親核加成反應

1、1. 重要的親核加成反應（1） 加氰化氰 醛、脂肪族甲基酮和含8 個碳以下的脂環(huán)酮都可以加氰化氫，生成氰 醇（ a-羥基腈）。=。+ HCN a -羥基腈實驗證明堿對這個反應的影響頗大。例如，丙酮和氰化氫作用，不加任何催化劑,3至 4小時 內(nèi)只有 50%的丙酮起反應;當加入一滴氫氧化鈉溶液，反應在兩分鐘內(nèi)完成。若加入酸，反 應速度減慢；加入較多的酸，放置幾個星期也不反應；因為氫氰酸是弱酸,酸或堿的存在將 直接影響它的電離平衡。HCN 晉 H+CN加入堿，平衡向右移動，CN-的濃度增加；加入酸，平衡向左移動，CN-的濃度降低。這些 事實說明在丙酮與氰化氫的反應中起決定作用的是CN-本身的性質(zhì)和濃

2、度。R(H) +CNR醛、酮加氰化氫的反應是可逆的，親核試劑是CN-,R(H) +CNRh+RCR(H) 快 RfR(H)CNCN反應分兩步進行，第一步是CN-進攻羰基碳，生成氧負離子中間體。這是個慢步驟，也是決 定速度的步驟。第二步是氧負離子中間體和質(zhì)子結合，形成氰醇，這是個快步驟。醛、酮和氰化氫直接加成反應的產(chǎn)率較好，但是氰化氧有劇毒，且揮發(fā)性大（沸點26.5C）。 使用起來不安全。為了避免反應中直接使用氰化氫，一般采用醛或酮與氰化鉀（鈉）的水溶液 混合，然后加入無機酸，使氰化氫一旦生成立即和醛或酮作用。 .但在加酸時應控制溶液的 pH值，使之始終偏于堿性（pH98），以利于反應的進行。醛

3、、酮加氰化氫在有機合成中很有實用價值。它是增長碳鏈的一種方法;此外加成物含 有雙官能團， 是一類較活潑的化合物， 可進一步轉(zhuǎn)化為多種其它化合物。 例如：H +O3OCH CCH + HCN33CH3OHNCHH +O3OCH CCH + HCN33CH3OHNCH3OHCH3fCOOHCH3ACH NH22濃H2so4，ACH OH3OH CH C一C、2OCHCH33a -甲基丙烯酸甲酯(90%)a -甲基丙烯酸甲酯是合成有機玻璃一一聚a -甲基丙烯酸甲酯的單體。(2)加亞硫酸氫鈉 大多數(shù)醛、脂肪族甲基酮和 8 個碳以下的脂環(huán)酮與亞硫酸氫鈉飽和溶液 (40%)加成，生成白色的a-羥基磺酸鈉晶

4、體。0_ _cH3C (H) NaHS3叫aR(H)a 0_ _cH3C (H) NaHS3叫aR(H)a -羥基磺酸鈉a -羥基磺酸鈉易溶于水，不溶于醚或飽和亞硫酸氫鈉溶液，所以常用該反應定性地鑒別某 些醛、酮，因為反應是可逆的，若向羥基磺酸鈉溶液中加入酸或堿，共熱后又可以得到原來 的醛、酮。HCH、3、CH CScNaC=+ NaHSRR(H)(H)嚴一 NaCl+S2+H2Na SO +C +H 2322所以，利用該反應還可以分離或提純某些醛、酮。醛、酮加亞硫酸氫鈉與加氰化氫的反應歷程類似，親核試劑是亞硫酸氫根離子中帶有孤電子 對的硫，其歷程可以表示如下：RC-CH3(h)+ :S_H-

5、ORfCHjH)-SO3H 3 -OH曲OHRfCH$H)RfCHH)SO： 3SO3Na這種加成反應是可逆的，最初形成的中間體分子內(nèi)含一個強酸性基團(一SO)和一個強堿基 團(/C ),分子內(nèi)的酸堿反應生成a-羥基磺酸鈉。大多數(shù)醛都可以發(fā)生這種反應，但對酮的結構要求比較嚴格。因為亞硫酸氫根的體積比 較大，羰基碳上所連烴基體積太大時，加成反應將受到空間阻礙，所以，除甲基酮和低分子 量的脂環(huán)酮外，其他的酮較難和亞硫酸氫鈉發(fā)生加成反應。a-羥基磺酸鈉和等當量的氰化鈉作用，磺酸基可以被氰基取代，生成a-羥基腈，這是 制備a-羥基腈的好方法。它的優(yōu)點是避免使用劇毒的氰化氫，而且產(chǎn)率也較高。例如：HH叫

