親核取代與加成反應(yīng)

1、2022-3-201第一節(jié)第一節(jié) 飽和碳原子飽和碳原子上的上的親親核取代反應(yīng)核取代反應(yīng) (Aliphatic Nucleophilic Substitution)2022-3-202一一. . 定義及反應(yīng)類型定義及反應(yīng)類型+Nu+L-R NuR L親核試劑親核試劑 底物底物 中心碳原子中心碳原子 離去基團離去基團親核取代反應(yīng)的親核取代反應(yīng)的通式通式：親核取代反應(yīng)的親核取代反應(yīng)的定義定義：親核親核試劑試劑NuNu進攻底物分子進攻底物分子R - LR - L中帶正電荷中帶正電荷的碳原的碳原子子而發(fā)生的取代反應(yīng)而發(fā)生的取代反應(yīng)。2022-3-203 底物為中性，中性親核試劑帶著一對底物為中性，中性親

2、核試劑帶著一對孤對電子孤對電子：親核取代反應(yīng)的親核取代反應(yīng)的反應(yīng)類型反應(yīng)類型：+R L Nu-R Nu+L-+R L Nu-R Nu+L- 底物為中性，親核試劑帶有底物為中性，親核試劑帶有負電荷負電荷：CH2IN(CH3)3CH2N(CH3)3I+-CH2ICH2OHNaOH+H2O+NaI2022-3-204 底物帶有正電荷，親核試劑帶有孤對電子：底物帶有正電荷，親核試劑帶有孤對電子：+LR Nu+Nu+L+R 底物帶有正電荷，親核試劑帶有負電荷：底物帶有正電荷，親核試劑帶有負電荷：RL+Nu-+R NuLN CH3Ph3PNPh3PCH3+CH2N(CH3)3CH2OHN(CH3)3+OH

3、-+2022-3-2051. . 雙分子親核取代雙分子親核取代( (S SN N2 2) )反應(yīng)機理反應(yīng)機理 【動力學(xué)研究動力學(xué)研究】該親核取代反應(yīng)的該親核取代反應(yīng)的速率速率與與底物的濃度和試劑的底物的濃度和試劑的濃度同時相關(guān)濃度同時相關(guān)：=kR LNu二級反應(yīng)二級反應(yīng)其反應(yīng)機理為：其反應(yīng)機理為：親核試劑從離去基團的背面接近中心碳原子，親核試劑從離去基團的背面接近中心碳原子，新鍵的形成與舊新鍵的形成與舊鍵的斷裂是同時發(fā)生的，鍵的斷裂是同時發(fā)生的，與此同時，與此同時，離去基團也正在逐步地離離去基團也正在逐步地離開底物分子開底物分子Nu:- + R-L Nu R L Nu-R + L-二二. .

4、親核取代反應(yīng)機理親核取代反應(yīng)機理Walden轉(zhuǎn)化Nu-LCCNuLCNu反應(yīng)的立體化學(xué)與反應(yīng)機理相關(guān)反應(yīng)的立體化學(xué)與反應(yīng)機理相關(guān): :由于試劑從離去基團的背后進攻中心碳原子，由于試劑從離去基團的背后進攻中心碳原子，所以產(chǎn)物發(fā)生完全構(gòu)型轉(zhuǎn)化所以產(chǎn)物發(fā)生完全構(gòu)型轉(zhuǎn)化WaldenWalden轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化。 反應(yīng)特征反應(yīng)特征： 雙分子、一步反應(yīng)雙分子、一步反應(yīng)； 存在過渡態(tài)狀態(tài)存在過渡態(tài)狀態(tài)； 立體化學(xué)是瓦爾登轉(zhuǎn)化（構(gòu)型翻轉(zhuǎn)）立體化學(xué)是瓦爾登轉(zhuǎn)化（構(gòu)型翻轉(zhuǎn)）2022-3-2072.2.單分子親核取代單分子親核取代( (S SN N1 1) )反應(yīng)機理反應(yīng)機理: : R LRLR+L-+慢第一步第一步 碳正

5、離子的生成：碳正離子的生成：第二步第二步 親核試劑進攻碳正離子：親核試劑進攻碳正離子：R+Nu-R Nu快第一步是決定反應(yīng)速率的一步。第一步是決定反應(yīng)速率的一步。=k1LR動力學(xué)動力學(xué):一級反應(yīng)一級反應(yīng)2022-3-208試劑從正碳離子的兩面進攻中心碳原子，形成試劑從正碳離子的兩面進攻中心碳原子，形成外消旋產(chǎn)物。外消旋產(chǎn)物。C+Nu-CL+NuCNuC50%50%Nu-L-S SN N1 1反應(yīng)的立體化學(xué)過程：反應(yīng)的立體化學(xué)過程： 反應(yīng)反應(yīng)特征：特征： 單分子、兩步歷程單分子、兩步歷程 碳正離子活性中間體、存在重排現(xiàn)象碳正離子活性中間體、存在重排現(xiàn)象 產(chǎn)物外消旋化或外消旋化加構(gòu)型轉(zhuǎn)化。產(chǎn)物外消

