加成反应是一种有机化学反应,是不饱和化合物的一种特征反应。反应物分子中以重键结合的或共轭不饱和体系末端的两个原子,在反应中分别与由试剂提供的基团或原子以σ键相结合,得到一种饱和的或比较饱和的加成产物。这个加成产物可以是稳定的中间体;也可以是不稳定的中间体,随即发生进一步变化而形成稳定产物。加成反应可分为离子型加成、自由基加成、环加成和异相加成等几类。其中最常见的是烯烃的亲电加成和羰基的亲核加成。
内容简述
加成反应是一种有机化学反应,它发生在有双键或叁键(不饱和键)的物质中。
两个或多个分子互相作用,生成一个加成产物的反应称为加成反应(addition reaction)。加成反应可以是离子型的,自由基型的和协同的。离子型加成反应是化学键异裂引起的,分为亲电加成(electrophilic addition)和亲核加成(nucleophilic addition)。
加成反应进行后,重键打开,原来重键两端的原子各连接上一个新的基团。加成反应一般是两分子反应生成一分子,相当于无机化学的化合反应。根据机理,加成反应可分为亲核加成反应,亲电加成反应,自由基加成反应,和环加成反应。加成反应还可分为顺式加成反式加成。加成反应进行后,重键打开,原来重键两端的原子各连接上一个新的基团。加成反应一般是两分
反式加成是指加成的两部分从烯烃的异侧加上去,
加成分类
亲核加成
亲核加成反应是由亲核试剂与底物发生的加成反应。反应发生在碳氧双键、碳氮三键、碳碳三键等等不饱和的化学键上。最有代表性的反应是醛或酮的羰基与格氏试剂加成的反应。再水解得醇,这是合成醇的良好办法。在羰基中,O稍显电负性;在格氏试剂中,相连,Mg稍显电正性,C是亲核部位。于是格氏试剂的亲核碳进攻亲电的羰基碳,双键打开,新的键形成。
又例如烯烃与溴的加成,溴分子受到外界影响极化为一端带微正电荷、另一端带微负电荷的极性分子(见结构式a),其正端与烯烃双键作用,最初形成π配位化合物(b),接着发生共价键异裂而得带正电荷的σ配合物(c)和溴离子:
水、醇、胺类以及含有氰离子的物质都可以与羰基加成。碳氮三键(氰基)的亲核加成主要表现为水解生成羧基。
此外,端炔的碳碳三键也可以与等亲核试剂发生亲核加成,如乙炔和氢氰酸反应生成丙烯腈。
其他重要的亲核加成反应有:麦克尔加成、醇醛加成/缩合、Mukaiyama反应等等。
亲电反应
亲电加成反应是烯烃的加成反应。广义的亲电加成亲反应是由任何亲电试剂与底物发生的加成反应。
在烯烃的亲电加成反应过程中,氢正离子首先进攻双键(这一步是定速步骤),生成一个碳正离子,然后卤素负离子再进攻碳负离子生成产物。立体化学研究发现,后续的卤素负离子的进攻是从与氢离子相反的方向发生的,也就是反式加成。
烯烃亲电加成反应,烯烃可以与多种亲电试剂发生加成反应。自由基加成,属于自由基反应的范畴,比如博格曼芳香化成环反应。
烯烃与氯化氢或碘化氢在相同条件下不能进行自由基加成,这是因为由氯化氢产生氯原子的反应和碘原子加成到双键上的反应都需要较高活化能,阻碍了链的转移。炔烃也能发生亲电加成,但反应速率比相应烯烃慢。炔烃与溴化氢在过氧化物作用下也发生自由基加成,炔烃与硼烷的加成也与烯烃相似。但是,炔烃可以发生一些通常烯烃难以发生的亲核加成反应。例如,乙炔在高温高压和碱催化的条件下能分别与乙酸和乙醇发生反应,得到乙酸乙烯酯和乙烯基乙醚;乙炔与氢氰酸加成可得丙烯腈。这些都是工业生产中的重要反应。乙炔与水的加成一般在酸性汞盐催化下进行,加成物乙烯醇不稳定,随即异构化(见同分异构体)为乙醛,其反应机理尚不很清楚。c的正碳离子可能直接与溴离子结合(路线①),也可能先与其相邻溴原子上未共电子对作用成为环状正嗅离子(d),然后才与溴离子结合(路线②)。具体过程与烯烃结构和反应条件有关。