第四章 酰胺基与相关的基团

1. 立体电子效应和酰胺基

本章论述在酰胺基的水解或形成过程中控制四面体中间体断裂的立体电子效应.这里将首先考察在酰胺基中的这些电子效应.

在酰胺中，N 的电子对与羰基是 n-π共轭的，这一电子离域化作用通常用共振结构式 1、2 和 3 来表示.因此酰胺基团基本上是平面的，并假定基团中的三个原子（C、N 和 O）都是 sp2 杂化的.酰胺基可用结构 4 表示为三维的结构形式.电子的分布也可以看作是两个 n 电子对离域化的结果，一电子对来自于氧原子，另一对来自于氮原子.（参见 1 对 2 和 3 对 2）.据此，在这里把它归为酰胺基的初级电子离域化作用.

另外，酰胺基中羰基的氧原子有一电子对与极性的 C—N 键处于反式共平面的取向，因而，存在着由氧电子对轨道和 C—Nσ键的反键轨道（σ*）重叠引起的电子对离域化作用，如二维结构 5 和三维结构 6 所示.这一附加的n-σ*离域化作用在此被归为次级电子离域化作用.这样，酰胺类似于 E 酯， 因为它们都有初级电子效应和一个次级电子效应.与 z 酯对比，后者除了初级电子效应之外，有两个次级电子效应.

像酯的情形那样，从酰胺形成四面体中间体，必须在立体电子控制下发生.在这些情况下，亲核试剂 Y-必须沿着几乎垂直于（即成一个大约 109°的角）酰胺共轭体系平面的方向趋近底物，给出一四面体中间体，后者在氧原子和氮原子上各有一电子对与新形成的 C—Y 键处于反式共平面取向.注意， 在 7 中，R′—N 键保持与 C－R 键处于反式共平面，并且 N 原子上的 R″基团在 4 中与 R 基处于顺式，而在 7 中变成邻位交叉式.因此，4→7 的转化遵循最小移动原理.

微观可逆性原理预测，其逆过程必须遵从同样的历程，这一途径确实是立体电子允许的：7 中的氧原子有两个次级电子效应（n-σ*）（氧原子的一个电子对与 C—N 键处于反式共平面，而另一电子对与 C—Y 键处于反式共平面），氮原子有一个次级电子效应（氮的电子对与 C—Y 键处于反式共平面）. 这样在 7 中有三个次级电子效应（n-σ*），通过 Y-的离去形成 4，其中的两个（由于这两个电子对与 C—Y 键处于反式共平面）转变成产物 4 中的初级电子效应（n-π*）.在产物中，第三个次级电子效应保持为一个 n-σ*相互作用.因而，Y-的离去可以在初级电子效应和一个次级电子效应的帮助下发生.

在 Y 是一个烷氧基的情形中，既有形成酯基又有形成酰胺基的可能性， 每一产物的比例将取决于四面体中间体的构象.对于这样一个半原酰胺四面体中间体，其九种不同的邻位交叉构象体示于图 1，而其立体电子控制的断裂列于表 1.