6、莎一SyNa 乩叫莎一CN 4 與氨的衍生物加成縮合 醛、酮也能和氨的衍生物，如羥氨、肼、苯肼、2,4-二硝基 苯肼以及氨基脲等反應，分別生成肟、腙、苯腙、2,4-二硝基苯腙以及縮氨脲等。其反應可 用通式表示如下：/C=O 軒:c=Ohv/(jOh-Nhyhnhy+-FH2/C NHYzd一NHY 1/C=O 軒:c=Ohv/(jOh-Nhyhnhy+-FH2/C NHYzd一NHY 1/PNHYI f-H=；c=NYNO2YOhH NY 羥氫2 /C=NT 肟苯腙NH2 肼NH3NO22 4-二硝基苯肼2，4-二硝 基苯腙0nhcnH2氨 基脲縮氨脲反應分兩步完成，首先氮原子上的孤電子對作為

7、親核試劑與羰基進行親核加成，生成加成中一/C=N間產(chǎn)物。而后，加成產(chǎn)物失去一分子水，形成含有-結構的化合物。在這些反應中所用的氨的衍生物又叫羰基化試劑，它們的親核能力比CN-弱，反應常常 需要酸催化。酸的作用是使羰基質(zhì)子化，增加了羰基碳的親電能力，使其有利于親核試劑的 攻擊。C=O+ H+C=OH但是，反應不能用強酸催化，因為在強酸性介質(zhì)中氨的衍生物也要質(zhì)子化，生成銨離子。NH 丫+ 屮 =N H_Y23銨離子因缺乏未共用電子對而喪失了親核能力，因此，常常需要把反應介質(zhì)調(diào)節(jié)到一個適當 的pH值，即在這個pH值時，既能保證羰基達到足夠的質(zhì)子化，又能保證游離堿未質(zhì)子化 的氨衍生物 )的足夠濃度。許

8、多醛、酮與氨的衍生物的加成縮合產(chǎn)物，如肟、腙、苯腙、縮氨脲等，都是很好的結 晶，收率高，易于提純，具有固定的熔點，由熔點的測定可以與已知物的熔點核對比較，推 斷它們是由何種醛或酮所生成，用來鑒定醛和酮。肟、腙、苯腙、縮氨脲與稀酸共熱可水解 生成原來的醛和酮，因此這一反應也常用來從混合物中分離和精制醛或酮。通常分子量高的 醛和酮采用生成肟的方法；一般醛和酮采用生成苯腙的方法；低分子水溶性的醛和酮采用生 成 2,4 一二硝基苯腙的方法。這主要是根據(jù)它們的溶解度和熔點來抉擇。醛、酮與氨的反應一般比較困難，只有甲醛容易，但生成的亞胺類似物(H2C=NH)不穩(wěn) 定，能很快聚合生成六亞甲基四胺，俗稱烏洛托

9、品，可被用作有機合成中的氨化試劑，也可 用作酚醛樹脂的固化劑及消毒劑等。H2ENH3H2C=Nh i3HCHH2ENH3H2C=Nh i3HCHONH3伯胺和醛、酮反應，生成的取代亞胺叫薛夫(Schiff)堿?！盋=O+ H2NR/C=NR+ H2O食品和發(fā)酵制品在加工貯存過程中發(fā)生的非酶褐變，它的初始階段就是醛糖或酮糖的羰基和氨基酸中的氨基反應，生成薛夫堿。脂肪族取代亞胺一般不太穩(wěn)定，而芳香族取代亞胺則是比較穩(wěn)定的化合物，可以分離出來，例如：3CHO+H2N +H2O苯亞甲基苯胺（84-87%）取代亞胺是有用的合成反應中間體，經(jīng)過催化氫化可以還原為仲胺?！眀N R(Ar) H2pt. 一 C

10、一 NR Ar)H H取代亞胺仲胺仲胺和醛、酮反應，加成物采取另一種脫水方式，即脫去B碳原子上的氫，生成烯胺 （enamines）。CkC=O+HNR；-Hl?o-CkC=O+HNR；-Hl?o-I CIH2H刃.R2牯C罕一R烯胺烯胺的結構和烯醇很相似，兩者在性質(zhì)上也有類似之處。可以在烯胺雙鍵碳上引入各種 基團。3 羰基加成反應的立體化學 羰基官能團中與碳直接相連的兩個原子在一個平面內(nèi)，如甲醛所在的平面就是分子的對稱面，面內(nèi)還有一個c2對稱軸。通過c2對稱軸操作可以使上下兩面互換位置，這種面稱為 全同面（homotopic face）。用氘代鋰鋁（LiAlD4）還原甲醛，無論負氘從羰基平面的