6、旋化或外消旋化加構(gòu)型轉(zhuǎn)化。2022-3-209CH3CDClHCH3CDOHHOH-+S 構(gòu) 型R 構(gòu) 型 S SN N2 2反應(yīng)事例：反應(yīng)事例：C+HCH3PhOH-H2OClCHCH3PhOHCCH3HPhOH-CCH3PhHHO49%51%S SN N1 1反應(yīng)事例：反應(yīng)事例：2022-3-2010PhCCH3OHPhCCH3構(gòu)型轉(zhuǎn)化%27HCH3BrHCH3O+ 73% 消旋化產(chǎn)物HBr事實上，事實上，S SN N1 1反應(yīng)往往伴隨構(gòu)型轉(zhuǎn)化產(chǎn)物：反應(yīng)往往伴隨構(gòu)型轉(zhuǎn)化產(chǎn)物：當(dāng)當(dāng)C C+ +不是足夠穩(wěn)定時，由于不是足夠穩(wěn)定時，由于L L的屏蔽的屏蔽效應(yīng)，效應(yīng)，Nu:Nu:從從L L背后進攻

7、中心碳原子背后進攻中心碳原子的機會增大，故構(gòu)型轉(zhuǎn)化增多。的機會增大，故構(gòu)型轉(zhuǎn)化增多。2022-3-2011R L+-R+L-離子化溶劑介入R LNuNuNuSN2R+L-+溶劑介入離子對構(gòu)型翻轉(zhuǎn)緊密離子對翻轉(zhuǎn)（主要）轉(zhuǎn)化（消旋化）離解的離子NuS1N（消旋化產(chǎn)物） 分子解離為正負離子，兩個離子相互靠近，形成緊密的離子分子解離為正負離子，兩個離子相互靠近，形成緊密的離子對。對。 溶劑介入離子對后正負離子被溶劑隔開，稱為溶劑分割溶劑介入離子對后正負離子被溶劑隔開，稱為溶劑分割離子對。離子對。 兩個離子完全分離被溶劑包圍形成溶劑化的正離子兩個離子完全分離被溶劑包圍形成溶劑化的正離子和溶劑化的負離子。

8、和溶劑化的負離子。 分三個階段：分三個階段：3. 3. 離子對機理離子對機理2022-3-20124.S4.SN Ni i機理（分子內(nèi)親核取代）機理（分子內(nèi)親核取代）COHR1HR2SOClClC OR1HR2SOClClH+.+HCOR1HR2SOClClCOR1HR2SOCl+-Cl-C+R1HR2OSOClCR1HR2ClSO2+緊密離子對緊密離子對氯代亞硫酸酯氯代亞硫酸酯特點：構(gòu)型保持特點：構(gòu)型保持醇與亞硫酰氯反應(yīng)制備鹵代烴，其醇與亞硫酰氯反應(yīng)制備鹵代烴，其機理不能用機理不能用S SN N1 1和和S SN N2 2解釋，是分子解釋，是分子內(nèi)親核取代反應(yīng)。內(nèi)親核取代反應(yīng)。2022-3-

9、2013三三. . 碳正離子與非經(jīng)典碳正離子碳正離子與非經(jīng)典碳正離子重排重排1. Wagner-Meerwei 重排（重排（WM 重排）重排）一個負氫離子或烴基負離子從相鄰的碳原子一個負氫離子或烴基負離子從相鄰的碳原子經(jīng)經(jīng)1,2-遷移重排到遷移重排到C+ 中心的反應(yīng)稱為中心的反應(yīng)稱為W-M重排。重排。CCR+CCR+其中其中R = H, 芳基，烷基等，遷移順序為芳基，烷基等，遷移順序為H 芳基芳基 烷基烷基。2022-3-2014CH3CCH3CH3CH2+CH3C+CH3CH2CH3如：如：2-2-莰醇與硫酸作用生成莰烯的反應(yīng)機理莰醇與硫酸作用生成莰烯的反應(yīng)機理HOHH+-H2O2022-3

10、-2015HOHH+-H2O+1,2-遷移+HH+-2022-3-20162.非經(jīng)典碳正離子：非經(jīng)典碳正離子：+由于由于鍵或鍵或鍵的鄰基參與而形成的碳正離子活性中鍵的鄰基參與而形成的碳正離子活性中間體，稱為非經(jīng)典碳正離子。間體，稱為非經(jīng)典碳正離子。 鍵參與的非經(jīng)典的鍵參與的非經(jīng)典的碳正離子是碳正離子是兩電子三中心鍵兩電子三中心鍵，而經(jīng)典的碳正離子可，而經(jīng)典的碳正離子可看成是看成是W-M重排重排。非經(jīng)典的碳正離子2022-3-2017OBsOAcOBsAcOHAcOH16KendoKexo(exo)(endo)KexoKendo=350 旋光的旋光的exoexo- -降冰片對溴苯磺酸酯降冰片對溴

11、苯磺酸酯( (exoexo-bornyl brosylate)-bornyl brosylate)在乙酸中溶劑解，生成消旋的在乙酸中溶劑解，生成消旋的exoexo- -降冰片乙酸酯；降冰片乙酸酯；endoendo- -降冰降冰片對溴苯磺酸酯的乙酸解也生成片對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-異構(gòu)體的速率為異構(gòu)體的速率為endo-endo-異構(gòu)體的異構(gòu)體的350350倍：倍：1 1) )鍵參與的非經(jīng)典碳正離子鍵參與的非經(jīng)典碳正離子WinsteinWinstein據(jù)此認(rèn)為是據(jù)此認(rèn)為是C C1 1-C-C6 6鍵的鄰基參與，因而形鍵的鄰基參與，因

