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有机化学

亲电加成、亲核加成

理解亲电试剂对富电子烯烃的加成,以及亲核试剂对羰基等极化π键的加成,并分析区域与立体化学结果。

直觉直觉:加成到π键两端

π键比σ键更易参与反应,可转化为两个新的σ键。在烯烃中,亲电试剂通常先与π电子作用;在羰基中,带部分正电的碳具有亲电性,可接受亲核试剂。

追踪 HX 对烯烃加成及亲核试剂对羰基加成的电子流,观察极性和新键。

中学阶段中学阶段:识别反应模式

定义: 加成反应

两个原子或基团分别加到多键两端,使键级降低,且主要反应物的原子不被脱除。

CHX2=CHX2+HBr→CHX3−CHX2Br\ce{CH2=CH2 + HBr -> CH3-CH2Br}

不对称烯烃可能形成不同构造异构体。马氏规则适用于许多离子型 HX 加成的趋势判断,但并非普遍定律;自由基条件、重排及底物效应都可能改变结果。

大学大学阶段:极性决定电子流向

RX2C=O+NuX−→RX2C(OX−)Nu→HX+RX2C(OH)Nu\ce{R2C=O + Nu^- -> R2C(O^-)Nu ->[H^+] R2C(OH)Nu}
底物π键首先进攻的物种典型初始步骤——
C=C(烯烃)亲电试剂π电子进攻;可形成碳正离子或桥式中间体
C=O(羰基)亲核试剂进攻亲电碳;形成四面体中间体

例题

预测丙烯在普通离子条件下与 HBr 反应的主要构造产物,并说明关键机理原因。

解答

通常主要生成 2-溴丙烷:优先以能形成较稳定仲碳正离子的方向质子化,随后由 Br⁻ 捕获。此预测假设不存在过氧化物引发的自由基反应。

进阶进阶:中间体与立体控制

碳正离子稳定性、邻基参与及离子对回合会影响亲电加成;桥式卤鎓离子常可解释反式加成而无需自由碳正离子。羰基加成取决于亲核试剂软硬、羰基取代程度、配位及质子转移时机。平面羰基可从两面受攻而形成手性中心,面选择性由分子环境决定。

科研研究前沿:观测短寿命加成中间体