有機化學(xué)親核加成 機理

1、第十三章,羰基化合物的親核加成和取代反應(yīng) Nucleophilic Additions and Substitutions of Carbonyl Compounds,本章主要內(nèi)容,羰基的結(jié)構(gòu)及反應(yīng)特性 羰基的親核加成 1. 概述 2. 含O, S親核試劑 3. 含N親核試劑 4. 含C親核試劑 5. a, b 不飽和羰基的親核加成 羧酸及其衍生物的親核取代反應(yīng),一、羰基的結(jié)構(gòu)及反應(yīng)特性,1. 羰基的結(jié)構(gòu)特點,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、羰基的結(jié)構(gòu)及反應(yīng)特性,2. 各種含羰基的化合物 (1) Class I 醛和酮,(2) Class II 羧酸及其衍生物,主要發(fā)生親核加成反應(yīng),主要發(fā)生親核取代反應(yīng),一、羰基的結(jié)構(gòu)及反應(yīng)特性,3. 發(fā)生在羰基上的反應(yīng)的類型（親核反應(yīng)）,一、羰基的結(jié)構(gòu)及反應(yīng)特性,4. 親核反應(yīng)活性,烷基給電子作用,一、羰基的結(jié)構(gòu)及反應(yīng)特性,4. 親核反應(yīng)活性,空間位阻影響,一、羰基的結(jié)構(gòu)及反應(yīng)特性,一、羰基的結(jié)構(gòu)及反應(yīng)特性,4. 親核反應(yīng)活性,酰鹵 酸酐 醛 酮 羧酸 酯 酰胺,取決于與羰基相連的基團的電子效應(yīng),

3、二、羰基的親核加成,Summary (1) Nucleophiles 負離子親核試劑（堿性條件）： OH、 OR、 SR、 H、 CN、 CCR、 CR3、（MR） 中性分子親核試劑（中性或酸性條件）： HOH、HOR、HSR、NH3、H2NR、HNR2,二、羰基的親核加成,Summary (2) Mechanism,堿性條件下,酸性條件下,二、羰基的親核加成,Summary (3) Stereochemistry,非手性條件下，得外消旋體,二、羰基的親核加成,Summary (3) Stereochemistry,手性條件下，有立體選擇性，Cram法則： 羰基上的R基團與大的基團 (L) 呈

4、重疊式構(gòu)象，羰基氧則處于中等基團 (M) 與較小基團 (S) 中間，親核試劑從小的基團這一方進攻為主要進攻方向。,二、羰基的親核加成,2. 含O, S親核試劑 包括H2O, ROH, RSH, 和NaHSO3 (1) H2O,酸堿催化，加快平衡的達到，但不影響平衡移動。,水合物,二、羰基的親核加成,(1) H2O,羰基連有吸電子基團的容易形成水合物,二、羰基的親核加成,2. 含O, S親核試劑 (2) ROH 酸催化：固體酸，如TsOH 無水酸，如干燥HCl氣體,(2) ROH,例1,可逆反應(yīng)，通過油水分離器不斷除去反應(yīng)過程中形成的水，使反應(yīng)完全。,縮醛和縮酮在堿性條件下穩(wěn)定，酸性水溶液中加熱

5、又回復(fù)到醛、酮。,因此，可利用這一反應(yīng)保護醛酮的羰基。,二、羰基的親核加成,(2) ROH 羰基的保護，例1,(2) ROH 羰基的保護，例2,二、羰基的親核加成,2. 含O, S親核試劑 (3) RSH,二、羰基的親核加成,2. 含O, S親核試劑 (4) NaHSO3 產(chǎn)物為鹽，溶于水 用于將醛酮同不溶于水的有機物分開,二、羰基的親核加成,3. 含N親核試劑 (1) RNH2 and YNH2 經(jīng)歷親核加成和脫水兩個步驟。 相當(dāng)于羰基氧被氮所取代，形成亞胺(imine)。 可逆，經(jīng)酸水解可得回醛酮。,(1) RNH2 and YNH2,表13-1 氨基衍生物與醛酮加成反應(yīng),二、羰基的親核加

