亲核加成反应(1).ppt
亲核加成
二 炔烃的亲核加成
定义：亲核试剂进攻炔烃的不饱和键而引起的加成 反应称为炔烃的亲核加成。
常用的亲核试剂有： ROH（RO-）、HCN（-CN）、RCOOH（RCOO-）
碱，150-180oC
1. CHCH + HOC2H5
聚合，催化剂
[ CH2-CH]n
CH2=CHOC2H5 粘合剂
OC2H5
炔烃亲核加成的区域选择性：优先生成稳定的碳负离子。
第七章 亲核加成
(nucleophilic Addition)
反应类型：
烯烃的亲核加成反应 炔烃的亲核加成 羰基的亲核加成 羧酸衍生物与亲核试剂的反应 金属氢化物与羰基加成反应 α，β-不饱和羰基化合物的加成反应 碳－氮的亲核加成反应
一.烯烃的亲核加成反应
当烯烃连有吸电子基团时易发生亲核加成反应
产物中基团拥挤程度增大。
R 越大，妨碍Nu进攻C原子。
角张力缓解：
OH C N
O H C NK = 1 0 0 0 0
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。
O + H C N
C O N HK = 1 0 0 0
O
O H
ACB O H
ACB+HN u O H
N uH
N u
ACBA ACB+H A
O H
O H
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。
酸除了活化羰基外，还能与羰基形成氢键：
亲核加成
NO2
_ + CH3
H H H C C NO2 CH3 NO2
2
碳-碳双键的亲核加成反应
• 亲核试剂对碳-碳双键加成的反应历程： • 反应的第一步是亲核试剂带着一对电子进攻双键 上的一个碳原子，而电子则被集中到另一个双键 碳原子上形成碳负离子，这是慢的一步。第二步 是碳负离子与质子或带正电荷的物质结合形成产 物。
+ E+ C C Nu E C C Nu
3
C C
+ E Nu
• 一些常见得促进亲核加成反应的取代基有： CHO、 COR、COOR、 CN、NO2、 CONH2、SO2R等。 它们通过降低碳-碳双键碳原子上的p电子云密度 来促进亲核试剂的进攻，但更重要的是，这样的 取代基能使生成的碳负离子中间体的负电荷分散 而得到稳定。
C2H5O
-
H O C C C CH3
1)水解 2)加热
O
7
碳-碳三键的亲核加成反应
• 碳-碳三键通常比双键更容易被亲核试剂进攻，而较难被 亲电试剂进攻。这是因为碳-碳三键之间的距离较短，三 键中的电子被束缚的比双键中的紧，所以进攻的亲电试剂 夺取三键中的一个电子较困难。从杂化角度来考虑，三键 碳原子(sp杂化)比双键碳原子(sp2杂化)具有较多的s成分， 因此它与电子的结合力较强，表现出较强的亲电性。
O
NH2NH2
NNH2
NH2NHCONH2
NNCONH2
RSH
• 羰基化合物与醇的反应
• 醛(酮)能与一分子醇加成生成半缩醛(酮)。半缩醛(酮)不稳 定，容易分解成醛(酮)和醇或与另一分子醇进一步缩合， 生成缩醛(酮)。 • 由于缩醛(酮)生成后又可水解成原来的化合物，故可利用 缩醛(酮)生成还保护醛(酮)基。 • 环状缩醛(酮)：最常见的是利用羰基化合物和乙二醇反应， 生成二氧戊环化合物，该化合物比烷基缩醛(酮)更加稳定， 可耐大多数碱性及中性的反应条件。
