高等有机化学加成与消除反应课件

第5章加成与消除反应谢斌教授第5章加成与消除反应谢斌教授加成与消除反应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，体系的终态决定于反应条件。5.1亲电加成5.1.1亲电加成反应机理加成反应包括：催化氢化、亲电加成、亲核加成和自由基加成AdE2历程1.加成与消除反应是方向相反的两个过程，一般说来，这两个过程按相2.AdE2历程3.协同的AdE3历程立体化学为反式加成2.AdE2历程3.协同的AdE3历程立体化学为反式加成4.鎓型盐AdE2历程立体化学为反式加成5.1.2氢卤酸对烯烃的加成5.1.2.1加成方向不对称烯烃和不对称试剂加成时，存在加成方向问题。4.鎓型盐AdE2历程立体化学为反式加成5.1.2氢卤酸对区域选择性反应区域专一性反应区域选择性(regiosesletive):不对称烯与不对称试剂加成以其中一种取向为主的反应.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应.马氏规则:氢优先加到含氢较多的双键碳上.

区域选择性反应区域专一性反应区域选择性(regiosesle1比2稳定双键上带强吸电子基时，不对称烯与不对称试剂的加成，形式上为反马氏产物，实质上仍然符合马氏加成规则.即主要产物为亲电中心加在带部分负电荷的双键碳原子上，以形成更稳定的碳正离子中间体。

1比2稳定双键上带强吸电子基时，不对称烯与不对称试剂的加成，更稳定5.1.2.2加成的立体化学1．对于一个简单的非共轭烯烃，反式加成为主，在动力学上表现为三级反应.r=k[HX]2[alkene]相当不稳定更稳定5.1.2.2加成的立体化学1．对于一个简单的非共轭对向加成(antiadd)对向加成(antiadd)2．如果双键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，紧密离子对的离解速度快于C-C

键的旋转。反应以顺式加成为主。

同向加成(synadd)2．如果双键与能稳定碳正离子的基团共轭时，发生AdE2历程，3．在具有亲核性溶剂中反应时，产物复杂化4．形成的C+有重排条件时，可形成重排产物3．在具有亲核性溶剂中反应时，产物复杂化4．形成的C+有重5.1.3烯烃的酸催化水合反应分两步反应的碳正离子历程。（1）得顺式和反式加成的混合产物，无立体选择性。（2）有可能发生重排5.1.3烯烃的酸催化水合反应（2）有可能发生重排只得到外式产物，无内式产物形成只得到外式产物，无内式产物形成5.1.4卤素对烯烃的加成1．简单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5.1.4卤素对烯烃的加成1．简单烯烃的加成是反式加成,中间苏式dl100%反式加成

赤式meso100%反式加成溴鎓离子历程，立体选择性和立体专一性

苏式dl100%反式加成赤式meso100%反式加成溴因p-

共轭而稳定顺式加成反应的比例增加2．共轭烯烃的加成卤桥中间体可进一步形成碳正离子因p-共轭而稳定顺式加成反应的比例增加2．共轭烯烃的加高等有机化学加成与消除反应课件氯代反应的立体选择性较低，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，有足够时间发生C-C键旋转。主要氯代反应的立体选择性较低，顺式加成比例可以大于反式加成氯电电子因素与空间因素均有利2．立体化学B-H对烯烃是顺式加成5.1.5硼氢化反应1.加成方向:反马氏加成——氢加在含氢较少的碳原子上电子因素与空间因素均有利2．立体化学B-H对烯烃是顺式加成反马氏的顺式加成（立体专一性和区域选择性）硼氢化反应特点:反马氏,顺式加成,不发生重排炔烃发生硼氢化-氧化反应得到反马氏加成的醛。反马氏的顺式加成（立体专一性和区域选择性）硼氢化反应特点:5.1.6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还原，获得醇、醚、酯等产物，立体化学为马氏、反式加成。炔烃水解得酮5.1.6溶剂汞化炔烃水解得酮高等有机化学加成与消除反应课件5.1.7Normant反应有机铜锂试剂与炔烃进行顺式加成的反应叫Normant反应。主要用来合成顺式烯烃亲核加成，得顺式烯基铜锂5.1.7Normant反应主要用来合成顺式烯烃亲核加成，5.1.8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，它是价电子层中只有6个电子的二价碳原子，它是一种亲电试剂，分为单线态和三线态。合成方法5.1.8卡宾和乃春对烯烃的加成合成方法三线态卡宾为双自由基形式，为基态单线态与烯烃加成时的立体化学为顺式加成。顺式的一步协同反应三线态卡宾为双自由基形式，为基态单线态与烯烃加成时的立体化Simmons-Smith试剂：Zn-Cu偶加CH2I2的乙醚溶液，与烯烃反应得环丙烷衍生物。

Simmons-Smith试剂：Zn-Cu偶加CH2I2的乙5.1.8.2乃春的加成又叫氮烯，六电子的亲电试剂，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。5.1.8.2乃春的加成5.2消除反应5.2.1概述1.

