1、第七章第七章 碳碳重鍵的加成反應(yīng)碳碳重鍵的加成反應(yīng) Addition to Carbon Carbon Multiple Bonds碳碳重鍵的加成碳碳重鍵的加成CC電子易于極化，電子易于極化，利于親電試劑的進(jìn)攻，利于親電試劑的進(jìn)攻，容易發(fā)生親電加成反容易發(fā)生親電加成反應(yīng)。應(yīng)。Y Y：強(qiáng)吸電子：強(qiáng)吸電子基團(tuán)，如：基團(tuán)，如：NO2、CF3、CN等，則等，則發(fā)生親核加成反應(yīng)。發(fā)生親核加成反應(yīng)。 叁鍵可以發(fā)生叁鍵可以發(fā)生親電加成反應(yīng)，親電加成反應(yīng)，但更易發(fā)生親但更易發(fā)生親核加成反應(yīng)。核加成反應(yīng)。一一. 親電加成反應(yīng)親電加成反應(yīng)反應(yīng)機(jī)理：反應(yīng)機(jī)理：1. 正碳離子機(jī)理正碳離子機(jī)理E NuNu-E+試劑試劑

2、親電部分親電部分E+親核部分親核部分Nu-第一步：第一步：CCENuCC+ NuE第二步：第二步：反應(yīng)特點(diǎn)：反應(yīng)特點(diǎn)：1) 生成順?lè)串悩?gòu)體：生成順?lè)串悩?gòu)體：CCENuCCNuCC+ Nu EE2) 重排產(chǎn)物的生成重排產(chǎn)物的生成H2OOHCH3CH3H+OHCH3CH3HPhHHC H3+ D C lDHC H3PhHClDHCH3Ph HCl+DHCH3HClPhCH3CH3+ H2OH+CH3CH3H順?lè)串悩?gòu)體混合物按正碳離子機(jī)理進(jìn)行反應(yīng)的底物結(jié)構(gòu)是：按正碳離子機(jī)理進(jìn)行反應(yīng)的底物結(jié)構(gòu)是： 環(huán)狀非共軛烯烴環(huán)狀非共軛烯烴 正電荷能夠離域在碳骨架的體系正電荷能夠離域在碳骨架的體系2. 鎓型離子的機(jī)

3、理鎓型離子的機(jī)理CCBrBr CCBr + BrCCBrBrCCBrBr反式加成反式加成按鎓型離子機(jī)理進(jìn)行反應(yīng)的事實(shí)：按鎓型離子機(jī)理進(jìn)行反應(yīng)的事實(shí)：CH3CCCH3CH3CH3Br BrSbF5SO260 C.CCCH3CH3BrH3CH3C按鎓型離子機(jī)理進(jìn)行反應(yīng)的體系結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：按鎓型離子機(jī)理進(jìn)行反應(yīng)的體系結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1) 底物是簡(jiǎn)單的烯烴或非共軛鏈的烯烴，底物是簡(jiǎn)單的烯烴或非共軛鏈的烯烴， 即即C + 不穩(wěn)定的體系；不穩(wěn)定的體系；2) 親電試劑的進(jìn)攻原子是第二周期以上的元素。親電試劑的進(jìn)攻原子是第二周期以上的元素。ArSClSArClSArCl3. 三分子親電加成機(jī)理三分子親電加成機(jī)理親電試劑

4、為親電試劑為HX2ENuCCENuENuCCCC+ENuHCCCH3CH3H3CH3CCCHHClCH3CH3HClClH炔烴的親電加成炔烴的親電加成CH3CH3HCCClCH3CCH3CHCl反式加成反式加成CCHOOCCOOHBr2CCHOOCBrBrCOOHCCBrBrCOOHHOOC7030常見(jiàn)的親電試劑：常見(jiàn)的親電試劑：Cl2,Br2,ICl,IBr, HOCl, RSCl, 卡賓 , RCO, B2H6.二二. 親電加成反應(yīng)的活性親電加成反應(yīng)的活性底物底物a. 雙鍵上的電子云密度越大，越利于親電試劑雙鍵上的電子云密度越大，越利于親電試劑 的進(jìn)攻。的進(jìn)攻。CH32CCH32CCH32

