亲电加成反应.pptx
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1、会计学1亲电加成反应亲电加成反应碳碳重键的加成碳碳重键的加成 电子易于极化,电子易于极化,利于亲电试剂的进攻,利于亲电试剂的进攻,容易发生亲电加成反容易发生亲电加成反应。应。Y Y:强吸电子强吸电子基团,如:基团,如:NO2、CF3、CN等,则等,则发生发生亲核加成反应亲核加成反应。叁键可以发生叁键可以发生亲电加成反应,亲电加成反应,但更易发生亲但更易发生亲核加成反应。核加成反应。第1页/共109页10.1.C-C双键的亲电加成反应双键的亲电加成反应反应机理:反应机理:1.正碳离子机理正碳离子机理试剂试剂亲电部分亲电部分E+亲核部分亲核部分Nu-第2页/共109页烯烃与卤素的加成反应,是由亲电
2、试剂首先进烯烃与卤素的加成反应,是由亲电试剂首先进攻的分步反应。攻的分步反应。实验一:实验一:下列实验可以用来说明:下列实验可以用来说明:说明该反应是离子型反应。微量水可促使环状溴正离子的形成。说明该反应是离子型反应。微量水可促使环状溴正离子的形成。第3页/共109页实验二:实验二:不同的取代乙烯与溴加成的相对反应速率:不同的取代乙烯与溴加成的相对反应速率:不同的取代乙烯与溴加成的相对反应速率:不同的取代乙烯与溴加成的相对反应速率:说明双键上电子云密度越大,反应速率越大。说明双键上电子云密度越大,反应速率越大。即该反应是由亲电试剂首先进攻的加成反应即该反应是由亲电试剂首先进攻的加成反应-亲电加
3、成亲电加成!第4页/共109页当体系中存在氯化钠时,则反应产物为混合物:当体系中存在氯化钠时,则反应产物为混合物:三种产物均含溴,但无三种产物均含溴,但无ClCHClCH2 2CHCH2 2ClCl生成生成!实验三:实验三:实验三:实验三:WhyWhy?第5页/共109页对实验三的解释:对实验三的解释:反应是分步进行的,首先生成环状溴正离子:反应是分步进行的,首先生成环状溴正离子:溴溴离子离子三种负离子的对环状溴正离子的竞争形成三种产物:三种负离子的对环状溴正离子的竞争形成三种产物:无无ClCH2CH2Cl!第6页/共109页烯烃加卤素的烯烃加卤素的立体化学:反式加成立体化学:反式加成!例:例
4、:溴分子中溴分子中Br原子距离很近,不可能同时从平面两原子距离很近,不可能同时从平面两侧加成,因此反应不是通过一步完成反式加成侧加成,因此反应不是通过一步完成反式加成第7页/共109页第一步:第一步:ENuE双分子历程双分子历程第8页/共109页第二步:第二步:ENuNuEE第9页/共109页实验事实实验事实:*HCl加到双键上按照加到双键上按照二级动力学二级动力学,对烯烃和对烯烃和HCl各为一级各为一级*质子加到双键碳原子上生成质子加到双键碳原子上生成C-H键是速度控制步骤键是速度控制步骤*对其他反应还有对其他反应还有重排产物重排产物第10页/共109页生成碳正离子生成碳正离子该反应分两步进
5、行:该反应分两步进行:第11页/共109页叔碳正离子叔碳正离子苄基碳正离子苄基碳正离子第12页/共109页反应特点:反应特点:1)产物是大约定量的顺反异构体:产物是大约定量的顺反异构体:没有立体选择性没有立体选择性第13页/共109页按正碳离子机理进行反应的底物结构是:按正碳离子机理进行反应的底物结构是:环状非共轭烯烃环状非共轭烯烃 正电荷能够离域在碳骨架的体系正电荷能够离域在碳骨架的体系2)重排产物的生成重排产物的生成第14页/共109页形成碳正离子形成碳正离子时,通过时,通过1,2氢或甲基迁氢或甲基迁移,形成移,形成更加更加稳定的碳正离稳定的碳正离子子,叫重排,叫重排第15页/共109页2
