高等有機化學 第6章_羰基化合物的反應

1、第第6 6章章 羰基化合物的反應羰基化合物的反應 羰基化合物的結構與反應特征羰基化合物的結構與反應特征 羰基化合物的結構特征之一：羰基化合物的結構特征之一：羰基羰基C=OC=O，可以，可以接受親核試劑的進攻接受親核試劑的進攻，發(fā)生親核加成反應、，發(fā)生親核加成反應、親核取代反應。親核取代反應。C OC OENuNuE C OH2NYC NYC OPh3PC CR1R2CR1R2C OYNuC ONu+Y 羰基化合物的結構特征之二：羰基化合物的結構特征之二：羰基羰基C=OC=O的吸電子作用使得的吸電子作用使得a a-H-H具有明顯的酸性，具有明顯的酸性，在堿性在堿性條件下可以離解，生成烯醇負離子條

2、件下可以離解，生成烯醇負離子，從而成為親核試劑，從而成為親核試劑，進攻羰基碳或鹵代烴，發(fā)生親核加成反應、親核取代反應。進攻羰基碳或鹵代烴，發(fā)生親核加成反應、親核取代反應。CHCOBH2CCOCCO烯醇負離子烯醇負離子由于羰基的共軛作用得以穩(wěn)定烯醇負離子由于羰基的共軛作用得以穩(wěn)定 烯醇中的烯醇中的C-CC-C雙鍵接受親電試劑進攻雙鍵接受親電試劑進攻，發(fā)生，發(fā)生a a 鹵代反應；鹵代反應；醛酮、羧酸和酰鹵可以發(fā)生該反應醛酮、羧酸和酰鹵可以發(fā)生該反應 烯醇負離子作為親核試劑烯醇負離子作為親核試劑，進攻鹵代烴的缺電子碳，則進攻鹵代烴的缺電子碳，則發(fā)生親核取代反應；進攻羰基碳則發(fā)生親核加成反應；發(fā)生親核

3、取代反應；進攻羰基碳則發(fā)生親核加成反應；CCOCCOCOCOHC CO烯醇負離子R-ClCCOR親核取代親核加成 -羥基酮烷基化反應Aldol-反應羥醛反應X-XC CXO親電取代 鹵代反應一、羰基的親核加成反應機理一、羰基的親核加成反應機理OONuOENuNuE Nu快慢OOHOHOHNuOHNuHHNu H慢快-H快n 堿性條件下堿性條件下n 酸性條件下酸性條件下幾種重要的羰基加成反應幾種重要的羰基加成反應C=O+ Z EHOHHCNNaSO3HXMgRH-ORH-NH-YOZE+_C=OR-OHHClC=O H+COHORH-O-RCORORH+C=O+ 2ROH-H2O。與醇加成：縮醛

4、、縮酮與醇加成：縮醛、縮酮判斷原則判斷原則：* *羰基碳上的正電性高低（電子因素）羰基碳上的正電性高低（電子因素） （吸電子基存在時，正電性增加，反應加快）（吸電子基存在時，正電性增加，反應加快） * *羰基上空阻大?。臻g因素）羰基上空阻大?。臻g因素） *共軛作用存在時羰基穩(wěn)定，反應活性減少共軛作用存在時羰基穩(wěn)定，反應活性減少親核加成的活性大小親核加成的活性大小結論：結論：脂肪醛脂肪醛 甲基酮甲基酮 環(huán)已酮環(huán)已酮 芳香酮芳香酮 芳醛芳醛 芳香酮芳香酮OH3CCCl3OH3CCH3二、二、 加成加成- -消去反應消去反應C=ONH2 YNH2 RNH2 OHNH2 NH2NH2 YC=NH

5、Y+NH2 NHNH2 NH-C-NH2=O*反應機理：親核加成反應機理：親核加成- 消去反應消去反應*酸催化：控酸催化：控pH=6，*可用作醛酮的鑒別、分可用作醛酮的鑒別、分離和提純離和提純 * 反應范圍：所有的醛、反應范圍：所有的醛、酮。叫羰基試劑酮。叫羰基試劑*醛、酮的有效檢別方法：醛、酮的有效檢別方法：用用2，4-二硝基苯肼，生二硝基苯肼，生成黃色沉淀。成黃色沉淀。 *亞胺和取代亞胺不穩(wěn)定，亞胺和取代亞胺不穩(wěn)定，芳醛形成的穩(wěn)定。芳醛形成的穩(wěn)定。取代亞胺取代亞胺（希夫堿）（希夫堿）亞胺亞胺RCOHNHRR三、醛、酮親核加成反應的立體選擇性三、醛、酮親核加成反應的立體選擇性 CO1. 環(huán)狀