5、CCH32CCHCH3CH2CH3CHCH2CH2CH2BrCHCH2CH2CHCOOHCHCHCH2CH2CHCH2芳基的芳基的+C效應(yīng)使正碳離子穩(wěn)定效應(yīng)使正碳離子穩(wěn)定 對(duì)稱(chēng)二芳基烯烴，芳基使雙鍵穩(wěn)定，對(duì)稱(chēng)二芳基烯烴，芳基使雙鍵穩(wěn)定，使親電加成反應(yīng)活性降低。使親電加成反應(yīng)活性降低。 當(dāng)吸電子基團(tuán)與雙鍵上當(dāng)吸電子基團(tuán)與雙鍵上C原子直接相連時(shí)，親電原子直接相連時(shí)，親電加成反應(yīng)活性明顯減小。加成反應(yīng)活性明顯減小。HCHCH2PhCHCH3試劑：試劑：與與HX的酸性順序一致，的酸性順序一致， 給出質(zhì)子能力越大，給出質(zhì)子能力越大， 親電性越強(qiáng)。親電性越強(qiáng)。HIHBrHClHF同理：同理：ICl IBr

6、 I2溶劑：溶劑： 溶劑極性越強(qiáng)，利于溶劑極性越強(qiáng)，利于ENu的異裂；的異裂； 利于利于C+、鎓型離子的生成。、鎓型離子的生成。三三. 親電加成反應(yīng)的定向親電加成反應(yīng)的定向RCHCH2RCHCH2ERCHCH2EE動(dòng)態(tài)：動(dòng)態(tài)：哪個(gè)哪個(gè)C穩(wěn)定。穩(wěn)定?？臻g效應(yīng)空間效應(yīng)靜態(tài)：靜態(tài)：哪個(gè)哪個(gè)C原子上電原子上電子云密度較大；子云密度較大；共軛二烯烴的親電加成反應(yīng)共軛二烯烴的親電加成反應(yīng)E NuCCCCECCCCENuCCCCENuNuCCXCCCCCCX2Cl2, Br2PhCHCHCHCH2PhCH2CHCHCH2PhCHCHCHCH3HPhCHCHCHCH3ClCH2CHCHCH2PhCl四、親核加

7、成反應(yīng)四、親核加成反應(yīng)CCENuCCNuEEECCNuCCNu反應(yīng)機(jī)理：反應(yīng)機(jī)理：Y:NO2CHOCORCOORCONH2CNSO2R碳碳叁鍵的親核加成反應(yīng)碳碳叁鍵的親核加成反應(yīng)C2H5OHCCHHKOHCH2CHOC2H5炔烴易于進(jìn)行親核加成反應(yīng)的原因：炔烴易于進(jìn)行親核加成反應(yīng)的原因：CCEECCECCCCE正電荷處正電荷處于于p軌道上軌道上正電荷處于正電荷處于sp2軌道上軌道上PhSHPhHCCKOHPhCHCHSPHPhHCCOPhOCH3HHCCCH3CH3OH五、烯烴的立體選擇性反應(yīng)五、烯烴的立體選擇性反應(yīng)烯烴的立體選擇性反應(yīng)包括烯烴的立體選擇性反應(yīng)包括: 周環(huán)反應(yīng)、環(huán)氧化反應(yīng)、周環(huán)

8、反應(yīng)、環(huán)氧化反應(yīng)、 雙羥基化反應(yīng)、環(huán)丙烷化反應(yīng)。雙羥基化反應(yīng)、環(huán)丙烷化反應(yīng)。1 Diels Alder反應(yīng)反應(yīng) Diels Alder反應(yīng)之所以有巨大的應(yīng)用價(jià)值，是因?yàn)樵摲磻?yīng)之所以有巨大的應(yīng)用價(jià)值，是因?yàn)樵摲磻?yīng)具有很高的區(qū)域選擇性和立體選擇性。除了形成兩個(gè)反應(yīng)具有很高的區(qū)域選擇性和立體選擇性。除了形成兩個(gè)新的新的C-C鍵外，反應(yīng)最多還能產(chǎn)生四個(gè)新的手性中心。反鍵外，反應(yīng)最多還能產(chǎn)生四個(gè)新的手性中心。反應(yīng)系經(jīng)過(guò)一個(gè)高度有序的環(huán)狀過(guò)渡態(tài)應(yīng)系經(jīng)過(guò)一個(gè)高度有序的環(huán)狀過(guò)渡態(tài), 因而能夠嚴(yán)格控制新因而能夠嚴(yán)格控制新生成的立體中心的構(gòu)型。生成的立體中心的構(gòu)型。區(qū)域選擇性區(qū)域選擇性 理論上講，一個(gè)不對(duì)稱(chēng)二烯體

