亲核取代与加成反应

1、2022-3-201第一节第一节 饱和碳原子饱和碳原子上的上的亲亲核取代反应核取代反应 (Aliphatic Nucleophilic Substitution)2022-3-202一一. . 定义及反应类型定义及反应类型+Nu+L-R NuR L亲核试剂亲核试剂 底物底物 中心碳原子中心碳原子 离去基团离去基团亲核取代反应的亲核取代反应的通式通式：亲核取代反应的亲核取代反应的定义定义：亲核亲核试剂试剂NuNu进攻底物分子进攻底物分子R - LR - L中带正电荷中带正电荷的碳原的碳原子子而发生的取代反应而发生的取代反应。2022-3-203 底物为中性，中性亲核试剂带着一对底物为中性，中性亲

2、核试剂带着一对孤对电子孤对电子：亲核取代反应的亲核取代反应的反应类型反应类型：+R L Nu-R Nu+L-+R L Nu-R Nu+L- 底物为中性，亲核试剂带有底物为中性，亲核试剂带有负电荷负电荷：CH2IN(CH3)3CH2N(CH3)3I+-CH2ICH2OHNaOH+H2O+NaI2022-3-204 底物带有正电荷，亲核试剂带有孤对电子：底物带有正电荷，亲核试剂带有孤对电子：+LR Nu+Nu+L+R 底物带有正电荷，亲核试剂带有负电荷：底物带有正电荷，亲核试剂带有负电荷：RL+Nu-+R NuLN CH3Ph3PNPh3PCH3+CH2N(CH3)3CH2OHN(CH3)3+OH

3、-+2022-3-2051. . 双分子亲核取代双分子亲核取代( (S SN N2 2) )反应机理反应机理 【动力学研究动力学研究】该亲核取代反应的该亲核取代反应的速率速率与与底物的浓度和试剂的底物的浓度和试剂的浓度同时相关浓度同时相关：=kR LNu二级反应二级反应其反应机理为：其反应机理为：亲核试剂从离去基团的背面接近中心碳原子，亲核试剂从离去基团的背面接近中心碳原子，新键的形成与旧新键的形成与旧键的断裂是同时发生的，键的断裂是同时发生的，与此同时，与此同时，离去基团也正在逐步地离离去基团也正在逐步地离开底物分子开底物分子Nu:- + R-L Nu R L Nu-R + L-二二. .

4、亲核取代反应机理亲核取代反应机理Walden转化Nu-LCCNuLCNu反应的立体化学与反应机理相关反应的立体化学与反应机理相关: :由于试剂从离去基团的背后进攻中心碳原子，由于试剂从离去基团的背后进攻中心碳原子，所以产物发生完全构型转化所以产物发生完全构型转化WaldenWalden转化转化。 反应特征反应特征： 双分子、一步反应双分子、一步反应； 存在过渡态状态存在过渡态状态； 立体化学是瓦尔登转化（构型翻转）立体化学是瓦尔登转化（构型翻转）2022-3-2072.2.单分子亲核取代单分子亲核取代( (S SN N1 1) )反应机理反应机理: : R LRLR+L-+慢第一步第一步 碳正

5、离子的生成：碳正离子的生成：第二步第二步 亲核试剂进攻碳正离子：亲核试剂进攻碳正离子：R+Nu-R Nu快第一步是决定反应速率的一步。第一步是决定反应速率的一步。=k1LR动力学动力学:一级反应一级反应2022-3-208试剂从正碳离子的两面进攻中心碳原子，形成试剂从正碳离子的两面进攻中心碳原子，形成外消旋产物。外消旋产物。C+Nu-CL+NuCNuC50%50%Nu-L-S SN N1 1反应的立体化学过程：反应的立体化学过程： 反应反应特征：特征： 单分子、两步历程单分子、两步历程 碳正离子活性中间体、存在重排现象碳正离子活性中间体、存在重排现象 产物外消旋化或外消旋化加构型转化。产物外消

6、旋化或外消旋化加构型转化。2022-3-209CH3CDClHCH3CDOHHOH-+S 构 型R 构 型 S SN N2 2反应事例：反应事例：C+HCH3PhOH-H2OClCHCH3PhOHCCH3HPhOH-CCH3PhHHO49%51%S SN N1 1反应事例：反应事例：2022-3-2010PhCCH3OHPhCCH3构型转化%27HCH3BrHCH3O+ 73% 消旋化产物HBr事实上，事实上，S SN N1 1反应往往伴随构型转化产物：反应往往伴随构型转化产物：当当C C+ +不是足够稳定时，由于不是足够稳定时，由于L L的屏蔽的屏蔽效应，效应，Nu:Nu:从从L L背后进攻

