕的加成卡宾又叫碳烯，它是价电子(diànzǐ)层中只有6个电子(diànzǐ)的二价碳原子，它是一种亲电试剂，分为单线态和三线态。合成(héchéng)方法第二十三页，共53页。23三线态卡宾为双自由基形式(xíngshì)，为基态单线(dānxiàn)态与烯烃加成时的立体化学为顺式加成。顺式的一步协同(xiétóng)反响第二十四页，共53页。24Simmons-Smith试剂：Zn-Cu偶加CH2I2的乙醚溶液(róngyè)，与烯烃反响得环丙烷衍生物。第二十五页，共53页。255.1.8.2乃春的加成又叫氮烯，六电子的亲电试剂(shìjì)，存在三线态和单线态，三线态为基态。由叠氮化合物加热或光照产生。第二十六页，共53页。265.2消除反响(fǎnxiǎng)概述1.-消去反响(fǎnxiǎng)又叫1,1-消去反响(fǎnxiǎng),生成卡宾或氮宾中间体。第二十七页，共53页。272.-消去反响(fǎnxiǎng)又叫1,2-消去反响(fǎnxiǎng),形成不饱和键。-消除反响(fǎnxiǎng)形成环丙烷衍生物。第二十八页，共53页。285.2.2消去反响(fǎnxiǎng)历程5.2.2.1E1、E2、E1cb及Ei历程1.E1历程与SN1相似(xiānɡsì)，一级反响，可发生重排。不同之处在快步骤中失去-H.v=k[底物(dǐwù)]第二十九页，共53页。29二级反响(fǎnxiǎng)，协同的一步反响(fǎnxiǎng)，无中间体。β-H酸性(suānxìnɡ)较强一级反响(fǎnxiǎng),中间体碳负离子要求β碳上连有强吸电基.3.E2历程2.E1cb历程第三十页，共53页。304.Ei历程(lìchéng)〔分子内的热消去反响〕通过环状过渡态的一步消除，无中间体。如羧酸酯、黄原酸酯和胺氧化物等，不需要酸碱催化。顺式消除(xiāochú)不需碱作催化剂环状过渡态5.2.2.2影响消去反响的因素一、反响底物(dǐwù)的结构1.对E1和E2的影响底物(dǐwù)分子-碳上支链增多，消去反响的活性增大。第三十一页，共53页。31E1消除时，-碳上支链增多(zēnɡduō)，碳正离子更稳定；E2消除，消除β-H的时机增大，形成的烯烃更稳定；β-碳有强吸电基时倾向于E1cb。2.E和SN的相互竞争(jìngzhēng)〔1〕E2和SN2的竞争(jìngzhēng)按此顺序，亲核取代的位阻逐渐增大，进攻β-H的时机逐渐增大，形成的产物烯烃(xītīng)的稳定性增加。第三十二页，共53页。32〔2〕SN1和E1-碳上的支链增多，SN1的快步骤中的位阻增大(zēnɡdà)，有利于消除。二、进攻试剂1．对E1和E2的影响强碱有利于E2，弱碱或无碱的溶剂(róngjì)有利于E1。2．消除与取代的竞争〔1〕强度强碱有利于消除，弱碱强亲核试剂有利于取代反响。第三十三页，共53页。33碱性(jiǎnxìnɡ):C2H5O->CH3COO-强碱的浓度越高，有利于双分子反响，特别(tèbié)是E2。低浓度碱或不用碱时，质子性溶剂中单分子反响占优势，特别(tèbié)是SN1。(2)进攻试剂(shìjì)体积大体积的强碱易发生E2，而不利于SN2〔空阻〕。第三十四页，共53页。34三、离去基好离去基有利于E1和E2，不好的离去基如F-、R4N+有利于E1cb〔强吸电性，使β-H酸性增加〕。四、溶剂极性大的溶剂对单分子有利，对双分子不利(bùlì)，对E2更不利(bùlì);极性小的溶剂对双分子反响有利，对单分子反响不利(bùlì)，对E2更有利。第三十五页，共53页。35定速步骤中，单分子反响(fǎnxiǎng)会出现电荷产生或集中，强极性溶剂有利于中间体的溶剂化而稳定，提高反响(fǎnxiǎng)速率。