高等有機(jī)化學(xué)加成與消除反應(yīng)課件

第5章加成與消除反應(yīng)謝斌教授第5章加成與消除反應(yīng)謝斌教授加成與消除反應(yīng)是方向相反的兩個過程，一般說來，這兩個過程按相似的歷程的相反方向進(jìn)行，體系的終態(tài)決定于反應(yīng)條件。5.1親電加成5.1.1親電加成反應(yīng)機(jī)理加成反應(yīng)包括：催化氫化、親電加成、親核加成和自由基加成AdE2歷程1.加成與消除反應(yīng)是方向相反的兩個過程，一般說來，這兩個過程按相2.AdE2歷程3.協(xié)同的AdE3歷程立體化學(xué)為反式加成2.AdE2歷程3.協(xié)同的AdE3歷程立體化學(xué)為反式加成4.鎓型鹽AdE2歷程立體化學(xué)為反式加成5.1.2氫鹵酸對烯烴的加成5.1.2.1加成方向不對稱烯烴和不對稱試劑加成時，存在加成方向問題。4.鎓型鹽AdE2歷程立體化學(xué)為反式加成5.1.2氫鹵酸對區(qū)域選擇性反應(yīng)區(qū)域?qū)Ｒ恍苑磻?yīng)區(qū)域選擇性(regiosesletive):不對稱烯與不對稱試劑加成以其中一種取向為主的反應(yīng).區(qū)域?qū)Ｒ恍?regiospecific):不對稱烯與不對稱試劑加成只有一種取向的反應(yīng).馬氏規(guī)則:氫優(yōu)先加到含氫較多的雙鍵碳上.

區(qū)域選擇性反應(yīng)區(qū)域?qū)Ｒ恍苑磻?yīng)區(qū)域選擇性(regiosesle1比2穩(wěn)定雙鍵上帶強(qiáng)吸電子基時，不對稱烯與不對稱試劑的加成，形式上為反馬氏產(chǎn)物，實質(zhì)上仍然符合馬氏加成規(guī)則.即主要產(chǎn)物為親電中心加在帶部分負(fù)電荷的雙鍵碳原子上，以形成更穩(wěn)定的碳正離子中間體。

1比2穩(wěn)定雙鍵上帶強(qiáng)吸電子基時，不對稱烯與不對稱試劑的加成，更穩(wěn)定5.1.2.2加成的立體化學(xué)1．對于一個簡單的非共軛烯烴，反式加成為主，在動力學(xué)上表現(xiàn)為三級反應(yīng).r=k[HX]2[alkene]相當(dāng)不穩(wěn)定更穩(wěn)定5.1.2.2加成的立體化學(xué)1．對于一個簡單的非共軛對向加成(antiadd)對向加成(antiadd)2．如果雙鍵與能穩(wěn)定碳正離子的基團(tuán)共軛時，發(fā)生AdE2歷程，順式加成為主。C-H鍵的形成不需要另一HX的協(xié)同進(jìn)攻，緊密離子對的離解速度快于C-C

鍵的旋轉(zhuǎn)。反應(yīng)以順式加成為主。

同向加成(synadd)2．如果雙鍵與能穩(wěn)定碳正離子的基團(tuán)共軛時，發(fā)生AdE2歷程，3．在具有親核性溶劑中反應(yīng)時，產(chǎn)物復(fù)雜化4．形成的C+有重排條件時，可形成重排產(chǎn)物3．在具有親核性溶劑中反應(yīng)時，產(chǎn)物復(fù)雜化4．形成的C+有重5.1.3烯烴的酸催化水合反應(yīng)分兩步反應(yīng)的碳正離子歷程。（1）得順式和反式加成的混合產(chǎn)物，無立體選擇性。（2）有可能發(fā)生重排5.1.3烯烴的酸催化水合反應(yīng)（2）有可能發(fā)生重排只得到外式產(chǎn)物，無內(nèi)式產(chǎn)物形成只得到外式產(chǎn)物，無內(nèi)式產(chǎn)物形成5.1.4鹵素對烯烴的加成1．簡單烯烴的加成是反式加成,中間體為鹵橋正離子(環(huán)狀鹵鎓離子)環(huán)狀鹵鎓離子反式加成鹵鎓離子所有原子具有八偶體結(jié)構(gòu)，比其碳正離子穩(wěn)定證據(jù)5.1.4鹵素對烯烴的加成1．簡單烯烴的加成是反式加成,中間蘇式dl100%反式加成