12、而形成了非經(jīng)典的碳正離子而加速其反應(yīng)。成了非經(jīng)典的碳正離子而加速其反應(yīng)。2022-3-2018OBs1616+AcOHOAc+OBsAcOHOAc16+【解釋解釋】CH2CH2CH2C環(huán)丙甲基正離子的結(jié)構(gòu)：環(huán)丙甲基正離子的結(jié)構(gòu)：空的空的 p 軌道與彎曲軌道的交軌道與彎曲軌道的交蓋蓋環(huán)丙甲基正離子比芐基正離子還穩(wěn)定：環(huán)丙甲基正離子比芐基正離子還穩(wěn)定：中心碳原子上的空的中心碳原子上的空的 p p 軌道與環(huán)丙基中的彎曲軌道與環(huán)丙基中的彎曲軌道進行側(cè)面交蓋，其軌道進行側(cè)面交蓋，其結(jié)果是使正電荷分散。結(jié)果是使正電荷分散。隨著環(huán)丙基的數(shù)目增多，隨著環(huán)丙基的數(shù)目增多，正碳離子穩(wěn)定性提高。正碳離子穩(wěn)定性提高。

13、C+3CH+2CH2+CH2+碳正離子穩(wěn)定性為碳正離子穩(wěn)定性為 ：烯丙基型：烯丙基型 3 2 1 CH3+。2022-3-2020 例例1： 下面是雙環(huán)化合物進行親核取代反應(yīng)，其反應(yīng)速下面是雙環(huán)化合物進行親核取代反應(yīng)，其反應(yīng)速率常數(shù)如下率常數(shù)如下。鍵的鄰基參與作用使反應(yīng)速率成倍數(shù)增加：鍵的鄰基參與作用使反應(yīng)速率成倍數(shù)增加：2) 2) 鍵參與的非經(jīng)典正碳離子鍵參與的非經(jīng)典正碳離子XXXXkABCD1.010410111014+2022-3-2021CCHCH3CH3HOTsCCHCH3CH3HOAc+-CCHCH3CH3HOAcCCHCH3CH3HOAc+例例2：3-苯基苯基-2-丁醇的對甲苯磺

14、酸酯的醋酸解反應(yīng)丁醇的對甲苯磺酸酯的醋酸解反應(yīng) S RS RS R2022-3-2022CCHCH3CH3HOTsCCHCH3CH3HOAc+-CCHCH3CH3HOAcCCHCH3CH3HOAc+S SS SS S相相同同2022-3-20233) n電子參與歷程電子參與歷程 v化合物的分子中具有化合物的分子中具有未共用電子對未共用電子對的基團的基團位于離去基位于離去基團的團的位置或更遠時位置或更遠時，此化合物在取代反應(yīng)過程中構(gòu)型，此化合物在取代反應(yīng)過程中構(gòu)型保持。以保持。以3-溴溴-2-丁醇與丁醇與HBr的取代反應(yīng)為例：的取代反應(yīng)為例：HCH3BrHOHCH3HCH3BrHBrCH3HBr

15、赤赤式式內(nèi)內(nèi)消消旋旋體體HCH3BrHOHCH3HCH3BrBrHCH3BrCH3HHBrCH3+HBr蘇蘇式式外外消消旋旋體體HCH3BrHOHCH3HCH3BrHOH2CH3H+HCH3BrHH2OH3CSRSR-H2OHCH3BrHH3CB r-Br-+HCH3BrHBrH3CSRHCH3BrHBrH3CSR產(chǎn)物都是（產(chǎn)物都是（S,R)-2,3-S,R)-2,3-二溴丁烷，二溴丁烷，是內(nèi)消旋體是內(nèi)消旋體HCH3BrHHOCH3HCH3BrHH2OCH3H+HCH3BrHH2OCH3SSSS-H2OHBrHCH3CH3Br-Br-+SHCH3BrCH3BrHSRHCH3BrCH3BrHR產(chǎn)

16、物為產(chǎn)物為(S,S)-(S,S)-和和(R,R)-2,3-(R,R)-2,3-二溴二溴丁烷，為外消旋體丁烷，為外消旋體2022-3-2026EtS CH2CH2ClEtS CH2CH2ClEtSCH2CH2OH-+H2O:-H+例例2：-氯代二乙硫醚的水解速率比相應(yīng)的氯代二乙硫醚的水解速率比相應(yīng)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-溴代丙酸鹽的水解反應(yīng)溴代丙酸鹽的水解反應(yīng)CBrOOCHCH3COHOOCHCH3-稀 NaOH Ag2O-2022-3-2027CBrCHCH3OOCBrCHCH3OOAg+CBrCHCH3OOAg+稀 NaOH Ag2O-CCHCH

17、3OOOH2CCHCH3OOOH2CCHCH3OOOH-AgBr+-H+2022-3-2028OBsHOBsHOBsH(A)(B)(C)環(huán)丙基位于外型時（環(huán)丙基位于外型時（A)A)，三元環(huán)阻礙，三元環(huán)阻礙C-CC-C電子的鄰電子的鄰基參與；位于內(nèi)型時（基參與；位于內(nèi)型時（B)B)有利于環(huán)丙基香蕉鍵的鄰有利于環(huán)丙基香蕉鍵的鄰基參與。內(nèi)型的環(huán)丙基有時甚至比雙鍵更有效。基參與。內(nèi)型的環(huán)丙基有時甚至比雙鍵更有效?；衔铮ê衔铮˙)B)的溶劑解速率比化合物（的溶劑解速率比化合物（C)C)快快5 5倍；而化合倍；而化合物（物（A)A)溶劑解速率比（溶劑解速率比（C)C)慢慢3 3倍。倍。4) 4) 環(huán)丙

