Нуклеофильное присоединение: механизм и реакционная способность — Органическая химия для олимпиад

Нуклеофильное присоединение: механизм и реакционная способность

8 заданий

Механизм

linkОпора

Атом углерода карбонильной группы — электрофил (урок 77). Восстановление гидридами (урок 200) и реакция Гриньяра (урок 203) — частные случаи общего механизма нуклеофильного присоединения к связи C=O. Разобравшись в нём один раз, мы сможем предсказывать продукты реакций с любыми нуклеофилами в следующих уроках темы.

Как нарисовать нуклеофильное присоединение

  1. В основной среде сильный нуклеофил атакует атом углерода, образуется тетраэдрический алкоксид-ион, и его протонирование даёт продукт.
  2. В кислой среде кислота сначала протонирует атом кислорода, катион становится более сильным электрофилом, его атакует слабый нуклеофил, и затем уходит протон.
  3. Атом углерода переходит из состояния \(sp^2\) в \(sp^3\). Если карбонильная группа прохиральна, атака с двух сторон плоскости даёт рацемат.
  4. Присоединение воды, спиртов и цианид-иона обратимо, а присоединение гидрида и реактивов Гриньяра — необратимо.
Гидроксид-ион атакует атом углерода формальдегида
Гидроксид-ион атакует атом углерода формальдегида

Примеры

1. Гидроксид и формальдегид. Гидроксид-ион присоединяется к формальдегиду, и после протонирования получается гидрат: \(\ce{HCHO + H2O <=> CH2(OH)2}\).

2. Рацемат при восстановлении. Боргидрид натрия восстанавливает бутанон до бутан-2-ола. Гидрид присоединяется с обеих сторон плоскости одинаково, поэтому получается рацемат.

Атака с двух сторон плоскости
Атака с двух сторон плоскости

errorКислота активирует карбонил, основание — нуклеофил

Кислота делает атом углерода более электрофильным, а основание усиливает нуклеофил. Для слабых нуклеофилов нужен кислотный катализ.

edit_noteПопробуйте сами

Почему из пропаналя и \(\ce{CH3MgBr}\) получается рацемический бутан-2-ол?

expand_moreПоказать решение

Нуклеофил одинаково легко атакует плоскую карбонильную группу сверху и снизу.

Реакционная способность

Механизм из первой части урока объясняет и скорость присоединения. Чем больше частичный положительный заряд на атоме углерода и чем свободнее к нему подход, тем быстрее идёт реакция. Поэтому альдегиды активнее кетонов, а акцепторы рядом с карбонильной группой ускоряют присоединение.

Как сравнить реакционную способность

  1. Альдегиды активнее кетонов: у них меньше пространственных помех и только одна донорная алкильная группа вместо двух.
  2. Формальдегид активнее всех остальных альдегидов.
  3. Акцепторы (Cl, \(\ce{CF3}\), \(\ce{NO2}\)) рядом с группой C=O повышают активность, и тем сильнее, чем ближе они к карбонильному атому.
  4. Ароматические альдегиды и кетоны менее активны: сопряжение с кольцом уменьшает положительный заряд на атоме углерода.
\[\ce{Cl3CCHO + H2O <=> Cl3CCH(OH)2}\qquad K \gg 1\]

Примеры

1. Гидратация хлораля. Хлораль \(\ce{Cl3CCHO}\) в воде практически полностью превращается в гидрат (уравнение выше), ацетальдегид — примерно наполовину, а ацетон почти не гидратируется.

2. Заместители в ароматическом альдегиде. 4-Нитробензальдегид \(\ce{O2NC6H4CHO}\) активнее незамещённого альдегида, а 4-метоксибензальдегид \(\ce{CH3OC6H4CHO}\) — менее активен: нитрогруппа оттягивает электроны, а метоксигруппа их отдаёт.

errorДва эффекта: стерический и электронный

Объёмные группы мешают подходу нуклеофила, а доноры уменьшают положительный заряд на атоме углерода; оба эффекта снижают активность.

edit_noteПопробуйте сами

Что активнее в нуклеофильном присоединении: ацетон или 1,1,1-трифторацетон?

expand_moreПоказать решение

Трифторацетон: группа \(\ce{CF3}\) — сильный акцептор.

push_pinГлавное

Сильный нуклеофил атакует атом C карбонила напрямую (алкоксид, затем протонирование); слабому нуклеофилу помогает кислота, протонируя кислород. Атом C переходит из \(sp^2\) в \(sp^3\); из прохиральной C=O образуется рацемат. Присоединение слабых нуклеофилов (\(\ce{H2O}\), ROH, \(\ce{CN-}\)) обратимо, гидрида и RMgX — нет. Альдегиды активнее кетонов (стерика и один донорный алкил), формальдегид — самый активный; акцепторы рядом с C=O повышают активность, сопряжение с кольцом и доноры — снижают.

Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.

Органическая химия для олимпиад · репетитор-кузьмин.рф
© 2026. Курс органической химии для подготовки к региональному и заключительному этапам Всероссийской олимпиады школьников и к перечневым олимпиадам первого уровня.