9、和一個(gè)不對(duì)稱(chēng)親二烯體的理論上講，一個(gè)不對(duì)稱(chēng)二烯體和一個(gè)不對(duì)稱(chēng)親二烯體的反應(yīng)可以生成反應(yīng)可以生成一對(duì)一對(duì)異構(gòu)體的加成產(chǎn)物，但實(shí)際上總是得到其異構(gòu)體的加成產(chǎn)物，但實(shí)際上總是得到其中的中的一個(gè)一個(gè)異構(gòu)體為主要產(chǎn)物。因此，當(dāng)丙烯酸衍生物與異構(gòu)體為主要產(chǎn)物。因此，當(dāng)丙烯酸衍生物與1-取取代丁二烯加成時(shí)代丁二烯加成時(shí), “鄰（鄰（ortho）”（1,2-）位加成產(chǎn)物是主要）位加成產(chǎn)物是主要產(chǎn)物產(chǎn)物, 而與而與- 取代丁二烯反應(yīng)時(shí)則主要生成取代丁二烯反應(yīng)時(shí)則主要生成“對(duì)（對(duì)（para）”（1,4-）位加成產(chǎn)物。）位加成產(chǎn)物。 +YYXX1-substituted dieneortho product+Y2-

10、substituted dienepara productXXYCO2Me+RRCO2MeRCO2Me+ R = Me, 20 oC 18 : 1 200 oC 6.8 : 1 i-Pr 200 oC 5 : 1 t-Bu 200 oC 4.1 : 1CO2Me+CO2MeCO2Me+RRRR = OMe 100% Me 5.4 : 1 Ph 4.5 : 1 Cl 100% CN 100%立體選擇性立體選擇性 （）外型）外型/內(nèi)型（內(nèi)型（exo/endo）選擇性；）選擇性；（）絕對(duì)立體化學(xué)控制（）絕對(duì)立體化學(xué)控制 既然反應(yīng)能形成四個(gè)新手性中心，理論上就可能生成既然反應(yīng)能形成四個(gè)新手性中心，理論

11、上就可能生成16種立體異構(gòu)體。幸運(yùn)的是兩種反應(yīng)物只進(jìn)行同面加成，種立體異構(gòu)體。幸運(yùn)的是兩種反應(yīng)物只進(jìn)行同面加成，環(huán)加成反應(yīng)生成立體異構(gòu)體的數(shù)目就減少了環(huán)加成反應(yīng)生成立體異構(gòu)體的數(shù)目就減少了。 次級(jí)軌道作用次級(jí)軌道作用有利于有利于endo產(chǎn)物生成產(chǎn)物生成Secondary orbital interactionFor the dimerizatio of 1,3-butadiene, there are two approach methods:Endo approach 內(nèi)型接近Exo approach 外型接近HOMOLUMO11223344endo approachHOMOLUMO1122

12、3344exo approachThe major electronic difference between the endo transition state and the exo transition state is the possibility of an interaction in the endo situation involving on atoms 3 and 3.Transition statesOHOMOLUMOOO次級(jí)軌道作用，有利于內(nèi)次級(jí)軌道作用，有利于內(nèi)型接近。型接近。O+OO+exo onlyno endoOOendo approach, antibond

