Transcript 有机化学中的反应历程

有机化学反应历程
若按底物键的断裂方式分类：
1.离子反应或异裂反应；
2.自由基反应或均裂反应；
3.协同反应。
若按反应物与产物之间的关系分类：
• 亲电取代、亲核取代、自由基取代；亲电加成、亲核加成、
自由基加成、协同加成；消除反应；重排反应；氧化还原
反应。
• 常常有些反应是几种反应类型的综合：
(CH3)3CCH2Br+H2O→(CH3)3CCH2OH+(CH3)2C=CHCH3+(CH3)2COHCH2CH3
例1：
SN
E
重排
1
反应机理（反应历程、反应机制）定义
• 对反应的整个过程（即由反应物到产物所经历的途径）
的详细描述。
• 反应分几步进行（有几个基元反应），
• 哪一步是决定整个反应速率的反应定速步骤，
• 反应经过什么反应中间体，
• 反应条件在其中起什么作用等。
• 反应机理是根据很多实验事实总结后提出的，它有一定
的适用范围，能解释很多实验事实，并能预测反应的发
生。反应机理已成为有机结构理论的一部分。
在表述反应机理时，必须指出电子的流向，并规定
用箭头表示一对电子的转移，用鱼钩箭头表示单电子的
转移。
2
哈蒙德假说——能量最低原理
• 大多数过渡态与中间体能量最接近，若中间体相
对稳定，则活化能低，反应活性大。即化学反应
优先选择活化能最低、中间体相对稳定的途径进
行。
• 如2-甲基丙烯加氯化氢的产物是2-甲基-2-氯丙烷，
而不是2-甲基-1-氯丙烷。
• 叔C＋稳定性 > 伯C＋，意味着叔C＋易形成，根据
哈蒙德原理，相应的过渡态也易形成，所需能垒
低，经叔碳正离子历程的反应产物也要比经由伯
碳正离子的多，反应活性大。
3
+
CH3CH2CH CH2 +H
+
CH3CH2CH CH3
+
较稳定，先形
成，易反应。
CH3CH2CH2CH2
a.活性中间体：两个过渡态之间的自由基。
b.活化能Ea：过渡态与起始态的能量差。
c.决速步骤：生成烷基自由基的一步的慢步骤（所需活化能
越高，反应速率越慢）是速率决定步骤。
4
（一）反应类型总结
×ÔÓÉ»ù¹â
R-X +HX
R-H + X2
×ÔÓÉ»ù
±´ú ·´ Ó¦
Ar C Br
×ÔÓÉ»ù È¡ ´ú ·´ Ó¦ NBS·´ Ó¦ NBS + Ar C H
C
C
ÐÍ·´ Ó¦
äå »¯Çâ
HBr + CH2 CHCH3
CH2CH2CH3
×ÔÓÉ»ù
ÓëÏ©¼Ó³É
Br
¼Ó³É·´ Ó¦
+
X
Ï©Ìþ ¾ÛºÏ
C X
Ç׺ËÈ¡´ú Nu +
Ç׺˼Ó
³É Nu +
Àë×ÓÐÍ
·´ Ó¦
C H
O
Ç×µçÈ¡´ú
R+ + X
Ç×µç¼Ó
³É
R+ +
Ç׵練 Ó¦
ÏûÈ¥·´ Ó¦
C X
O
O
Ç׺˷´ Ó¦
C
C
NO2
C
O
H
C
C
N2
C OH
¶¨ λ ЧӦ
¸¶ -¿Ë·´ Ó¦
ÂíÊϹæÂÉ
C
C
C
C
C
C
ÔúÒÀ
²É·ò ¹æÂÉ
X
H
OH H
R3 N+
H
»ô·ò Âü¹æÂÉ
5
¼ÓÇ⻹ Ô-·´ Ó¦ Ï©¡¢ Ȳ ¡¢ È©¡¢ ͪ ´ß »¯¼ÓÇ⣻NaBH4¡¢ LiAlH4
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（二）主要反应类型的机理描述
1.自由基反应
（1）烷烃的自由基取代反应，其机理描述：
Á´Òý·¢
Á´ÑÓ
³¤
¹â
X2
C
C
Á´ÖÕ
Ö¹
2X
H + X
+ X2
C
+ HX
X +X
X2
2X
C
C
+ X
C
X
6
此类反应的特点是：
a.反应需要光照、高温或过氧化物等产生自由基的条件。
b.此类反应常经历三个过程。
c. 反应的活性中间体为自由基，产物种类与自由基种类和
稳定性有很大关系。对于烃类化合物来说，其中不同类型
的氢反应活性顺序为：
烯丙基氢或苄基氢＞叔氢＞仲氢＞伯氢
自由基的稳定性：烯丙基或苄基＞叔碳＞仲碳＞伯碳
Cl2
CH3CH CH2
500~510 °C
Br
O
CCl4
N Br △
+
O
ClCH2CH
O
N H
+
(82%~87%)
CH2 + HCl
(75%~80%)
使用NBS，可在温和的条
件下进行α –卤代反应。
O
• 环烷烃的取代反应——自由基机理
7
（2）烯烃加溴化氢时过氧化物效应（自由基加成历程）
ROOR
CH3CH2CH=CH2
HBr
No
Peroxides
CH3CH2CH2CH2Br
CH3CH2CHCH3
Br
H-Cl、H-I与不对称烯烃加成无过氧化物效应的原因：
H-Cl的离解能大（431KJ/mol）,产生自由基比较困难。
H-I的离解能较小（297KJ/mol）,较易产生I· ，但I·的
活泼性差，难与烯烃迅速加成，却易自身结合成I2分子。
所以不对称烯烃与H-Cl和H-I加成时没有过氧化物效应。
得到的加成产物仍服从马氏规则。
8
自由基加成历程：
