从机理的角度剖析烯烃类化合物可参与的亲电加成反应类型

日期:2025-09-16 11:55:23 |   作者: 最新动态

  烯烃能进行亲电加成的底层逻辑在于:烯烃分子中有不饱和的碳碳双键(C=C),其中 π 键键能较低、电子云暴露,

  烯烃参与的亲电加成总体而言有七类:①烯烃与溴反应,②烯烃氧化成环氧,③烯烃与质子酸反应,④烯烃的羟汞化-还原反应,⑤烯烃的双羟基化反应,⑥硼氢化氧化反应,⑦烯烃的臭氧化切断反应;

  且因为区域选择性和立体选择性的存在,不一样的烯烃反应性不一样,把这七类在一定层次上又有所扩展,以下做个论述,系统性学习一下

  溴对烯烃的亲电加成是一个氧化反应。以简单的乙烯分子为例,反应过程中,烯烃充满的 π 轨道 (HOMO) 会与溴空的 σ* 轨道反应,首先生成溴鎓离子和溴离子:

  当溴化反应在亲核性的溶剂( 如水或甲醇)时,溶剂分子会与溴离子竞争对溴 钅 翁的开环。尽管水和醇是比溴差很多的亲核试剂,但因为浓度高, 大多数时候会抢在前面。

  当是水时,因为生成了较为稳定的溴代醇,在用碱处理后,是标准式的分子内SN2反应;

  环氧乙烷可通过乙烯在高温下用氧气氧化并使用银催化剂大规模生产,但该方法不适合实验室常规使用。实验室常用过氧羧酸作为环氧化试剂,这类化合物是过氧化氢的酯,比羧酸酸性弱。

  过氧酸的一个氧原子是亲电的,可被亲核试剂攻击,亲核试剂取代羧酸形成新的化合物,同时释放羧酸根;

  烯烃和过氧酸的反应过程中,烯烃充满的 π 轨道 (HOMO) 会与过氧酸中O–O 键的 σ* 轨道作用,生成环氧;

  由于环氧中两根新的 C–O 都在烯烃 π 键的同一面形成,因此烯烃的环氧化是是立体选择性的。

  烷基是给电子的,被烷基取代的烯烃通过电子效应提升了双键的HOMO能量,电子更容易被亲电试剂的LUMO接受,所以多取代的烯烃更加亲核,直接引发多取代的烯烃环氧化进行的快;

  烯烃和H-X类酸性物质反应是 区域选择性的,经过质子化生成更稳定碳阳离子的过程,最终结果遵循马氏规则,即:“氢最终连接在原来双键有较多氢的一侧的碳原子上 ” 。常见如:

  共轭双烯的π电子通过共轭效应离域到四个碳原子上,形成更大的π体系,导致其HOMO能量非常明显升高,亲核性比简单的烯烃要强;

  ①和H-X类物质如HBr反应时质子化中间体的存在形式,即:优先生成多烷基取代的碳正离子;

  邻二醇是一种很重要的碳氢化物,制备方法是在双键的两侧加入两个羟基,这种反应有两种模式,且两种模式给出的产物是不同的对映体;

  环氧开环可以在酸或碱中完成。如果亲核试剂是水,则产物为二醇。该反应一个 S N 2 反应,伴随立体化学翻转;如下是一个示例高氯酸中的开环示例,两个羟基在六元环的不同侧,产物是

  和上述通过环氧生成邻二醇的路径不同, OsO 4可以直接和双键发生反应,烯烃同四氧化锇结合得到五元环状锇酸酯,锇酸酯不稳定,水解即得到

  由于四氧化锇(OsO 4 )非常昂贵,且存在剧毒和高挥发性。因此该反应通常在催化量的 Os(VIII) 以及当量的共氧剂(如NMO,双氧水)下完成。

  在《 》章节,我们大家都知道烯烃能够最终靠酸催化下E1消除实现,而烯烃的单羟基化反应就是这种消除反应的的逆过程。

  该过程包含两个步骤:首先通过羟汞化在系统上加上OH和Hg,关键中间体不经分离,直接通过硼氢化钠还原赶走汞金属。

  和上述羟汞化-还原得到的烯烃单羟基化产物不同,硼氢化氧化的区域选择性是反马氏规则的,氢原子会加到含氢较少的双键碳原子上。 反应的驱动力在于双键作为富电子体和 硼烷空的 p 轨道作用;

  该过程中一分子硼烷对应三分子烯烃,为了尽最大可能避免不可控的副反应,所以硼烷用量通常0.33eq。

  工业上的烯烃裂解反应通常是复杂的,需要高温,高压,催化剂等等,这个我们没办法去描述,此处仅介绍一下实验室规模将烯烃双键“砍断”的过程,即烯烃的臭氧化切断;

  臭氧分子通常在臭氧发生器中制备,然后作为1,3-偶极合成子和烯烃加成,生成环状臭氧化物,然后经过复杂的重排、环坍塌得到两根强的 C = O 键,最终经PPh3或二甲硫醚之类的还原剂还原得到两分子醛(酮)。

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