《亲核加成反应》课件
许多药物都是通过亲核加成反 应合成的，例如格列卫等，这 些药物对癌症等疾病的治疗具 有重要作用。
亲核加成反应还可以合成各种 农药，如杀虫剂、杀菌剂等， 这些农药对农业生产和植物保 护具有重要作用。
亲核加成反应与其他反应的串联
与氧化反应的串联
在亲核加成反应之后，往往需要进一步进行氧化反应以得到所需的产物。例 如，在合成己二酸二乙酯时，需要先进行亲核加成反应生成半酯，然后再进 行氧化反应得到己二酸二乙酯。
亲核加成反应的立体化学
区域选择性
在亲核加成反应中，进攻试剂首先与底物形成过渡态，然后 发生电子转移形成产物。由于过渡态的形状和能量与进攻试 剂和底物的立体结构有关，因此不同立体结构的进攻试剂和 底物在反应中具有不同的区域选择性。
对称性和立体化学
在双分子亲核加成反应中，进攻试剂和底物可以以两种不同 的方式相互结合，形成两种不同的过渡态。这两种过渡态具 有不同的能量和稳定性。因此，反应的立体化学性质取决于 进攻试剂和底物的对称性和立体结构。
如威尔金森催化剂、查尔酮催化 剂等，可以活化亲电试剂和亲核 试剂，促进亲核加成反应。
亲核加成反应的影响因素
电子效应
亲核试剂的电子云密度越高，越有利于亲核 加成反应。
空间效应
亲核试剂和亲电试剂的空间位阻会影响反应速率。
溶剂效应
溶剂的极性和介电常数会影响亲核加成反应 速率。
亲核加成反应的动力学模型
双分子亲核加成反应
亲核试剂和亲电试剂相互接近，形成过渡态，然后发生电子 转移，最后形成产物。
单分子亲核加成反应
亲核试剂首先与自身形成过渡态，然后发生电子转移，最后 形成产物。
04
亲核加成反应的应用与拓展
亲核加成反应在有机合成中的应用
有机化学—亲核加成
PhCHCN
PhCHCOOH
67%
5．影响亲核加成的因素 ．
影响亲核加成的因素
• ① 电子效应
• a．当羰基Ｃ上连有吸电基（-I，-C）时，吸电性增加， ．当羰基Ｃ上连有吸电基（ ， ） 吸电性增加， 使羰基C上的电子云密度减小，即增加了 原子的正电 使羰基 上的电子云密度减小，即增加了C原子的正电 上的电子云密度减小 荷，则有利亲核试剂的进攻。 则有利亲核试剂的进攻。
H+ H2 O △
CH2-CHCHO OH OH
4. 与含硫亲核试剂的反应
与含硫亲核试剂的反应
• 与亚硫酸氢钠的加成： 与亚硫酸氢钠的加成： • 亚硫酸氢钠可以和 醛 或甲基酮及8个C以下的环酮的羰 甲基酮及 个 以下的 以下的环酮的羰 发生加成反应，产物称为：亚硫酸氢钠加成物。 基发生加成反应，产物称为：亚硫酸氢钠加成物。
醛脂肪族甲基酮和八个碳以下的环内酮1与hcn加成cnohcoohohohchhcnchohcnch是制备醇的好方法2与grignard试剂加成替格氏试剂chchcchch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羰应时进攻试剂主要从位阻小的一边进攻羰基
羰基化合物的亲核加成反应
• 亲核试剂的亲核性增强，Kc增大。 增大。 亲核试剂的亲核性增强， 增大
