碳碳双键的加成反应

关于碳碳双键的加成反应§8-1亲电加成反应历程

烯烃的亲电加成反应表示如下:一.双分子亲电加成反应

属于这一类的加成反应，动力学上表现为二级反应，即反应速度υ=K[烯烃][亲电试剂],称为双分子亲电加成反应，可用AdE2表示。第2页,共97页，2024年2月25日，星期天此类反应分两种历程：反应过程中生成正碳离子中间体历程和环状鎓型离子中间体历程。反式异构顺反异构第3页,共97页，2024年2月25日，星期天1.正碳离子历程如烯烃与HX的加成：烯烃与亲电试剂的加成，若生成的正碳离子中间体越稳定，则越有利于按正碳离子历程进行。按此反应历程的反应通常不具有立体选择性。第4页,共97页，2024年2月25日，星期天在加成中除得到正常产物外，还得到重排产物。重排产物与正碳离子稳定性有关。如：

重排预期产物第5页,共97页，2024年2月25日，星期天2.鎓型离子历程简单和非共轭烯烃与溴的加成按鎓型离子历程反应。如:即：第6页,共97页，2024年2月25日，星期天卤素与烯烃的加成一般按鎓型离子历程进行，其它的一些试剂，如次卤酸（HOCl和HOBr）、异氰酸碘（INCO）、叠氮化碘（IN3）、烷和芳硫基氯（RSCl、ArSCl）以及在水或醇存在下的汞盐（Hg(OCOCH3)）等对烯烃的加成，也按此历程进行。如:

按鎓型离子历程进行的反应，通常是反式加成产物。第7页,共97页，2024年2月25日，星期天二．三分子亲电加成反应

三分子亲电加成反应速度为υ=κ[烯烃][亲电试剂]2，为三级反应，以AdE3表示。第8页,共97页，2024年2月25日，星期天当烯烃与卤化氢的加成，若生成比较不稳定的正碳离子时，则倾向于按三分子亲电加成反应历程进行。因另一HX分子的X－与之结合，可生成稳定的产物。烯烃与HX的加成，在按AdE3历程进行时，由于烯烃与一分子HX中的H+结合时，从另一方向又与第二个分子的HX或X-结合，故加成的立体化学特征是反式加成。第9页,共97页，2024年2月25日，星期天§8-2亲电加成反应的立体化学

亲电试剂E-Nu与C=C双键进行加成时，试剂的两部分E+和Nu-可以从反应物的同侧或异侧加到双键上。当试剂的两部分加到分子的同侧时，叫做顺式加成。当试剂的两部分从烯烃的异侧加到双键碳原子上时，叫做反式加成。

第10页,共97页，2024年2月25日，星期天烯烃加成的立体选择性是可变的，它与亲电试剂的性质、烯烃的结构和反应条件等因素有关。

如顺-2-丁烯与四氧化锇加成生成顺式环状锇酸酯，后者水解生成内消旋1，2-二醇，总的结果是羟基化，具有顺式立体选择性。

许多加成反应具有立体选择性，但对于某些加成反应则只有很小的立体选择性，如Z-1，2-二甲基环已烯的酸性水解反应，生成大约等量的顺和反1，2二甲基环已醇。如：第11页,共97页，2024年2月25日，星期天一.亲电试剂的影响烯烃与不同的亲电试剂加成时，其立体选择性不同。如反-1-苯基丙烯分别与HBr、Cl2和Br2的加成：

C6H5HHCH3C=C+HClCl2Br2反式加成产物12%32%88%这是因为相应的鎓型离子的稳定性为：卤鎓离子稳定性次序为：I鎓离子>Br鎓离子>Cl鎓离子。第12页,共97页，2024年2月25日，星期天羟汞化反应具有立体选择性，大多数无环和单环烯烃的羟汞化反应是反式加成过程。反式加成产物第13页,共97页，2024年2月25日，星期天烯烃的硼氢化反应总是顺式加成。如：第14页,共97页，2024年2月25日，星期天二．反应物的影响

