亲核加成反应

碳碳重键的加成CCπ电子易于极化，利于亲电试剂的进攻，容易发生亲电加成反应。YY：强吸电子基团，如：NO2、CF3、CN等，则发生亲核加成反应。叁键可以发生亲电加成反应，但更易发生亲核加成反应。12.1碳碳双键的亲核加成反应CCENuCCNuEEECCNuCCNu反应机理：Y:NO2CHOCORCOORCONH2CNSO2R引入吸电子基团，降低电子云密度苯环分散了负电荷，而且CN的吸电子诱导效应和共轭效应稳定了碳负离子PhCCHCNPhCNHPhCCHCNPhCNCCPhPhCNCNHCNCNHABEDNu-ABNuEDABDENu-ABNuDEZEC6H5OHC6H5OCH2CH2CNCH2CHCNNH3CH2CHCNH2NCH2CH2CN二苯胺CH3CCH3OKOHCH3CCOCH2CH2CN3CH2CHCN312.1.1氰乙基化反应丙烯腈受氰基影响，发生亲核加成CH3+CH2=CHCNNaOCH390℃1hCH3OCH2CH2CN亲核试剂带活泼亚甲基或甲基时，发生多氰化反应OHHOCH2=CHCNZnCl2OCH2CH2CNHOOHOO-CN-COOH环合H2NCH2CH2CNH2NCH2CH2COOHH2O应用R2CCRCRORMicheal加成反应：R'R2CCRCROR'R2CCRCROR'R2CCRCROHR'R2CCRCROHH质子转移到碳上比氧慢，α，β-不饱和羰基化合物和活性亚甲基化合物(碳负离子)在碱催化下进行共轭加成，称为Micheal加成Micheal加成的反应体系：底物：RCHCHZZ:含杂原子的不饱和键且与双键共轭的基团CH2CHCHOCH2CHCROCH2CHCOROCH2CHCNCH2CHNO2碳负离子接受体：-不饱和醛、酮、酯，不饱和腈、不饱和硝基化合物以及易于消除的曼尼希碱CH2=CHCOCH3+CH2(COOC2H5)5C2H5ONaC2H5OH,＜25℃CH(COOC2H5)2CH-CH2COCH3催化剂：醇钠（钾）、氨基钠、吡啶、三乙胺、季铵碱CH3COCH2COOEtNCCH2COOEtRCH2NO2CH2COOEt2电子给体：活泼亚甲基化合物、烯胺、氰乙酸酯类、酮酸酯、硝基烷类、砜类等CH3-C-CH2-C-OC2H5OOCH3-C-CH-C-OC2H5OO-Na+NaOC2H5CCCOd+d-1,4-加成烯醇式HOC2H5CCCO-OC2H5CH3C-CHOC=OOC2H5CH3C-CHOC=OOHCCC烯醇式重排酮式1,5-二羰基化合物(1,2-加成产物)OC2H5CH3C-CHOC=OCH3C-CH2-O5%NaOHH+C-CHCOC-CHCOMicheal反应的应用CHCNEtCEtCNCH2CH2CN+CH2=CH-CNKOHCH3OH﹡OCH2N(CH3)2OCH2CH2NO2OCH2+CH3NO2EtONa先生成﹡其它碱和其它α,β-不饱和化合物也可进行Michael加成。例如：CH3COCH2COCH3+CH3COCHCOCH3CH2CH2CN(C2H5)3N，叔丁醇25C，71%。CH2=CHCNd+d-d-d++CH3COCH2COOC2H5C2H5ONaCH3COCHCOOC2H5H-C=CH-COOC2H5d-d+d+d-HCCCOC2H5OMicheal反应的应用OOHOOOHONO2CHCH2COCH3+O2NCH=CH-COCH3130℃OOOH3CO+EtNEtCH3CH2CH2CCH3OOCH3CH2CH2CCH3OOCH3OH3COHOONaOEtEtOHAldoleH2O不对称酮的Micheal加成OROR+H2CCHCOCH3OCH2CH2COCH3O在取代基多的一侧取代OCH3+NHNCH3+H2CCHCOCH3O在取代基少的一侧反应仲胺ONCH2CHCOOEtHNHCH2CH2COOEtN炔烃叁键的碳原子是SP杂化，烯烃双键碳原子是SP2杂化，SP杂化比SP2杂化的轨道半径短，电负性大，叁键中的电子被束缚得比双键中的牢，亲电试剂夺取叁键中的电子较困难，所以，炔烃的亲电加成反应没有烯烃活泼。