链引发
Br¡¤
CH 3CH=CH 2
¡¤
CH 3CH-CH 2
Br
¡¤
CH 3CH-CH 2
ÖÙ
×ÔÓÉ»ù ( 2¡ãR¡¤)
²®×ÔÓÉ»ù ( 1¡ãR¡¤)
Br
¡¤
CH 3CH-CH 2
Br
HBr
CH 3CH 2-CH2
Á´
Ôö
³¤
Br¡¤
Br
•由于自由基的稳定性为：3°R· > 2°R· > 1°R· > CH3· ，
故其自由基加成的产物是反马氏规则的。
9
例1：依据下列反应事实，写出其可能的反应机理。
*
CH2 CH
CH3
解：
*
CH 2
*
C H2
1
Cl2
*
h¦Í
Cl Cl
CH
CH 3
.
CH 3C H2
2
+
C H2
CH
C H2C l
CH2Cl + Cl CH2 CH
CH2
2 Cl .
*
Cl .
CH 2
CH
.
CH 2
+
HCl
.
*
.C
H2
1
CH
2
*
C H2 ( 或写成 C H2
3
CH C H2 )
Cl2
Cl2
*
*
CH2 CH
*
Cl C H2
CH
C H2
10
2. 亲电反应
亲电类型的反应属于离子型反应，是亲电试剂进攻底
物分子中带负电荷或电子云密度较高的原子（反应中心）
而发生的反应。（一般经过碳正离子中间体）
（1）亲电加成反应
这是烯烃、炔烃发生的典型的化学反应，机理：
G为给电子基团（常为R基）。
反应试剂：X2（X+）、HX（H+）、H2O（ H+）及其它无机酸。
11
①Markevnikev规则
不对称的亲电试剂（即A不等于B）与不对称烯烃发生
亲电加成反应时遵守Markevnikev规则。马氏规则可有两种
表述方式：
1）在烯烃类化合物的亲电加成反应中，质子首先加在含氢较
多的双键C原子上；
2）在烯烃类化合物的亲电加成反应中，亲电基团首先加在电
子云密度比较高的双键C原子上；
第一种是经典的表述，其主要针对烯烃类化合物和可解
离出质子的亲电试剂之间的反应，如：
12
但是，对于烯烃的其它衍生物，特别是烯键上带吸电基
团的衍生物发生的亲电加成反应，马氏规则的经典表述就难
以发挥作用。如：
这并不是违反马氏规则，而是遵守了马氏规则的本质表述。
• 三、四元环烷烃的加成反应——亲电加成反机理
13
②碳正离子中间体历程和碳正离子重排
C=C
+
+ E Y
-
E
+
C-C
Y-
E
C-C
Y
+
E
C-C
Y
碳正离子机理进行的过程可表述如下：试剂首先
解离成离子，正离子与烯烃反应形成碳正离子，这
是决定反应速率的一步，π键断裂后，C—C键可以
自由旋转，然后与带负电荷的离子结合，这时结合
有两种可能，即生成顺式加成与反式加成两种产物。
14
• 碳正离子有可能重排为较稳定的碳正离子，
• 由于SN1和E1也是碳正离子中间体，也会生
成取代或消除产物。
CH3
CH3
C CH=CH2 HCl
CH3
CH3
CH3
+
C CH CH3
CH3
-
Cl
CH3 C CH CH3
CH3
H3C
-CH3 Ç ¨Ò Æ
CH3
CH3
C CH CH3
+
CH3
Cl
17%
CH3
-
Cl
CH3
C CH CH3
Cl CH3
83%
15
1,2-甲基迁移、1,2-负氢迁移。重排为更稳定的碳正离子。
CH3
H3C
C CH
CH2 HCl (CH3)2CHCHCH3 + (CH3)2CCH2CH3
0℃
H
(60%) Cl
(40%) Cl
HCl
CH3
H3C
C CH CH2
ClCl-
H
H
(I)
氢迁移
稳定性：叔C+﹥仲C+
CH3
H3C C CH2 CH2
(II)
H
16
例2. 用反应机理解释所得的产物。
CH 2 CH CH CH 2 +
Cl 2
CH3OH
CH 2 CH CH CH 2
Cl
OCH 3
¦Ä+
解：
+
CH 2 CH
Cl
CH CH 2
OCH 3
¦Ä
C H2 =C H C H=C H2
¦Ä+
Cl
¦Ä
Cl
+
+
C H2 =C H C H C H2
+
C H2 C H=C H C H2
Cl
CH3OH
C H2 =C H
C H C H2
+
C H3O H
Cl
Cl
Cl
CH3OH
C H2 C H =C H
+
C H3O H
C H2
Cl
H+
H+
C H2 =C H C H C H2
C H3O
C H2 C H C H C H2
Cl
C H2 C H =C H
C H3O
C H2
Cl
17
例3. 用反应机理解释所得的产物。
H3C
HCl
C H2
Cl
H3C
C H3
H3C
+
CH3
Cl
Cl
Cl
Cl
解：
H3C
CH 2
HCl
H3C
Cl
CH 3
Cl
°´ ¡¡ ¢Ù
¢Ù
H 3C
+
H 3C
Ó Ð ý¹â ÐÔ
Cl
+
C H3
Cl
¢Ú
Cl
C H3
Cl
°´ ¡¡ ¢Ú
H 3C
Cl
C H3
ÎÞÐý¹â ÐÔ
Cl
18
③鎓离子历程和反式加成产物
例4.
