亲核加成反应

有机化学中，亲核加成（Nucleophilic addition）是反应物的π键受亲核试剂进攻而被取代，形成两个新的共价键。^[1] 加成反应局限于以下一些含多重键的底物：

• 含碳-杂原子多重键：羰基化合物、亚胺或腈。
• 含碳-碳多重键：烯烃、炔烃及衍生物。

一个亲核加成反应的例子：酮羰基被羟基化合物在碱性条件下加成，形成了半缩酮。

碳－杂多重键的加成

对于碳－杂原子多重键例如 C＝O 或者 CN 的亲核加成反应在有机化学当中相当广泛。这些化学键都是具有极性的（在两个成键原子之间有较大的电负性差异），而通常结果是碳原子会因较低的电负性而带部分正电荷，这就导致了碳原子成为主要的亲核加成反应进攻位点。

 

对羰基的亲核加成

这种反应类型也称为1,2亲核加成反应。此类亲核进攻在没有其他控制因素影响下（例如存在路易斯酸和螯合剂）不会造成立体化学问题，得到的都是消旋产物。加成反应的种类很多，当加成反应还伴有消除反应称为亲核酰基取代或者加成－消除反应。

对羰基的加成

当羰基是亲电试剂，亲核试剂可以是：

• 与水在水解反应中生成偕二醇（水合物）。
• 与醇在缩醛化反应中生成缩醛或缩酮。
• 与有机氢化物在有机还原反应中得到醇。
• 与胺、甲醛和一个羰基化合物发生曼尼希反应。
• 与烯醇发生羟醛缩合或者Baylis-Hillman反应。
• 与有机金属亲核试剂发生格氏反应、Reformatsky反应或者Barbier反应。
• 与叶立德比如维蒂希试剂、Corey-Chaykovsky试剂或者α-硅负离子Peterson烯烃合成发生反应。
• 与膦负离子反应：Horner-Wadsworth-Emmons反应。
• 与吡啶两性离子反应：Hammick反应。
• 与乙炔发生反应：Favorskii反应。

对腈的加成

当腈是亲电试剂，亲核加成出现于下列反应：

• 腈的水解，生成酰胺或羧酸。
• 与有机锌试剂发生Blaise反应。
• 与醇发生Pinner反应。
• 两分子腈发生Thorpe反应生成烯胺，分子内反应称为Thorpe-Ziegler反应。

对亚胺和其他底物的加成

• 利用氢化物对于亚胺的加成制备胺：Eschweiler-Clarke反应。
• 利用水对于硝基烷烃的加成制备羰基化合物：Nef反应。
• 利用醇对亚胺加成后生成异氰酸酯，制备氨基甲酸酯。

亲核试剂通过一个特定的角度进攻羰基碳正中心，被称为Bürgi-Dunitz角。

对碳－碳双键的加成

对于烯烃加成的驱动力在于亲核试剂X^-和一个缺电子不饱和双键形成共价键（第一步）。在X上的负电荷被转移到了碳－碳键上。

 

对烯烃的亲核加成

第二步，带有负电荷的碳负离子结合缺电子的（Y）形成共价键。

一般的烯烃不易受到亲核进攻的影响，因为碳碳双键不具有碳氧双键那样较强的极性。但如果双键所在碳上连有比较强的吸电子基团或共轭体系，则有利于反应的发生，比如阴离子聚合反应的引发步骤，和苯乙烯在甲苯中和钠反应得到1，3－二苯基丙烷。 ^[2]就是通过这种碳负中间体：

 

苯乙烯在甲苯中与钠反应

有个例外在Varrentrapp反应中发现。富勒烯具有不寻常的双键活性和加成活性，比如Bingel反应。

当X是一个羰基比如 C=O 或 COOR 或是一个氰基 CN，反应类型就是共轭加成反应。这里的取代基X能够通过诱导效应帮助稳定碳原子上的负电荷。

当Y－Z是一个含有活性氢的化合物（易去除一个氢原子形成碳负中间体），反应就是熟知的Michael加成反应。

全氟烯烃（烯烃的所有氢原子被氟原子取代）非常倾向于进行亲核加成反应。

参考文献

1. March Jerry; (1985). Advanced Organic Chemistry reactions, mechanisms and structure (3rd ed.). New York: John Wiley & Sons, inc. ISBN 0-471-85472-7
2. Sodium-catalyzed Side Chain Aralkylation of Alkylbenzenes with Styrene Herman Pines, Dieter Wunderlich J. Am. Chem. Soc.; 1958; 80(22)6001-6004. doi:10.1021/ja01555a029

参见

• 亲核取代反应
• 亲电加成反应
• 伯基-丹尼兹轨道