12.2碳碳叁键的亲核加成反应C2H5OHCCHHKOHCH2CHOC2H5炔烃易于进行亲核加成反应的原因：S成分越多，与电子的结合力越强，容易亲核反应CCEECCECCCCE正电荷处于p轨道上正电荷处于sp2轨道上炔烃较易与ROH、RCOOH、HCN等进行亲核加成反应。活性中间体稳定性Sp杂化原子比sp2具有更强的电负性，较难容纳正电荷Spsp2•如在同一化合物中同时有碳碳双键和叁键，亲电试剂首先与碳碳双键加成：甲氧基乙烯or甲基乙烯基醚CHCH+CH3OHCH2=CH-OCH320%KOH水溶液,P在碱性条件下，有：强亲核试剂CH3OH+KOHCH3OK+H2O可离解为CH3O-+K+CH3O－带有负电荷，是一个强的亲核试剂：CHCH+CH3O-HC-=CH-OCH3CH2=CH-OCH3+CH3O-CH3OH思考题：烯烃有无亲核加成？乙烯能否与CH3OK反应？PhSHPhHCCKOHPhCHCHSPHPhHCCOPhOCH3HHCCCH3CH3OH如果使用弱的亲核试剂则需要加入催化剂，常用的催化剂是Hg2+离子，因为它能与叁键配位，从叁键吸引电子，有利于弱亲核试剂的进攻。例如炔烃的水合反应：库切洛夫反应酸和亲电试剂进攻富有子的氧δ-δ+CCHHO-活泼H的反应（1）烯醇化（2）-卤代（卤仿反应）（3）醇醛缩合反应醛的氧化碱和亲核试剂进攻缺电子的碳（亲核加成）氢化还原12.3羰基的亲核加成反应：NuOHHORHNRHHSOONaOHC_羰基中的碳氧双键由于电负性O＞C，因此π电子云不是对称地分布在碳和氧之间，而是靠近氧的一端，由于碳正电中心的反应性能大于氧负电中心，因此易于与亲核试剂发生加成反应。1.羰基上的加成反应δ-C=O+Nu-A+C-OANu亲核试剂RR/RR/+HACOHBACOHBNuNuHAACOHBNu+HA酸催化：ACBOBHACOHBACOHA-A羰基质子化，可以提高羰基的反应活性，羰基质子化后，氧上带有正电荷，很不稳定，π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。羰基的亲核加成反应机理：酸除了活化羰基外，还能与羰基形成氢键：COHClδδ质子性溶剂也起到同样作用：COHSolδδ质子化增强羰基碳正离子的正电性，促进亲核试剂进攻，都使羰基活化。羰基的亲核加成反应机理：碱催化：COBANuCABONuH或E+CABONuCABOHNu慢①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的一步。②为使亲核试剂的负电荷裸露出来，增加亲核性，常需碱催化：HNu+BNu+HB碱作用：把弱亲核试剂H－CN变成强的亲核试剂Nu－1.羰基的活性HCOHRCHORCOCH3RCORC6H5COR反应活性取决于羰基的中心碳原子带有正电荷的多少。12.3.1影响反应的因素烃基(R)供电子能力越强，空阻越大，反应活性越低。烃基上有吸电子基团则增强反应活性R1CR2Od+d-R:吸电子,小体积,有利于反应进行R:推电子,大体积,不利于反应进行CClClClCOOHHHCCl3CHOH2OCCl3CHOHOH①Cl3C是强吸电子基团，使羰基带有更多的正电荷；②产物中形成分子内氢键，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。CCH3CH3CH2OHCNCCH3CH3CH2OHCNK1C(CH3)3(CH3)3OK1CCN(CH3)3(CH3)3HCNOHCRR'ONusp2杂化平面三角型CRR'ONusp3杂化四面体键角：120°109°28′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。从羰基上方或下方进攻能量最低增加R体积减小反应速率对于环状化合物，角张力缓解：OK=10000HCNCNOHOHCN+OHCNK=10001）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109°28′,角张力得到缓解。