6、化合物羰基平面兩邊的空間條件不同時，親核試劑主要從空間位阻小的一邊進攻。 o幾率大小 2. 開鏈型醛和酮中若羰基與一個不對稱碳原子相 連，當羰基發(fā)生加成反應形成第二個不對稱碳原子時，所生成的兩個非對映體產(chǎn)率不相同-Cram規(guī)則 Cram規(guī)則一：如果醛或酮的-碳原子上連有三個大小不同的基團（L、M、S分別代表大、中、小三個基團）時，其優(yōu)勢構象為羰基鍵處在兩個較小基團之間的構象，試劑優(yōu)先從空間阻礙較小的一邊進攻羰基。 MSLRONu-主要產(chǎn)物次要產(chǎn)物LMSOR 1 RMgX2 H2OHRPhOHC2H5HHRPhOHC2H5H+次要產(chǎn)物次要產(chǎn)物35oC R 主主 次次CH3 2.5 : 1C6H5

7、 4 : 1(CH3)2CH 5 : 1(CH3)3C 49 : 1 -70oC R 主主 次次 (CH3)3C 499 : 1 CH3 5.6 : 1主要產(chǎn)物主要產(chǎn)物OHC2H5HPhHPhC2H5RHOHHPhC2H5RHOHHPhC2H5HOCram規(guī)則二：當醛或酮的-碳原子上連有羥基或氨基等可以和羰基氧原子形成氫鍵的基團時，試劑將從含氫鍵環(huán)的空間阻礙較小的一邊對羰基進行加成。 HNCH3HCH3C6H5OH2CH3NCH3HHC6H5OHH烯醇負離子由于羰基的共軛作用得以穩(wěn)定烯醇負離子由于羰基的共軛作用得以穩(wěn)定弱堿如弱堿如NaOHNaOH，RONaRONa作用下，反應只能達到一定的平衡

8、作用下，反應只能達到一定的平衡強堿如強堿如LDALDA作用下，可以定量地轉化為烯醇負離子作用下，可以定量地轉化為烯醇負離子CHCOBH2CCOCCO烯醇負離子O+pKa=17LiNCH(CH3)2CH(CH3)2OLi+100%HNCH(CH3)2CH(CH3)2pKa=35O+ OHO+ H2O0.1%pKa=17pKa=15.7四、烯醇碳負離子四、烯醇碳負離子=OCH3CH3CH3O-O-+1997822動力學控制動力學控制熱力學控制熱力學控制(LDA)(Et3N)體積大的堿，反應溫度較低，體積大的堿，反應溫度較低，動力學控制（支鏈較少的烯醇動力學控制（支鏈較少的烯醇式負離子）式負離子）增

9、加增加體積小的堿，反應溫度較高，體積小的堿，反應溫度較高，熱力學控制（支鏈較多的烯醇熱力學控制（支鏈較多的烯醇式負離子）式負離子）增加增加不對稱羰基化合物的烯醇式負離子選擇性不對稱羰基化合物的烯醇式負離子選擇性 例例例1. 預測下列每組化合物，哪一個烯醇負離子是主要的預測下列每組化合物，哪一個烯醇負離子是主要的（動力學控制產(chǎn)物）（動力學控制產(chǎn)物）(1) CH3CCH2CH3CH2=CCH2CH3CH3C=CHCH3O-Na+O-Na+ORONaOO-Na+O-Na+CH3CH3CH3RONaRONa(2)(2) CH3CCH2COC2H5OOOOOHO CH2=CCH2COC2H5CH3C=C

10、HCOC2H5CH3CCH=COC2H5OHOH2.預測下列每組化合物中，哪一個烯醇結構較穩(wěn)定，即為預測下列每組化合物中，哪一個烯醇結構較穩(wěn)定，即為熱力學控制烯醇？熱力學控制烯醇？(1) CH3CCH2CH3CH2=CCH2CH3CH3C=CHCH3OHOHO五、各種重要的縮合反應五、各種重要的縮合反應1 1、醇醛縮合反應、醇醛縮合反應2 2、KnoevenagelKnoevenagelDoebnerDoebner反應反應3 3、MannichMannich（莫尼黑）反應（莫尼黑）反應4 4、ClaisenClaisen（克萊森）酯縮合反應（克萊森）酯縮合反應5 5、DarzenDarzen（

11、達參）（達參）6 6、MichaelMichael（邁克爾）反應（邁克爾）反應- - 不飽和羰基化合物的加不飽和羰基化合物的加成反應成反應1. 1. 羥醛縮合羥醛縮合CH3CHO + CH3CHOOHCH3CHCH2COHOH(1)(1)堿催化堿催化：強親核試劑、醛類：強親核試劑、醛類HO+ HCH2CHOHOH + CH2CHOCH2CHOCH3CHOCHOCH2CH2CHOCH3CHOCH2CHOCH3CHOCH2CHOHOH CH3CHCH2CHOHOOHCH3CCH3O+ HClCH3CCH2OHH + ClCH3CCH2OH-HClCH3CCH2OH+ CCH3CH3OHCH3CCH