7、中心碳原子背后进攻中心碳原子的机会增大，故构型转化增多。的机会增大，故构型转化增多。2022-3-2011R L+-R+L-离子化溶剂介入R LNuNuNuSN2R+L-+溶剂介入离子对构型翻转紧密离子对翻转（主要）转化（消旋化）离解的离子NuS1N（消旋化产物） 分子解离为正负离子，两个离子相互靠近，形成紧密的离子分子解离为正负离子，两个离子相互靠近，形成紧密的离子对。对。 溶剂介入离子对后正负离子被溶剂隔开，称为溶剂分割溶剂介入离子对后正负离子被溶剂隔开，称为溶剂分割离子对。离子对。 两个离子完全分离被溶剂包围形成溶剂化的正离子两个离子完全分离被溶剂包围形成溶剂化的正离子和溶剂化的负离子。

8、和溶剂化的负离子。 分三个阶段：分三个阶段：3. 3. 离子对机理离子对机理2022-3-20124.S4.SN Ni i机理（分子内亲核取代）机理（分子内亲核取代）COHR1HR2SOClClC OR1HR2SOClClH+.+HCOR1HR2SOClClCOR1HR2SOCl+-Cl-C+R1HR2OSOClCR1HR2ClSO2+紧密离子对紧密离子对氯代亚硫酸酯氯代亚硫酸酯特点：构型保持特点：构型保持醇与亚硫酰氯反应制备卤代烃，其醇与亚硫酰氯反应制备卤代烃，其机理不能用机理不能用S SN N1 1和和S SN N2 2解释，是分子解释，是分子内亲核取代反应。内亲核取代反应。2022-3-

9、2013三三. . 碳正离子与非经典碳正离子碳正离子与非经典碳正离子重排重排1. Wagner-Meerwei 重排（重排（WM 重排）重排）一个负氢离子或烃基负离子从相邻的碳原子一个负氢离子或烃基负离子从相邻的碳原子经经1,2-迁移重排到迁移重排到C+ 中心的反应称为中心的反应称为W-M重排。重排。CCR+CCR+其中其中R = H, 芳基，烷基等，迁移顺序为芳基，烷基等，迁移顺序为H 芳基芳基 烷基烷基。2022-3-2014CH3CCH3CH3CH2+CH3C+CH3CH2CH3如：如：2-2-莰醇与硫酸作用生成莰烯的反应机理莰醇与硫酸作用生成莰烯的反应机理HOHH+-H2O2022-3

10、-2015HOHH+-H2O+1,2-迁移+HH+-2022-3-20162.非经典碳正离子：非经典碳正离子：+由于由于键或键或键的邻基参与而形成的碳正离子活性中键的邻基参与而形成的碳正离子活性中间体，称为非经典碳正离子。间体，称为非经典碳正离子。 键参与的非经典的键参与的非经典的碳正离子是碳正离子是两电子三中心键两电子三中心键，而经典的碳正离子可，而经典的碳正离子可看成是看成是W-M重排重排。非经典的碳正离子2022-3-2017OBsOAcOBsAcOHAcOH16KendoKexo(exo)(endo)KexoKendo=350 旋光的旋光的exoexo- -降冰片对溴苯磺酸酯降冰片对溴

11、苯磺酸酯( (exoexo-bornyl brosylate)-bornyl brosylate)在乙酸中溶剂解，生成消旋的在乙酸中溶剂解，生成消旋的exoexo- -降冰片乙酸酯；降冰片乙酸酯；endoendo- -降冰降冰片对溴苯磺酸酯的乙酸解也生成片对溴苯磺酸酯的乙酸解也生成exo-exo-降冰片乙酸酯，但降冰片乙酸酯，但exo-exo-异构体的速率为异构体的速率为endo-endo-异构体的异构体的350350倍：倍：1 1) )键参与的非经典碳正离子键参与的非经典碳正离子WinsteinWinstein据此认为是据此认为是C C1 1-C-C6 6键的邻基参与，因而形键的邻基参与，因

12、而形成了非经典的碳正离子而加速其反应。成了非经典的碳正离子而加速其反应。2022-3-2018OBs1616+AcOHOAc+OBsAcOHOAc16+【解释解释】CH2CH2CH2C环丙甲基正离子的结构：环丙甲基正离子的结构：空的空的 p 轨道与弯曲轨道的交轨道与弯曲轨道的交盖盖环丙甲基正离子比苄基正离子还稳定：环丙甲基正离子比苄基正离子还稳定：中心碳原子上的空的中心碳原子上的空的 p p 轨道与环丙基中的弯曲轨道与环丙基中的弯曲轨道进行侧面交盖，其轨道进行侧面交盖，其结果是使正电荷分散。结果是使正电荷分散。随着环丙基的数目增多，随着环丙基的数目增多，正碳离子稳定性提高。正碳离子稳定性提高。

13、C+3CH+2CH2+CH2+碳正离子稳定性为碳正离子稳定性为 ：烯丙基型：烯丙基型 3 2 1 CH3+。2022-3-2020 例例1： 下面是双环化合物进行亲核取代反应，其反应速下面是双环化合物进行亲核取代反应，其反应速率常数如下率常数如下。键的邻基参与作用使反应速率成倍数增加：键的邻基参与作用使反应速率成倍数增加：2) 2) 键参与的非经典正碳离子键参与的非经典正碳离子XXXXkABCD1.010410111014+2022-3-2021CCHCH3CH3HOTsCCHCH3CH3HOAc+-CCHCH3CH3HOAcCCHCH3CH3HOAc+例例2：3-苯基苯基-2-丁醇的对甲苯磺