2）产物的非键张力并不明显这里，角张力得到缓解，但程度不大。亲核加成反应活性a）决定于羰基碳上的正电性b）决定于空间效应空间位阻，反应δ+，则反应如：ANuHCNNaHSO3HNH-YHORXMgRLiR+-亲核试剂δ-δ+C=OHHC=ORHC=ORRC=OHC=ORHCC=OHClClClCH3-C=OH水2.试剂的亲核性①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。CNOX卤素不发生亲核带负电荷的亲核试剂比其共轭酸（中性分子）的亲核性强。OH-H2O,RO-ROH同周期元素的负离子的亲核性与碱性大小一致.R3C-R2N-RO-F-②试剂的可极化度越大，则利于亲核加成反应的进行。CH3CHO+H2OCH3CH(OH)2K≈1CH3CHO+HCNCH3CHOHCNK≈104HCN的可极化度大，HCN是比水更强的亲核试剂同一主族元素的负离子的亲核性与可极化度大小一致。I-Br-Cl-F-③空间效应具有较小体积的亲核试剂，利于反应进行。COEtEtHCNEt2COHCNK=38COEtEtNaHSO3Et2COHSO3NaK=4×10-4把下列各组化合物按羰基的活性大小排列成序。12.3.2羰基加成反应的立体化学羰基具有平面结构，Nu可从任何一面进攻羰基碳原子，但向两面进攻的几率是否相等？下面我们从反应物结构和试剂体积大小来进行讨论。1.对手性脂肪酮的加成2.脂肪酮的加成3.亲核试剂体积对加成的影响1．当R=R′时，加成产物为同一物。2、当R≠R′时，加成产物为外消旋体（Nu从羰基两面进攻的几率相等）。CRR'O+Nu-①②①②CRR'O-NuH+CRR'OHNu50%50%dl前(潜)手性分子CRR'NuO-H+CRR'NuOH一、非手性的羰基化合物的加成3、当羰基与手性碳原子相连时，Nu从两面进攻的几率就不一定相等，加成后引入第二个手性碳原子，生成的两个非对映体的量也不一定相等。Nu的进攻方向主要取决于α-手性碳原子上各原子（原子团）体积的相对大小。即其加成方向有一定的规律。CORR'+NuCORR'NuCNuRR'O1.对手性脂肪酮的加成SMLORNuSMLNuORSMLNuRO+反应物主产物次产物Cram规则——设α-手性碳原子上所连的三个基团分别用L、M、S代表其大、中、小，则加成时Nu主要从最小基团S一侧进攻最为有利，生成的产物为主要产物。加成方向遵守克拉姆（Cram）规则R'ZSMORL①②SMLR'RZO①重叠式SMLZOR'R交叉式(主要产物)②SMLOZRR'(次)SMLOZRR'优势Cram规则：与羰基相连的手性碳上，两个较小的基团在羰基两旁呈邻交叉型,较大的基团与R呈重叠型。反应时，试剂主要从位阻小的一边进攻羰基。ORLSMR'MgXCHOPhCH2CH3H+CH3MgIEt2OH+H2OCH3HPhCH2CH3CH3HPhCH2CH3OHHHHO+(主）（次）与格氏试剂加成的手性诱导效应：C=OCH3HPhCH3OH3CPhHH3CCH3CH2MgBrH+H2OHOHCH2CH3PhH3CH3C(R)-3-苯基-2-丁酮OHPhCH2CH3Hs1)CH3MgI2)H3O+OHCH3HCH2CH3PhHOHPhHH+OHHCH3CH2CH3PhHCH3CH2CH3HPhHCH3CH2CH3HO主HBrCCH3PhONaBH4HOHHBrPhCH3+HOHHBrPhCH3(2R)(1S,2R)(1R,2R)苏式(主)赤式(次)MeHOPhBr(2R)优BH4-MeHBrHOHPhMeHBrHPhHO+(1R,2R)(1S,2R)(优)脂环酮的羰基嵌在环内，环上所连基团空间位阻的大小，明显的影响着Nu的进攻方向。HH3CO+HAlH3abHH3COHHH3COHHHab空间位阻大空间位阻小反甲基环戊醇顺甲基环戊醇3340