13、ingexo approach, lower energy次級(jí)軌道作用，次級(jí)軌道作用，不利于內(nèi)型接近。不利于內(nèi)型接近。 使用使用Lewis酸酸作催化劑時(shí)，能增加反應(yīng)的立體作催化劑時(shí)，能增加反應(yīng)的立體選擇性。選擇性。*親雙烯體通過(guò)與親雙烯體通過(guò)與Lewis酸的酸的配位作用配位作用降低了其最降低了其最低空軌道低空軌道(LUMO)的能量，從而使二烯體的最高占的能量，從而使二烯體的最高占有軌道有軌道(HOMO)和親雙烯體的最低空軌道和親雙烯體的最低空軌道(LUMO)之間的之間的能壘減小能壘減小。*羰基碳原子軌道系數(shù)的增大羰基碳原子軌道系數(shù)的增大也能增強(qiáng)也能增強(qiáng)次級(jí)軌道次級(jí)軌道的的相互作用，增加相互作用

14、，增加endo exo 比例。比例。 反應(yīng)規(guī)律：反應(yīng)規(guī)律： 1) 對(duì)對(duì)Diels-Alder反應(yīng)，一般是由二烯（反應(yīng)，一般是由二烯（Diene）提供）提供 HOMO，由親二烯體提供，由親二烯體提供LUMO。 2) 二烯上帶有給電子基，親二烯體上帶有吸電子基時(shí)反應(yīng)二烯上帶有給電子基，親二烯體上帶有吸電子基時(shí)反應(yīng) 最快。最快。 3) 不同取代基引入后前線(xiàn)軌道能量變化規(guī)律：不同取代基引入后前線(xiàn)軌道能量變化規(guī)律： Electron-withdrawing group (z)： 降低降低HOMO的能量，的能量， 降低降低LUMO的能量的能量 Electron-donating group (X): 升高

15、升高HOMO的能量，的能量， 升高升高UMO的能量的能量a) 烯烴CCZZXXevLUMOHOMO1.5-10.51.0-9.10-10.93.0-9.0b) 1取代二烯烴evLUMOHOMO1.0-9.1-0.5-9.52.5-8.5CC0.5-8.2ZZXX Diels-Alder加成反應(yīng)的加成反應(yīng)的絕對(duì)立體選擇性絕對(duì)立體選擇性既可以通既可以通過(guò)使用過(guò)使用手性手性二烯體或手性親二烯體控制，也可以通二烯體或手性親二烯體控制，也可以通過(guò)使用過(guò)使用手性手性L(fǎng)ewis酸酸控制?？刂啤?） 使用手性親二烯體（使用手性親二烯體（Chiral Dienophile） 在兩個(gè)反應(yīng)中，在兩個(gè)反應(yīng)中，Lewi

16、s 酸酸通過(guò)與分子中二個(gè)羰基的通過(guò)與分子中二個(gè)羰基的配位作配位作用用把親二烯體固定成一個(gè)相對(duì)把親二烯體固定成一個(gè)相對(duì)剛性剛性的構(gòu)象的構(gòu)象，從而提高了反，從而提高了反應(yīng)的立體選擇性。應(yīng)的立體選擇性。2）使用手性二烯體（）使用手性二烯體（Chiral Dienes） 許多制備的手性二烯體在進(jìn)行許多制備的手性二烯體在進(jìn)行Diels-Alder 反應(yīng)時(shí)表現(xiàn)出很反應(yīng)時(shí)表現(xiàn)出很高的立體選擇性。反應(yīng)高的立體選擇性。反應(yīng)3.6所示就是一個(gè)具有代表性的例子。所示就是一個(gè)具有代表性的例子。另一個(gè)例子是用馬來(lái)酸酐不對(duì)稱(chēng)合成丁內(nèi)酯另一個(gè)例子是用馬來(lái)酸酐不對(duì)稱(chēng)合成丁內(nèi)酯 3） 使用手性使用手性L(fǎng)ewis 酸（酸（Chi