双分子反响(fǎnxiǎng)的过渡态电荷分散，E2比SN2更分散，极性小的溶剂有利于电荷分散。第三十六页，共53页。36五、反响温度(wēndù)消去反响的过渡态有C-H拉长和断裂，活化能比取代反响的更大，升温有利于消除。25℃9％〔SN1〕91％〔E1+E2〕55℃0%100%(E1+E2)5.2.3消去反响(fǎnxiǎng)的方向5.2.3.1Saytzeff规那么醇、卤烷、磺酸酯等遵从Saytzeff规那么，得热力学稳定的烯烃〔带较多烷基的烯烃〕第三十七页，共53页。375.2.3.2Hofmann规那么季铵碱和锍碱等消除形成双键上连较少烷基(wánjī)的烯烃。第三十八页，共53页。389.3.3消去方向与历程(lìchéng)的关系二、E1cb历程(lìchéng)遵从Hofmann规那么。取决于H的酸性和C-的稳定性,饱和烷基碳上氢的酸性：1°H>2°H>3°H(位阻顺序与此相同)。遵从Saytzeff规那么，形成热力学稳定的烯烃，如果(rúguǒ)空阻过大时那么遵从Hofmann消除。一、E1历程第三十九页，共53页。39三、E2历程(lìchéng)1．中性底物的E2消除按Saytzeff消除;2．离去基带电荷的底物的E2消除按Hofmann消除，这时β-H的酸性不同。当β-C上连有强吸电基产物那么(nàme)遵从Saytzeff规那么(nàme)。第四十页，共53页。40H酸性(suānxìnɡ)大于H共轭稳定(wěndìng)离去基越难离去时，越有利于按Hofmann消除(xiāochú)离去基2-己烯1-己烯I81%19%Cl67%33%F30%69%Saytzeff烯烃第四十一页，共53页。41碱的强度增大，有利于C-形成(xíngchéng)，反响越倾向于E1cb用Me3CO-/Me3COH为碱时：离去基2-己烯1-己烯I-22%78%Cl-9%91%F2%97%Bredt规那么(nàme)：消除时，不能在桥头碳原子上形成双键〔不能共平面〕Hofmann烯烃(xītīng)第四十二页，共53页。42消去反响的立体化学〔E2〕5.2.4.1反式消除〔反式共轭消除、反叠消除〕采用交叉式优势构象，有利于:〔1〕过渡态中变形(biànxíng)sp3轨道的重叠;〔2〕碱与离去基位阻最小,排斥力最小第四十三页，共53页。43(1S,2R)顺交叉(jiāochā)式第四十四页，共53页。44对甲苯磺酸-4-叔丁基环已基酯的顺式和反式，分别(fēnbié)在C2H5ONa/C2H5OH,70℃的条件下，顺式发生E2,而反式只能缓慢的发生E1。第四十五页，共53页。45优势(yōushì)构象aa优势(yōushì)构象环不能翻转，否那么(nàme)有很大的排斥张力，反响速度缓慢。反式共平面氢处于反式的氢在e键上，与OTs不在一个平面上，反响按E1机理进行。第四十六页，共53页。46总之要求消除的原子或基团必须处于反叠共平面(píngmiàn)的关系在环上发生E2消除时，被消除的两个原子(yuánzǐ)或基团必须均处于a键上。第四十七页，共53页。475.2.4.2顺式消除(xiāochú)〔较少〕不能到达反叠共平面的E2只能(zhīnénɡ)按顺式消除由于环的刚性，Me3N-Cα-Cβ-H不能同处一个平面，但Me3N-Cα-Cβ-D共平面，是顺叠构象，所以进行(jìnxíng)顺式消除。第四十八页，共53页。48Hb与OTs为反叠共平面(píngmiàn)，但酸性不如HaEi(热消除)一般(yībān)为顺式消除，这是协同过程。顺式氢比反式氢活泼(huópo)时，发生顺式消除。第四十九页，共53页。49〔1〕开链化合物的消去一般以反式消除(xiāochú)为主，也存在顺式消除(xiāochú)。〔2〕六元环化合物主要