解：
+
NaBr-H2O
Br2
¦Ä+
+
Br
Br
H
H
Br
Br
+
H
H
OH
+
¦Ä
¦Ä+
Br
Br
Br
Br
¦Ä
Br
π-络合物
H
+
Br
Br
H2O
H
Br
Br
H
H
+
OH2
+
H
Br
H
H
OH
19
（2）亲电取代反应
亲电取代反应是芳环所发生的典型的化学反应。
芳环上的氢被亲电试剂取代的反应称为芳香亲电取代反应
①机理：
+
加成—消除反应历程
+
E
E
+
+
H
O
﹢
﹢
﹢
﹢
E = X 、NO2 、SO3 、R 、 R—C ﹢
1）反应的第一步与亲电加成相似，活性中间体是苯环的芳
香结构遭到破坏的环上带正电荷的离子：
2）与烯烃的加成反应不同的是，反应的第二步则是苯环因
失去质子而变回到芳香结构。即结果亲电取代反应；
20
3）除了磺化反应外，亲电试剂均是在其它试剂（催化剂）的
帮助下产生的，且催化剂都是酸。
Br2 + FeBr3
HNO3+ 2 H2SO4
2H2SO4
CH3
CH3
-
Br+ + FeBr4
+
+
-
NO2 +H3O + 2 HSO4
SO3 + H3O + 2HSO4
CH3
CH Cl + AlCl3
CH3
CH + Cl AlCl3
21
②傅－克烷基化反应的重排和可逆
H
+ (CH3)2CHCH2Cl
C(CH3)3
AlCl3
0°C
(66%)
H
CH3 C
+ HCl
CH3 C
CH2 Cl AlCl3
CH3 + Cl AlCl3
CH3
CH3
• 亲电试剂异丁基正离子重排为更稳定的叔丁基正离子，
•烷基化反应为可逆反应，故烷基苯可进行歧化反应，即一
分子烷基苯脱烷基变成苯，另一分子烷基苯增加烷基变成二
烷基苯。如:
CH3
2
AICI3
CH3
+
CH3(o-,m-,p-)
22
H3C
例5.
H+
д³ö
H3C
解：
C =C H2
µÄ·´ Ó ¦Àú³Ì ¡£
C =C H2
C H3
CH2
H+
H 3C
C H3
C6H5
=
+
H3C
C6H5
C
CH3
H3C
+
C C H3
C
H 3C
H 3C
C H3
C H2
C H3
+
HCH
H3C
H+
C6H5
C H3
3
C6H5
C H3
C6H5
思考题：写出下列反应的反应历程：
+
1.
C H2C l
AlCl3
C H3O
2.