6、)鎓鎓鎓鎓型离子的机型离子的机型离子的机型离子的机理理理理反式加成反式加成溴鎓离子溴鎓离子Br-从体积较大的溴鎓离子的反面进攻碳原子从体积较大的溴鎓离子的反面进攻碳原子第16页/共109页 烯烃加溴历程:烯烃加溴历程:炔烃加溴历程:炔烃加溴历程:可见,烯、炔与可见,烯、炔与BrBr2 2、I I2 2的加成反应是由的加成反应是由BrBr+首首先进攻的,是亲电加成反应。先进攻的,是亲电加成反应。环状溴正离子环状溴正离子第17页/共109页其它亲电试剂如异氰酸碘氯、碘、次卤酸(其它亲电试剂如异氰酸碘氯、碘、次卤酸(HOCl、HOBr)芳基硫基氯()芳基硫基氯(RSCl、ArSCl)以及在水)以及在
7、水或醇存在下汞盐如或醇存在下汞盐如Hg(OCOCH3)2的加成的加成 第18页/共109页按按鎓鎓型离子机理进行反应的事实:型离子机理进行反应的事实:实验事实实验事实:*动力学上测得该反应为二级反应动力学上测得该反应为二级反应*立体化学:产物为反式加成产物立体化学:产物为反式加成产物*核磁共振已检测出鎓离子的存在核磁共振已检测出鎓离子的存在第19页/共109页按翁型离子机理进行反应的事实:按翁型离子机理进行反应的事实:按翁型离子机理进行反应的体系结构特点:按翁型离子机理进行反应的体系结构特点:1)底物是简单的烯烃或非共轭链的烯烃,底物是简单的烯烃或非共轭链的烯烃,即即C+不稳定的体系;不稳定的
8、体系;2)亲电试剂的进攻原子是第二周期以上的元素。亲电试剂的进攻原子是第二周期以上的元素。超强酸介质超强酸介质核磁共振表明核磁共振表明12个氢是等同的个氢是等同的第20页/共109页3)三分子亲电加成机理三分子亲电加成机理三分子亲电加成机理三分子亲电加成机理*一般说来一般说来,烯烃与卤化氢的加成为三分子亲电加成反应烯烃与卤化氢的加成为三分子亲电加成反应机理机理*按照三分子机理进行反应时按照三分子机理进行反应时,由于烯烃与一分子由于烯烃与一分子HX中中的的H+结合的同时结合的同时,另一方向又与第三个分子中的另一方向又与第三个分子中的HX或或X-结合结合,故加成的立体化学特征是反式加成故加成的立体
9、化学特征是反式加成第21页/共109页3.三分子亲电加成机理三分子亲电加成机理亲电试剂为亲电试剂为HX第22页/共109页常见的亲电试剂:常见的亲电试剂:第23页/共109页第24页/共109页Evidence for Cyclic Bromonium IonsDichloro and diiodo compounds behave much like the dibromideTwo distinct types of methyl groups for the fluoro compound indicates that a-fluorocarbocation is the major i
10、ntermediate for this compound.The fluorine resonance is alsoindicative of an open carbocation.The bromo compound exhibits only one methyl resonance even when cooled to-120 C.第25页/共109页第26页/共109页Syn and anti additions反应的立体化学反应的立体化学第27页/共109页However,osmium tetroxide is highly toxic(毒)毒)and is very exp