赤式meso100%反式加成溴鎓離子歷程，立體選擇性和立體專一性

蘇式dl100%反式加成赤式meso100%反式加成溴因p-

共軛而穩(wěn)定順式加成反應(yīng)的比例增加2．共軛烯烴的加成鹵橋中間體可進(jìn)一步形成碳正離子因p-共軛而穩(wěn)定順式加成反應(yīng)的比例增加2．共軛烯烴的加高等有機(jī)化學(xué)加成與消除反應(yīng)課件氯代反應(yīng)的立體選擇性較低，順式加成比例可以大于反式加成氯電負(fù)性大于溴，其原子半徑小于溴，形成氯鎓離子相對較困難，主要以碳正離子中間體形式存在，并且其壽命相對較長，有足夠時間發(fā)生C-C鍵旋轉(zhuǎn)。主要氯代反應(yīng)的立體選擇性較低，順式加成比例可以大于反式加成氯電電子因素與空間因素均有利2．立體化學(xué)B-H對烯烴是順式加成5.1.5硼氫化反應(yīng)1.加成方向:反馬氏加成——?dú)浼釉诤瑲漭^少的碳原子上電子因素與空間因素均有利2．立體化學(xué)B-H對烯烴是順式加成反馬氏的順式加成（立體專一性和區(qū)域選擇性）硼氫化反應(yīng)特點(diǎn):反馬氏,順式加成,不發(fā)生重排炔烴發(fā)生硼氫化-氧化反應(yīng)得到反馬氏加成的醛。反馬氏的順式加成（立體專一性和區(qū)域選擇性）硼氫化反應(yīng)特點(diǎn):5.1.6溶劑汞化醋酸汞在親核性溶劑中與烯烴加成，生成溶劑解的汞化物，后經(jīng)NaBH4還原，獲得醇、醚、酯等產(chǎn)物，立體化學(xué)為馬氏、反式加成。炔烴水解得酮5.1.6溶劑汞化炔烴水解得酮高等有機(jī)化學(xué)加成與消除反應(yīng)課件5.1.7Normant反應(yīng)有機(jī)銅鋰試劑與炔烴進(jìn)行順式加成的反應(yīng)叫Normant反應(yīng)。主要用來合成順式烯烴親核加成，得順式烯基銅鋰5.1.7Normant反應(yīng)主要用來合成順式烯烴親核加成，5.1.8卡賓和乃春對烯烴的加成5.1.8.1卡賓（Carbene）的加成卡賓又叫碳烯，它是價電子層中只有6個電子的二價碳原子，它是一種親電試劑，分為單線態(tài)和三線態(tài)。合成方法5.1.8卡賓和乃春對烯烴的加成合成方法三線態(tài)卡賓為雙自由基形式，為基態(tài)單線態(tài)與烯烴加成時的立體化學(xué)為順式加成。順式的一步協(xié)同反應(yīng)三線態(tài)卡賓為雙自由基形式，為基態(tài)單線態(tài)與烯烴加成時的立體化Simmons-Smith試劑：Zn-Cu偶加CH2I2的乙醚溶液，與烯烴反應(yīng)得環(huán)丙烷衍生物。

Simmons-Smith試劑：Zn-Cu偶加CH2I2的乙5.1.8.2乃春的加成又叫氮烯，六電子的親電試劑，存在三線態(tài)和單線態(tài)，三線態(tài)為基態(tài)。由疊氮化合物加熱或光照產(chǎn)生。5.1.8.2乃春的加成5.2消除反應(yīng)5.2.1概述1.