18、基的參與作用環(huán)丙基的參與作用 環(huán)丙烷環(huán)的某些性質(zhì)與雙鍵類似，因此處于適當(dāng)位置環(huán)丙烷環(huán)的某些性質(zhì)與雙鍵類似，因此處于適當(dāng)位置時也可能發(fā)生鄰基參與作用。時也可能發(fā)生鄰基參與作用。2022-3-2029四四. 鄰基參與作用總結(jié)鄰基參與作用總結(jié) 分子中親核的分子中親核的取代基取代基參與了在同一分子中另一部位上的參與了在同一分子中另一部位上的取代反應(yīng)稱為取代反應(yīng)稱為鄰基參與作用鄰基參與作用。鄰基參與作用是分子內(nèi)的鄰基參與作用是分子內(nèi)的S SN N2 2過程過程。兩個基團在分子內(nèi)兩個基團在分子內(nèi)處于反式共平面狀態(tài)。處于反式共平面狀態(tài)。鄰基參與作用一般形成鄰基參與作用一般形成三元環(huán)或五元環(huán)，四元環(huán)不易三元環(huán)

19、或五元環(huán)，四元環(huán)不易形成。形成。鄰基參與作用鄰基參與作用主要包括主要包括雜原子雜原子參與作用、參與作用、鍵參與作鍵參與作用、用、三元環(huán)三元環(huán)參與作用等。參與作用等。鄰基參與的結(jié)果使得最后的鄰基參與的結(jié)果使得最后的取代產(chǎn)物構(gòu)型保持，且反取代產(chǎn)物構(gòu)型保持，且反應(yīng)加速。應(yīng)加速。2022-3-2030v具有雜原子參與作用的基團有具有雜原子參與作用的基團有： COO COO- - 、 OCOROCOR、COORCOOR、COArCOAr、OROR、OHOH、O O- -、NHNH2 2、NHRNHR、NRNR2 2、NHCORNHCOR、SHSH、SRSR、S S- -、I I、 BrBr、 ClClv

20、鹵素作為鄰基參與的能力大小次序一般為鹵素作為鄰基參與的能力大小次序一般為IBrClIBrCl，這，這與原子的親核性和可極化性大小順序是一致的。與原子的親核性和可極化性大小順序是一致的。F F電負電負性太強，不易給出電子，親核性和可極化性太小，一般性太強，不易給出電子，親核性和可極化性太小，一般不發(fā)生鄰基參與作用。不發(fā)生鄰基參與作用。v若若鄰基參與作用形成的中間體是穩(wěn)定鄰基參與作用形成的中間體是穩(wěn)定的或由于其它方式的或由于其它方式而穩(wěn)定，而穩(wěn)定，親核試劑親核試劑NuNu親核進攻能力不足時親核進攻能力不足時，只能形成環(huán)，只能形成環(huán)狀產(chǎn)物。這是簡單的分子內(nèi)狀產(chǎn)物。這是簡單的分子內(nèi)S SN N2 2反

21、應(yīng)反應(yīng)。2022-3-2031五、親核試劑的類型和反應(yīng)五、親核試劑的類型和反應(yīng)1.1.含氧親核試劑含氧親核試劑 H H2 2O, ROH, OHO, ROH, OH- -,RO,RO- -. .2.2.含硫親核試劑含硫親核試劑 H H2 2S, RS-, RSOS, RS-, RSO2 2- -, S, S2 2O O3 32-2-等。等。3.3.含氮親核試劑含氮親核試劑 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.鹵素親核試劑鹵素親核試劑 HX, X-, LiI, SOClHX, X-, LiI, SOCl2 2, ClCOSCl, ClCOSCl等。等。5.5.負氫離子負氫離子 LiAlHLiAlH4 4, AlH, AlH3 3, NaBH, NaBH4 4, , 等等6.6.碳親核試劑碳親核試劑 RMgX, RRMgX, R2 2CuLi,RLi, RCuLi,RLi, R3 3B, B, 葉立德試劑和葉立德試劑和各種活潑亞甲基產(chǎn)生的負碳離子。各種活潑亞甲基產(chǎn)生的負碳離子。C+3CH+2CH2+CH2+1.排列下列碳正離子的穩(wěn)定性2. 2. 下面雙環(huán)化合物進行親核取代反應(yīng)，請排列它們的

23、反應(yīng)速率順序下面雙環(huán)化合物進行親核取代反應(yīng)，請排列它們的反應(yīng)速率順序 【思考題思考題】XXXXABCD3.3.下列化合物在下列化合物在KI/KI/丙酮溶液中反應(yīng)，按反應(yīng)速率遞減順序排列下列丙酮溶液中反應(yīng)，按反應(yīng)速率遞減順序排列下列化合物化合物BrBrBrABCCBA4.從反應(yīng)機理角度分析下列親核取代反應(yīng)產(chǎn)物含量的從反應(yīng)機理角度分析下列親核取代反應(yīng)產(chǎn)物含量的不同不同CHH3CPhClCHH3CPhOHCHCH3PhHO+OH-H2O49%51%5.完成下列反應(yīng)完成下列反應(yīng)CCHCH3CH3HOTsHOAc( )1)HCH3BrHOHCH3HCH3BrBrHCH3BrCH3HHBrCH3+HBr6