当同一亲电试剂与不同烯烃进行亲电加成反应时，其立体选择性也不相同。C=C双键与卤化氢加成的立体选择性主要依赖于烯烃的结构。非共轭环状烯烃如环已烯、1，2-二甲基环戊烯、1，2-二甲基环已烯和异丁烯与HX的加成主要是反式加成。如:第15页,共97页，2024年2月25日，星期天反式加成反式加成第16页,共97页，2024年2月25日，星期天当双键碳原子之一与一个能稳定生成的正碳离子的中间体的基团如苯基共轭时，则立体选择性将发生变化。如顺和反-1-苯基丙烯，4-叔丁基-1-苯基环已烯加成时，主要生成顺式加成产物。因为这些反应中可生成苄基型正碳离子而稳定。C＝CC6H5HHCH3＋HClC－CC6H5HHClCH3H顺式加成反-1-苯基丙烯第17页,共97页，2024年2月25日，星期天邻基的参与对立体化学结果也会产生影响。如：第18页,共97页，2024年2月25日，星期天如降冰片烯与卤素的加成，除生成反式加成产物外，还生成外型产物等。第19页,共97页，2024年2月25日，星期天三．溶剂的影响溶剂对亲电加成反应的立体化学也有影响。如顺-1,2-二苯乙烯与溴在不同溶剂中进行加成时，内消旋和外消旋产物的比例不同，即顺式和反式加成产物比例不同。溶剂介电常数内消旋体/外消旋体环已烷2.0

0CCl4

2.20t-C4H9OH110.3C2H5CN250.6CH3NO2350.9增加溶剂的极性有利于顺式加成。

第20页,共97页，2024年2月25日，星期天§8-3亲电加成反应的活性

一.烯烃结构对加成速度的影响

通常C=C双键间的电子云密度越高，亲电加成反应越容易进行。即供电子基能对中间体起稳定作用，降低活化能，加速反应的进行。

相对速度相对速度CH2＝CH2

1CH3CH＝CH2

61CH3CH＝CHCH3

1700(CH3)2C=CH22600(CH3)2C=CHCH3130000(CH3)2C=C(CH3)21800000第21页,共97页，2024年2月25日，星期天烯烃的加成反应活性顺序：如双键碳原子上连有共轭结构的苯基时，反应速度也会加快。如苯乙烯：

CH＝CH2CH＋－CH3H＋第22页,共97页，2024年2月25日，星期天二．亲电试剂对加成速度的影响

卤化氢的加成速度次序是：

HI>HBr>HCl>HF混合卤素的加成速度顺序是：

ICl>IBr>I2BrCl>Br2

除了烯烃结构和亲电试剂的影响外，溶剂的影响也较大，通常在极性大的溶剂中反应速度较大。第23页,共97页，2024年2月25日，星期天§8-4亲电加成反应的定向

如果烯烃和亲电试剂都是不对称的，如CH3CH=CH2和HX，加成就出现了方向问题，即区域选择性问题。影响区域选择性的主要因素是电子效应和立体效应。一.电子效应

不对称试剂加到不对称烯烃上是按照Markownikoff规则(即马氏规则）进行的。第24页,共97页，2024年2月25日，星期天CH3-CH=CH2+HBr

CH3CHCH3

Br如：诱导效应的影响：第25页,共97页，2024年2月25日，星期天正碳离子稳定性的影响：HOOC－CH＝CH2＋HX

HOOC－CH2－CH2X(CH3)3N+-CH=CH2+HI(CH3)3N+-CH2-CH2IF3C-CH=CH2+HXF3C-CH2-CH2X第26页,共97页，2024年2月25日，星期天CH=CH2+HBrCH-CH2BrH苯乙烯的卤化氢加成具有很强的区域选择性：当苯环上的取代基Z不同时，区域选择性将发生变化：CH=CH2Z(BH3)2ZZCH2-CH2BH2CH-CH3BH2+ZOCH3HClCF3(I)%93817366(II)%7192124第27页,共97页，2024年2月25日，星期天二．立体效应

在不对称烯烃与不对称试剂的加成反应的定位中，立体效应和电子效应一样也起着重要的作用。如对于同一硼烷，因烯烃不同区域选择性不同；对于同一烯烃，硼烷不同时，区域选择性也不同。

