第九章 碳氧双键的亲核加成

酸除了活化羰基外，还能与羰基形成氢键：
C O H Cl
质子性溶剂也起到同样作用：
δ δ
δ
δ
都使羰基活化。
C O H Sol
小结：
不论是碱催化还是酸催化，都是亲核加成反应 碱的作用是使弱的亲核试剂变成强亲核试剂 酸的作用是活化羰基碳原子，利于亲核试剂的进攻。
二. 影响亲核加成的因素
1.羰基的活性
HCOH > RCHO > RCOCH3 > RCOR > C6H5COR
OH H C CN Ph
K>104
HCN
K=210
CCl3CHO
H2O Cl3C
OH C OH
Cl Cl C Cl H C H O O H
H
① Cl3C 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。 CH3 OH CH3 C O HCN K>1 C CH3CH2 CH3CH2 CN
O
酸催化：
第一步：
A C B O
C B + H Nu OH
H A
-A
A C B OH
Nu H
A C B OH
Nu
第二步： A
A C B OH
A
A C B + HA OH
决定反应速率的是第二步，是Nu -进攻中心碳原 子的一步。 第一步，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。
Et Et Et Et C O C O
HCN
Et2COH CN
K=38
-4
NaHSO3
Et2COH SO3Na
K=4× 10
三. 亲核加成反应的实例
对于羰基的亲核加成反应， 碳负离子作为进攻 试剂，亲核性最强，这里予以着重介绍。 Wittig 反应 和 羟醛缩合反应
1. Wittig 反应
Wittig 试剂：
Ph3P C R2
膦的内 盐
Ph3P CH2
膦的叶立德 (ylid)
Ph3P CHR (RO)3P CHR
(n-Bu)3P CHR
Wittig 试剂与羰基发生亲核加成反应，生成烯烃：
C O
Ph3P C
R R'
C
R C R'
1) 反应机理
C O + Ph3P
CR2
C O R2C PPh3
C O
C O R2C PPh3
C O R2C PPh3
C + PPh3 R R
氧膦环丁烷中间体
三苯基氧膦是非常稳定的。 反应向右进行。
CHO Ph3PCHCH3 COOCH2CH3
CH
CHCH3 Ph3P O
COOCH2CH3
O
H+ H2O
Ph3P CHOCH3
CHOCH3
CHO
2. 羟醛缩合 (Aldol Reaction)
C > N > O > X
试剂的亲核性依次减弱
如：
CH3 > NH2 > OH
② 试剂的可极化度越大，则利于亲核加成 反应的进行。 CH3CH(OH)2 K≈ 1 CH3CHO + H 2O K≈ 104 CH3CHOH CH3CHO + HCN
CN
Байду номын сангаас
③ 空间效应 具有较小体积的亲核试剂，利于反应进行。
(CH3)3C (CH3)3C C O HCN (CH3)3C (CH3)3C OH C CN K<<1
Nu
R R'
C
O
R C R'
O Nu
sp2杂化 平面三角型 键角：120° 109°28 ′
sp3杂化 四面体
产物中基团拥挤程度增大。 R 越大，妨碍Nu进攻C原子。
2. 亲核试剂的活性
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。
在酸或碱的催化下 α－ 氢的醛或酮 缩合反应 羟醛缩合 β- 羟基醛或酮
CH3CHO + CH3CHO
反应机理 碱催化 Step 1
O HO + H CH2CH
OH
O CH3CHCH2C H OH
O HOH + CH2 CH
O CH2 CH
烯醇负离子
Step 2
O CH3CH
O CH2 CH CH2 O CH
-HCl
OH CH3C CH2
羰基质子化及烯醇的生成
CH3 CH3C CH2 + C OH CH3
+ OH H3C C CH2 CH3 -H+ C CH3 OH CH3
酮的缩合反应常在 酸催化下进行。
OH CH3 C OH CH3
O C CH2 CH3 C CH3 OH
OH
CH3C CH2
烯醇进攻质子化的羰基
反应活性取决于羰基的中心碳原子带有正电 荷的多少。 电子效应和空间效应
(1) 电子效应 当羰基与具有+I或+C的基团直接相连时， C O 由于增加了中心碳原子的电子云密度，故 Y 使反应活性降低。 当Y:
C C, C C, Ph
HCN
时，基团具有+C效应，
羰基活性降低。
CH3CHO
PhCHO
OH H C CN CH3
O
O
CH3CHCH2CH
An alkoxide ion
OH O OH
Step 3
O O CH3CHCH2CH
HOH
CH3CHCH2CH
Stronger base
Weaker base
碱催化利于醛的缩合，而不利于酮的缩合。
酸催化：
O CH3CCH3 + H Cl OH CH3C CH2 H + Cl
第九章
羰基的亲核加成
(nucleophilic Addition)
一、羰基的亲核加成反应机理：
O 慢 碱催化： A C B A C B Nu Nu OH O H A C B 或E+ A C B Nu Nu
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 + B Nu + HB