24、.6.用反應(yīng)機理解釋下列反應(yīng)用反應(yīng)機理解釋下列反應(yīng)7.7.解釋解釋-氯代二乙硫醚的水解速率比相應(yīng)氯代二乙硫醚的水解速率比相應(yīng)的的-氯代二乙基醚快氯代二乙基醚快10104 4倍。倍。8.8.蘇式及赤式的對甲苯磺酸蘇式及赤式的對甲苯磺酸-3-3-苯基苯基-2-2-丁酯在醋酸中進行溶丁酯在醋酸中進行溶劑分，前者得消旋化的蘇式醋酸酯，后者得光學(xué)純赤式醋酸劑分，前者得消旋化的蘇式醋酸酯，后者得光學(xué)純赤式醋酸酯，試用反應(yīng)歷程解釋。酯，試用反應(yīng)歷程解釋。2022-3-2035HHCH3CH3OCOCH3PhHHCH3CH3H3CCOOPh+赤式-2-對甲苯磺酸-3-苯基-2-丁酯（S R)(S R)(S R

25、)前者是取代產(chǎn)物，后者是重排產(chǎn)物。兩者是外消旋產(chǎn)物。前者是取代產(chǎn)物，后者是重排產(chǎn)物。兩者是外消旋產(chǎn)物。HHCH3CH3OSO2CH3HHCH3CH3CH3COOHH+- OTs-+-2022-3-2036HCH3CH3HOSO2CH3HCH3CH3HCH3COOHH+- OTs-+-HCH3CH3HOCOCH3PhHCH3CH3HH3CCOOPh+蘇式蘇式-2-2-對甲苯磺酸對甲苯磺酸-3-3-苯基苯基-2-2-丁酯丁酯（S R)2022-3-2037第二節(jié)第二節(jié) 親親核加成反應(yīng)核加成反應(yīng) 碳雜鍵常發(fā)生親核加成反應(yīng)（如碳雜鍵常發(fā)生親核加成反應(yīng)（如C=NC=OCNC=NC=OCN等）除等）除此之

26、外此之外, ,碳碳鍵也可以發(fā)生親核反應(yīng)（如碳碳鍵也可以發(fā)生親核反應(yīng)（如C=CCCC=CCC）常見）常見的親核試劑有的親核試劑有:N:N、O O、S S、X X、P P等雜原子中心，負碳離子，等雜原子中心，負碳離子，氫負離子。氫負離子。一、一、 碳碳碳不飽和鍵碳不飽和鍵的親核加成反應(yīng)的親核加成反應(yīng)（一）（一） 碳碳碳雙鍵的親核加成碳雙鍵的親核加成 碳碳雙鍵含碳碳雙鍵含鍵，是富電子的，容易發(fā)生鍵，是富電子的，容易發(fā)生親電反應(yīng)，難被親核試劑進攻。因此要想進行親電反應(yīng)，難被親核試劑進攻。因此要想進行親核反應(yīng)需活化，親核反應(yīng)需活化，降低雙鍵電子云密度，需增降低雙鍵電子云密度，需增加吸電子基團。加吸電子基

27、團。2022-3-2038CH2CH2CH3+無 反 應(yīng)-CH3CH2CHNO2NO2CCHHNO2NO2CH3溶 劑 負 離 子+-溶 劑- 雙鍵碳上連有吸電子基有利于親核加雙鍵碳上連有吸電子基有利于親核加成反應(yīng)成反應(yīng)。它們可以降低雙鍵碳上的電子云。它們可以降低雙鍵碳上的電子云密度，來促進親核試劑的進攻。更重要的密度，來促進親核試劑的進攻。更重要的是，這樣的取代基能使生成的負碳離子中是，這樣的取代基能使生成的負碳離子中間體的負電荷分散而得到穩(wěn)定。間體的負電荷分散而得到穩(wěn)定。2022-3-20391 1、氰乙基化反應(yīng)、氰乙基化反應(yīng) 丙烯腈分子中的碳碳雙鍵，因受到氰基的影響能丙烯腈分子中的碳碳雙

28、鍵，因受到氰基的影響能發(fā)生親核反應(yīng)。發(fā)生親核反應(yīng)。 因此，因此，由親核試劑進攻雙鍵碳原子，生成的中由親核試劑進攻雙鍵碳原子，生成的中間體再從溶液中獲得質(zhì)子，所得產(chǎn)物相當(dāng)于在親核間體再從溶液中獲得質(zhì)子，所得產(chǎn)物相當(dāng)于在親核試劑分子中引入一個氰乙基，試劑分子中引入一個氰乙基，故稱為氰乙基化反應(yīng)故稱為氰乙基化反應(yīng)。CH2CH CNCH3OHCH2CH2CNCH3OCH3ONa+是維生素是維生素B B1 1的中間體的中間體CH2CH CNNH3NH2CH2CH2CN+二苯 胺 可合成可合成3-3-丙氨酸丙氨酸2022-3-2040氰乙基化反應(yīng)特點氰乙基化反應(yīng)特點: :當(dāng)親核試劑具有一個活潑的亞甲當(dāng)親核

29、試劑具有一個活潑的亞甲基或甲基時，丙烯腈可以發(fā)生二或三次氰乙基化反應(yīng)。基或甲基時，丙烯腈可以發(fā)生二或三次氰乙基化反應(yīng)。通過控制條件也可以得到單氰乙基化產(chǎn)物。通過控制條件也可以得到單氰乙基化產(chǎn)物。CH2CH CNOCOOC2H5(CH3)3NCH2C6H5 OHOCOOC2H5CH2CH2CN+-CH2CH CNCH3COCH3KOHCH3COC(CH2CH2CN)32022-3-2041 碳負離子與碳負離子與,-,-不飽和羰基化合物發(fā)生的不飽和羰基化合物發(fā)生的1,4-1,4-加成反應(yīng)稱為麥克爾加成反應(yīng)加成反應(yīng)稱為麥克爾加成反應(yīng)。 一般情況下，具有一般情況下，具有-活潑氫的化合物，在堿活潑氫的化