11、ensive.顺式环状锇酸酯顺式环状锇酸酯顺式加成:反应的两部分从底物同侧加成顺式加成:反应的两部分从底物同侧加成第28页/共109页H鎓离子没有苯基鎓离子稳定鎓离子没有苯基鎓离子稳定major第29页/共109页第30页/共109页反式加成反式加成It is anti addition(反式加成)反式加成)第31页/共109页第32页/共109页2.2.试剂的影响试剂的影响鎓离子稳定性鎓离子稳定性第33页/共109页烯烃与烯烃与BrBr2 2的加成的加成major第34页/共109页烯烃与烯烃与ClCl2 2的加成的加成major第35页/共109页烯烃与烯烃与HBrHBr的加成的加成maj
12、or第36页/共109页(4)(4)羟汞化羟汞化羟汞化羟汞化-脱汞化反应脱汞化反应脱汞化反应脱汞化反应烯烃与醋酸汞在水存在下反应,首先生成羟烷基汞烯烃与醋酸汞在水存在下反应,首先生成羟烷基汞盐,然后用硼氢化钠还原,脱汞生成醇。例如:盐,然后用硼氢化钠还原,脱汞生成醇。例如:总反应相当于烯烃与水按马氏规则进行加成总反应相当于烯烃与水按马氏规则进行加成。此反应具有反应速率快、条件温和、不重排和产率高此反应具有反应速率快、条件温和、不重排和产率高(90%)90%)的特点,的特点,是实验室制备醇的好方法。是实验室制备醇的好方法。思考题思考题:如何将:如何将3,3-3,3-二甲基二甲基-1-1-丁烯转化
13、为丁烯转化为3,3,-3,3,-二甲基二甲基-2-2-丁醇?丁醇?第37页/共109页Markovnikovs Rule(马氏规则)马氏规则)H原子加到含氢较多的双键原子加到含氢较多的双键C原子上原子上1.区域选择性好区域选择性好氢加在含氢较多的碳原子氢加在含氢较多的碳原子上上2.无重排反应发生无重排反应发生(经鎓离子和四员环都不会发生重经鎓离子和四员环都不会发生重排反应排反应第38页/共109页顺式顺式加成加成,氢加在氢加在含氢较少的双键碳原子含氢较少的双键碳原子上上缺电子硼进攻电子云密度较高碳原子缺电子硼进攻电子云密度较高碳原子,经环状四中经环状四中心过渡态心过渡态,氢从硼烷迁移到碳上氢从
14、硼烷迁移到碳上,因此是因此是顺式加成顺式加成(6)(6)硼氢化反应硼氢化反应 第39页/共109页氧化氧化:(RCH2CH2)3B (RCH2CH2O)3Bv水解水解:(RCH2CH2O)3B+3H2O 3RCH2CH2OH+B(OH)3H2O2OH-比较下列反应产物:比较下列反应产物:对对-烯烃是烯烃是制备制备伯醇伯醇的一个好方法的一个好方法.NaOH的水溶液处理得到醇的水溶液处理得到醇第40页/共109页1.立体专一性立体专一性顺式加顺式加成成2.区域选择性好区域选择性好氢加在含氢较少的碳原子氢加在含氢较少的碳原子上,上,硼基选择位阻较小的碳原子上硼基选择位阻较小的碳原子上3.对对-烯烃是
15、烯烃是制备制备伯醇伯醇的一个好方法的一个好方法.4.无重排反应无重排反应发生经四员环都不会发生重排反应发生经四员环都不会发生重排反应第41页/共109页 硼氢化反应的特点:顺加、反马、不重排!硼氢化反应的特点:顺加、反马、不重排!简单记忆:简单记忆:有机合成上常用有机合成上常用硼氢化反应制备伯醇硼氢化反应制备伯醇,该反应操作简便、产率高。,该反应操作简便、产率高。例:例:第42页/共109页(7)(7)高锰酸钾氧化高锰酸钾氧化高锰酸钾氧化高锰酸钾氧化 用用用用稀稀稀稀KMnOKMnO4 4的的的的中中中中性性性性或或或或碱碱碱碱性性性性溶溶溶溶液液液液,在在在在较较较较低低低低温温温温度度度度