C H2Ph
AlCl3
C H2C O C l + C H2 =C H2
C H3O
=O 23
③定位效应
当芳环上原先有取代基时，会对新进入的取代基的取代位
置产生影响，此即定位基（原有取代基称做定位基）的定位效
应；定位基不仅影响新亲电基团的进入位置，也对反应的活性
产生影响。
基团在苯环上的定位效应及对反应活性的影响分作三类。
1）活化的邻对位定位基：
-O-，-NH2，-OH，-OCH3，-X，-R，等。
致活的原因是通过（诱导或共轭）给电，导致苯环的电子
云密度提高，更有利于亲电基团的进攻。或给电子基团使碳正
离子中间体稳定，反应活性增大。
24
例：甲基是致活基！
H
H
C
H
H
C: s-p 超共轭
使苯环上电子云密度
H C
H
I: -CH3是斥电子基
使苯环上电子云密度
+C、+I同向，都使苯环上电子云 密度
25
为什么新引入基上第一类定位基的o-、p-？
分析中间体的稳定性
假设硝酰基换成了给电子基，如甲基，可看到E进攻致活
定位基的邻位和对位时，基团的给电子达到最大效应，碳正离
子中间体较稳定。
δ+
δ+
δ+
δ+
δ+
δ+
δ+
δ+
δ+
为什么新引入基上第二类定位基的m-？
当E+进攻硝基的不同位置时，邻、对位取代中间体中
都有较正部分直接与吸电子基相连而不稳定。比较起来只有
间位较有利。
26
2） 钝化的间位定位基，如：-NO2、-SO3H、-COOH、CO-、-CHO、-CN等；这些基团使亲电基团进入自身的间位，
且使其所连的苯环反应的活性降低；降低活性的原因是通过
吸电的共轭效应使得苯环的电子云密度降低，
3）弱钝化的邻对位定位基，苯环上连有卤素时即发挥此
种作用；卤素为邻对位定位基的原因是p-π 共轭效应导致卤
素邻对位C上的电子云密度高于间位；而卤素钝化的原因是吸
电的诱导效应使苯环的电子云密度降低。
－OH
-NO2、
－OR –I < +C ﹥ 苯 ﹥ -X –I > +C ﹥ -SO3H、 –I ，—C
-COOH等、
－NH2
邻、 对 位 定 位
间位 定 位
27
4）空间效应
C(CH 3)3
C(CH 3)3
浓H2SO 4
Br
Br
浓H2SO 4
( ~ 100%)
SO3H
(少)
OCH3
CH3
( ~ 100%)
SO3H
(主)
OCH3
x
CH3
(主)
(主)
第三取代基一般不进入1,3-二取代苯的2位——空阻！
28
（3） 赫尔-乌尔哈-泽林斯基反应
在三氯化磷或三溴化磷等催化剂的作用下，卤素取
代羧酸α-H的反应称为 赫尔-乌尔哈-泽林斯基反应
PBr3
RCH2COOH + Br2
-HBr
RCHCOOH
Br
羧酸α—H被Br+取代
亲电试剂
29
3. 亲核类型的反应
有机化学中的亲核反应属于离子反应类型，即带负电荷
或部分负电荷的亲核基团（试剂或其它反应物）进攻底物中
带正电荷或部分正电荷的原子（反应中心）而发生的反应。
（1）亲核取代反应
发生亲核取代反应的有卤代烃（碱性条件）、醇（酸性
条件）等。
①单分子亲核取代 R
机理（SN1）
C
L
C
+
+ L
R
其机理可以表示为：
C
+
+ Nu
R
C
Nu
R
30
1） SN1的立体化学特点： 产物是外消旋体。
OH-
CH3
H3C
H3C
H3C
-
C
Br
-Br
C
H3C
H3C
H3C
C
H3C 构型保持
CH3
CH3
中间体
OH
HO
C
CH3
CH3
构型转化
31
构型保持和构型翻转
n-C6H13
H
C
Br
CH3
（R）-2-溴辛烷
[]D= - 34.6o
HO-
HO
C
n-C6H13
H
CH3
（S）-2-辛醇
[]D= + 9.9o
构型翻转
n-C6H13
H
C
OH
CH3
（R）-2-辛醇
[]D= - 9.9o
构型保持
若反应涉及到一个不对称碳原子上的一根键的变化，则将
新键在旧键断裂方向形成的情况称为构型保持，而将新键在旧
键断裂的相反方向形成的情况称为构型翻转。这种构型的翻转
也称为Walden转换。
32
2） 影响反应的因素：碳正离子结构的稳定，
因此SN1反应的活性顺序：
苄基型，烯丙基型>叔卤代烷 > 仲卤代烷 > 伯卤代烷 > CH3X
3） SN1机理常伴有重排反应：
CH3
H3C
C
CH3
CH CH3
H2O
SN1
CH3 Br
CH3
H 3C
C
CH
CH3
H 3C
C
CH CH3
重排
CH3
OH CH3
H2O
CH3 H+
H 3C
C
CH CH3
CH3
33
②双分子亲核取代机理（SN2）
HH
H
HO +
H
H
C
Br
-
HO
C
H
-
Br
H
过渡态
HO
C
H
+ Br
H
SN2反应机理的主要特点为：
1）构型翻转：在过渡态中，离去基团并未从中心C上脱下来，
因此亲核基团只能从离去基团的背面进攻；这样，SN2反应
的立体化学特点为构型转化。
2）空间效应 速度决定步骤是过渡态。在这个步骤中需要底
物和亲核试剂同时参加，拥挤，所以SN2反应的活性：
CH3X > 伯卤代烷 > 仲卤代烷 > 叔卤代烷
3）SN2反应不发生重排
34
氯乙烯型、氯苯分子中氯原子的-I效应和p,π-共轭效应共
同影响的结果，导致C―Cl键键长缩短，键的离解能增大。
所以，卤苯型化合物的卤原子表现出较低的反应活性，例如：
在一般条件下，卤原子不易被亲核试剂取代；与AgNO3-alc.