CHO
CHO
+ HCN
+ HCN
CHOH CN
CHOH CN Br
Kc= 210
Kc= 530
Br
O R C R` 随着R、R` 、亲核试剂的体积增大，Kc减少。
谢谢！ 谢谢！
2）与醇加成
• 缩醛常用于保护醛基 • 如：
O O COC2 H5
第七章 亲核加成反应
高等有机化学第七章亲核加成反应食品学院应用化学系郑福平杨绍祥第七章亲核加成反应一、碳-碳双键的亲核加成反应二、碳-碳三键的亲核加成反应三、羰基亲核加成反应四、羧酸衍生物与亲核试剂的反应五、金属氢化物与羰基的亲核加成反应六、α,β-不饱和羰基化合物的亲核加成反应七、碳-氮重键的亲核加成反应八、分子内的自催化亲核加成反应2一、碳吸电子取代基（一）氰乙基化反应（二）Micheal二、碳C CC正电荷处于p轨道属于杂化碳电负性大，难以容纳正电荷。
叁键比双键易于亲核加成的原因1. 碳原子杂化状态不同。
叁键碳sp杂化，双键碳sp2杂化。
叁键碳s轨道成分多，电子云更靠近原子核，不易给出电子，易接受电子。
2. 亲核加成活性中间体稳定性不同。
决定性作用。
12三、羰基亲核加成反应15（一）羰基的亲核加成反应历程酸除了使羰基质子化外，还能与羰基形成氢键：2注意：不论是酸还是碱催化的反应，控制反应速度的一步都是亲核试剂进攻碳原子这一步，故它们都是亲核加成。
19（二）影响羰基亲核加成反应的因素当(2)2.(3)（三）羰基加成反应中立体化学（四）羰基化合物的亲核加成反应实例1、杂原子亲核试剂的加成除NaHSO外，一般K<1。
3许多羰基化合物与含杂原子亲核试剂发生不同程度的加成。
半缩醛（酮）天然产物中有重要作用。
链状K<1，环状K>1（葡萄糖，开链式占0.003%，主要以α和β-吡喃环式存在。
）31①39醛：第一步负碳离子的生成为速控步骤，第二步为快反应，第一步不可逆。
酮：速控步骤为第二步。
C -进攻酮比进攻醛羰基碳难得多。
碱催化利于有醛的缩合，而不利于酮的缩合。
②四、羧酸衍生物与亲核试剂的反应（二）结构与活性的关系作为酰基化试剂，其活性为：RCOCl>RCOSR'>(RCO)2O>RCOOR>RCONH2 X: 具有-I效应，C－Cl键的极性大。
酯中烷氧基具有+C效应，增大了酰基与烷氧基间的电子云密度，使酰氧键难于断裂。
《亲核加成反应》课件
总结词
未来，亲核加成反应的发展将更加注重绿色、高效、可 持续性。
详细描述
随着环保意识的不断提高和化学工业的发展，对亲核加 成反应的效率和环保性的要求也将越来越高。未来，需 要继续研究和开发新型催化剂和绿色合成方法，以推动 亲核加成反应的发展。同时，还需要解决反应过程中可 能出现的各种问题，如副反应、废物处理等，以满足可 持续发展的要求。
羧酸类底物在亲核加成反应中，与亲核试剂反应后生成酯类化合物 ，该类化合物具有较高的稳定性和较低的反应活性。
立体化学在亲核加成反应中的应用
立体化学
在亲核加成反应中，立体化学是一个重要的概念。它涉及到反应过程中空间构型 的变化以及反应速率与空间构型的关系。
手性
手性是立体化学中的一个重要概念。它是指一个物体不能与其镜像相重合的特性 。在亲核加成反应中，手性底物与手性亲核试剂的反应可以产生手性产物。