30、合物，在堿的作用下形成碳負離子。此碳負離子可以與缺電子的作用下形成碳負離子。此碳負離子可以與缺電子C=CC=C雙鍵發(fā)生親核加成。雙鍵發(fā)生親核加成。2 2、MichaelMichael加成反應(yīng)加成反應(yīng)( (麥克爾加成麥克爾加成) )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 熱雙甲基酮的合成雙甲基酮的合成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） 碳碳叁鍵的親核加成反應(yīng)碳碳叁鍵的親核加成反應(yīng) 碳碳叁鍵通常比雙鍵更容易被親核試劑進攻。碳碳叁鍵通常比雙鍵更容易被親核試劑進攻。因碳碳叁鍵之間的鍵長較短，叁鍵中電子被束縛因碳碳叁鍵之間的鍵長較短，叁鍵中電子被束縛的比雙鍵中的要緊；再者，三鍵碳比雙鍵碳的的比雙鍵中的要緊；再者，三鍵碳比

32、雙鍵碳的s s成分多，與電子的結(jié)合能力較強。所以表現(xiàn)出較成分多，與電子的結(jié)合能力較強。所以表現(xiàn)出較強的親核性。強的親核性。 雙鍵比叁鍵具有更強的親電加成活性，但親雙鍵比叁鍵具有更強的親電加成活性，但親核加成恰相反。核加成恰相反。 如如 乙炔和醇的反應(yīng)，可乙炔和醇的反應(yīng)，可生成生成乙乙烯基醚烯基醚。 弱親核試劑則需要加入催化劑，如乙炔和水弱親核試劑則需要加入催化劑，如乙炔和水反應(yīng)需要反應(yīng)需要HgHg2+2+做催化劑。做催化劑。2022-3-2045RCCHHg2+RCCHHg2+H2ORCCHOH2Hg+Hg2+RCCH2OHRC CH3O+互變異構(gòu) RCCHRCCH3OHgSO4H2SO4H2

33、O2022-3-2046NOHNOKOH-CHCHNOCHCHNOCHCH2-H2O-OH-NOHCHCHNOCHCH2KOH反應(yīng)機理為：反應(yīng)機理為：2022-3-2047二、二、 羰基的親核加成反應(yīng)羰基的親核加成反應(yīng)（一）羰基（一）羰基的親核加成反應(yīng)的親核加成反應(yīng) 兩種不同條件下的加成歷程：兩種不同條件下的加成歷程：1 1、酸催化下：、酸催化下：2、堿催化下：、堿催化下：CORRNuNuCORRH+NuCOHRR-快慢CORRNuH+CORRH+COHRRCOHRRNu-快+慢2022-3-2048ONaHSO3NH2OHNH2NH2HCNROHH+RMgXOHCNNOHNNH2OROHOH

34、SROHSO3NaOHRRSH基礎(chǔ)有機基礎(chǔ)有機化學(xué)所講化學(xué)所講內(nèi)容：內(nèi)容：2022-3-20491 1、雜原子親核試劑的加成、雜原子親核試劑的加成多數(shù)親核試劑與醛酮的加成反應(yīng)多數(shù)親核試劑與醛酮的加成反應(yīng), ,在平衡建立后在平衡建立后, ,其其平衡常數(shù)往往小于平衡常數(shù)往往小于1 1。只有當(dāng)強的吸電子試劑與羰基。只有當(dāng)強的吸電子試劑與羰基相連時，才能得到較穩(wěn)定的加成產(chǎn)物。相連時，才能得到較穩(wěn)定的加成產(chǎn)物。F3CCF3COCF3CF3COHOHH2O+Cl3CCHOCl3CCHOHNH2NH3+2022-3-2050苯甲醛與季戊四醇在稀鹽酸溶液中反應(yīng)：苯甲醛與季戊四醇在稀鹽酸溶液中反應(yīng)：CHOOHO

35、HOHOHH+H2OCHOOOOCH2022-3-2051WittigWittig試劑是一種磷的內(nèi)翁鹽，也叫磷葉立德。它是試劑是一種磷的內(nèi)翁鹽，也叫磷葉立德。它是相鄰的原子帶有不同的電荷，磷帶正電荷而碳帶負電相鄰的原子帶有不同的電荷，磷帶正電荷而碳帶負電荷，由于碳和磷之間的軌道重疊而使碳的負電荷分散。荷，由于碳和磷之間的軌道重疊而使碳的負電荷分散。2 2、碳原子親核試劑的加成、碳原子親核試劑的加成（1 1）WittigWittig反應(yīng)（維蒂希反應(yīng)）反應(yīng)（維蒂希反應(yīng)）CR2Ph3PCR2Ph3P+-CR2Ph3POCR2OPh3P+-+WittigWittig反應(yīng)可用通式表示：反應(yīng)可用通式表示：