-消去反應(yīng)又叫1,1-消去反應(yīng),生成卡賓或氮賓中間體。5.2消除反應(yīng)1.-消去反應(yīng)2.-消去反應(yīng)又叫1,2-消去反應(yīng),形成不飽和鍵。-消除反應(yīng)形成環(huán)丙烷衍生物。2.-消去反應(yīng)-消除反應(yīng)5.2.2消去反應(yīng)歷程5.2.2.1E1、E2、E1cb及Ei歷程1.E1歷程與SN1相似，一級反應(yīng)，可發(fā)生重排。不同之處在快步驟中失去

-H.v=k[底物]5.2.2消去反應(yīng)歷程與SN1相似，一級反應(yīng)，可發(fā)生重排二級反應(yīng)，協(xié)同的一步反應(yīng)，無中間體。β-H酸性較強(qiáng)一級反應(yīng),中間體碳負(fù)離子要求β碳上連有強(qiáng)吸電基.3.E2歷程2.E1cb歷程二級反應(yīng)，協(xié)同的一步反應(yīng)，無中間體。β-H酸性較強(qiáng)一級反應(yīng),4.Ei歷程（分子內(nèi)的熱消去反應(yīng)）通過環(huán)狀過渡態(tài)的一步消除，無中間體。如羧酸酯、黃原酸酯和胺氧化物等，不需要酸堿催化。順式消除不需堿作催化劑環(huán)狀過渡態(tài)5.2.2.2影響消去反應(yīng)的因素一、反應(yīng)底物的結(jié)構(gòu)1.對E1和E2的影響底物分子

-碳上支鏈增多，消去反應(yīng)的活性增大。4.Ei歷程（分子內(nèi)的熱消去反應(yīng)）順式消除5.2.2.2E1消除時，-碳上支鏈增多，碳正離子更穩(wěn)定；E2消除，消除β-H的機(jī)會增大，形成的烯烴更穩(wěn)定；β-碳有強(qiáng)吸電基時傾向于E1cb。2.E和SN的相互競爭（1）E2和SN2的競爭按此順序，親核取代的位阻逐漸增大，進(jìn)攻β-H的機(jī)會逐漸增大，形成的產(chǎn)物烯烴的穩(wěn)定性增加。E1消除時，-碳上支鏈增多，碳正離子更穩(wěn)定；E2消除，消除（2）SN1和E1

-碳上的支鏈增多，SN1的快步驟中的位阻增大，有利于消除。二、進(jìn)攻試劑1．對E1和E2的影響強(qiáng)堿有利于E2，弱堿或無堿的溶劑有利于E1。2．消除與取代的競爭（1）強(qiáng)度強(qiáng)堿有利于消除，弱堿強(qiáng)親核試劑有利于取代反應(yīng)。（2）SN1和E1-碳上的支鏈增多，SN1的快步驟中的位阻堿性:C2H5O->CH3COO-強(qiáng)堿的濃度越高，有利于雙分子反應(yīng)，特別是E2。低濃度堿或不用堿時，質(zhì)子性溶劑中單分子反應(yīng)占優(yōu)勢，特別是SN1。(2)進(jìn)攻試劑體積大體積的強(qiáng)堿易發(fā)生E2，而不利于SN2（空阻）。堿性:C2H5O->CH3COO-強(qiáng)堿的濃度越高，有利于三、離去基好離去基有利于E1和E2，不好的離去基如F-、R4N+有利于E1cb（強(qiáng)吸電性，使β-H酸性增加）。四、溶劑極性大的溶劑對單分子有利，對雙分子不利，對E2更不利;極性小的溶劑對雙分子反應(yīng)有利，對單分子反應(yīng)不利，對E2更有利。三、離去基定速步驟中，單分子反應(yīng)會出現(xiàn)電荷產(chǎn)生或集中，強(qiáng)極性溶劑有利于中間體的溶劑化而穩(wěn)定，提高反應(yīng)速率。雙分子反應(yīng)的過渡態(tài)電荷分散，E2比SN2更分散，極性小的溶劑有利于電荷分散。定速步驟中，單分子反應(yīng)會出現(xiàn)電荷產(chǎn)生或集中，強(qiáng)極性溶劑有利于五、反應(yīng)溫度

消去反應(yīng)的過渡態(tài)有C-H拉長和斷裂，活化能比取代反應(yīng)的更大，升溫有利于消除。25℃9％（SN1）91％（E1+E2）55℃0%100%(E1+E2)5.2.3消去反應(yīng)的方向5.2.3.1Saytzeff規(guī)則

醇、鹵烷、磺酸酯等遵從Saytzeff規(guī)則，得熱力學(xué)穩(wěn)定的烯烴（帶較多烷基的烯烴）五、反應(yīng)溫度25℃9％（SN1）5.2.3.2Hofmann規(guī)則

