2024/9/131第第9 9章章 亲核加成反应亲核加成反应 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。 第一节第一节 碳碳双键的亲核加成反应碳碳双键的亲核加成反应一、碳碳双键的亲核加成一、碳碳双键的亲核加成 碳碳双键含碳碳双键含键，是富电子的，容易发生亲电反应，键，是富电子的，容易发生亲电反应，难被亲核试剂进攻。因此要想进行亲核反应需活化，降低难被亲核试剂进攻。因此要想进行亲核反应需活化，降低双键电子云密度，需增加吸电子基团。双键电子云密度，需增加吸电子基团。2024/9/132 双键碳上连有吸电子基有利于亲核加成反应双键碳上连有吸电子基有利于亲核加成反应。它们可以降低双键碳上的电子云密度，来促进亲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。更重要的是，这样的取代基能使核试剂的进攻。更重要的是，这样的取代基能使生成的负碳离子中间体的负电荷分散而得到稳定。生成的负碳离子中间体的负电荷分散而得到稳定。2024/9/1331 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发生丙烯腈分子中的碳碳双键，因受到氰基的影响能发生亲核反应。亲核反应。 因此，因此，由亲核试剂进攻双键碳原子，生成的中间体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试剂分子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，中引入一个氰乙基，故称为故称为氰乙基化反应氰乙基化反应。是维生素是维生素B B1 1的中间体的中间体可合成可合成3-3-丙氨酸丙氨酸2024/9/134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当亲核试剂具有一个活泼的亚甲基或甲基时，丙烯腈可以发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。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。2024/9/135 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) )2024/9/136双甲基酮的合成双甲基酮的合成2024/9/137甾醇的合成：甾醇的合成：2024/9/138 第二节第二节 碳碳叁键的亲核加成反应碳碳叁键的亲核加成反应 碳碳叁键碳碳叁键通常比通常比双键双键更容易被亲核试剂进攻。因碳更容易被亲核试剂进攻。因碳碳叁键之间的键长较短，叁键中电子被束缚的比双键中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要紧；再者，三键碳比双键碳的s s成分多，与电子的结成分多，与电子的结合能力较强。所以表现出较强的亲核性。合能力较强。所以表现出较强的亲核性。 双键比叁键具有更强的亲电加成活性，但亲核加成双键比叁键具有更强的亲电加成活性，但亲核加成恰相反。恰相反。 如如 乙炔和醇的反应，可生成烯基醚。乙炔和醇的反应，可生成烯基醚。 弱亲核试剂则需要加入催化剂，如乙炔和水反应需弱亲核试剂则需要加入催化剂，如乙炔和水反应需要要HgHg2+2+做催化剂。做催化剂。2024/9/1392024/9/1310反应机理为：反应机理为：2024/9/1311 第三节第三节 羰基的亲核加成反应羰基的亲核加成反应一、羰基的亲核加成反应一、羰基的亲核加成反应 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：2024/9/1312基础有机基础有机化学所讲化学所讲内容：内容：2024/9/13131 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, ,其平衡其平衡常数往往小于常数往往小于1 1。只有当强的吸电子试剂与羰基相连时，。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。才能得到较稳定的加成产物。2024/9/1314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：2024/9/1315WittigWittig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）WittigWittig反应可用通式表示：反应可用通式表示：2024/9/1316简单的简单的wittigwittig试剂（试剂（R=H,R=H,烷基）很活泼，烷基）很活泼，与氧、水、氢卤酸、醇等能起反应。与氧、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等吸等吸电子基团时，电子基团时，WittigWittig比较稳定，但活性降低，与酮作用比较稳定，但活性降低，与酮作用较慢。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。2024/9/1317反应机理：反应机理：极性的甜菜碱极性的甜菜碱氧磷环丁烷氧磷环丁烷2024/9/1318经经WittigWittig反应生成的烯烃，通常是顺式和反式异构反应生成的烯烃，通常是顺式和反式异构体的混合物。体的混合物。VA 的乙酸酯的乙酸酯2024/9/1319（2 2）羟醛缩合反应）羟醛缩合反应 在酸或碱催化下含有在酸或碱催化下含有-氢的醛酮相氢的醛酮相互作用生成羟基醛或羟基酮。互作用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）2024/9/1320（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- -乙醇溶液中短时间乙醇溶液中短时间温热则发生双分子缩合生成芳香族温热则发生双分子缩合生成芳香族a-a-羟基羟基酮类的反应酮类的反应2024/9/13212024/9/1322（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，在羧酸盐的催氢比较活泼，在羧酸盐的催化下，与芳醛作用。化下，与芳醛作用。（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-卤代酸酯反应生成卤代酸酯反应生成，-环氧酯。环氧酯。