碳-杂重键的亲核加成.ppt

1、第八章 碳-杂重键的亲核加成 (Addition to Carbon - Hetero Multiple Bonds) 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

2、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,ENu,亲电性,亲电性：底物的 中心碳原子带有 部分的正电荷。,ENu,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

3、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

4、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10928 , 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

5、. 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 (Aldol Reaction),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,Step 1,烯醇负离子,

6、Step 2,An alkoxide ion,Step 3,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，CCl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

7、,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RO 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，

8、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,Diethyl malonate,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