14、酸酯的醋酸解反应丁醇的对甲苯磺酸酯的醋酸解反应 S RS RS R2022-3-2022CCHCH3CH3HOTsCCHCH3CH3HOAc+-CCHCH3CH3HOAcCCHCH3CH3HOAc+S SS SS S相相同同2022-3-20233) n电子参与历程电子参与历程 v化合物的分子中具有化合物的分子中具有未共用电子对未共用电子对的基团的基团位于离去基位于离去基团的团的位置或更远时位置或更远时，此化合物在取代反应过程中构型，此化合物在取代反应过程中构型保持。以保持。以3-溴溴-2-丁醇与丁醇与HBr的取代反应为例：的取代反应为例：HCH3BrHOHCH3HCH3BrHBrCH3HBr

15、赤赤式式内内消消旋旋体体HCH3BrHOHCH3HCH3BrBrHCH3BrCH3HHBrCH3+HBr苏苏式式外外消消旋旋体体HCH3BrHOHCH3HCH3BrHOH2CH3H+HCH3BrHH2OH3CSRSR-H2OHCH3BrHH3CB r-Br-+HCH3BrHBrH3CSRHCH3BrHBrH3CSR产物都是（产物都是（S,R)-2,3-S,R)-2,3-二溴丁烷，二溴丁烷，是内消旋体是内消旋体HCH3BrHHOCH3HCH3BrHH2OCH3H+HCH3BrHH2OCH3SSSS-H2OHBrHCH3CH3Br-Br-+SHCH3BrCH3BrHSRHCH3BrCH3BrHR产

16、物为产物为(S,S)-(S,S)-和和(R,R)-2,3-(R,R)-2,3-二溴二溴丁烷，为外消旋体丁烷，为外消旋体2022-3-2026EtS CH2CH2ClEtS CH2CH2ClEtSCH2CH2OH-+H2O:-H+例例2：-氯代二乙硫醚的水解速率比相应的氯代二乙硫醚的水解速率比相应的-氯代二乙基氯代二乙基醚快醚快104倍。倍。例例3：旋光的：旋光的-溴代丙酸盐的水解反应溴代丙酸盐的水解反应CBrOOCHCH3COHOOCHCH3-稀 NaOH Ag2O-2022-3-2027CBrCHCH3OOCBrCHCH3OOAg+CBrCHCH3OOAg+稀 NaOH Ag2O-CCHCH

17、3OOOH2CCHCH3OOOH2CCHCH3OOOH-AgBr+-H+2022-3-2028OBsHOBsHOBsH(A)(B)(C)环丙基位于外型时（环丙基位于外型时（A)A)，三元环阻碍，三元环阻碍C-CC-C电子的邻电子的邻基参与；位于内型时（基参与；位于内型时（B)B)有利于环丙基香蕉键的邻有利于环丙基香蕉键的邻基参与。内型的环丙基有时甚至比双键更有效。基参与。内型的环丙基有时甚至比双键更有效。化化合物（合物（B)B)的溶剂解速率比化合物（的溶剂解速率比化合物（C)C)快快5 5倍；而化合倍；而化合物（物（A)A)溶剂解速率比（溶剂解速率比（C)C)慢慢3 3倍。倍。4) 4) 环丙

18、基的参与作用环丙基的参与作用 环丙烷环的某些性质与双键类似，因此处于适当位置环丙烷环的某些性质与双键类似，因此处于适当位置时也可能发生邻基参与作用。时也可能发生邻基参与作用。2022-3-2029四四. 邻基参与作用总结邻基参与作用总结 分子中亲核的分子中亲核的取代基取代基参与了在同一分子中另一部位上的参与了在同一分子中另一部位上的取代反应称为取代反应称为邻基参与作用邻基参与作用。邻基参与作用是分子内的邻基参与作用是分子内的S SN N2 2过程过程。两个基团在分子内两个基团在分子内处于反式共平面状态。处于反式共平面状态。邻基参与作用一般形成邻基参与作用一般形成三元环或五元环，四元环不易三元环

19、或五元环，四元环不易形成。形成。邻基参与作用邻基参与作用主要包括主要包括杂原子杂原子参与作用、参与作用、键参与作键参与作用、用、三元环三元环参与作用等。参与作用等。邻基参与的结果使得最后的邻基参与的结果使得最后的取代产物构型保持，且反取代产物构型保持，且反应加速。应加速。2022-3-2030v具有杂原子参与作用的基团有具有杂原子参与作用的基团有： COO COO- - 、 OCOROCOR、COORCOOR、COArCOAr、OROR、OHOH、O O- -、NHNH2 2、NHRNHR、NRNR2 2、NHCORNHCOR、SHSH、SRSR、S S- -、I I、 BrBr、 ClClv