第28页,共97页，2024年2月25日，星期天§8-5共轭二烯烃的亲电加成

共轭二烯烃的亲电加成反应，除得到1，2加成产物外还得到1，4加成产物：第29页,共97页，2024年2月25日，星期天反应历程：第30页,共97页，2024年2月25日，星期天第31页,共97页，2024年2月25日，星期天共轭二烯烃的亲电加成产物，通常以1,2和1,4加成的混合物，但以哪一种为主，则主要取决于产物的结构和反应条件等：

产物结构越稳定越容易生成。

高温有利于1,4-加成，低温有利于1,2-加成；1,2加成产物为动力学控制，1,4加成产物为热力学控制。

极性溶剂有利于1,4-加成，非极性溶剂有利于1,2-加成。

第32页,共97页，2024年2月25日，星期天§8-6亲核加成反应

一.C=C双键的亲核加成反应

C=C双键包含π电子，容易被亲电试剂进攻，但被亲核试剂进攻则是困难的，需要进行活化。要想达到亲核加成的目的，只有在双键碳原子上引入吸电子基以降低电子云密度。亲核试剂对于C=C双键的加成按下列历程进行：

第33页,共97页，2024年2月25日，星期天与亲电加成相反，双键碳原子上连有吸电基时，促进亲核加成反应，连有供电基时不利于加成反应。一些常见的促进亲核加成反应的取代基有：

CHO，COR，COOR，CONH2，CN，NO2，SO2R。如：C＝C

HC6H5C6H5CN

H

C6H5C6H5－C－C

CN

CN

H

HC6H5－C－C－C6H5CNCNCN-H+第34页,共97页，2024年2月25日，星期天C＝C

ClClFF

OCH3FCl－C－C

Cl

F

OCH3FCl－CC－FClHCH3O-H+对于C=C的加成反应，若生成简单的负碳离子中间体，则加成通常没有立体选择性。某些亲核加成反应在有机合成上具有重要的意义，下面简单介绍几个亲核加成反应。第35页,共97页，2024年2月25日，星期天1.氰乙基化反应

丙烯腈分子中的碳-碳双键，因受氰基的影响能发生亲核加成。

CH2=CH-CN+C6H5OHC6H5O-CH2-CH2-CN

CH2=CH-CN+H2SHS-CH2-CH2-CN

所得产物相当于在亲核试剂分子中引入一个2-氰乙基，故此反应叫氰乙基化反应。反应通常在碱性催化剂的存在下进行，常用的催化剂有：碱金属的氧化物、氢氧化物、氢化物或氨基化物。如较好的催化剂是C6H5CH2+N(CH3)3OH-(氢氧化苄基三甲基铵)第36页,共97页，2024年2月25日，星期天氰乙基化反应可在亲核试剂中引入三个碳原子，同时氰基经水解或还原可转变成其他的官能团，所以此反应在有机合成上具有广泛的用途。如可合成β-丙氨酸，维生素B1的中间体3-甲氧基丙腈。CH2=CH-CN+NH3H2N-CH2-CH2-CNH2N-CH2-CH2COOHCH2=CH-CN+CH3OHCH3O-CH2-CH2-CN

H2OCH3ONa第37页,共97页，2024年2月25日，星期天氰乙基化反应的另一个特点是当亲核试剂具有一个活泼的亚甲基或甲基时，丙烯腈可以发生二或三氰乙基化反应。如:CH3-C-CH3+3CH2=CH-CNCH3-C-C(CH2CH2CN)3OOCH2(COOC2H5)2+2CH2=CH-CN(NC-CH2CH2)2C(COOC2H5)2

第38页,共97页，2024年2月25日，星期天2.Michael反应负碳离子对于缺电子C=C双键的加成反应称为Michael反应或Michael加成。其中双键碳原子与吸电基直接相连构成共轭体系。(CH3)2C=CH-NO2(CH3)2C-CH2-NO2CN(1)KCN(2)H+C6H5CCH=CHC6H5+CH2(CO2C2H5)2C6H5CCH2CHCH(CO2C2H5)2OOC6H5CH3OH第39页,共97页，2024年2月25日，星期天Micheal反应不是简单的1，2加成，由于质子转移到碳上比氧上慢，故质子化首先发生在氧上，其历程如下：