17、ral Lewis Acids） 一些帶有手性配體的一些帶有手性配體的硼硼或或鋁鋁基催化劑能夠賦予基催化劑能夠賦予Diels-Alder反反應(yīng)很高的對(duì)映選擇性。應(yīng)很高的對(duì)映選擇性。 例如例如Corey 等曾報(bào)道，等曾報(bào)道，二氮雜環(huán)鋁啶二氮雜環(huán)鋁啶 (Diazaaluminolidine）是）是環(huán)戊二烯衍生物與活潑親二烯體的環(huán)加成反應(yīng)的有效催化劑。環(huán)戊二烯衍生物與活潑親二烯體的環(huán)加成反應(yīng)的有效催化劑。該配體是一個(gè)該配體是一個(gè)C 對(duì)稱(chēng)性的對(duì)稱(chēng)性的1,2-二氨基二氨基1,2-二苯基乙烷的雙磺二苯基乙烷的雙磺酰胺衍生物，它與酰胺衍生物，它與AlMe3反應(yīng)生成相應(yīng)的二氮雜環(huán)鋁烷催化劑。反應(yīng)生成相應(yīng)的二氮

18、雜環(huán)鋁烷催化劑。NAlNPhPhCF3SO2SO2CF3MeDiazaaluminolidine前列腺素前列腺素手性手性L(fǎng)ewis酸型硼試劑催化的不對(duì)稱(chēng)環(huán)加成反應(yīng)酸型硼試劑催化的不對(duì)稱(chēng)環(huán)加成反應(yīng) Corey還發(fā)現(xiàn)，由色氨酸制備的還發(fā)現(xiàn)，由色氨酸制備的氧氮雜硼啶氧氮雜硼啶催化劑催化劑（Oxazaborolidine）對(duì)）對(duì)-溴丙烯醛與環(huán)戊二烯的環(huán)加成反應(yīng)溴丙烯醛與環(huán)戊二烯的環(huán)加成反應(yīng)具有非常高的對(duì)映選擇性。這種高選擇性得益于親雙烯體與吲具有非常高的對(duì)映選擇性。這種高選擇性得益于親雙烯體與吲哚基間的相互作用有利于親雙烯體從一個(gè)面和雙烯發(fā)生反應(yīng)。哚基間的相互作用有利于親雙烯體從一個(gè)面和雙烯發(fā)生反應(yīng)。

19、 2. -重排反應(yīng)重排反應(yīng) 其產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)嚴(yán)格受反應(yīng)環(huán)狀過(guò)渡態(tài)幾何構(gòu)型的要求所控制。其產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)嚴(yán)格受反應(yīng)環(huán)狀過(guò)渡態(tài)幾何構(gòu)型的要求所控制。例如例如 3,3 - 遷移重排遷移重排, 反應(yīng)表現(xiàn)出高度立體選擇性，可通過(guò)假定反應(yīng)表現(xiàn)出高度立體選擇性，可通過(guò)假定反應(yīng)經(jīng)過(guò)反應(yīng)經(jīng)過(guò)“類(lèi)椅式類(lèi)椅式”（chair-like ）過(guò)渡態(tài)得到合理解釋?zhuān)海┻^(guò)渡態(tài)得到合理解釋?zhuān)涸谶@種在這種“椅椅式式”過(guò)渡態(tài)過(guò)渡態(tài)中，處于中，處于1,3- 位直位直立鍵上取代立鍵上取代基的相互排基的相互排斥作用被降斥作用被降至最低至最低同樣的原理亦適用于各種類(lèi)型的同樣的原理亦適用于各種類(lèi)型的Claisen 重排反應(yīng)。重排反應(yīng)。烯烴的其它立體選

20、擇性反應(yīng)烯烴的其它立體選擇性反應(yīng) 硼氫化反應(yīng)硼氫化反應(yīng) (Hydroboration）氫化反應(yīng)氫化反應(yīng)（Hydrogenation）環(huán)氧化反應(yīng)環(huán)氧化反應(yīng)（Epoxidation）氮雜環(huán)丙烷化反應(yīng)氮雜環(huán)丙烷化反應(yīng)（Aziridination）環(huán)丙化反應(yīng)環(huán)丙化反應(yīng) Cyclopropanation雙羥化反應(yīng)雙羥化反應(yīng) (Hydroxylation)3. 立體選擇性硼氫化反應(yīng)立體選擇性硼氫化反應(yīng)能進(jìn)行硼氫化反應(yīng)的各類(lèi)硼試劑包括：能進(jìn)行硼氫化反應(yīng)的各類(lèi)硼試劑包括： 二硼烷二硼烷（B2H6）、）、硼烷硼烷-THF配合物配合物、硼烷二甲硫醚配合硼烷二甲硫醚配合物物 （BMS），），-硼雜雙環(huán)硼雜雙環(huán) 3.