20、卤素作为邻基参与的能力大小次序一般为卤素作为邻基参与的能力大小次序一般为IBrClIBrCl，这，这与原子的亲核性和可极化性大小顺序是一致的。与原子的亲核性和可极化性大小顺序是一致的。F F电负电负性太强，不易给出电子，亲核性和可极化性太小，一般性太强，不易给出电子，亲核性和可极化性太小，一般不发生邻基参与作用。不发生邻基参与作用。v若若邻基参与作用形成的中间体是稳定邻基参与作用形成的中间体是稳定的或由于其它方式的或由于其它方式而稳定，而稳定，亲核试剂亲核试剂NuNu亲核进攻能力不足时亲核进攻能力不足时，只能形成环，只能形成环状产物。这是简单的分子内状产物。这是简单的分子内S SN N2 2反

21、应反应。2022-3-2031五、亲核试剂的类型和反应五、亲核试剂的类型和反应1.1.含氧亲核试剂含氧亲核试剂 H H2 2O, ROH, OHO, ROH, OH- -,RO,RO- -. .2.2.含硫亲核试剂含硫亲核试剂 H H2 2S, RS-, RSOS, RS-, RSO2 2- -, S, S2 2O O3 32-2-等。等。3.3.含氮亲核试剂含氮亲核试剂 NHNH3 3, RNH, RNH2 2, R, R2 2NH, RNH, R3 3N, LiN, Li3 3N, NON, NO2 2- -, NaN, NaN3 3, , NCONCO- -, NCS, NCS- -等。

22、等。4.4.卤素亲核试剂卤素亲核试剂 HX, X-, LiI, SOClHX, X-, LiI, SOCl2 2, ClCOSCl, ClCOSCl等。等。5.5.负氢离子负氢离子 LiAlHLiAlH4 4, AlH, AlH3 3, NaBH, NaBH4 4, , 等等6.6.碳亲核试剂碳亲核试剂 RMgX, RRMgX, R2 2CuLi,RLi, RCuLi,RLi, R3 3B, B, 叶立德试剂和叶立德试剂和各种活泼亚甲基产生的负碳离子。各种活泼亚甲基产生的负碳离子。C+3CH+2CH2+CH2+1.排列下列碳正离子的稳定性2. 2. 下面双环化合物进行亲核取代反应，请排列它们的

23、反应速率顺序下面双环化合物进行亲核取代反应，请排列它们的反应速率顺序 【思考题思考题】XXXXABCD3.3.下列化合物在下列化合物在KI/KI/丙酮溶液中反应，按反应速率递减顺序排列下列丙酮溶液中反应，按反应速率递减顺序排列下列化合物化合物BrBrBrABCCBA4.从反应机理角度分析下列亲核取代反应产物含量的从反应机理角度分析下列亲核取代反应产物含量的不同不同CHH3CPhClCHH3CPhOHCHCH3PhHO+OH-H2O49%51%5.完成下列反应完成下列反应CCHCH3CH3HOTsHOAc( )1)HCH3BrHOHCH3HCH3BrBrHCH3BrCH3HHBrCH3+HBr6

24、.6.用反应机理解释下列反应用反应机理解释下列反应7.7.解释解释-氯代二乙硫醚的水解速率比相应氯代二乙硫醚的水解速率比相应的的-氯代二乙基醚快氯代二乙基醚快10104 4倍。倍。8.8.苏式及赤式的对甲苯磺酸苏式及赤式的对甲苯磺酸-3-3-苯基苯基-2-2-丁酯在醋酸中进行溶丁酯在醋酸中进行溶剂分，前者得消旋化的苏式醋酸酯，后者得光学纯赤式醋酸剂分，前者得消旋化的苏式醋酸酯，后者得光学纯赤式醋酸酯，试用反应历程解释。酯，试用反应历程解释。2022-3-2035HHCH3CH3OCOCH3PhHHCH3CH3H3CCOOPh+赤式-2-对甲苯磺酸-3-苯基-2-丁酯（S R)(S R)(S R

25、)前者是取代产物，后者是重排产物。两者是外消旋产物。前者是取代产物，后者是重排产物。两者是外消旋产物。HHCH3CH3OSO2CH3HHCH3CH3CH3COOHH+- OTs-+-2022-3-2036HCH3CH3HOSO2CH3HCH3CH3HCH3COOHH+- OTs-+-HCH3CH3HOCOCH3PhHCH3CH3HH3CCOOPh+苏式苏式-2-2-对甲苯磺酸对甲苯磺酸-3-3-苯基苯基-2-2-丁酯丁酯（S R)2022-3-2037第二节第二节 亲亲核加成反应核加成反应 碳杂键常发生亲核加成反应（如碳杂键常发生亲核加成反应（如C=NC=OCNC=NC=OCN等）除等）除此之