36、Ph3PRCH2XPh3PCH2RXC4H9LiPh3P-CHR+-+-2022-3-2052簡單的簡單的wittigwittig試劑（試劑（R=H,R=H,烷基）很活潑，與氧、烷基）很活潑，與氧、水、氫鹵酸、醇等能起反應(yīng)。水、氫鹵酸、醇等能起反應(yīng)。當(dāng)帶負電荷的碳原子上連接當(dāng)帶負電荷的碳原子上連接CORCOR、CNCN、COORCOOR、CHOCHO等吸電子基團時，等吸電子基團時，WittigWittig比較穩(wěn)定，但活性降低，比較穩(wěn)定，但活性降低，與酮作用較慢。與酮作用較慢。改進的方法是用磷酸三乙酯代替三苯基磷。改進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反應(yīng)機理：反應(yīng)機理：COCRRPh3PCCRROPh3P+-極性的甜菜堿極性的甜菜堿氧磷環(huán)丁烷氧磷環(huán)丁烷CCRROPh3PCCRROPh3P+2022-3-2054經(jīng)經(jīng)WittigWittig反應(yīng)生成的烯烴，通常是順式和反反應(yīng)生成的烯烴，通常是順式和反式異構(gòu)體的混合物。式異構(gòu)體的混合物。CH CH3Ph3PCH3CCC6H5HHCCCH3HC6H5HC6H5CHO-+OCOCH3PPh3OOCOCH3+-+VA 的乙酸酯的乙酸酯2022-3-2055（2 2）羥醛

38、縮合反應(yīng)）羥醛縮合反應(yīng) 在酸或堿催化下含有在酸或堿催化下含有-氫的醛酮相互作用氫的醛酮相互作用生成羥基醛或羥基酮。生成羥基醛或羥基酮。堿催化下的反應(yīng)歷程（酮難于縮合）堿催化下的反應(yīng)歷程（酮難于縮合）酸催化下的反應(yīng)歷程（利于酮的縮合）酸催化下的反應(yīng)歷程（利于酮的縮合）CHOCH3COCH2CH3CHCH COCH2CH3+OH-主 要產(chǎn) 物 CHOCH3COCH2CH3CHC COCH3CH3H+主 要產(chǎn) 物 2022-3-2056（3 3）Benzoin(Benzoin(安息香安息香) )縮合縮合兩分子芳醛在兩分子芳醛在KCNKCN的水的水- -乙醇溶液中短時間溫?zé)嵋掖既芤褐卸虝r間溫?zé)釀t發(fā)生雙

39、分子縮合生成芳香族則發(fā)生雙分子縮合生成芳香族a-a-羥基酮類的反羥基酮類的反應(yīng)應(yīng)CHOKCNCHCOOH2022-3-2057CHOCOHCNCOHCNCN-CHOCOHCNCOHCNCOH+COCNCOHHCOCOHH-CN-2022-3-2058（4 4）PerkinPerkin反應(yīng)（柏金反應(yīng)）反應(yīng)（柏金反應(yīng)） 由于酸酐的由于酸酐的-氫比較活潑，在羧酸鹽的催化氫比較活潑，在羧酸鹽的催化下，與芳醛作用。下，與芳醛作用。CHO(RCH2CO)2ORCH2COOKCHCRCOOH+（5 5）DarzenDarzen反應(yīng)（反應(yīng)（，-環(huán)氧酯合成）環(huán)氧酯合成） 醛酮在堿作用下與醛酮在堿作用下與-鹵代酸

40、酯反應(yīng)生成鹵代酸酯反應(yīng)生成，-環(huán)氧酯。環(huán)氧酯。Cl CH2COOC2H5RONaClCH COOC2H5RCOR2022-3-2059RCROCHClCOOC2H5RCROCH COOC2H5NaOHC2H5OHCOCH3CH COONaCOCH3CH COOHHCl如從苯乙酮為原料合成如從苯乙酮為原料合成2-苯基丙醛：苯基丙醛：COCH3Cl CH2COOC2H5NaOC2H5COCH3CH COOC2H52022-3-2060三三、 羧酸衍生物與親核試劑的反應(yīng)羧酸衍生物與親核試劑的反應(yīng)1 1、反應(yīng)歷程（加成、反應(yīng)歷程（加成- -消除歷程）消除歷程）COHCH3CH CHCH3CHO-CO2

41、RCOLRCONuLRCONuNu-+L-2022-3-20612 2、結(jié)構(gòu)與活性的關(guān)系、結(jié)構(gòu)與活性的關(guān)系 羧酸衍生物與親核試劑的加成羧酸衍生物與親核試劑的加成- -消除反應(yīng)難易程消除反應(yīng)難易程度，與烴基的電子效應(yīng)和空間效應(yīng)以及親核試劑的度，與烴基的電子效應(yīng)和空間效應(yīng)以及親核試劑的特性都有關(guān)。在特定的反應(yīng)中，羧酸衍生物的相對特性都有關(guān)。在特定的反應(yīng)中，羧酸衍生物的相對活性主要取決于：活性主要取決于： 與羰基直接相連的離去基團的電子效應(yīng)與羰基直接相連的離去基團的電子效應(yīng) 離去基團離去的能力離去基團離去的能力 已知羧酸衍生物的親核活性為已知羧酸衍生物的親核活性為 酰鹵酰鹵 酸酐酸酐 酯酯 酰胺酰胺