04
亲核加成反应的实验技术 与操作技巧
实验装置与操作流程
实验装置
包括反应器、温度计、搅拌器、冷凝器等 主要部件，以及必要的辅助设备和安全设 施。
VS
操作流程
包括反应物准备、反应器清洗、加料、反 应温度控制、产物分离和纯化等步骤。
反应条件的优化与控制
反应温度
温度对反应速率和产物质量有重要影响，需根据 反应物的性质和实验要求选择合适的反应温度。
亲核加成反应的催化剂与 促进剂
金属催化剂
01
02
03
铝催化剂
如AlCl3、AlBr3等，可通 过Friedel-Crafts反应引 发亲核加成反应。
锌催化剂
如ZnCl2、ZnBr2等，常 用于加成到烯烃或炔烃上 。
铁催化剂
如FeCl3、FeBr3等，可 促进碳碳双键的亲核加成 反应。
亲核加成反应
1. 重要的亲核加成反应(1） 加氰化氰 醛、脂肪族甲基酮和含8个碳以下的脂环酮都可以加氰化氢，生成氰醇（α-羟基腈）。
CO CHCNα-羟基腈实验证明碱对这个反应的影响颇大。
例如，丙酮和氰化氢作用，不加任何催化剂,3至4小时内只有50%的丙酮起反应;当加入一滴氢氧化钠溶液，反应在两分钟内完成。
若加入酸，反应速度减慢；加入较多的酸，放置几个星期也不反应；因为氢氰酸是弱酸,酸或碱的存在将直接影响它的电离平衡。
+H+--C O H HHNCN+加入碱，平衡向右移动，CN -的浓度增加；加入酸，平衡向左移动，CN -的浓度降低。
这些事实说明在丙酮与氰化氢的反应中起决定作用的是CN -本身的性质和浓度。
醛、酮加氰化氢的反应是可逆的，亲核试剂是CN -，其历程可以表示如下：反应分两步进行，第一步是CN -进攻羰基碳，生成氧负离子中间体。
这是个慢步骤，也是决定速度的步骤。
第二步是氧负离子中间体和质子结合，形成氰醇，这是个快步骤。
醛、酮和氰化氢直接加成反应的产率较好，但是氰化氧有剧毒，且挥发性大(沸点26.5℃)。
使用起来不安全。
为了避免反应中直接使用氰化氢，一般采用醛或酮与氰化钾(钠)的水溶液混合，然后加入无机酸，使氰化氢一旦生成立即和醛或酮作用。
.但在加酸时应控制溶液的pH 值，使之始终偏于碱性(pH ≌8)，以利于反应的进行。
醛、酮加氰化氢在有机合成中很有实用价值。
它是增长碳链的一种方法;此外加成物含有双官能团，是一类较活泼的化合物，可进一步转化为多种其它化合物。
例如：CH 3CH 3CH 2CH 3CH 3CH3CH 333)2CCH 2NH 2CH 33CO H O H O+C H C O O HNCNCO CCHO C H +O，Δα-甲基丙烯酸甲酯（90%） α-甲基丙烯酸甲酯是合成有机玻璃——聚α-甲基丙烯酸甲酯的单体。
C R R R`δ+O H ()+--慢快C H H NCN +R`)H (-C R O CN R`)H ((2)加亚硫酸氢钠 大多数醛、脂肪族甲基酮和8个碳以下的脂环酮与亚硫酸氢钠饱和溶液（40%）加成，生成白色的α-羟基磺酸钠晶体。
亲核加成
6 羰基的烯醇化及烯胺的烷基化 (1)烯醇化 (2)烯醇的碳烷基化与氧烷基化 烯醇中的氧烷基化较少,而一般是碳烷基化 (3)烯胺的烷基化 选用胺时一般以环状的仲胺较好
可以用合成增碳的酮与二酮.