R’-+R2C=C-C-RR2C－C－C-RR2C－C=C-RROR’ROR’RO-R2C－C＝C-RR2C－CH－C-RR’ROHR’ROH+Micheal反应被碱所催化,其作用是产生负碳离子。最常用的负碳离子：CH2(COOC2H5)2，CH2COCH2COOC2H5，NCCH2COOC2H5，RCH2NO2等，第40页,共97页，2024年2月25日，星期天Micheal反应是形成C-C单键的一般方法之一，在有机合成上具有重要用途。例：反应机理：第41页,共97页，2024年2月25日，星期天第42页,共97页，2024年2月25日，星期天喹啉第43页,共97页，2024年2月25日，星期天二．碳-碳叁键的亲核加成反应（自学）

第44页,共97页，2024年2月25日，星期天第九章碳杂重键的亲核加成反应

第45页,共97页，2024年2月25日，星期天§9-1羰基亲核加成反应的历程

羰基化合物中的羰基活性次序为：

RCHO>RCOCH3>RCOR>C6H5COR

醛＞丙酮＞芳醛＞环丁酮＞环已酮＞环戊酮影响羰基活性的因素主要有羰基的结构和空间因素。第46页,共97页，2024年2月25日，星期天一.羰基的结构

平衡常数p-NO2C6H4CHO1820m-BrC6H4CHO530C6H5CHO211p-CH3C6H4CHO110p-CH3OC6H4CHO32p-(CH3)2NC6H4CHO2.6例：下列化合物与HCN的加成反应的平衡常数为：第47页,共97页，2024年2月25日，星期天当C=C双键、苯环或具有未共用电子对的原子直接与羰基的碳原子相连时，亲核加成的速度比饱和的类似物小。如：CH3CHO＋HCN

CH3CHCN

K＞104OH

C6H5CHO＋HCN

C6H5CHCN

K＝210

OHCH3CH2-C-CH3+HCNCH3CH2-C-CH3K=38OCNOHC6H5-C-CH3+HCNC6H5-C-CH3K=0.8OCNOH﹥﹥第48页,共97页，2024年2月25日，星期天例：CH3COC2H5与HCN的加成反应速度K＞1(CH3)3CCOC(CH3)2与HCN的加成反应速度K＜＜1二.空间因素由于从反应物到过渡态及产物，羰基碳由SP2杂化变为SP3杂化，反应中存在明显的空间特性。当R基体积增大时，中间体过渡态变得拥挤，所以能量升高，反应速度减小。

例：环酮与HCN的加成平衡常数：环丙酮＞10000环庚酮7.8环已酮1000环戊酮48环丁酮100环辛酮1.17第49页,共97页，2024年2月25日，星期天通常羰基化合物的活性由羰基结构（电子效应）和空间因素两者决定：如下列化合物与HCN的加成速度(可用超共轭和空间效应解释）：丙酮33丁酮38

3－甲基丁酮653,3－二甲基丁酮32第50页,共97页，2024年2月25日，星期天亲核试剂的性质对于羰基亲核加成反应速度也产生一定的影响。对于同一羰基化合物，亲核试剂的亲核性增加，平衡常数增大。亲核试剂的亲核性次序是：碳＞氮＞氧＞卤素亲核试剂的体积大小也对平衡常数产生影响，亲核试剂的体积增大，导致反应速度减小。第51页,共97页，2024年2月25日，星期天§9-2羰基加成反应中的立体选择性

羰基的亲核加成，在羰基上引入了一个手性中心，但加成产物是外消旋体。如果醛和酮的α－碳原子是手性碳原子，亲核试剂与羰基的加成在空间有一定的选择性，加成满足Cram规则一。Cram规则一：羰基与不对称碳原子相连时，反应试剂从M和S基团之间进攻羰基得到主要产物。基团的大小：L＞M＞S，无分子内氢键。第52页,共97页，2024年2月25日，星期天第53页,共97页，2024年2月25日，星期天按照Cram规则，虽然进入基团优先从羰基阻碍最小的一边进攻，但所得产物的比例将按反应物和亲核试剂的不同而异。第54页,共97页，2024年2月25日，星期天通常反应物和亲核试剂的基团越大，立体选择性一般越高。第55页,共97页，2024年2月25日，星期天当羰基化合物存在分子内氢键时，加成的产物选择性满足Cram规则二。Cram规则二：羰基邻位的不对称碳原子上有－OH，－NH2等能与羰基氧形成氢键的基团时，亲核试剂从含氢键环的空间阻碍小的一边对羰基加成。如：第56页,共97页，2024年2月25日，星期天§9-3羰基化合物的亲核加成反应举例一.杂原子亲核试剂的加成如羰基化合物与醇反应生成半缩醛或半缩酮。醛加醇容易，酮较困难。第57页,共97页，2024年2月25日，星期天反应机理：第58页,共97页，2024年2月25日，星期天缩醛具有双醚结构，对碱和氧化剂稳定，但遇酸迅速水解为原来的醛和醇。所以，制备缩醛时必须用干燥的HCl气体，体系中不能含水。