溶液不反应；在F-C反应中，不能象RX那样作为烃基化试剂
使用。
烯丙型、苄基型卤代物，其X原子比较活泼。它们无论进
行SN1反应还是SN2反应都比较容易，尤其是SN1反应。
CH2
CH
X
Cl
X 不易离去SN反应难
RCH
CH2
CH 2X
CHCH 2X
CH
CH2
C6H5-CH2+
X 易离去，SN反应活性大
35
+
 CH2
+
CH

+
CH2
烯丙基正碳离子

+

+
+
H
H
苄基正碳离子
p-p共轭正电荷分散稳定
Cl
氯苯
p-p共轭C―Cl键键长缩短，
键的离解能增大
36
卤代烃的取代反应一览
水解反应
醇解反应
氰解反应
增加1个C
氨解反应
37
生成新的 C－C 键：
CN
RCN
C C R'
R C C R'
RX +
R'2CuLi
R R'
CH£¨CO2Et£©2
RHC C CH2Br + R'MgX
H
PhCH2Br + R'MgX
RCH£¨ CO2Et£©2
RHC C CH2R'
H
PhCH2R'
38
1,2-环氧化合物的开环反应
环氧乙烷类化合物的三元环分子中存在张力，极易
与多种试剂反应，把环打开。
•
•
酸催化开环反应时，首先环氧化物的氧原子质子化，
然后亲核试剂向C−O键的碳原子的背后进攻取代基较多
的环碳原子，具有SN1的性质，电子效应控制了产物，空
间因素不重要。
• 碱性开环时，亲核试剂选择进攻取代基较少的环碳
原子，C−O键的断裂与亲核试剂和环碳原子之间键的形
成几乎同时进行，这是一个SN2反应，空间效应控制了反
应。
39
1, 2- 环氧化合物在酸性条件下开环反应的反应机理
CH 3
CH 2CH 3
H
H
H+
CH3
CH2CH3
H
H
O+
H
O
CH3
CH2CH3
H
H
O +
H
H
H
OH
+
H218O
H
H
OH
18 +
OH2
-H+
CH 3
CH 2CH 3
18OH
CH 3
CH 2CH 3
40
1,2 - 环氧化合物碱性开环反应的反应机理
H
H
CH3
H
O
-
+ OCH 3 1 ¿ª »·
2 H+
H
CH3
HO
OCH 3
H
H
41
③芳环上的亲核取代反应
芳环上的一个基团被一个亲核试剂取
代，称为芳环上的亲核取代反应。
L
Nu
+ Nu:-
C l + NaCN
+ L-
C6H5CN + NaCl
42
1）加成-离去机理
OH
CI
NaOH/H 2O
200℃ 高压
CI
OH
Na2CO3/H 2O
O2N
CI
130℃
O2N
OH
Na2CO3/H 2O
O2N
NO2
100℃
NO2 O2N
CI
O2N
NO2
NO2
OH
Na2CO3/H 2O
60℃
O2N
NO2
NO2
43
其它吸电子基如：-SO3H、-CN、-+NR3、-COR、-COOH、
-CHO等也有类似影响
实例：
o
O2N
OC2H5 + H2N
NO2
180 C
O2N
HN
+ EtOH
NO2
-X
O
-NO2
HX
OCH3
HO
OCH3
HNO2
44
选择取代：
CI
CI
NO2+NaOH
NO2
CI
F
OH
CI
NaOH/H 2O
HO
CI
在卤原子的邻，对位上强第二类定位基越多，亲核取
代越容易。
卤原子活性：F > Cl > Br > I
45
加成―离去机理
和苯环的亲电取代反应相似，不同的是第一步
亲核加成，形成碳负离子中间体；第二步卤原子离
去。由于中间体是带负电荷的离子，中心碳的邻、
对位有吸电子基反而促进反应进行。
Nu L
L
-
Nu
慢
+ L-
+ Nu:
N
NO2
O
O
NO2
卤原子活性：F > Cl > Br > I ，电负性越大越有利于负电荷的分散。
46
2） 消去―加成机理(苯炔机理)
C H3
KNH2 - ÒºNH3
Cl
NH2
C H3
+ C H3
NH2
特点：新引入的基团不仅进入卤原子原来的位置，还进入了
卤原子的邻位。
¢Ù
Cl
*
H
¢Ù
NH2
*
Cl
NH2
NH3
*
*
NH2
*
NH3
NH2
¢Ú NH2
Cl
¢Ú
苯炔活性中间体
*
NH2
NH3
*
NH2
NH2
该历程的前两步是从氯苯中消去一分子HCl，生成苯炔
中间体，然后在苯炔的碳碳三键上加进了一分子的NH3，故
称消去―加成机理；又因该类反应是经过苯炔中间体完成的，
故又称苯炔机理。
47
练习：1.完成下列反应：
(1)
F
+
CH3OH
C4H9S
?