二,羧酸衍生物的加成反应 羧酸衍生物的酯化与水解是可逆的,酯化与水解有酰氧断裂与
烷氧断裂历程
O 18
R C O H+
HR
如果用两种不同的具有α-H的醛缩合时为混合物，其产物复杂， 合成上意义不大。但无α-H的醛可以与有α-H 的醛发生羟醛缩合。 如：甲醛和乙醛缩合，再通过歧化反应可以生成季戊四醇。
(1)Claisen-Schmidt reaction
其过程是将酮滴加到无α-H的醛中。
_
C6H5 CHO + CH3CH2CHO OH o 10 C
EtONa EtOH
COOC2H5 CH3
O
O
EtONa
4
CH2(COOEt)2 + CH2 CH2
O
O
EtOH
COOEt
合成: 应用庚二酸二乙酯与某种原料合成时可以得到下列产物
O
COOEt
O
O
写出下列反应历程
合成
R L
M HNu
R L
M
Nu
OHSLR3 简单的亲核加成反应 (1)羰基与水形成水合物
H3C C = O + H2O
H
H3C O H C
H OH
A 对于多数醛酮平衡偏向左边，故醛的水合物多不稳定，
它们容易脱水而生成醛酮。
B 甲醛在水中可以完全变成水合物，但不易分离。
C 含吸电子基的羰基化合物其水合物比较稳定.如:三氯乙
Michael加成反应 (1)定义 活泼次甲基的阴碳离子向α,β不饱和羰基或不饱和羧 酸衍生物等共轭体系进行的共轭加成称为Michael加 成
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醛（酮）与含氮亲核试剂的反应
含氮亲核试剂如氨的衍生物和醛（酮）能发生亲核加成反应，而且加成后往往 发生β-消去，得到加成-消去产物。氮的亲核反应主要包括两种类型的反应，即： 1）醛（酮）与氨衍生物的亲核加成；2）Mannich反应。
1）醛（酮）与氨衍生物的亲核加成
试剂主要进攻方向 H
O O
试剂主要进攻方向 H
R4 N O
R2
R1
R3 假定R2＜R3
R2
R1
R3
Cornforth规则：当酮的手性碳原子上连有卤原子时，羰基加成则遵守此规则。 由于卤原子和羰基氧原子的电负性很大，都带有部分负电荷，它们之间相互 排斥的结果形成了“类反型的”构象，此时卤原子与羰基处于对位交叉位置， 反应时试剂从空间阻碍较小的一边进攻。
醛（酮）中羰基的亲核加成反应
影响羰基活性的主要因素
（1）取代基诱导效应与共轭效应的影响
羰基上连有吸电子基团，增加活性；羰基上连有给电子基团，降低活性。 连有芳基的醛（酮）比连有烷基的醛（酮）活性小。因为芳基与羰基具有共轭 效应，稳定了醛（酮），而亲核加成则破坏了两者间的共轭体系。
（2）空间效应的影响
醛（酮）与羧酸衍生物都含有羰基，故都表现出亲电性质，易被亲核试剂进攻， 因此亲核加成反应是它们共同的主要反应，其反应通式可分别表示为：
O
+ :Nu
R
H(R1)
O
R
Nu
H(R1)
OH
H
R
Nu
H(R1)
O
R
L
+ :Nu
O
R
Nu
L
O
+ :L
R
Nu
醛（酮）与羧酸衍生物的亲核加成反应有两点区别。
1）由于羧酸衍生物中离去基L上的未共用电子对参与羰基的共轭，削弱了其羰 基的活性，故醛（酮）中羰基的活性（尤其是醛）比羧酸衍生物的大，所以一 般的讲，羧酸衍生物是较弱的亲电试剂，通常只能和亲核性强的亲核试剂（如 R－、RO－、HO－等）发生反应。
Me3C
H H
O H AlH3
H
a
H
b
在过渡态a中，试剂处于内侧，羰基处于偏水平的方向，环系比较平展，扭转 张力未增加，且由于试剂体积小，尽管处于内侧增大了拥挤程度，但由于试剂 的体积小，立体张力增加很小；而在b中，显然试剂在外侧拥挤程度小，立体 张力未变，但羰基此时处于偏垂直方向，使环变的比较曲折，扭转张力增加较 大。因此过渡态a比b能量低，a更容易生成，故试剂倾向于从内侧进攻，得到 反-4-叔丁基环己醇为主产物。