6、成,3. 含N親核試劑 (2) R2NH 經(jīng)歷親核加成和脫水兩個步驟 脫水發(fā)生在羰基的 a - C上而非N上，形成烯胺(enamine),二、羰基的親核加成,3. 含N親核試劑 (2) R2NH 反應(yīng)可逆，經(jīng)酸水解可得回醛酮。,醛酮可以通過烯胺進行-烷基化和-?；磻?yīng)，合成上應(yīng)用廣泛（見第十四章）,二、羰基的親核加成,4. 含C親核試劑 (1) CN,二、羰基的親核加成,4. 含C親核試劑 (2) CCR,二、羰基的親核加成,4. 含C親核試劑 (3) 有機金屬試劑格氏試劑、有機鋰試劑等 廣泛用于合成各級醇，也可用于合成醛酮。,格氏試劑的應(yīng)用,低溫和空間位阻作用 使用不活潑的金屬試劑 可能將

7、反應(yīng)控制在酮的階段,二、羰基的親核加成,4. 含C親核試劑 (4) Ylide試劑 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、羰基的親核加成,4. 含C親核試劑 (4) Ylide試劑 Ylide試劑的形成,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,順反烯烴的生成受條件和Ylide試劑的結(jié)構(gòu)、活性等影響很大,The use of Wittig reaction in industry,5. a, b 不飽和羰基的親核加成1，2和1，4加成,關(guān)于親核加成的小結(jié),2. 含O, S親核試劑,4. 含C親核試劑,影響因素：(1) 親核試劑的堿性；(2) 空間位阻,(4) Ylide試

9、劑,(3) 有機金屬試劑,(2) CCR,(1) CN,3. 含N親核試劑,(1) RNH2 and YNH2,包括H2O, ROH, RSH, 和NaHSO3,1. 概述 結(jié)構(gòu)、機理、反應(yīng)活性、立體化學(xué),(2) R2NH, C-C鍵的形成,羰基的保護,醛酮的分離純化,亞胺及其衍生物的形成,烯胺的形成, -羥基腈、-羥基酸和-氨基醇,炔醇的合成,C=C的形成,各級醇的合成、醛酮的合成,二、羰基的親核加成,5. a, b 不飽和羰基的親核加成 Both 1,2-addition and 1,4-addition can happen, they are also called as direct

10、 addition and conjugated addition,二、羰基的親核加成,影響 1,2-和1,4-加成的因素 (1) 親核試劑的堿性 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、羰基的親核加成,影響 1,2-和1,4-加成的因素 (1) 親核試劑的堿性,(1) 親核試劑的堿性,影響 1,2-和1,4-加成的因素 (2) 空間位阻,三、羧酸及其衍生物的親核取代反應(yīng),1. Mechanism for nucleophilic substitution,三、羧酸及其衍生物的親核取代反應(yīng),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、羧酸及其衍生物的親核取代反應(yīng),堿性強弱順序為： X RCOO RO HO R2N 反應(yīng)活性順序為：,2. Reaction activity,三、羧酸及其衍生物的親核取代反應(yīng),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、羧酸及其衍生物的親核取代反應(yīng),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、羧酸及其衍生物的親核取代反應(yīng),3. Interconvertion of carboxylic acid derivatives (1) hydrolysis(水解),三、羧酸及其衍生物的親核取代反應(yīng),3. Interconvertion of carboxylic acid derivatives (2) Alcoholysis

15、 (醇解) and aminolysis (氨解),三、羧酸及其衍生物的親核取代反應(yīng),4. Preparation of acyl halide,三、羧酸及其衍生物的親核取代反應(yīng),5. Preparation of acid anhydride,三、羧酸及其衍生物的親核取代反應(yīng),羧酸衍生物的相互轉(zhuǎn)化,*,本章主要內(nèi)容,羰基的結(jié)構(gòu)及反應(yīng)特性 羰基的親核加成 1. 概述 2. 含O, S親核試劑 3. 含N親核試劑 4. 含C親核試劑 5. a, b 不飽和羰基的親核加成 羧酸及其衍生物的親核取代反應(yīng),5. a, b 不飽和羰基的親核加成1，2和1，4加成,關(guān)于親核加成的小結(jié),2. 含O, S親核試劑,4. 含C親核試劑,影響因素：(1) 親核試劑的堿性；(2) 空間位阻,(4) Ylide試劑,(3) 有機金屬試劑,(2) CCR,(1) CN,3. 含N親核試劑,(1) RNH2 and YNH2,包括H2O, ROH, RSH, 和NaHSO3,1. 概述 結(jié)構(gòu)、機理、反應(yīng)活性、立體化學(xué),(2) R2NH, C-C鍵的形成,羰基的保護,醛酮的分離純化,亞胺及其衍生物的形成,烯胺的形成, -羥基腈、-羥基酸和-氨基醇,炔醇的合成,C