前情回顧:
有機化學反應絕大部分其實都是Lewis酸和Lewis堿的中和反應,電子從富電子的地方流入缺電子的地方。
第一次接觸親電加成不出意外的話是在學烯烴的時候吧~
首先,親電和親核是相對的同時存在的,氫質子去結合π電子,那就是親電的過程,如果反過來,π電子去結合氫質子,那就是一個親核的過程(雖然我們好像從來都沒有這麼說過[doge])
烯烴和不同的試劑發生親電加成的時候,可以按照“碳正離子中間體機理”,“環正離子中間體機理”,“離子對中間體機理”和“三中心過渡态機理”進行。
不用慌,咱們一個個來看。
本期先來看一下“碳正離子中間體機理”
代表是烯烴和氫鹵酸的反應。
再簡化一下,就先看乙烯和HCl反應。
首先對于一個乙烯來說,π電子就均勻的分布在兩側。
當烯烴周圍出現了HCl異裂得到的氫質子的時候,π電子就會朝氫質子移動,畢竟正負電荷相吸,飛蛾撲火,此時π電子雲會發生一定程度的變形,然後當這個π電子雲和氫質子的s空軌道重疊之後,就會形成一個C-Hσ鍵。
本來兩個電子屬于兩個碳共有的,此時隻屬于其中一個碳,另外一個碳就沒有電子了,從而會剩下一個空的p軌道,帶正電。我們叫它“碳正離子”。
然後呢,當這個碳正離子周圍有氯離子的時候呢,氯的最外層電子受到碳正離子的吸引也會發生變形,接着和碳正離子的空的p軌道重疊從而形成C-Clσ鍵。
由于在這個反應中形成了碳正離子這樣的中間體,所以我們稱這種機理為“碳正離子中間體機理”。不難吧?
接下來,稍微複雜一點,丙烯和HCl加成産物怎麼辦?
不用慌,當乙烯連有一個甲基的時候呢,由于甲基的碳sp3雜化,雙鍵碳sp2雜化,電負性sp2大于sp3,所以甲基給電子, I的誘導效應。會導緻雙鍵π電子雲遠離甲基,也就是在沒有氫質子的條件下π電子已經提前發生了移動。
為了簡化,不畫電子雲,我們可以标出每個碳所帶的電性。
此時如果周圍有氫質子,肯定會和帶有δ-的1号碳形成C-Hσ鍵。氯離子和帶有δ 的2号碳形成C-Clσ鍵。
看到這裡,各位小夥伴想起什麼了嘛?
對,馬氏規則,氫加在氫多的碳上。
那,那如果把-CH3換成-CF3呢?
應該可以很容易地預想到下面的情形。
所以和HCl的加成剛好相反,即得到反馬氏加成産物。
我們前面提到過,不同的碳正離子穩定性有點區别。
這和親電加成有什麼關系嗎?
有!關系很大。
舉個例子,當我們用下面這個烯烴和HCl反應的時候,按理說我們可以得到雙鍵加成的産物。
但是實驗就打臉了,我們得到了另外一個化合物。
仔細觀察一下,前面Cl連在的是一個二級碳上,而下面的這個連在了一個三級碳上。
How??
這就要說到碳正離子的重排了~
因為C-CH3的σ鍵軌道轉到某個角度的時候呢可以和碳正離子的p軌道發生重疊,然後甲基就帶着一對電子叛變跑去和碳正離子成鍵了。留下了一個三級的碳正離子等待和氯離子成鍵。
再稍微變那麼一點點。
這個反應的産物得到啥?
給你們5秒鐘思考時間。
5
4
3
2
1
答案是C。
嘿嘿,氫帶着一對電子叛變了~
本期先到這裡~
未完待續~
參考資料:
1. 邢其毅,裴偉偉,徐瑞秋,裴堅。基礎有機化學(第四版),高等教育出版社。
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