-消去反应又叫1,1-消去反应,生成卡宾或氮宾中间体。5.2消除反应1.-消去反应2.-消去反应又叫1,2-消去反应,形成不饱和键。-消除反应形成环丙烷衍生物。2.-消去反应-消除反应5.2.2消去反应历程5.2.2.1E1、E2、E1cb及Ei历程1.E1历程与SN1相似，一级反应，可发生重排。不同之处在快步骤中失去

-H.v=k[底物]5.2.2消去反应历程与SN1相似，一级反应，可发生重排二级反应，协同的一步反应，无中间体。β-H酸性较强一级反应,中间体碳负离子要求β碳上连有强吸电基.3.E2历程2.E1cb历程二级反应，协同的一步反应，无中间体。β-H酸性较强一级反应,4.Ei历程（分子内的热消去反应）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。顺式消除不需碱作催化剂环状过渡态5.2.2.2影响消去反应的因素一、反应底物的结构1.对E1和E2的影响底物分子

-碳上支链增多，消去反应的活性增大。4.Ei历程（分子内的热消去反应）顺式消除5.2.2.2E1消除时，-碳上支链增多，碳正离子更稳定；E2消除，消除β-H的机会增大，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（1）E2和SN2的竞争按此顺序，亲核取代的位阻逐渐增大，进攻β-H的机会逐渐增大，形成的产物烯烃的稳定性增加。E1消除时，-碳上支链增多，碳正离子更稳定；E2消除，消除（2）SN1和E1

-碳上的支链增多，SN1的快步骤中的位阻增大，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应。（2）SN1和E1-碳上的支链增多，SN1的快步骤中的位阻碱性:C2H5O->CH3COO-强碱的浓度越高，有利于双分子反应，特别是E2。低浓度碱或不用碱时，质子性溶剂中单分子反应占优势，特别是SN1。(2)进攻试剂体积大体积的强碱易发生E2，而不利于SN2（空阻）。碱性:C2H5O->CH3COO-强碱的浓度越高，有利于三、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，对E2更不利;极性小的溶剂对双分子反应有利，对单分子反应不利，对E2更有利。三、离去基定速步骤中，单分子反应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，提高反应速率。双分子反应的过渡态电荷分散，E2比SN2更分散，极性小的溶剂有利于电荷分散。定速步骤中，单分子反应会出现电荷产生或集中，强极性溶剂有利于五、反应温度

消去反应的过渡态有C-H拉长和断裂，活化能比取代反应的更大，升温有利于消除。25℃9％（SN1）91％（E1+E2）55℃0%100%(E1+E2)5.2.3消去反应的方向5.2.3.1Saytzeff规则

醇、卤烷、磺酸酯等遵从Saytzeff规则，得热力学稳定的烯烃（带较多烷基的烯烃）五、反应温度25℃9％（SN1）5.2.3.2Hofmann规则

季铵碱和锍碱等消除形成双键上连较少烷基的烯烃。5.2.3.2Hofmann规则9.3.3消去方向与历程的关系二、E1cb历程遵从Hofmann规则。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规则，形成热力学稳定的烯烃，如果空阻过大时则遵从Hofmann消除。一、E1历程9.3.3消去方向与历程的关系二、E1cb历程遵从Sayt三、E2历程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则遵从Saytzeff规则。三、E2历程当β-C上连有强吸电基产物则遵从SaytzeffH酸性大于H共轭稳定离去基越难离去时，越有利于按Hofmann消除离去基2-己烯1-己烯I81%19%Cl67%33%F30%69%Saytzeff烯烃H酸性大于H共轭稳定离去基越难离去时，越有利于按Hofma碱的强度增大，有利于C-形成，反应越倾向于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规则：消除时，不能在桥头碳原子上形成双键（不能共平面）Hofmann烯烃碱的强度增大，有利于C-形成，反应越倾向于E1cb用Me35.2.4消去反应的立体化学（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sp3轨道的重叠;（2）碱与离去基位阻最小,排斥力最小5.2.4消去反应的立体化学（E2）(1S,2R)顺交叉式(1S,2R)顺交叉式对甲苯磺酸-4-叔丁基环已基酯的顺式和反式，分别在C2H5ONa/C2H5OH,70℃的条件下，顺式发生E2,而反式只能缓慢的发生E1。对甲苯磺酸-4-叔丁基环已基酯的顺式和反式，分别在C2H5O优势构象aa优势构象环不能翻转，否则有很大的排斥张力，反应速度缓慢。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，反应按E1机理进行。优势构象aa优势构象环不能翻转，否则有很大的排斥张力，反应速总之要求消除的原子或基团必须处于反叠共平面的关系在环上发生E2消除时，被消除的两个原子或基团必须均处于a键上。总之要求消除的原子或基团必须处于反叠共平面的关系在环上发生E5.2.4.2顺式消除（较少）不能达到反叠共平面的E2只能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，所以进行顺式消除。5.2.4.2顺式消除（较少）不能达到反叠共平面的E2只能Hb与OTs为反叠共平面，但酸性不如HaEi(热消除)一般为顺式消除，这是协同过程。顺式氢比反式氢活泼时，发生顺式消除。Hb与OTs为反叠共平面，但酸性不如HaEi(热消除)一般为（1）开链化合物的消去一般以反式消除为主，也存