第59页,共97页，2024年2月25日，星期天酮只能与二元醇生成环状缩醛（因为五元、六元环有特殊稳定性）：

用途：保护羰基：例:解:第60页,共97页，2024年2月25日，星期天二.碳原子亲核试剂的加成1.醇醛缩合反应在催化剂的作用下，含有α－氢原子的醛或酮相互作用，生成羟基醛或羟基酮，称为醇醛缩合反应，这类反应被碱或酸所催化。碱催化反应历程：第61页,共97页，2024年2月25日，星期天高级醛得到β－羟基醛后，更容易失水：酮的醇醛缩合反应比醛困难：第62页,共97页，2024年2月25日，星期天但用酸作催化剂，酮比较容易发生缩合反应。酸催化反应历程：第63页,共97页，2024年2月25日，星期天交错醇醛缩合（交叉醇醛缩合）：但若两种不同的醛或酮进行醇醛缩合时，其中一个反应物无α－氢，则产物有意义。如下列Claison-Schmidt缩合反应：2CH3CHO

CH3CH＝CH2CHO反应速度K1反应速度K2K1＞K2第64页,共97页，2024年2月25日，星期天醇醛缩合既可以被酸催化也可以被碱催化，但由于催化剂不同产物各异。如2－丁酮与苯甲醛的反应，碱催化主要得到直链缩合物，而酸催化则主要得到支链缩合物。第65页,共97页，2024年2月25日，星期天第66页,共97页，2024年2月25日，星期天溴化甲基三苯磷2.Wittig（维蒂希）反应Wittig试剂与羰基化合物进行亲核加成，生成烯烃的反应称Wittig反应。Wittig试剂是一种磷的内鎓盐，也叫磷叶立德。如下式：Ph3P+－C-R2Ph3P=CR2制法：亚甲基磷烷（磷叶立德）第67页,共97页，2024年2月25日，星期天反应机理：

Wittig试剂中带负电荷的碳对醛、酮作亲核进攻，形成内鎓盐或氧磷杂环丁烷中间体，进而进行顺式消除分解成烯烃及氧化三苯膦。第68页,共97页，2024年2月25日，星期天氧磷环丁烷例：第69页,共97页，2024年2月25日，星期天

Wittig试剂的活性：

取代基R1、R2为H、脂肪烃基、脂环烃基等时，试剂的稳定性小，反应活性高；若取代基R1、R2为吸电子基时，它可以通过共轭效应或诱导效应而使α碳上的负电荷减弱或分散，从而使其亲核性降低，但其稳定性却增大。共轭效应愈强，则其稳定性增加而反应活性降低。第70页,共97页，2024年2月25日，星期天

维蒂希反应，最后结果为醛酮羰基上的氧原子被亚甲基取代.一般式为：如：第71页,共97页，2024年2月25日，星期天维生素A在药物合成中应用十分广泛，如维生素A和维生素D、抗生素等的全合成。第72页,共97页，2024年2月25日，星期天Wittig反应烯烃的立体结构与反应物和试剂的结构及反应条件等因素有关。Wittig反应生成的烯烃通常为顺式和反式异构体的混合物。如使用活泼的Wittig试剂，可得到较多顺式烯烃。Ph3P+-C-HCH3+C6H5CHOCH3C6H5CH3HC=CC=CHHHC6H5+顺式，87%反式，13%第73页,共97页，2024年2月25日，星期天如使用具有共轭结构的Wittig试剂和羰基化合物时，主要得到反式烯烃。溶剂的性质对烯烃顺反异构体的比例也有影响。通常质子溶剂或极性非质子溶剂有利于顺式烯烃，非极性非质子溶剂有利于反式烯烃。Ph3P+-C-H-C6H5+C6H5CHOC6H5C6H5C6H5HC=CC=CHHHC6H5+顺式，25%反式，75%第74页,共97页，2024年2月25日，星期天§9-4羧酸衍生物的亲核加成反应一.酰基上的亲核取代反应机理(加成－消除反应机理）反应是分步完成的：先亲核加成，后消除，最终生成取代产物。第75页,共97页，2024年2月25日，星期天二.结构与活性的关系羧酸衍生物与亲核试剂的加成的相对活性主要取决于：一是与羰基直接相连的离去基团的电子效应，二是离去基团的离去的相对能力。即酰氯的羰基碳正电性最强。∴活性：酰氯＞酸酐＞酯＞酰胺