(2) O2N
Cl
?
NO2
NO2
(3)
Cl
H2NNH2
+
Na2S O3
(4) O2N
?
Cl
CH3O
?
NO2
(5)
Br +
KNH2 - ÒºNH3
?
(6)
KNH2 - ÒºNH3
CH 3
?
Br
2. 用KN(C2H5)2 - (C2H5)2NH处理N-甲基-N-(2’-邻氯苯
基乙基)胺和N-甲基-N-(2’-间氯苯基乙基)胺得到高产率的
同一产物，其分子式为C9H11N。试回答：(1) 这个产物是
什么？(2) 写出反应历程。
48
完成反应式
CH2CHCH3
NaOH / H2O
OH
1.
CH2CHCH3
NaOH / 醇
Br
2.
CH
Cl
CH CH2
Cl
CH
NaOH / H2O
CH
Cl
CH
CHCH3
CH2
OH
49
（2）亲核加成反应
是醛、酮类化合物典型的反应形式，其机理为：
O¦Ä
C
¦Ä+
- +Nu¦Ä
O
反应物
平面三角形
[
C
O]
¦Ä
Nu
-
过渡态
C
OH
+H2O
Nu
反应中间体
四面体
C
Nu
产物
四面体
影响反应活性大小的因素：
①羰基C是反应的活性中心。凡能增加羰基C正电荷的因素，
均使反应速度增加，凡是降低羰基C正电荷的因素则使反应速
度降低。简言之：拉电子有利，推电子不利。
②亲核加成反应的快慢还与羰基C所连基团的大小有关，体积
越大，速度越慢。如醛比酮活性大。
50
亲
核
加
成
小
结
合成
缩醛，环状半缩醛，保护羰基
鉴定，分离提纯
合成
合成
鉴定，提纯，确定结构
醛醇的缩合：
羰基与胺衍
生物缩合：
51
例6. 写出下面反应的反应历程。
C H2C H2C H2C HO
+
OH
C H3C H2O H
¸É HCl
O
O C H2C H3
解：
+
=
=
O
C H
OH
H+
H
C H
£ºO H
£º
OH
H
OH
+
+
O H2
O
OH
H2O
H
+
£º
H
O
HOC2H5
H
+
OC H2C H3
O
H+
O
O C H2C H3
52
岐化反应
HCHO
ŨNaOH
HCOONa + CH3OH
交叉歧化反应：
-CHO
-CHO
O
(CH3)3CCHO
-CH2OH
HCHO
ŨNaOH
-CH2OH
O
HCONa
O
(CH3)3CCH2OH
在交叉歧化反应中，总是甲醛被氧化，其它醛被还原.
53
反应历程：
O
O
—CH
-
OH
O
HC—
—C——H
OH
-
O
O
—COH + H2C
酸
碱
O
-CO- +
_
CH2OH
H+
O
-COH
54
（3）亲核加成-离去
（羧酸及其衍生物的亲核取代）
O
R C L + Nu
O
R C L
Nu
O
R C Nu + L
亲核加成－消除机理
O
R
HX
X
O
O
O
+ H OH
R
O
O
H OR''
O
R
R
OH + HO
R
R'
O
R'
HOR'
OR''
OR'
反应活性：酰卤＞酸酐＞酯＞酰胺
55
酯的碱性水解（又称皂化反应）
反应机理
O
RCOR' + -OH
慢
OR-C-OR'
快
O
RCOH + -OR'
OH
四面体中间体
是负离子
O
ROH + RCO-
Na+
O
RCONa
56
(4)碳负离子对羰基的亲核加成反应或加成-消除反应
亲核试剂：羰基化合物α-氢的电离后形成的碳负离子
①羟醛缩合反应（实质上是羰基的亲核加成）：
HO-
+
H-CH2CH=O
H2O
+
-
CH2CHO
=
O
+
CH3C
-
CH3CH—CH2CHO
CH2CHO
O-
H
+H2O
--OH


CH3CH——CHCHO
OH
-H2O


CH3CH=CHCHO
H
1）反应条件：稀碱，至少含有α氢的醛存在；
2）产物：β-羟基醛（酮）或αβ-不饱和醛（酮）。
57
CHO
+
¦Á
CH3CH2CHO
O
H3C
CH 3
Ï¡ OH
CH CCHO
CH3
KOH
CH 3
CH 3
O
O
-
O
OH
Ï¡ OH
H2O
O
O
O
58
例7. 写出下列反应的反应历程
1. C6H5CHO + CH 3COCH 3
O
OH
¡÷
H3C O
=
=
=
O
C H3 + C H3 C C H=C H2
2.
