有机化学亲核加成 机理

1、第十三章,羰基化合物的亲核加成和取代反应 Nucleophilic Additions and Substitutions of Carbonyl Compounds,本章主要内容,羰基的结构及反应特性 羰基的亲核加成 1. 概述 2. 含O, S亲核试剂 3. 含N亲核试剂 4. 含C亲核试剂 5. a, b 不饱和羰基的亲核加成 羧酸及其衍生物的亲核取代反应,一、羰基的结构及反应特性,1. 羰基的结构特点,The carbonyl group is polar and the partial positive charge on the carbonyl carbon causes car

2、bonyl compounds to be attacted by nucleophiles.,一、羰基的结构及反应特性,2. 各种含羰基的化合物 (1) Class I 醛和酮,(2) Class II 羧酸及其衍生物,主要发生亲核加成反应,主要发生亲核取代反应,一、羰基的结构及反应特性,3. 发生在羰基上的反应的类型（亲核反应）,一、羰基的结构及反应特性,4. 亲核反应活性,烷基给电子作用,一、羰基的结构及反应特性,4. 亲核反应活性,空间位阻影响,一、羰基的结构及反应特性,一、羰基的结构及反应特性,4. 亲核反应活性,酰卤 酸酐 醛 酮 羧酸 酯 酰胺,取决于与羰基相连的基团的电子效应,

3、二、羰基的亲核加成,Summary (1) Nucleophiles 负离子亲核试剂（碱性条件）： OH、 OR、 SR、 H、 CN、 CCR、 CR3、（MR） 中性分子亲核试剂（中性或酸性条件）： HOH、HOR、HSR、NH3、H2NR、HNR2,二、羰基的亲核加成,Summary (2) Mechanism,碱性条件下,酸性条件下,二、羰基的亲核加成,Summary (3) Stereochemistry,非手性条件下，得外消旋体,二、羰基的亲核加成,Summary (3) Stereochemistry,手性条件下，有立体选择性，Cram法则： 羰基上的R基团与大的基团 (L) 呈

4、重叠式构象，羰基氧则处于中等基团 (M) 与较小基团 (S) 中间，亲核试剂从小的基团这一方进攻为主要进攻方向。,二、羰基的亲核加成,2. 含O, S亲核试剂 包括H2O, ROH, RSH, 和NaHSO3 (1) H2O,酸碱催化，加快平衡的达到，但不影响平衡移动。,水合物,二、羰基的亲核加成,(1) H2O,羰基连有吸电子基团的容易形成水合物,二、羰基的亲核加成,2. 含O, S亲核试剂 (2) ROH 酸催化：固体酸，如TsOH 无水酸，如干燥HCl气体,(2) ROH,例1,可逆反应，通过油水分离器不断除去反应过程中形成的水，使反应完全。,缩醛和缩酮在碱性条件下稳定，酸性水溶液中加热

5、又回复到醛、酮。,因此，可利用这一反应保护醛酮的羰基。,二、羰基的亲核加成,(2) ROH 羰基的保护，例1,(2) ROH 羰基的保护，例2,二、羰基的亲核加成,2. 含O, S亲核试剂 (3) RSH,二、羰基的亲核加成,2. 含O, S亲核试剂 (4) NaHSO3 产物为盐，溶于水 用于将醛酮同不溶于水的有机物分开,二、羰基的亲核加成,3. 含N亲核试剂 (1) RNH2 and YNH2 经历亲核加成和脱水两个步骤。 相当于羰基氧被氮所取代，形成亚胺(imine)。 可逆，经酸水解可得回醛酮。,(1) RNH2 and YNH2,表13-1 氨基衍生物与醛酮加成反应,二、羰基的亲核加

6、成,3. 含N亲核试剂 (2) R2NH 经历亲核加成和脱水两个步骤 脱水发生在羰基的 a - C上而非N上，形成烯胺(enamine),二、羰基的亲核加成,3. 含N亲核试剂 (2) R2NH 反应可逆，经酸水解可得回醛酮。,醛酮可以通过烯胺进行-烷基化和-酰基化反应，合成上应用广泛（见第十四章）,二、羰基的亲核加成,4. 含C亲核试剂 (1) CN,二、羰基的亲核加成,4. 含C亲核试剂 (2) CCR,二、羰基的亲核加成,4. 含C亲核试剂 (3) 有机金属试剂格氏试剂、有机锂试剂等 广泛用于合成各级醇，也可用于合成醛酮。,格氏试剂的应用,低温和空间位阻作用 使用不活泼的金属试剂 可能将