42、離去基團離去的易到難順序為：離去基團離去的易到難順序為： -X -OCOR -OR -NH-X -OCOR -OR -NH2 22022-3-20623 3、酯化、水解反應(yīng)歷程及影響因素、酯化、水解反應(yīng)歷程及影響因素 在羧酸衍生物中，酯化和水解反應(yīng)研究的最在羧酸衍生物中，酯化和水解反應(yīng)研究的最為詳細。以酯類水解為例，包括酰氧鍵斷裂和烷為詳細。以酯類水解為例，包括酰氧鍵斷裂和烷氧鍵斷裂。在不同條件下，反應(yīng)歷程有所不同。氧鍵斷裂。在不同條件下，反應(yīng)歷程有所不同。RCOOR烷 - 氧 鍵 斷 裂酰 - 氧 鍵 斷 裂 （1 1）酸催化）酸催化 酰酰- -氧鍵斷裂雙分子歷程氧鍵斷裂雙分子歷程 （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對對A AACAC2 2而言，主要影響因素是四面體中間而言，主要影響因素是四面體中間體的空間張力作用。體的空間張力作用。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- -氧鍵斷裂單分子氧鍵斷裂單分子歷程（歷程（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+-關(guān)鍵在于碳正離子的穩(wěn)定性關(guān)鍵在于碳正離子的穩(wěn)定性2022-3-2066（3 3）酸催化）酸催化 酰酰- -氧鍵斷裂單分子歷程氧鍵斷裂單分子歷程 （A AACAC1 1）CH3CH3CH3COOCH3H2SO4CH3CH3CH3COOHCH3OH1)2)H2O+CH3CH3CH3COOCH3H+CH3CH3CH3COO CH3H+-CH3OH2,6-2,6-位兩個甲基的位阻作用，不能生成正常的四面體加成產(chǎn)物。位兩個甲基的位阻作用，不能生成正常的四面體加成產(chǎn)物。H+CH3CH3CH3COCH3CH3CH3COOH2CH3CH3CH3COOH

46、+H2O+-2022-3-2067（3 3）堿催化）堿催化 酰酰- -氧鍵斷裂雙分子歷程氧鍵斷裂雙分子歷程 （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 +氫氧根的親核性高于水分子。氫氧根的親核性高于水分子。2022-3-2068四、四、 碳碳- -氮

47、重鍵的親核加成反應(yīng)氮重鍵的親核加成反應(yīng)常見的碳常見的碳- -氮重鍵是氮重鍵是C=NC=N和和CNCN，既亞胺和腈。，既亞胺和腈。1 1、亞胺的親核加成反應(yīng)、亞胺的親核加成反應(yīng) 亞胺是醛酮的含氮衍生物，俗稱亞胺是醛酮的含氮衍生物，俗稱 SchiffSchiff堿。其堿。其性質(zhì)與醛酮相似，能發(fā)生親核加成及縮合反應(yīng)。性質(zhì)與醛酮相似，能發(fā)生親核加成及縮合反應(yīng)。CH3COCH3CH3NH2CH3CCH3NCH3H+C6H5CH2MgCl+甲 苯心血管藥物心血管藥物“恢壓敏恢壓敏”的合成：的合成：2022-3-2069C6H5CH2CCH3CH3NCH3MgClC6H5CH2CCH3CH3NCH3HH3O

48、+2 2、醛（通常是甲醛）與氨或胺（以鹽的形式）和含、醛（通常是甲醛）與氨或胺（以鹽的形式）和含有活潑氫的化合物所發(fā)生的縮合反應(yīng)，稱有活潑氫的化合物所發(fā)生的縮合反應(yīng)，稱MannichMannich反反應(yīng)。應(yīng)。(CH3)2NHHCHOCH3COCH3H+(CH3)2NCH2CH2COCH3+2022-3-2070反應(yīng)機理：反應(yīng)機理：(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、腈的親核加成反應(yīng)、腈的親核加成反應(yīng)RCOHNHH+RCONH2-互變異構(gòu) 腈與親核試劑腈與親核試劑H2O加成的最初產(chǎn)物是加成的最初產(chǎn)物是酰胺酰胺RCNRCOH2NHH+RCNH +H2O2022-3-2073RCNHOHRC NH2OH2O互變異構(gòu) 在堿的存在下，腈首先與強親核試劑在堿的存在下，腈首先與強親核試劑OHOH- -作用，作用，其歷程如下：其歷程如下：RCNOHRCNO

50、H+-2022-3-2074ThorpeThorpe反應(yīng)反應(yīng)：兩分子腈發(fā)生的：兩分子腈發(fā)生的縮合反應(yīng)縮合反應(yīng), ,一份子腈一份子腈的的-碳加到另一個腈分子的碳加到另一個腈分子的CNCN碳上，類似于羥醛碳上，類似于羥醛縮合。縮合。CHCNC CNHCHCNHC CN+C2H5O-CCH3CH3(CH2)4CNNCCNNH2CNOH+堿H2OH+OOH-如如2，2-二甲基環(huán)己酮的合成：二甲基環(huán)己酮的合成：2022-3-20754 4、仲胺與醛酮在酸催化下的縮合得到烯胺的反應(yīng)、仲胺與醛酮在酸催化下的縮合得到烯胺的反應(yīng)NHOCH3CH3NCH3NHH+(90%)+如果甲基在雙鍵上，會和四氫吡咯環(huán)上的氫彼此排斥，如果甲基在雙鍵上，會和四氫吡咯環(huán)上的氫彼此排斥，使這個體系變得很不穩(wěn)定，因此以少量的副產(chǎn)物出現(xiàn)。使這個體系變得很不穩(wěn)定，因此以少量的副產(chǎn)物出現(xiàn)。NCH2CHCOOC2H5N+CH2CH COOC2H5+2022-3-2076N+CH2CH COOC2H5C2H5OHNCH2CH2COOC2H5CH2CHCOOC2H5NCH2CH2COOC2H5HCl H2O C2H5OHCH2CH2COOC2H5OCH2CH2COOC2H51)2)2022-3-2077ONHH+NBrCH2COOC2H5H2ON+CH2COOC2H5CH2COOC2H5OH2O2022-3-