烯烃不饱和碳原子上的给电子取代基使反应加速,吸电子取代基使反应减慢,这个事实可以证实上述反应机理。烯烃亲电加成的立体化学与其结构和反应条件有关,一般以反式加成为主,即两个原子或基团分别加在原双键的两面。烯烃与无机酸和强有机酸都能发生亲电加成,与弱有机酸的加成要在强酸催化下才能进行,加成产物为相应的酯,但烯烃与次卤酸的加成产物却是α-卤代醇。烯烃与水在酸催化下发生加成反应生成醇,低级烯烃的这种反应是一些醇类的工业生产方法。当不对称试剂与不对称烯烃加成时一般都是符合马尔科夫尼科夫规则,即试剂中的带正电荷部分加在烯烃分子中含氢较多的不饱和碳原子上。烯烃与硼烷的加成是合成中广泛应用的反应。烯烃被有机过酸、臭氧和高锰酸钾等试剂氧化,实质上也是这些氧化剂对于双键的加成(见有机化学中的氧化还原反应)。烯烃与氢气的加成要在催化剂作用下才能进行,常用催化剂有镍、铂、钯、亚铬酸铜及可溶于有机溶剂的氯化铑或氯化钌与三苯膦的配合物等(见催化氢化反应)。烯烃与溴化氢在少量过氧化物作用下发生自由基加成,得到反马氏加成物,这是一个链反应。例如在过氧化苯甲酰作用下丙烯与溴化氢的加成,链反应因溴原子的产生而引发,通过链的转移而进行下去,自由基相互结合并消失而使链终止。
环加成
属于协同反应的范畴,常见的有狄尔斯-阿德尔反应。
加成聚合
经加成反应形成高聚物的过程称为加成聚合反应,简称加聚反应。加聚反应的产物大多是聚烯类,常被用作包装材料,如作为塑料的聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等。
乙烯的加聚反应:实质是乙烯分子间的加成,即在适当的温度、压强和有催化剂的情况下,乙烯双键里的一个键会断裂,分子里的碳原子能互相结合成为很长的链,生成聚乙烯。
相对比较
取代反应定义:有机分子中的一个原子或原子团被其他原子或原子团所代替的反应。类型比较:很多参考书经常把它与置换反应做比较,而我认为它与复分解反应更像。例子:以与反应为例,原理是:一个H被一个取代,即键变为键。剩下的与被取代的H产生。特点就是:一个H被取代,消耗一个,产生一个。加成反应定义:有机物分子中不饱和碳原子与其他原子或原子团直接结合生成新物质的反应。类型比较:从物质种类上来看,类似与化合反应。例子:以与反应为例,原理是:中的双键断开其中一个,两个C各形成一个半键,分别与两个结合。特点就是双键变单键,不饱和变饱和。
链反应的三个过程简单表示如下:
A-F
阿累尼乌斯方程氨螯合剂螯合物螯合物半反应半微量分析苯比色分析变异系数标定标准电极电势标准曲线标准溶液标准自由能变表征查依采夫规则产物常规分析常量分析沉淀反应陈化臭氧船型构象醇磁性次序规则催化催化反应催化剂单分子亲核取代反应单分子消除反应单色器氮族元素滴定滴定度滴定分析滴定误差滴定终点狄尔斯阿尔得反应碘量法电池电动势电负性电荷数电化学分析电极电势电解电解质电离电离能电子电子的波动性电子构型电子自旋定量分析定性分析对映体多电子原子多相离子平衡多原子分子二氧化碳反应的活化能反应方向反应机理反应级数反应历程反应热反应速率反应速率范德华方程芳香性芳香族化合物放射性非金属非晶体非均相催化剂菲舍尔投影式费林试剂分光光度法分析化学分子轨道分子轨道理论分子间力分子间作用力分子空间构型酚酞伏特电池副反应系数傅列德尔克拉夫茨反应
