羧基、酯基与肽键中的碳氧双键能不能与氢气加成

一、加成反应

加成反应是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;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。离子型加成反应是化学键异裂引起的,其中最常见的是烯烃的亲电加成(electrophilic addition)和羰基的亲核加成(nucleophilic addition)。

旧人教版中,醛、酮的碳氧双键和氢气反应属于还原反应也属于加成反应。

新人教版中,还包括醛、酮和HCN的加成反应,Aldol羟醛缩合反应第一步,格氏试剂第一步,以及酚醛树脂合成第一步都属于加成反应。

很多羧酸和酯发生的反应机理上说属于加成(大学知识范畴),高中只论结果,结果上来看碳氧双键没有变化就没有加成,例如羧酸的酯化反应属于取代反应。故羧酸和酯高中记它们不加成。

中学常考与氢气加成总结:碳碳双键、碳碳叁键、碳氮三键、醛基、酮羰基、苯环等

注意酯基、肽键、羧基中的碳碳双键不能与氢气加成.

二、羧基、酯基与肽键中的碳氧双键一般都不能加成

酯基一般都不能加成:原因为酯中的-COO-键不是简单的单双键,其中C的三个SP2杂化轨道分别与“双键氧”、“单键氧”和烃基相连。在垂直于SP2轨道平面还有一个有成单电子的P轨道,它与“双键氧”中的单电子P轨道部分重叠成π键。不过“单键氧”中的一个二电子SP3杂化轨道由于和以上π键靠得太近,本身也会和π键有部分重叠,所以“单键氧”中的二电子可以跑到π键那里,形成P-π共轭。P-π共轭使得电子云的密度变小,从而使物质更稳定。

(P-π共轭:物理学名词,是指p轨道和π轨道重叠所形成的共轭体系。π键与相邻原子上的p轨道发生的共轭。它分为多电子、缺电子与等电子p-π共轭三种类型。例如氯乙烯,CH2=CH-Cl的共轭体系是由3个原子(C,C,Cl)与4个p电子(π键2个,氯原子2个)组成羰基可以与氢气加成吗,共轭π键中的p电子数多于共轭键的原子数,称为多电子p-π共轭。如果与π键共轭的p轨道是一个缺电子的空轨道,则形成共轭π键的p电子数少于共轭链的原子数,称为缺电子p-π共轭,如烯丙基正离子CH2=CH-CH2. 而烯丙基自由基CH2=CH-CH2,则组成共轭链的原子数与p电子数相等,称为等电子,p-π共轭。由p-π共轭而产生的使分子趋于稳定、键长趋于平均化等效应,称为p-π共轭效应。p-π共轭又称多电子共轭效应。在简单的多电子共轭体系中,Z为一个带有p电子对(或称n电子)的原子或基团。这样的共轭体系中,除Z能形成d-π共轭情况外,都有向基准双键A匉B-方向给电子的共轭效应)

因此,如果要加成的话要很大的能量和很强的还原剂,氢气的还原性虽然强,但是达不到要求羰基可以与氢气加成吗,需要用四氢铝锂(LiAlH4)。就算还原了,酯基的碳因为连接了两个氧,会很不稳定,最终还是会变成其它物质的,所以一般条件加氢不行的。

酯基一般是用Cu-Cr氧化物的催化剂,在高温高压下才发生氢化酯基的反应,得到的产物是对应的醇,反正工业上一般这么处理还原酯基。

RCOOR´ +2H2→RCH2OH +R´OH(CuO/Cr2O3做催化剂)。

肽键是由一个氨基酸的羧基和另一个氨基酸的氨基脱水缩合形成的化学键,肽键有很多的特点,比如大部分状况下以反式结构存在,另外组成肽键的4个原子处在同一平面。如果仅仅是在中学阶段,会认为肽键上的碳氧双键来源于羧基上的碳氧双键,羧基上的碳氧双键加成比较困难,也需要类似LiAlH4等强还原剂才能进行催化加氢等反应,所以一般不考虑其加成。但是到了大学阶段,因为有羧酸衍生物催化氢化的反应,另一方面加成也不局限于氢气的反应,因此好多试剂,比如有机镁化合物(格氏试剂),就会和它们加成。

羧基、酯基和肽键都是由于存在这样类似可以保持其稳定的大π键,所以很难被传统的H2等还原剂还原。常见含羰基结构的有机化合物羰基加氢的难易:醛、酮、羧酸、酯、多肽;醛、酮都可发生加氢反应,而羧酸、酯和肽键一般不能发生加氢反应。

高中的知识和大学的知识有时是“冲突”的,我们不能囿于中学知识的局限,也不必在了解更好的答案后就鄙薄中学的知识,因为那毕竟代表着一个阶段的要求,相当于飞机起飞前的一段跑道。近几年全国很多地方都考全国卷,此类问题已经得到较好的回避,命题中高考与竞赛、高中教材与大学教材都得到了较好的统一。

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