26、外此之外, ,碳碳键也可以发生亲核反应（如碳碳键也可以发生亲核反应（如C=CCCC=CCC）常见）常见的亲核试剂有的亲核试剂有:N:N、O O、S S、X X、P P等杂原子中心，负碳离子，等杂原子中心，负碳离子，氢负离子。氢负离子。一、一、 碳碳碳不饱和键碳不饱和键的亲核加成反应的亲核加成反应（一）（一） 碳碳碳双键的亲核加成碳双键的亲核加成 碳碳双键含碳碳双键含键，是富电子的，容易发生键，是富电子的，容易发生亲电反应，难被亲核试剂进攻。因此要想进行亲电反应，难被亲核试剂进攻。因此要想进行亲核反应需活化，亲核反应需活化，降低双键电子云密度，需增降低双键电子云密度，需增加吸电子基团。加吸电子基

27、团。2022-3-2038CH2CH2CH3+无 反 应-CH3CH2CHNO2NO2CCHHNO2NO2CH3溶 剂 负 离 子+-溶 剂- 双键碳上连有吸电子基有利于亲核加双键碳上连有吸电子基有利于亲核加成反应成反应。它们可以降低双键碳上的电子云。它们可以降低双键碳上的电子云密度，来促进亲核试剂的进攻。更重要的密度，来促进亲核试剂的进攻。更重要的是，这样的取代基能使生成的负碳离子中是，这样的取代基能使生成的负碳离子中间体的负电荷分散而得到稳定。间体的负电荷分散而得到稳定。2022-3-20391 1、氰乙基化反应、氰乙基化反应 丙烯腈分子中的碳碳双键，因受到氰基的影响能丙烯腈分子中的碳碳双

28、键，因受到氰基的影响能发生亲核反应。发生亲核反应。 因此，因此，由亲核试剂进攻双键碳原子，生成的中由亲核试剂进攻双键碳原子，生成的中间体再从溶液中获得质子，所得产物相当于在亲核间体再从溶液中获得质子，所得产物相当于在亲核试剂分子中引入一个氰乙基，试剂分子中引入一个氰乙基，故称为氰乙基化反应故称为氰乙基化反应。CH2CH CNCH3OHCH2CH2CNCH3OCH3ONa+是维生素是维生素B B1 1的中间体的中间体CH2CH CNNH3NH2CH2CH2CN+二苯 胺 可合成可合成3-3-丙氨酸丙氨酸2022-3-2040氰乙基化反应特点氰乙基化反应特点: :当亲核试剂具有一个活泼的亚甲当亲核

29、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次氰乙基化反应。基或甲基时，丙烯腈可以发生二或三次氰乙基化反应。通过控制条件也可以得到单氰乙基化产物。通过控制条件也可以得到单氰乙基化产物。CH2CH CNOCOOC2H5(CH3)3NCH2C6H5 OHOCOOC2H5CH2CH2CN+-CH2CH CNCH3COCH3KOHCH3COC(CH2CH2CN)32022-3-2041 碳负离子与碳负离子与,-,-不饱和羰基化合物发生的不饱和羰基化合物发生的1,4-1,4-加成反应称为麦克尔加成反应加成反应称为麦克尔加成反应。 一般情况下，具有一般情况下，具有-活泼氢的化合物，在碱活泼氢的化

30、合物，在碱的作用下形成碳负离子。此碳负离子可以与缺电子的作用下形成碳负离子。此碳负离子可以与缺电子C=CC=C双键发生亲核加成。双键发生亲核加成。2 2、MichaelMichael加成反应加成反应( (麦克尔加成麦克尔加成) )H5C6COCHCH C6H5CH2(COOC2H5)2+C6H5COCH2CHC6H5CH(COOC2H5)2哌 啶CH3OH2022-3-2042CH3COCHC(CH3)2CH2(COOC2H5)2C2H5O+-CH3COCH2C(CH3)2CHCOOC2H5COOC2H5CH2COCH2C(CH3)2CHCOOC2H5COC2H5O-C2H5OHCH3CH3O

31、O1) 水 解2） 加 热双甲基酮的合成双甲基酮的合成2022-3-2043OCH3HCOOC2H5(CH3)3COOCH3HCHOCH3CH2COCH=CH2-CH3CH2O-CH3CH2COCH2CH2OCH3CHOCH3OCH3OH-H2O-HCOOH甾醇的合成：甾醇的合成：2022-3-2044（二）（二） 碳碳叁键的亲核加成反应碳碳叁键的亲核加成反应 碳碳叁键通常比双键更容易被亲核试剂进攻。碳碳叁键通常比双键更容易被亲核试剂进攻。因碳碳叁键之间的键长较短，叁键中电子被束缚因碳碳叁键之间的键长较短，叁键中电子被束缚的比双键中的要紧；再者，三键碳比双键碳的的比双键中的要紧；再者，三键碳比