21、3.1 壬烷壬烷（BBN）和）和兒查酚硼兒查酚硼烷烷(CB)。 在沒(méi)有催化劑存在的條件下，不對(duì)稱(chēng)取代烯烴的硼氫化反應(yīng)在沒(méi)有催化劑存在的條件下，不對(duì)稱(chēng)取代烯烴的硼氫化反應(yīng)具有具有區(qū)域選擇性區(qū)域選擇性（反（反Markownikov規(guī)則）和規(guī)則）和立體選擇性立體選擇性（順式加（順式加成）。很大程度上區(qū)域選擇性由立體因素決定。成）。很大程度上區(qū)域選擇性由立體因素決定。 二或三取代烯烴的硼氫化反應(yīng)后可生成一或兩個(gè)新的手性碳。二或三取代烯烴的硼氫化反應(yīng)后可生成一或兩個(gè)新的手性碳。這些性質(zhì)為硼氫化反應(yīng)在不對(duì)稱(chēng)合成上的應(yīng)用提供了大量的機(jī)會(huì)這些性質(zhì)為硼氫化反應(yīng)在不對(duì)稱(chēng)合成上的應(yīng)用提供了大量的機(jī)會(huì) 1） 底物控制

22、底物控制手性底物硼氫化反應(yīng)的立體化學(xué)是非對(duì)映選擇性的手性底物硼氫化反應(yīng)的立體化學(xué)是非對(duì)映選擇性的. 2） 試劑控制試劑控制 兩種應(yīng)用最廣的手性硼氫化試劑是單和雙異松蒎基硼烷。兩種應(yīng)用最廣的手性硼氫化試劑是單和雙異松蒎基硼烷。BH2)2BHBH3THF(+)- -Pinene(-)-IpcBH2(-)-Ipc2BH23） 催化劑控制催化劑控制 用用兒茶酚硼烷（兒茶酚硼烷（CB）進(jìn)行硼氫化的反應(yīng)可以被銠和二膦化物進(jìn)行硼氫化的反應(yīng)可以被銠和二膦化物形成的配合物所催化，在某些情況下，甚至?xí)衿娴馗淖兣饸浠纬傻呐浜衔锼呋?，在某些情況下，甚至?xí)衿娴馗淖兣饸浠磻?yīng)的區(qū)域選擇性。反應(yīng)的區(qū)域選擇性。4.

23、立體選擇性氫化反應(yīng)立體選擇性氫化反應(yīng) 氫化反應(yīng)既可使用研細(xì)的金屬催化劑在多相條件下進(jìn)行，也氫化反應(yīng)既可使用研細(xì)的金屬催化劑在多相條件下進(jìn)行，也可使用可溶性的銠或釕催化劑在均相條件下進(jìn)行。在這些條件可使用可溶性的銠或釕催化劑在均相條件下進(jìn)行。在這些條件下，和硼氫化反應(yīng)相似，加氫反應(yīng)也是下，和硼氫化反應(yīng)相似，加氫反應(yīng)也是順式順式加成。而且不管是加成。而且不管是采用底物控制的方法采用底物控制的方法, 還是采用含手性膦配體的催化劑，都可以還是采用含手性膦配體的催化劑，都可以實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)絕對(duì)非對(duì)映選擇性絕對(duì)非對(duì)映選擇性和和對(duì)映選擇性對(duì)映選擇性合成。合成。 反應(yīng)反應(yīng)5.11在手性銠催化劑作用下經(jīng)過(guò)不對(duì)稱(chēng)加氫反應(yīng)還原在手性銠催化劑作用下經(jīng)過(guò)不對(duì)稱(chēng)加氫反應(yīng)還原,-不飽和氨基酸的可能機(jī)理。不飽和氨基酸的可能機(jī)理。5. 立體選擇性環(huán)氧化反應(yīng)立體選擇性環(huán)氧化反應(yīng) 將烯烴轉(zhuǎn)化成環(huán)氧化