▪ 盖斯定律▪ 高锰酸钾▪ 高锰酸钾▪ 格利雅试剂▪ 汞▪ 共沉淀▪ 共轭二烯烃▪ 共轭双键▪ 共轭酸碱对▪ 共轭酸碱对▪ 共轭体系▪ 共轭效应▪ 共价键▪ 共价键▪ 共性▪ 构象异构体▪ 构象▪ 构型▪ 孤对电子▪ 官能团▪ 光源▪ 硅的存在和制备▪ 硅酸▪ 硅酸盐▪ 轨道▪ 轨道能量▪ 轨道重叠▪ 过程▪ 过渡金属▪ 过滤▪ 过失误差▪ 过氧化氢▪ 过氧化物和超氧化物▪ 过氧化物效应▪ 耗氧量▪ 合金▪ 核磁共振▪ 核化学▪ 核聚变▪ 核裂变▪ 红外光谱▪ 红移▪ 互变异构现象▪ 化合物▪ 化学反应▪ 化学反应的通式▪ 化学方程式配平▪ 化学分析▪ 化学计量点▪ 化学位移▪ 化学平衡▪ 化学需氧量▪ 化学因数▪ 还原▪ 缓冲容量▪ 缓冲溶液▪ 缓冲溶液▪ 活化能▪ 活性中间体▪ 霍夫曼规则▪ 基准物质▪ 极性分子▪ 继沉淀▪ 加成反应▪ 甲基橙▪ 价层电子对互斥理论▪ 价键理论▪ 价键理论▪ 检测系统▪ 碱金属▪ 碱土金属▪ 键长▪ 键级▪ 键角▪ 键矩▪ 键能▪ 结构异构▪ 解蔽▪ 解离常数▪ 金属▪ 金属键▪ 金属晶体▪ 金属离子的水解▪ 金属指示剂▪ 晶体结构▪ 精密度▪ 聚合物▪ 均相催化剂▪ 开链族化合物▪ 凯库勒结构式▪ 坎尼扎罗反应▪ 克莱门森还原▪ 克莱森酯缩合反应▪ 克莱森重排▪ 镧系元素▪ 累积稳定常数▪ 离去基团▪ 离子的沉淀与分离▪ 离子的选择沉淀▪ 离子方程式配平▪ 离子晶体▪ 离子偶极力▪ 理想气体状态方程分压▪ 立体化学▪ 立体异构▪ 立体异构体▪ 量子数▪ 列·沙特列原理▪ 磷酸▪ 磷酸盐▪ 零水准▪ 硫化物▪ 卢卡斯试剂▪ 卤代烃▪ 卤仿反应▪ 卤化磷▪ 卤化物▪ 卤素▪ 路易斯酸碱▪ 氯化物
▪ 麦克尔反应▪ 酶▪ 醚▪ 摩尔吸光系数▪ 能斯特方程▪ 纽曼投影式▪ 浓度▪ 偶极矩▪ 偶然误差▪ 泡林不相容原理▪ 配离子的形成▪ 配位化合物▪ 配位数▪ 配位数▪ 配位体▪ 配位原子▪ 硼氢化反应▪ 硼烷▪ 偏差▪ 硼族元素▪ 平衡常数▪ 亲电加成▪ 亲电试剂▪ 亲电性▪ 亲核加成▪ 亲核取代反应▪ 亲核试剂▪ 氢化物▪ 氢键▪ 氢氧化物▪ 氢原子的波尔模型▪ 倾泻法▪ 球密堆积▪ 区元素▪ 醛▪ 热力学第二定律▪ 热力学第一定律▪ 热与功▪ 溶度积常数▪ 溶解度▪ 溶解氧
S-Z
▪ 色谱分析▪ 色散▪ 熵▪ 熵变▪ 生成焓▪ 石墨▪ 试剂▪ 铈量法▪ 手性分子▪ 双分子亲核取代反应▪ 双分子消除反应▪ 双原子分子▪ 水的离子积▪ 水合氢离子▪ 水合质子▪ 水离解▪ 顺反异构▪ 速率常数▪ 酸和碱▪ 酸碱▪ 酸碱的相对强度▪ 酸碱滴定法▪ 酸碱指示剂▪ 酸碱质子理论▪ 酸效应系数▪ 羧酸▪ 羧酸衍生物▪ 碳负离子▪ 碳化物▪ 碳水化合物▪ 碳酸▪ 碳酸盐▪ 碳正离子▪ 碳族元素▪ 铁▪ 同分异构体▪ 同分异构现象▪ 同离子效应▪ 同位素▪ 铜▪ 酮▪ 透光率▪ 瓦尔登反转▪ 微量分析▪ 位置异构体▪ 物质的量▪ 吸电子基▪ 吸光率▪ 吸热与发热过程▪ 吸收池▪ 烯丙基正离子▪ 烯烃▪ 稀有气体▪ 稀有气体化合物▪ 系统命名法▪ 系统误差▪ 系统与环境▪ 显著性检验▪ 线光谱▪ 相▪ 相对标准偏差▪ 相转移催化作用▪ 消除反应▪ 硝酸▪ 校正曲线▪ 锌▪ 兴斯堡试验▪ 行▪ 形态分析▪ 休克尔规则▪ 旋光性▪ 盐▪ 掩蔽▪ 氧化▪ 氧化还原电对▪ 氧化还原反应▪ 氧化还原指示▪ 氧化剂和还原剂▪ 氧化数▪ 氧化物▪ 氧族元素▪ 一氧化碳▪ 仪器分析▪ 乙醇▪ 乙二胺四乙酸▪ 乙醚▪ 乙醛▪ 乙炔▪ 乙酸▪ 乙烯▪ 乙酰化剂▪ 异构现象▪ 银镜反应▪ 银量法▪ 有机化学▪ 有效核电荷▪ 有效数字▪ 右旋▪ 诱导效应▪ 元素的周期律▪ 原电池▪ 原子半径▪ 原子轨道▪ 原子晶体▪ 原子数▪ 杂化▪ 杂化轨道▪ 杂化轨道▪ 杂环化合物▪ 在线分析▪ 真实气体▪ 正态分布▪ 脂肪族化合物▪ 值▪ 质量数▪ 质子平衡▪ 质子转移反应▪ 置信区间▪ 置信水平▪ 中心离子▪ 仲裁分析▪ 重铬酸钾▪ 重铬酸钾▪ 重键▪ 重量分析法▪ 周期表▪ 状态与状态函数▪ 准确度▪ 灼烧▪ 紫移▪ 自发过程▪ 总稳定常数▪ 族▪ 左旋