2024/9/1323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：2024/9/1324第四节第四节 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）2024/9/1325加成加成- -消除历程消除历程: :羧酸衍生物中羧酸衍生物中, ,也有一个羰基也有一个羰基, ,也可以发生亲核加成反应也可以发生亲核加成反应, ,但加成物很不稳定但加成物很不稳定, ,容易发生消除反应。容易发生消除反应。第一步亲核试剂加到羰基碳原子上，生成正四面体中间体。第一步亲核试剂加到羰基碳原子上，生成正四面体中间体。第二步，离去基团离去，同时生成羰基。第二步，离去基团离去，同时生成羰基。2024/9/13262 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- -消除反应难易程度，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特性都有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，羧酸衍生物的相对活性主要取决关。在特定的反应中，羧酸衍生物的相对活性主要取决于：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 22024/9/13273 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为详细。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氧键断裂。在不以酯类水解为例，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。同条件下，反应历程有所不同。（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 AACAC2 2）Acid catalysis,dimolecular acyl-oxygen cleavageAcid catalysis,dimolecular acyl-oxygen cleavage2024/9/13282024/9/1329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。2024/9/1330（2 2）酸催化）酸催化 烷烷- -氧键断裂单分子历程氧键断裂单分子历程 （A AAlAl1 1）Acid catalysis,unimolecular alkyl-oxygen cleavageAcid catalysis,unimolecular alkyl-oxygen cleavage关键在于碳正离子的稳定性关键在于碳正离子的稳定性2024/9/1331（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）2,6-2,6-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。2024/9/1332（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)氢氧根的亲核性高于水分子。氢氧根的亲核性高于水分子。2024/9/1333第五节第五节 碳碳- -氮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。其性碱。其性质与醛酮相似，能发生亲核加成及缩合反应。质与醛酮相似，能发生亲核加成及缩合反应。心血管药物心血管药物“恢压敏恢压敏”的合成：的合成：2024/9/13342 2、醛（通常是甲醛）与氨或胺（以盐的形式）和含有、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，称活泼氢的化合物所发生的缩合反应，称MannichMannich反应。反应。2024/9/1335反应机理：反应机理：2024/9/13362024/9/13373、腈的亲核加成反应、腈的亲核加成反应腈与亲核试剂腈与亲核试剂H2O加成的最初产物是酰胺。加成的最初产物是酰胺。2024/9/1338在在碱的存在下碱的存在下，腈首先与强亲核试剂，腈首先与强亲核试剂OHOH- -作用，其历程如下：作用，其历程如下：2024/9/1339ThorpeThorpe反应：两分子腈发生的缩合反应反应：两分子腈发生的缩合反应4 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2024/9/13402024/9/13412024/9/1342【思考题思考题】1.完成反应式完成反应式2024/9/13432024/9/13442.写出下列反应的机理写出下列反应的机理2024/9/13453 3 解释题解释题将将1mol1mol缩氨基脲缩氨基脲A A加进加进1mol1mol环己酮环己酮B B和和1mol1mol呋喃甲醛呋喃甲醛C C的含微的含微量酸的乙醇溶液中，得到量酸的乙醇溶液中，得到D D和和E E的混合物。若反应在的混合物。若反应在5min5min后后停止，混合物主要含停止，混合物主要含D D。然而，若反应过夜，产物几乎定量。然而，若反应过夜，产物几乎定量地完全是地完全是E E。试解释这一事实，并画出相应的反应进程与能。试解释这一事实，并画出相应的反应进程与能量的关系图。量的关系图。【解释解释】2024/9/1346上述反应是一个亲核加成反应类型。反应物上述反应是一个亲核加成反应类型。反应物B B有一个孤立的羰基，有一个孤立的羰基，亲核试剂氮上的孤对电子进攻带部分正电荷的羰基碳原子。反应亲核试剂氮上的孤对电子进攻带部分正电荷的羰基碳原子。反应物物C C的醛基与呋喃环形成的醛基与呋喃环形成,-,-共轭体系，使富电子体系的呋喃环共轭体系，使富电子体系的呋喃环的的电子云向羰基偏移，致使羰基碳的正电性减弱，亲核试剂氮上电子云向羰基偏移，致使羰基碳的正电性减弱，亲核试剂氮上的孤对电子不易进攻该羰基碳，所以相比之下，的孤对电子不易进攻该羰基碳，所以相比之下，B B更易接受更易接受A A的进的进攻。从活化能的角度来看，破坏共轭体系所需能量高，所以攻。从活化能的角度来看，破坏共轭体系所需能量高，所以A A与与B B反应比反应比A A与与C C反应的活化能低。所以短时间内主要生成反应的活化能低。所以短时间内主要生成D D。但产物。但产物E E具有共轭体系，能量低，稳定，具有共轭体系，能量低，稳定，D D没有，能量高，不稳定，且生成没有，能量高，不稳定，且生成D D和和E E的反应是可逆的，因此，随着时间的增长，的反应是可逆的，因此，随着时间的增长，D D会向会向E E转化，而转化，而只得到只得到E E。用能量变化表示如下：。用能量变化表示如下：