32、双键碳的s s成分多，与电子的结合能力较强。所以表现出较成分多，与电子的结合能力较强。所以表现出较强的亲核性。强的亲核性。 双键比叁键具有更强的亲电加成活性，但亲双键比叁键具有更强的亲电加成活性，但亲核加成恰相反。核加成恰相反。 如如 乙炔和醇的反应，可乙炔和醇的反应，可生成生成乙乙烯基醚烯基醚。 弱亲核试剂则需要加入催化剂，如乙炔和水弱亲核试剂则需要加入催化剂，如乙炔和水反应需要反应需要HgHg2+2+做催化剂。做催化剂。2022-3-2045RCCHHg2+RCCHHg2+H2ORCCHOH2Hg+Hg2+RCCH2OHRC CH3O+互变异构 RCCHRCCH3OHgSO4H2SO4H2

33、O2022-3-2046NOHNOKOH-CHCHNOCHCHNOCHCH2-H2O-OH-NOHCHCHNOCHCH2KOH反应机理为：反应机理为：2022-3-2047二、二、 羰基的亲核加成反应羰基的亲核加成反应（一）羰基（一）羰基的亲核加成反应的亲核加成反应 两种不同条件下的加成历程：两种不同条件下的加成历程：1 1、酸催化下：、酸催化下：2、碱催化下：、碱催化下：CORRNuNuCORRH+NuCOHRR-快慢CORRNuH+CORRH+COHRRCOHRRNu-快+慢2022-3-2048ONaHSO3NH2OHNH2NH2HCNROHH+RMgXOHCNNOHNNH2OROHOH

34、SROHSO3NaOHRRSH基础有机基础有机化学所讲化学所讲内容：内容：2022-3-20491 1、杂原子亲核试剂的加成、杂原子亲核试剂的加成多数亲核试剂与醛酮的加成反应多数亲核试剂与醛酮的加成反应, ,在平衡建立后在平衡建立后, ,其其平衡常数往往小于平衡常数往往小于1 1。只有当强的吸电子试剂与羰基。只有当强的吸电子试剂与羰基相连时，才能得到较稳定的加成产物。相连时，才能得到较稳定的加成产物。F3CCF3COCF3CF3COHOHH2O+Cl3CCHOCl3CCHOHNH2NH3+2022-3-2050苯甲醛与季戊四醇在稀盐酸溶液中反应：苯甲醛与季戊四醇在稀盐酸溶液中反应：CHOOHO

35、HOHOHH+H2OCHOOOOCH2022-3-2051WittigWittig试剂是一种磷的内翁盐，也叫磷叶立德。它是试剂是一种磷的内翁盐，也叫磷叶立德。它是相邻的原子带有不同的电荷，磷带正电荷而碳带负电相邻的原子带有不同的电荷，磷带正电荷而碳带负电荷，由于碳和磷之间的轨道重叠而使碳的负电荷分散。荷，由于碳和磷之间的轨道重叠而使碳的负电荷分散。2 2、碳原子亲核试剂的加成、碳原子亲核试剂的加成（1 1）WittigWittig反应（维蒂希反应）反应（维蒂希反应）CR2Ph3PCR2Ph3P+-CR2Ph3POCR2OPh3P+-+WittigWittig反应可用通式表示：反应可用通式表示：

36、Ph3PRCH2XPh3PCH2RXC4H9LiPh3P-CHR+-+-2022-3-2052简单的简单的wittigwittig试剂（试剂（R=H,R=H,烷基）很活泼，与氧、烷基）很活泼，与氧、水、氢卤酸、醇等能起反应。水、氢卤酸、醇等能起反应。当带负电荷的碳原子上连接当带负电荷的碳原子上连接CORCOR、CNCN、COORCOOR、CHOCHO等吸电子基团时，等吸电子基团时，WittigWittig比较稳定，但活性降低，比较稳定，但活性降低，与酮作用较慢。与酮作用较慢。改进的方法是用磷酸三乙酯代替三苯基磷。改进的方法是用磷酸三乙酯代替三苯基磷。NC-CH2BrP(OC2H5)3CH2P(

37、OC2H5)3NCBrPhLi+CHP(OC2H5)3NCR2C=OCHCR2NC(C2H5O)3P=O+-+2022-3-2053反应机理：反应机理：COCRRPh3PCCRROPh3P+-极性的甜菜碱极性的甜菜碱氧磷环丁烷氧磷环丁烷CCRROPh3PCCRROPh3P+2022-3-2054经经WittigWittig反应生成的烯烃，通常是顺式和反反应生成的烯烃，通常是顺式和反式异构体的混合物。式异构体的混合物。CH CH3Ph3PCH3CCC6H5HHCCCH3HC6H5HC6H5CHO-+OCOCH3PPh3OOCOCH3+-+VA 的乙酸酯的乙酸酯2022-3-2055（2 2）羟醛

38、缩合反应）羟醛缩合反应 在酸或碱催化下含有在酸或碱催化下含有-氢的醛酮相互作用氢的醛酮相互作用生成羟基醛或羟基酮。生成羟基醛或羟基酮。碱催化下的反应历程（酮难于缩合）碱催化下的反应历程（酮难于缩合）酸催化下的反应历程（利于酮的缩合）酸催化下的反应历程（利于酮的缩合）CHOCH3COCH2CH3CHCH COCH2CH3+OH-主 要产 物 CHOCH3COCH2CH3CHC COCH3CH3H+主 要产 物 2022-3-2056（3 3）Benzoin(Benzoin(安息香安息香) )缩合缩合两分子芳醛在两分子芳醛在KCNKCN的水的水- -乙醇溶液中短时间温热乙醇溶液中短时间温热则发生双