季銨堿和锍堿等消除形成雙鍵上連較少烷基的烯烴。5.2.3.2Hofmann規(guī)則9.3.3消去方向與歷程的關(guān)系二、E1cb歷程遵從Hofmann規(guī)則。取決于H的酸性和C-的穩(wěn)定性,飽和烷基碳上氫的酸性：1°H>2°H>3°H(位阻順序與此相同)。遵從Saytzeff規(guī)則，形成熱力學(xué)穩(wěn)定的烯烴，如果空阻過大時則遵從Hofmann消除。一、E1歷程9.3.3消去方向與歷程的關(guān)系二、E1cb歷程遵從Sayt三、E2歷程1．中性底物的E2消除按Saytzeff消除;2．離去基帶電荷的底物的E2消除按Hofmann消除，這時β-H的酸性不同。當(dāng)β-C上連有強(qiáng)吸電基產(chǎn)物則遵從Saytzeff規(guī)則。三、E2歷程當(dāng)β-C上連有強(qiáng)吸電基產(chǎn)物則遵從SaytzeffH酸性大于H共軛穩(wěn)定離去基越難離去時，越有利于按Hofmann消除離去基2-己烯1-己烯I81%19%Cl67%33%F30%69%Saytzeff烯烴H酸性大于H共軛穩(wěn)定離去基越難離去時，越有利于按Hofma堿的強(qiáng)度增大，有利于C-形成，反應(yīng)越傾向于E1cb用Me3CO-/Me3COH為堿時：離去基2-己烯1-己烯I-22%78%Cl-9%91%F2%97%Bredt規(guī)則：消除時，不能在橋頭碳原子上形成雙鍵（不能共平面）Hofmann烯烴堿的強(qiáng)度增大，有利于C-形成，反應(yīng)越傾向于E1cb用Me35.2.4消去反應(yīng)的立體化學(xué)（E2）5.2.4.1反式消除（反式共軛消除、反疊消除）

采用交叉式優(yōu)勢構(gòu)象，有利于:（1）過渡態(tài)中變形sp3軌道的重疊;（2）堿與離去基位阻最小,排斥力最小5.2.4消去反應(yīng)的立體化學(xué)（E2）(1S,2R)順交叉式(1S,2R)順交叉式對甲苯磺酸-4-叔丁基環(huán)已基酯的順式和反式，分別在C2H5ONa/C2H5OH,70℃的條件下，順式發(fā)生E2,而反式只能緩慢的發(fā)生E1。對甲苯磺酸-4-叔丁基環(huán)已基酯的順式和反式，分別在C2H5O優(yōu)勢構(gòu)象aa優(yōu)勢構(gòu)象環(huán)不能翻轉(zhuǎn)，否則有很大的排斥張力，反應(yīng)速度緩慢。反式共平面氫處于反式的氫在e鍵上，與OTs不在一個平面上，反應(yīng)按E1機(jī)理進(jìn)行。優(yōu)勢構(gòu)象aa優(yōu)勢構(gòu)象環(huán)不能翻轉(zhuǎn)，否則有很大的排斥張力，反應(yīng)速總之要求消除的原子或基團(tuán)必須處于反疊共平面的關(guān)系在環(huán)上發(fā)生E2消除時，被消除的兩個原子或基團(tuán)必須均處于a鍵上?？傊笙脑踊蚧鶊F(tuán)必須處于反疊共平面的關(guān)系在環(huán)上發(fā)生E5.2.4.2順式消除（較少）不能達(dá)到反疊共平面的E2只能按順式消除由于環(huán)的剛性，Me3N-Cα-Cβ-H不能同處一個平面，但Me3N-Cα-Cβ-D共平面，是順疊構(gòu)象，所以進(jìn)行順式消除。5.2.4.2順式消除（較少）不能達(dá)到反疊共平面的E2只能Hb與OTs為反疊共平面，但酸性不如HaEi(熱消除)一般為順式消除，這是協(xié)同過程。順式氫比反式氫活潑時，發(fā)生順式消除。Hb與OTs為反疊共平面，但酸性不如HaEi(熱消除)一般為（1）開鏈化合物的消去一般以反式消除為主，也存