C6H5CH =CHCOCH 3
C2H5ONa
C2H5OH
=
O=
O
解：
O
1. C H3C O C H3
C6H5CHO
OH
C
H
C
O
C
H
3
2
H2O
C6H5C H C H2C O C H3
OH
H 2O
C6H5C H C H2C O C H3
¡÷
C6H5C H C HC O C H
3
H 2O
=
59
C H3
=
=
O
C H3
O
H2O
C H3
=
HO
O
=
O
C2H5OH
C H2 O
=
C H3
=
O
O
=
=
O
O
C H3 O
C H3
=
C H3
=
C H3
OH
C H3
OH
=
C H3
O
O
O
ÖØÅÅ
C H3
O
=
=
O
=
O
O
C2H5OH
C H3
=
=
O
O
=
C2H5ONa
C2H5OH
=
¦Á
=
2.
O
O
=
=
O
O
60
② Reformatsky 反应（羰基的亲核加成反应）
α- 卤代酸酯与醛或酮在乙醚、苯、甲苯等惰性溶剂中
与锌粉反应，产物水解后得到β- 醇酸酯。
1) ±½
CHO + BrCHCOOC2H5 + Zn
2) H2O
CH3
OH
CHCHCOOC2H5
CH3
意义：有机锌试剂只与醛酮的羰基反应，保留了酯羰基。不
能用镁代替锌，因有机镁试剂太活泼，与酯也发生反应。
O
BrZnO
+ BrCH2COOC2H5 + Zn
机理：
±½
CH2COOC2H5
BrCH2COOC2H5 + Zn
O
+ -
BrZnCH2COOC2H5
OZnBr
CH3CH2CHCH2COOC2H5
H2O
CH3CH2C H
OH
CH3CH2CHCH2COOC2H
615
③ Claisen酯缩合反应（酯的亲核加成-离去机理）
酯分子中的α-活泼氢在醇钠的催化作用下，可
与另一分子酯脱去一分子醇而互相缩合，这类反
应称为Claisen Condensation反应。
CH3COOC2H5 + CH3COOC2H5
C2H5ONa
CH3COCH2COOC2H5 + C2H5OH
OR O
R O
1 C2H5ONa
RCH2C-CHCOC 2H5
RCH2C-OC 2H5 + H-CHCOC2H5
2 HOAc
O
62
机理：亲核加成-离去——亲核取代
亲核试剂生成
亲核加成
离去
结果
63
•分子之间缩合称为克莱森（Claisen)酯缩合反应。
•分子内的酯缩合叫Dieckmann condensation。
两种不同的有α-H的酯的缩合产物复杂，无实用价值。
无α-H的酯与有α-H的酯的缩合产物纯，有合成价值。
O
H C OC2H5 + CH3CH2COOC 2H5
C2H5ONa
O
H C CHCOOC 2H5
CH3
反应特点：
•底物：含有α–氢的酯作为Nu
•强碱: 醇钠
•产物: 生成β–酮酸酯
•增长碳链的反应
64
④.迈克尔(Michael)加成反应
• 碳－碳双键上有吸电子基如羰基时，其亲电性减弱而亲核
性加强，能够接受亲核试剂——碳负离子的进攻。即，碳
负离子与活性双键的加成反应，称为迈克尔反应。
O
Nu:
H2C
CH
C
R
RCOCH2-CH2CH2COR
合成1，5-二羰基化合物
Β-二酮、苯乙腈、乙酰乙酸乙酯和丙二酸二乙酯等
在碱性催化剂的存在下都能与双键起加成反应：
65
O
O
CH3 C
C
H
CH2 + CH2(CO2Et)2
KOH, EtOH
CH3CCH2CH2CH(CO2Et)2
O
1) KOH, EtOH-H2O
2)
O
H3O+
O
+ CH3CCH2CO2Et

CH3CCH2CH2CH2COOH
O
1) KOH, EtOH
2) KOH, EtOH-H2O
3) H3O+ 
O
CH2CCH3
66
-
反应机理： CH (CO Et)
2
2
2 + EtO
O
-
O
CH
CH
CH
CH(CO2Et)2 + EtOH
-
-
CH2 + CH(CO2Et)2
O
CH CH2CH(CO2Et)2
O
CH
CH
CH CH2CH(CO2Et)2
-
CH2 CH2CH(CO2Et)2 + EtO
——1,4-加成
O
O
例：
+ CH2 CHCO2Et
EtONa, EtOH
CH2CH2CO2Et
O
O
CH3
H + CH2 CHCOCH3
O
CH3
CH2CH2COCH3
O
EtONa, EtOH
CH3
O
OH
67
⑤. Perkin 反应
芳醛和脂肪族酸酐在碱金属盐共热下的缩合反应
O
O
CH3CH2C
CH + CH CH C O
3
2
O
-H2O
CH3CH2COONa
135¡æ, 30h
CH CCOOH + CH3CH2COOH
70%
CH3
68
4. 消除反应
RX、ROH、RNH2在一定条件下可发生E反应。