39、分子缩合生成芳香族则发生双分子缩合生成芳香族a-a-羟基酮类的反羟基酮类的反应应CHOKCNCHCOOH2022-3-2057CHOCOHCNCOHCNCN-CHOCOHCNCOHCNCOH+COCNCOHHCOCOHH-CN-2022-3-2058（4 4）PerkinPerkin反应（柏金反应）反应（柏金反应） 由于酸酐的由于酸酐的-氢比较活泼，在羧酸盐的催化氢比较活泼，在羧酸盐的催化下，与芳醛作用。下，与芳醛作用。CHO(RCH2CO)2ORCH2COOKCHCRCOOH+（5 5）DarzenDarzen反应（反应（，-环氧酯合成）环氧酯合成） 醛酮在碱作用下与醛酮在碱作用下与-卤代酸

40、酯反应生成卤代酸酯反应生成，-环氧酯。环氧酯。Cl CH2COOC2H5RONaClCH COOC2H5RCOR2022-3-2059RCROCHClCOOC2H5RCROCH COOC2H5NaOHC2H5OHCOCH3CH COONaCOCH3CH COOHHCl如从苯乙酮为原料合成如从苯乙酮为原料合成2-苯基丙醛：苯基丙醛：COCH3Cl CH2COOC2H5NaOC2H5COCH3CH COOC2H52022-3-2060三三、 羧酸衍生物与亲核试剂的反应羧酸衍生物与亲核试剂的反应1 1、反应历程（加成、反应历程（加成- -消除历程）消除历程）COHCH3CH CHCH3CHO-CO2

41、RCOLRCONuLRCONuNu-+L-2022-3-20612 2、结构与活性的关系、结构与活性的关系 羧酸衍生物与亲核试剂的加成羧酸衍生物与亲核试剂的加成- -消除反应难易程消除反应难易程度，与烃基的电子效应和空间效应以及亲核试剂的度，与烃基的电子效应和空间效应以及亲核试剂的特性都有关。在特定的反应中，羧酸衍生物的相对特性都有关。在特定的反应中，羧酸衍生物的相对活性主要取决于：活性主要取决于： 与羰基直接相连的离去基团的电子效应与羰基直接相连的离去基团的电子效应 离去基团离去的能力离去基团离去的能力 已知羧酸衍生物的亲核活性为已知羧酸衍生物的亲核活性为 酰卤酰卤 酸酐酸酐 酯酯 酰胺酰胺

42、离去基团离去的易到难顺序为：离去基团离去的易到难顺序为： -X -OCOR -OR -NH-X -OCOR -OR -NH2 22022-3-20623 3、酯化、水解反应历程及影响因素、酯化、水解反应历程及影响因素 在羧酸衍生物中，酯化和水解反应研究的最在羧酸衍生物中，酯化和水解反应研究的最为详细。以酯类水解为例，包括酰氧键断裂和烷为详细。以酯类水解为例，包括酰氧键断裂和烷氧键断裂。在不同条件下，反应历程有所不同。氧键断裂。在不同条件下，反应历程有所不同。RCOOR烷 - 氧 键 断 裂酰 - 氧 键 断 裂 （1 1）酸催化）酸催化 酰酰- -氧键断裂双分子历程氧键断裂双分子历程 （A A

43、ACAC2 2）Acid catalysis,dimolecular acyl-oxygen cleavageAcid catalysis,dimolecular acyl-oxygen cleavage2022-3-2063H+RCOOH-RCOHOROH2RCOHOROHHRCOOH+-ROHH+RCOORH+RCOHORR COHOR+H2O2022-3-2064对对A AACAC2 2而言，主要影响因素是四面体中间而言，主要影响因素是四面体中间体的空间张力作用。体的空间张力作用。CH3COORCH3COOHROHRCH3CH2CH3CH(CH3)2HCl25+k10.970.53RCO

44、OHC2H5OHRCOOC2H5CH3CH3CH2CH(CH3)2C(CH3)3H2O+HCl25Rk10.830.270.0252022-3-2065（2 2）酸催化）酸催化 烷烷- -氧键断裂单分子氧键断裂单分子历程（历程（A AAlAl1 1）Acid catalysis,unimolecular alkyl-oxygen cleavageAcid catalysis,unimolecular alkyl-oxygen cleavageCH3COOCPh3CH3COOHH+OH2CH3COOHPh3COH+ H2O/二噁 烷 CH3COOCPh3H+CH3COOCPh3H+CH3COOH