16、下下下下氧氧氧氧化化化化烯烯烯烯烃烃烃烃,产产产产物是邻二醇:物是邻二醇:物是邻二醇:物是邻二醇:此反应可在实验室制备邻二醇,但产率很低。此反应可在实验室制备邻二醇,但产率很低。如果用浓度较大的如果用浓度较大的KMnO4的酸性溶液,结果是得到双健断裂产物:的酸性溶液,结果是得到双健断裂产物:第43页/共109页Most stableconformation3.反应物的影响反应物的影响第44页/共109页majoronly第45页/共109页3510第46页/共109页反式加成反式加成顺式加成顺式加成第47页/共109页 不同的取代乙烯与溴加成的相对反应速率:不同的取代乙烯与溴加成的相对反应速率
17、:不同的取代乙烯与溴加成的相对反应速率:不同的取代乙烯与溴加成的相对反应速率:说明说明说明说明双键上电子云密度越大双键上电子云密度越大双键上电子云密度越大双键上电子云密度越大,反应速率越大。,反应速率越大。,反应速率越大。,反应速率越大。即该反应是由亲电试剂首先进攻的加成反应即该反应是由亲电试剂首先进攻的加成反应即该反应是由亲电试剂首先进攻的加成反应即该反应是由亲电试剂首先进攻的加成反应-亲电加成亲电加成亲电加成亲电加成!二二.亲电加成反应的活性亲电加成反应的活性第48页/共109页底物底物a.双键上的电子云密度越大,越利于亲电试剂双键上的电子云密度越大,越利于亲电试剂 的进攻。的进攻。给电子
18、基给电子基团分散正团分散正电荷,起电荷,起到稳定化到稳定化作用作用第49页/共109页芳基的芳基的+C效应使正碳离子稳定效应使正碳离子稳定 对称二芳基烯烃,芳基使双键稳定,对称二芳基烯烃,芳基使双键稳定,使亲电加成反应活性降低。使亲电加成反应活性降低。当吸电子基团与双键上当吸电子基团与双键上C原子直接相连时,亲电原子直接相连时,亲电加成反应活性明显减小。加成反应活性明显减小。第50页/共109页当双键碳原子上连有吸电子基团(当双键碳原子上连有吸电子基团(CN、X、NO2)降低双键电子云密度降低双键电子云密度,不利于亲电试剂的进攻。,不利于亲电试剂的进攻。而且从过渡态或活性中间体考虑,而且从过渡
19、态或活性中间体考虑,吸电子对中间吸电子对中间体起到去稳定化作用体起到去稳定化作用,不利于反应进行。,不利于反应进行。Z使正电荷更加集中,起到去稳定化作用使正电荷更加集中,起到去稳定化作用第51页/共109页随着吸电子基团的增多或增强,亲电加成的活性随着吸电子基团的增多或增强,亲电加成的活性降低降低吸电子基团较多且较强时,亲电反应不进行吸电子基团较多且较强时,亲电反应不进行连有连有3到到4个强吸电基时,通常进行亲核加成个强吸电基时,通常进行亲核加成第52页/共109页试剂试剂:与与HX的酸性顺序一致,的酸性顺序一致,给出质子能力越大,给出质子能力越大,亲电性越强。亲电性越强。同理:同理:ICl
20、IBr I2溶剂:溶剂:溶剂极性越强,溶剂极性越强,利于利于ENu的异裂;的异裂;利于利于C+、翁型离子的生成。翁型离子的生成。2.亲电试剂的影响亲电试剂的影响HF加成最难,而且有催化聚合作用加成最难,而且有催化聚合作用第53页/共109页三三.亲电加成反应的定向亲电加成反应的定向静态:静态:哪个哪个C原子上电原子上电子云密度较大;子云密度较大;动态:动态:哪个哪个C稳定。稳定。空间效应空间效应第54页/共109页与卤化氢加成与卤化氢加成与卤化氢加成与卤化氢加成 MarkovnikovMarkovnikov规则规则规则规则 (a)(a)(a)(a)与卤化氢加成与卤化氢加成与卤化氢加成与卤化氢加
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