HO + R
CH2
CH2X
È¡´ú
RCH2CH2OH + X
Ïû ³ý
RCH
È¡´ú
HX + RCH2CH2OH
Ïû ³ý
È¡´ú
RCH2CH2N(CH3)3 + OH
Ïû ³ý
CH2 + X + H2O
RCH2CH2X + H2O
RCH
CH2 + HX + H2O
RCH2CH2OH
RCH
CH2 + HX + N(CH3)3
69
（1）E1机理
C H3
°´ ¢Ù
C H3
C H3 C
Br
CH3CH2O
C H2C H3 CH CH ONa
3
2
£¬
¦Â
C H3
¦Á
Saytzeff ²ú Îï
¦Â
C H2 C C HC H3
+
H ¢Ú ¢Ù H
C H3 C =C HC H3
C H3
°´ ¢Ú
C H2 =C
C H2C H3
Hofmann ²ú Îï
①以Saytzeff产物为主
•查依耶夫定则：生成热力学稳定的烯烃为主，即形成双
键上有烃基最多的烯烃（超共轭来解释。
70
②E1和SN1的第一步完全一样，碳正离子也有重排
的可能，如醇在酸性条件下生成R+，重排现象频繁。
R-OH
H+
+
R-OH 2
-H 2O
+
R
X-
。 。
3 、2 醇：SN1
RX
正碳离子
CH3
例2： CH3-C CHCH3
H OH
重排
－H迁移
H
+
CH3
CH3-C CHCH3
H OH 2
+
CH3
CH3-C CHCH3
+
H
。 + 更稳定
3 C，
Cl -
-H 2O
CH3
CH3-C +CHCH3
H
。+
2 C
CH3
CH3-C CHCH3
Cl H
（主要产物）
71
例8：写出下面反应的反应历程。
C H3
HO
H
C H2C H3
C H2C H3
C H3
H+
解：
C H3
HO
H
C H2C H3
+
H
C H3
H2O+
H
C H3
H
C H2C H3
H2O
C H3
H
+
C H2C H3
+
C H2C H3
C H2C H3
H+
C H3
72
思考题：
H+
1.
OH
2.
C (C H3)2
C H3
H+
C H3
OH
C H3
3.
D
H
H
Br
C2H5ONa
C2H5OH
C H3
H
C =C
H
C H3
C H3
73
（2）E2机理
Br
°´ ¢Ù
Br
¦Â
¦Á
¦Ä
£¬
¦Â
¦Á
C H3 C H C H C H2
HO
C H3 C H C H C H2
H
H
½ÏÎȶ¨
¢Ú
OH
C H=C H C H3
81%
Saytzeff烯
Br
¦Á
¢Ù
C H3
¦Ä
H
H
¦Â
¦Ä
°´ ¢Ú
£¬
¦Â
C H3 C H C H C H2
H
H
½Ï²» Îȶ¨
C H3C H2
¦Ä
OH
C H=C H2
19%
①过渡态已有烯烃的雏形，所以产物以Saytzeff烯为主
②无论是发生E1反应还是发生E2反应，RX的反应活性均为：
3oRX  2oRX  1oRX
E1反应，3oC+最易形成。
E2反应， 3oRX提供较多的-H。
74
③消除的立体化学：反式共平面消除（从过渡态可加以理解）
例如：
H
CH(CH 3)2
H3C
CH3
Cl
(H3C)2HC
H
CH3
Cl
CH(CH 3)2
CH(CH 3)2
H3C
多
少
(H3C)2HC
H
CH3
• 不论什么机理有可能成共轭烯烃一般成共轭烯烃。
75
（3）季铵碱的热消除——Hoffmann烯
(CH3)3N+CH2CH3 OH-
(CH3)3N + CH2 CH2 + H2O
反应机理： E2反应
HO
H
E2
C C
C
C
+ N(CH3)3 + H2O
N(CH3)3+
当有两种以上-H时, 生成双键上烃基少的烯烃——
Hoffmann烯，原因：空间位阻
CH3
CH3CH2CHNH2
¡÷
1) 3CH3I
2) AgOH
CH3
H2C H
CH CH N(CH3)3OH
H
CH3CH2CH CH2 + CH3CH CHCH3
(5%)
(95%)
76
CH3
CH3CH2CH2N+CH2CH3 OHCH3
CH3CH2CH2N(CH3)2 + CH2 CH2
98%
但若β-C上有芳基、乙烯基等时, 则反应不按Hoffmann规律进
CH3
行。
CH CH2
+
CH2CH2N CH2CH3OHCH3
+ CH2 CH2
94%
6%
此反应常用于测定胺的结构。如：
CH3CH CHCH3 + 3 CH3I
NH2 CH3
CH3 CH
CH CH3
HO +N(CH3)3 CH3
-
CH3 CH
CH CH3
I N(CH3)3 CH3
- +
Ag2O
H2O
CH2 CHCHCH3 + CH3CH CCH3 + (CH3)3N
CH3
CH3
77