碳杂重键的加成.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,高等有机化学,7.,碳杂重键的加成,(Addition to Carbon Hetero Multiple Bonds),7.1,反应机理,7.1.1,碱催化机理,7.1.2,酸催化机理,7.2,羰基活性,(Reactivity of the Carbonyl Group),7.2.1,底物,7.2.2,亲核试剂,7.3,亲核加成反应的立体化学特征,(Stereochemistry of,Nucleophilic,Additions),7.3.1 Cram,规则,7.3.2,Felkin-Ahn,规则,7.3.3,Prelog,规则,7.4,羰基化合物的亲核加成反应实例,7.4.1,Wittig,反应,反应机理,膦叶立德(,Ylide,),7.4.2,羟醛缩合反应,反应机理,7.5,羧酸衍生物与亲核试剂的加成反应,7.5.1,反应机理,7.5.2,反应活性,Claisen,酯缩合反应及相关反应,7.6,金属氢化物与羰基的加成反应,反应机理,反应的立体化学,7.7,-,不饱和羰基化合物的加成反应,7.7.1,反应机理,7.7.2,影响加成方式的因素,7.8,碳氮的亲核加成反应,7.8.1,亚胺的亲核加成,Mannich,反应,7.8.2,腈的亲核加成反应,Thorpe,反应,7.1.1,碱催化机理,慢,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。,为使亲核试剂的负电荷裸露出来，增加亲核性，常需碱催化,7.1,反应机理,7.1.2,酸催化机理,羰基质子化，可以提高羰基的反应活性，,羰基质子化后，氧上带有负电荷，很不稳定，,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。,酸与羰基形成氢键,都使羰基活化。,质子性溶剂也起到同样作用,7.2,羰基活性,(Reactivity of the Carbonyl Group),7.2.1,底物,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,当羰基与具有,+I,或,+C,的基团直接相连时，,由于增加了中心碳原子的电子云密度，故,使反应活性降低。,当Y:,时，基团具有,+C,效应，,羰基活性降低。,Cl,3,C,是强吸电子基团，使,羰基带有更多的正电荷；,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。,Nu,sp,2,杂化,平面三角型,sp,3,杂化,四面体,键角：,120,10928 ,产物中基团拥挤程度增大。,R,越大，妨碍,Nu,:,从背后进攻,C,原子。,角张力缓解：,sp,2,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10928 ,角张力得到缓解。,这里，角张力缓解程度不大。,7.2.2,亲核试剂,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。,试剂的亲核性依次减弱,如：,试剂的可极化度越大，则利于亲核加成反应的进行。,具有较小体积的亲核试剂，利于反应进行。,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。,7.3,亲核加成反应的立体化学特征,(Stereochemistry of,Nucleophilic,Additions),一个原子连接的四个基团或原子中有两个相同的,如,CX,2,YZ,则这个原子被称为前手性中心,(,Prochiral,centres,),该分子被称为前手性分子,(,Prochiral,centres,),前手性分子,(,Prochiral,centres,),的手性合成意义,7.3.1 Cram,规则,a,-,碳原子如果是手性中心，能够对新生成手性中心的形成产生影响,Cram,规则,7.3.2,Felkin-Ahn,规则,a,-,碳原子如果是手性中心，能够对新生成手性中心的形成产生影响,Felkin-Ahn,规则,场效应对,Felkin-Ahn,规则的干扰,7.3.3,Prelog,规则,b-,以远手性中心对前手性中心的影响,Prelog,规则,Wittig,试剂,膦的内 盐,膦的叶立德,(,ylid,),Wittig,试剂与羰基发生亲核加成反应，生成烯烃,7.4,羰基化合物的亲核加成反应实例,7.4.1,Wittig,反应,反应机理,甜菜碱,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,Wittig,试剂,:,膦盐在强碱的作用下制备,Wittig,反应应用范围很广,对于,试剂只与羰基作用。,7.4.2,羟醛缩合反应,(,Aldol,Reaction),具有,氢的醛或酮,在酸或碱的催化下缩合，反应生成,-,羟基醛或酮,的反应,反应机理,碱催化,Step 1,烯醇负离子,Step 2,Step 3,Stronger base,Weaker,base,碱催化利于醛的缩合，而不利于酮的缩合,酸催化,羰基质子化及烯醇的生成,烯醇进攻质子化的羰基,酮的缩合反应常在,酸催化下进行。,7.5,羧酸衍生物与亲核试剂的加成反应,7.5.1,反应机理,L:,离去基团,加成消除反应,在,Nu,上引入酰基的反应,7.5.2,反应活性,作为酰基化试剂，其活性为：,X:,具有,-I,、,+C,效应。,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。,酰胺中的,NH,2,的,+C,、,-I,效应，使羰基的反应活性,降低。,酸酐中的酰基是吸电子基团，使酰氧键易于断裂，,酸酐的反应活性比酯大。,Claisen,酯缩合反应及相关反应,1.,酯的水解,酰氧键,的断裂,烷氧基的,断裂,无论是酸催化还是碱催化，一般发生酰氧键断裂。,酸催化,反应机理,RO-,比,ROH,不易离去,碱催化,反应机理,羧酸根离子的生成，使碱催化下,的酯水解反应不可逆；但酸催化,的酯水解反应可逆。,若,RO,中的,C,原子是三级碳原子时，在酸催化时，,发生烷氧键断裂：,由于含有三级碳原子基团的空间效应，使得水分子难于进攻羰基，同时也不利于质子转移。,2.,Claisen,酯缩合反应及相关反应,两个酯分子至少有一个酯分子是含有,氢,，,在强碱的作用下，相互缩合成,羰基酯,反应机理,第一步,第二步,第三步,由于是可逆反应，至少需要,2,分子的酯分子作为亲核试剂，,使平衡向右移动。,反应需要,过量的强碱,含一个,-,氢原子的酯缩合反应,需在非常强,的碱作用下,两种,不同酯仅一个含,-,氢,含,氢的醛、酮、腈都能酯发生缩合反应。,一般选用无,氢的酯作为底物,分子内也能发生酯缩合反应,Dieckmann,反应,7.6,金属氢化物与羰基的加成反应,络合金属氢化物：,负,氢的给予体,LiAlH,4,不,还,原,NaBH,4,还原,不,还,原,NaBH,4,的选择,性强,还原,LiAlH,4,的,还原反应,通常在醚,中进行,选择性还原,遵循,Cram,规则,75%,92%,当,3,，,5,位上没有取代基时，主要生成平伏键的醇,当,3,，,5,位上有取代基时，主要生成直立键的醇,83,7.7,-,不饱和羰基化合物的加成反应,7.7.1,反应机理,1,4,加成,1,2,加成,7.7.2,影响加成方式的因素,羰基活性大，试剂的亲核性强时，两者空间位阻都小时，一般按,1,，,2,加成；反之按,1,，,4,加成,醛1，2-加成，酮1，4-加成,7.8,碳氮的亲核加成反应,7.8.1,亚胺的亲核加成,Mannich,反应,7.8.2,腈的亲核加成反应,Thorpe,反应,