11、上邊還 是下邊進攻，得到的是相同的化合物。Dh/DJD/CPHHDDh/DJD/CPHHD乙醛分子中的碳基平面也是分子的對稱面，但對稱面內(nèi)沒有C2對稱軸，上下兩面不能 互換。這種面稱為對映面（ enantiotopic face）。H；囲沖 H；Lod + PODH3C Si 烏/H3C DR-S-從上面看下去，根據(jù)次序規(guī)則，原子團）從大到小是順時針的，稱其構型為re-型。而從 下面望上去，根據(jù)次序規(guī)則，原予團）從大到小是逆時針的，這種構型稱為si-型。氘代鋰鋁 還原乙醛時，負氘從re-面進攻時得到的產(chǎn)物構型是R,從si-面進攻得到的產(chǎn)物構型是S（要 注意從re-面進攻或從si-面進攻和產(chǎn)物的

12、R-或S-構型無直接必然的聯(lián)系，仍需根據(jù)手性碳原 子上的原子排布來定）。試劑進攻羰基平面時并無選擇，機會相等，因此得到等量的R-和S- 構型的產(chǎn)物的混合物，即外消旋體。HO CH CHC23H CH3R-(-)-2- 丁醇H C H3R-(+)-2-丁 醇CH CH 6cH2 HH3HO CH CHC23H CH3R-(-)-2- 丁醇H C H3R-(+)-2-丁 醇CH CH 6cH2 HH3有對映面的羰基化合物在非手性環(huán)境中加成反應得到的是外消旋體，與手性試劑發(fā)生加 成反應則得到兩個含量并不等同的非對映異構體，如：Hc=o R*MgXC _OMgXhh3C33S-H+ QOMgXH C3

13、R- S-：R-知:R*這是由于手性試劑從re-面和si-面進攻時形成的兩種過渡態(tài)之間并不是對映的關系，所 需活化能不一樣，因此會有所選擇。這種選擇又稱為對映選擇。對映選擇的兩個反應速度不 一樣，所得產(chǎn)物的數(shù)量也不一樣。12.2.2 a氫的反應醛、酮分子中的a氫原子由于極性羰基的影響而活潑。HHCH j2OHH H(R)這主要是由兩種不同的電子效應所引起的。一種是羰基的吸電子誘導效應，使a碳原子上 的電子云密度降低；另一種是a碳氫鍵與羰基的n鍵存在o n超共扼效應。二者都有利 于a氫原子的離解，和碳碳雙鍵相比，羰基的極性更大，導致的超共扼效應更強，a氫 原子有更大的離解傾向。同時，醛、酮失去質(zhì)

14、子后形成的負碳離子，由于電子的離域作用， 使負電荷更加分散，從而增加了負碳離子的穩(wěn)定性。H+H+公_=0-c_c=o 三所以醛、酮的a氫原子具有一定的酸性。例如，乙烷、丙酮和乙醛的碳氫鍵的pKa分別 為 50、 20 和 17。12.2.3 氧化與還原反應1.氧化反應 醛和酮在結構上的差異主要表現(xiàn)在醛有一個氫原子連在羰基碳上，而酮羰基則沒有，因此在氧化時它們表現(xiàn)出明顯的差別。醛很容易被氧化成羧酸，酮則不易被氧化。例如，較 溫和的氧化劑托倫試劑（硝酸銀的氨溶液）或費林試劑（硫酸銅溶液和酒石酸鉀鈉的堿性溶 液）都可以使醛氧化。托倫試劑起氧化作用的是銀氨絡離子中的銀離子。醛和托倫試劑作用，醛被氧化羧

15、酸，銀離子被還原成金屬銀。RCHO+ ZAgCNd.OH RCOONH4 +2A+ 鳥0 + 3“烏 若反應器皿很潔凈，析出的細微銀?？梢愿皆诠饣钠鞅谏希纬善恋你y鏡，所以這種反 應又叫銀鏡反應。費林試劑起氧化作用的是二價銅離子，醛和費林試劑作用，醛被氧化成羧酸，二價銅離 子被還原成磚紅色的氧化亞銅沉淀。RCHO+ 2Cu(OH) + NaOH 匕=RCOONa+ 電0丫+ 3烏0 甲醛還原能力較強，氧化亞銅可繼續(xù)被甲醛還原，生成“銅鏡”。費林試劑的氧化作用比托倫試劑更弱，它不能氧化芳香醛(Ar CHO)。托倫試劑和費 林試劑常用于鑒別醛、酮。費林試劑還常用于糖的定量測定。托倫試劑和費林試劑不與和一托倫試劑和費林試劑不與