对于较复杂的稠环酮类，当羰基一边的位阻很大时，亲核试剂都倾向于从位阻 小的一边进攻。如樟脑分子中碳桥一边的位阻很大，试剂不管是体积大的还是 体积小的，都更容易从位阻小的桥对面的一边进攻。
O
reducing agent
OH
H
+
H
OH
还原剂 三仲丁基硼氢化锂
硼氢化钠
异冰片（外型%
羰基所连接的基团空间位阻或空间张力愈大，则羰基的反应活性愈小。一是由 于大的位阻会阻碍亲核试剂的进攻；二是醛（酮）羰基碳原子为SP2杂化，键 角为120°，而加成产物中原羰基碳原子变成了SP3杂化，键角为109°28′， 基团体积大，加成后必然张力增加也大，使亲核加成难以进行。
（3）溶剂的影响
羰基加成的立体化学
（3）羟醛缩合反应的立体化学 一般的混合羟醛缩合，常产生两种立体选择性。 赤型产物是指α-取代烷基与β-羟基在同一边的异构体。 苏型的则是α-取代烷基与β-羟基分别在两边。 为使混合羟醛缩合达到良好的立体选择性甚至立体专一性的目的，通常将醛 （酮）预先制成含锂、硼、锡、锗、钛等的烯醇盐，然后与另一分子的醛（酮） 反应。
连接的另外三个基团分别以L、M、S表示，假定作用物起反应时的构象是羰基
处在M、S之间，Nu－优先从位阻小的S一边进攻羰基，这样生成的产物为主要
产物。
O
S
主要产物
M
次要产物
RL
Cram规则二：当醛（酮）的手性碳原子上连有一个羟基或氨基等可以和羰基 氧原子形成氢键的基团，Nu－将从含氢键的环空间阻碍较小的一边进攻羰基， 这样的加成产物为主要产物。
R1
O + HNu
R2
R1
OH
R2
Nu
（1）α碳为手性碳的醛（酮）羰基加成的立体化学
Cram规则与Cornforth规则：反应中亲核试剂总是优先从空间位阻较小的方向 进攻羰基，对应于这种加成的反应物优势构象所导致的产物为主要产物。
Cram规则一：如果醛（酮）的羰基与手性碳原子直接相连，手性碳原子上所
Z
Z
O
R2 进 攻 方 向
O
R2
S
L
S
或
L
R1 Cl
R1
Cl
（2）非对称环酮羰基加成的立体化学
取代环己酮的还原反应
叔丁基环己酮分子中，根据构象分析可知，体积大的4-叔丁基只能以e键与环
相连，环也不能翻转，3,5位上的氢原子对亲核试剂的接近有一定的阻碍作用，
造成羰基的内侧比外侧拥挤，体积大的试剂更容易从外侧进攻，生成羟基处于
2）尽管醛（酮）与羧酸衍生物在亲核加成的第一步都是生成四面体中间体， 然而在反应的第二步，醛（酮）通常是加上一正离子（一般是H＋），生成加成 产物；羧酸衍生物则是脱去离去基L，重新恢复羰基，得到加成-消去产物。这 是由于醛（酮）中H－（R－）的碱性太强，离去倾向很小，不大可能作为离去 基离去。
羰基的亲核加成既可被碱催化，也可被酸催化。若加入碱，则生成了亲核性更 强的:Nu－；若加入酸，则羰基氧质子化，大大提高羰基碳原子的亲电性。
而对于碳桥一边位阻较小的降樟脑，情况则不同。体积大的还原剂主要从位阻 较小的外侧进攻，得到外型降冰片，若采用体积小的还原剂，则得到内型降冰 片。
O
OH
H
H
+
OH
降樟脑
外型降冰片
内型降冰片
结论：对于取代环己酮的还原，当空间位阻突出时，反应按反应物的优势构象， 试剂主要从空间位阻较小的一侧对羰基进行加氢，得到的产物主要是两个可能 的差向异构醇中较不稳定的一个。当试剂的体积小，空间位阻不突出时，试剂 则倾向于从空间位阻较大的一侧发生反应，得到的产物主要是较稳定的差向异 构醇。
a键的醇。
内侧
H O
H
Me3C
外侧
Me3C
H H
H
O
三仲丁基硼氢化锂
Me3C
H H
OH
H
+ Me3C
H H
H OH
H
H
H
93%
7%
当用体积小的试剂如硼氢化钠、氢化铝锂还原4-叔丁基环己酮时，主要产物则 为羟基处于e键的反式醇。
这是由于生成的反式醇与顺式醇经过下面两种过渡态：
Me3C
H H
H AlH3 O