7、反应控制在酮的阶段,二、羰基的亲核加成,4. 含C亲核试剂 (4) Ylide试剂 An ylide is a compound that has opposite charges on adjacent, covalently bonded atoms with complete octets of valence electrons, for example, a phosphonium ylide:,二、羰基的亲核加成,4. 含C亲核试剂 (4) Ylide试剂 Ylide试剂的形成,Wittig reaction the reaction of an aldehyde or a ket

8、one with a phosphonium ylide to form an alkene.,Wittig reaction it is completely regioselective, unlike E2 it is also stereoselective,顺反烯烃的生成受条件和Ylide试剂的结构、活性等影响很大,The use of Wittig reaction in industry,5. a, b 不饱和羰基的亲核加成1，2和1，4加成,关于亲核加成的小结,2. 含O, S亲核试剂,4. 含C亲核试剂,影响因素：(1) 亲核试剂的碱性；(2) 空间位阻,(4) Ylide试

9、剂,(3) 有机金属试剂,(2) CCR,(1) CN,3. 含N亲核试剂,(1) RNH2 and YNH2,包括H2O, ROH, RSH, 和NaHSO3,1. 概述 结构、机理、反应活性、立体化学,(2) R2NH, C-C键的形成,羰基的保护,醛酮的分离纯化,亚胺及其衍生物的形成,烯胺的形成, -羟基腈、-羟基酸和-氨基醇,炔醇的合成,C=C的形成,各级醇的合成、醛酮的合成,二、羰基的亲核加成,5. a, b 不饱和羰基的亲核加成 Both 1,2-addition and 1,4-addition can happen, they are also called as direct

10、 addition and conjugated addition,二、羰基的亲核加成,影响 1,2-和1,4-加成的因素 (1) 亲核试剂的碱性 Nucleophiles that are strong bases, such as RLi and LiAlH4, tend to form direct addition products，for the reaction is irrersible. Nucleophiles that are relatively weak bases, such as CN, amines, thiols, and X, usually form con

11、jugated addition products.,二、羰基的亲核加成,影响 1,2-和1,4-加成的因素 (1) 亲核试剂的碱性,(1) 亲核试剂的碱性,影响 1,2-和1,4-加成的因素 (2) 空间位阻,三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应,1. Mechanism for nucleophilic substitution,三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应,2. Reaction activity,The weaker the base, the better it is as a leaving group The less basic the substituent (Y), the

12、 more reactive the carboxylic acid derivative,三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应,碱性强弱顺序为： X RCOO RO HO R2N 反应活性顺序为：,2. Reaction activity,三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应,For a carboxylic acid derivative to undergo a nucleophilic acyl substitution reaction, the incoming nucleophile must not be a much weaker base than the group that i

13、s to be replaced. A carboxylic acid derivative can be converted into a less reactive carboxylic acid derivative, but not into one that is more reactive.,2. Reaction activity,三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应,The R- and H- in aldehydes and ketones, are the strongest base, so, they cannot take place the nucleophilic s

14、ubstitution reaction. Acyl halide and acid anhydrides are not found in nature because of their high reactivity,2. Reaction activity,三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应,3. Interconvertion of carboxylic acid derivatives (1) hydrolysis(水解),三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应,3. Interconvertion of carboxylic acid derivatives (2) Alcoholysis

15、 (醇解) and aminolysis (氨解),三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应,4. Preparation of acyl halide,三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应,5. Preparation of acid anhydride,三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应,羧酸衍生物的相互转化,*,本章主要内容,羰基的结构及反应特性 羰基的亲核加成 1. 概述 2. 含O, S亲核试剂 3. 含N亲核试剂 4. 含C亲核试剂 5. a, b 不饱和羰基的亲核加成 羧酸及其衍生物的亲核取代反应,5. a, b 不饱和羰基的亲核加成1，2和1，4加成,关于亲核加成的小结,2. 含O, S亲核试剂,4. 含C亲核试剂,影响因素：(1) 亲核试剂的碱性；(2) 空间位阻,(4) Ylide试剂,(3) 有机金属试剂,(2) CCR,(1) CN,3. 含N亲核试剂,(1) RNH2 and YNH2,包括H2O, ROH, RSH, 和NaHSO3,1. 概述 结构、机理、反应活性、立体化学,(2) R2NH, C-C键的形成,羰基的保护,醛酮的分离纯化,亚胺及其衍生物的形成,烯胺的形成, -羟基腈、-羟基酸和-氨基醇,炔醇的合成,C