（1）羰基碳的正电性第76页,共97页，2024年2月25日，星期天

(2)L-愈易离去，越有利于第二步反应（消除反应）酸性：HCl＞RCOOH＞ROH＞NH3pKa：强酸4～516～1934离去能力：Cl－＞－OCOR＞－OR’＞－NH2∴活性：酰氯＞酸酐＞酯＞酰胺第77页,共97页，2024年2月25日，星期天三.反应举例1.酯的水解酯在酸或碱的存在下均可发生水解反应。酸的催化是可逆反应，其逆反应是酯化反应。碱催化是不可逆反应，叫皂化反应。酯的水解反应其键的断裂方式有两种可能：酰－氧键断裂和烷－氧键断裂。R－C－O－R‘

OR－C－O－R‘

OR－C－O－R‘

O烷－氧断裂酰－氧断裂常见的是酰－氧断裂。第78页,共97页，2024年2月25日，星期天酸催化反应历程：HOOCCH2CH2C－OCH3＋H2O18

HOOCCH2CH2C－O18H＋CH3OH

O

O例：此反应称酸催化双分子酰－氧断裂历程，用AAC2表示。第79页,共97页，2024年2月25日，星期天上述历程对于空间位阻很大的酯或酸不适用。例如2,4,6-三甲基苯甲酸（I）在酸催化条件下不能酯化，其酯（III）也不能水解，但把酸或酯溶于浓H2SO4中，然后将此溶液倒入醇或水中，则发生定量的酯化或水解反应，反应经酰基正离子（II）生成酯或酸。此反应历程称酸催化单分子酰－氧断裂历程，用AAC1表示第80页,共97页，2024年2月25日，星期天在酸催化酯的水解反应中，当RCOOR’分子中的R’能够生成高度稳定的正碳离子，同时使用强极性介质时，发生烷－氧断裂。如光学活性物质（I）在酸存在下水解，生成的醇是外消旋混合物。（I）此反应为酸催化下酯水解的烷－氧断裂历程称为酸催化单分子烷－氧断裂历程，用AAL1表示。第81页,共97页，2024年2月25日，星期天2.Claisen酯缩合反应含有α－氢的酯，在强碱性条件下两分子酯缩合生成β－羰基酯的反应称Claisen酯缩合反应。反应机理：(1)(2)第82页,共97页，2024年2月25日，星期天(3)反应需要过量的碱使β－酮酸酯转变成其负离子，使平衡不断向右移动，因为RCH2COCH(R)CO2C2H5的酸性比C2H5OH强，使第一步反应生成的负碳离子的平衡偏向左方，因此第三步反应是必须的。第83页,共97页，2024年2月25日，星期天两种不同的酯缩合，如其中一个不含

-H在有机合成上有重要意义。例：例：第84页,共97页，2024年2月25日，星期天当两个酯基在同一分子内时，可以发生分子内的缩合反应生成环状β－酮酯，此反应称为Dieckmann缩合反应，可用于合成五、六和七环化合物。例：[环化方向]含两种不同

-H时,酸性较大的-H优先被碱夺去。第85页,共97页，2024年2月25日，星期天反应机理：第86页,共97页，2024年2月25日，星期天§9-5α,β不饱和羰基化合物的亲核加成一.反应历程加成产物虽然形式上是C＝C双键上的加成（3,4加成）的结果，但实际上反应中进行了1,4加成。第87页,共97页，2024年2月25日，星期天例：α，β－不饱和羰基化合物除进行1,4加成外，还可进行羰基上的1,2加成。例：CH3CH＝