45、CPh3+H+OH2CPh3OH2Ph3CPh3COH+-关键在于碳正离子的稳定性关键在于碳正离子的稳定性2022-3-2066（3 3）酸催化）酸催化 酰酰- -氧键断裂单分子历程氧键断裂单分子历程 （A AACAC1 1）CH3CH3CH3COOCH3H2SO4CH3CH3CH3COOHCH3OH1)2)H2O+CH3CH3CH3COOCH3H+CH3CH3CH3COO CH3H+-CH3OH2,6-2,6-位两个甲基的位阻作用，不能生成正常的四面体加成产物。位两个甲基的位阻作用，不能生成正常的四面体加成产物。H+CH3CH3CH3COCH3CH3CH3COOH2CH3CH3CH3COOH

46、+H2O+-2022-3-2067（3 3）碱催化）碱催化 酰酰- -氧键断裂双分子历程氧键断裂双分子历程 （B BACAC2 2）(Base catalysis,bimolecular acyl-oxygen cleavage)(Base catalysis,bimolecular acyl-oxygen cleavage)CH3COOCH2C(CH3)3CH3COOHCH2C(CH3)3OHOH-H2O+RCO18ORRCO18OROH RCO18OHOH-+水 解OR-RCO18OHOR快 +氢氧根的亲核性高于水分子。氢氧根的亲核性高于水分子。2022-3-2068四、四、 碳碳- -氮

47、重键的亲核加成反应氮重键的亲核加成反应常见的碳常见的碳- -氮重键是氮重键是C=NC=N和和CNCN，既亚胺和腈。，既亚胺和腈。1 1、亚胺的亲核加成反应、亚胺的亲核加成反应 亚胺是醛酮的含氮衍生物，俗称亚胺是醛酮的含氮衍生物，俗称 SchiffSchiff碱。其碱。其性质与醛酮相似，能发生亲核加成及缩合反应。性质与醛酮相似，能发生亲核加成及缩合反应。CH3COCH3CH3NH2CH3CCH3NCH3H+C6H5CH2MgCl+甲 苯心血管药物心血管药物“恢压敏恢压敏”的合成：的合成：2022-3-2069C6H5CH2CCH3CH3NCH3MgClC6H5CH2CCH3CH3NCH3HH3O

48、+2 2、醛（通常是甲醛）与氨或胺（以盐的形式）和含、醛（通常是甲醛）与氨或胺（以盐的形式）和含有活泼氢的化合物所发生的缩合反应，称有活泼氢的化合物所发生的缩合反应，称MannichMannich反反应。应。(CH3)2NHHCHOCH3COCH3H+(CH3)2NCH2CH2COCH3+2022-3-2070反应机理：反应机理：(CH3)2N=CH2-H2O+CH3COCH3H+CH3COHCH2(CH3)2NHCH2OH+CH2O(CH3)2NHCH2OH+H+(CH3)2NCH2CH2COHCH3(CH3)2N=CH2CH2COHCH3+(CH3)2NCH2CH2COCH3H+2022-

49、3-2071NHHCHO(CH3)2NHNHCH2N(CH3)2+HCHOCH3OOCCHC2H5COCHC2H5COOCH3NOC2H5COOCH3H5C2CH3OOCCH3CH3NH2-+2022-3-20723、腈的亲核加成反应、腈的亲核加成反应RCOHNHH+RCONH2-互变异构 腈与亲核试剂腈与亲核试剂H2O加成的最初产物是加成的最初产物是酰胺酰胺RCNRCOH2NHH+RCNH +H2O2022-3-2073RCNHOHRC NH2OH2O互变异构 在碱的存在下，腈首先与强亲核试剂在碱的存在下，腈首先与强亲核试剂OHOH- -作用，作用，其历程如下：其历程如下：RCNOHRCNO

50、H+-2022-3-2074ThorpeThorpe反应反应：两分子腈发生的：两分子腈发生的缩合反应缩合反应, ,一份子腈一份子腈的的-碳加到另一个腈分子的碳加到另一个腈分子的CNCN碳上，类似于羟醛碳上，类似于羟醛缩合。缩合。CHCNC CNHCHCNHC CN+C2H5O-CCH3CH3(CH2)4CNNCCNNH2CNOH+碱H2OH+OOH-如如2，2-二甲基环己酮的合成：二甲基环己酮的合成：2022-3-20754 4、仲胺与醛酮在酸催化下的缩合得到烯胺的反应、仲胺与醛酮在酸催化下的缩合得到烯胺的反应NHOCH3CH3NCH3NHH+(90%)+如果甲基在双键上，会和四氢吡咯环上的氢彼此排斥，如果甲基在双键上，会和四氢吡咯环上的氢彼此排斥，使这个体系变得很不稳定，因此以少量的副产物出现。使这个体系变得很不稳定，因此以少量的副产物出现。NCH2CHCOOC2H5N+CH2CH COOC2H5+2022-3-2076N+CH2CH COOC2H5C2H5OHNCH2CH2COOC2H5CH2CHCOOC2H5NCH2CH2COOC2H5HCl H2O C2H5OHCH2CH2COOC2H5OCH2CH2COOC2H51)2)2022-3-2077ONHH+NBrCH2COOC2H5H2ON+CH2COOC2H5CH2COOC2H5OH2O2022-3-