12、2OHCCH3CH3OHCH3CCH2OHCCH3CH3OHCH3CCHOCCH3CH3OH2H-H2O, -HCH3CCHOCCH3CH3(2)(2)酸催化：增加羰基正電性、弱親核試劑、酮縮合酸催化：增加羰基正電性、弱親核試劑、酮縮合2.腦文格反應 3.Mannich3.Mannich反應反應 反應物：醛、胺、含反應物：醛、胺、含 - -活潑氫的化合物活潑氫的化合物產(chǎn)物：產(chǎn)物： - -氨基酮氨基酮 例：合成托品酮例：合成托品酮4.Claisen 4.Claisen 酯縮合反應及相關反應酯縮合反應及相關反應兩個酯分子至少有一個酯分子是含有兩個酯分子至少有一個酯分子是含有H在強堿的作用下，相互縮

13、合成在強堿的作用下，相互縮合成羰基酯羰基酯2 CH3COC2H5OOC2H5CH3CCH2COC2H5OO1 1）反應機理：）反應機理：第一步第一步CH3COEtONaOC2H5CH2COEtO C2H5OHCH2COEtOCH2COEtOCH3COEtO+CH3C OEtO CH2COEtOCH3COCH2COEtOCH2COEtO+ OC2H5第二步：第二步：第三步第三步：CH3COCH2COEtO+ OC2H5CH3COCHCOEtOCH3CCHCOEtOOC2H5OH反應需要反應需要過量的強堿過量的強堿HCOOEtNaHH3OOOCHO分子內(nèi)也能發(fā)生酯縮合反應Dieckmann反應：C

14、H2CH2COOC2H5CH2CH2COOC2H5(1) NaOC2H5, C6H6, 80 (2) H+， 80OHCOOC2H5無H的酯可和有H的酯或酮可交叉縮合：1.2.5. Darzen反應 醛酮在堿作用下與鹵代羧酸酯的反應 產(chǎn)物是-環(huán)氧樹脂;經(jīng)水解后可得多一個碳的醛例：合成2-苯基丙醛6. Michael-16. Michael-1，4 4加成加成 ,-不飽和羰基化合物的加成反應1 1）反應機理）反應機理CCCORNuCCC ORNuNuC CCORH1,41,4加成加成C C C ORNuC C CNuORC C CNuOHRH1,21,2加成加成2 2） 影響加成方式的因素影響加

15、成方式的因素a.羰基活性小;b.試劑的親核性弱時 c.兩者空間位阻大時，一般按1，4 加成；反之按1，2 加成：PhCHCHCEtMgBrOREtPhCHCH2CORPhCH2CH C REtOHRHMeEti-Pr1,4 產(chǎn)率0%60%71%100%結論：羰基是醛1，2 - 加成， 酮1，4 - 加成 親核試劑是烷基鋰為1，2 - 加成， 親核試劑是烷基銅鋰為1，4 - 加成例：分子內(nèi)的Michael-1，4加成：引進一個環(huán)7. Reformastsky reaction（a-鹵代酸酯的縮合） 在鋅粉的還原作用下，-鹵代酸酯可以優(yōu)先形成烯醇鹽，并進攻醛或酮羰基而得到-羥基酯 RCHCOOEt

16、BrZn:RORRORROOEtZnBrH2OROHRROOEt-羥基酯RCHCOOEtZnBr8. Benzoin Condensation（安息香縮合） 無a-H的芳香醛在CN-的作用下生成a-羥基酮COH-+CHOCNH遷移極性反轉COHCNCOHCCNOHCOHH遷移CCNOCOHH-CNCOCHOH1、Wittig 試劑制備：Ph3P + XCHRRCHRRPh3PXBu-LiCHRRPh3P六、羰基與六、羰基與 WittigWittig 試劑試劑反應反應Ph3PC R2Ph3PCH2膦的內(nèi)膦的內(nèi) 鹽鹽膦的葉立德 (ylid)反應機理反應機理CO +Ph3PCR2COR2CPPh3C

17、OR2CPPh3COR2CPPh3CCRR+ PPh3O2 2、WittigWittig 試劑與羰基發(fā)生親核加成反應，生成烯烴：試劑與羰基發(fā)生親核加成反應，生成烯烴：COPh3PCRRCCRR活潑葉利德反應時，常得Z, E-烯烴的混合物；穩(wěn)定葉利德反應時，穩(wěn)定葉利德反應時，E E 型產(chǎn)物為主型產(chǎn)物為主.CH3CH=O + (C6H5)3P-CCH3COCH3*3CH2Cl2CH3CHCCH3COCH396 %R2S-CH2OR2S=CH2O+-R2S-CH2R2S=CH2+-1 硫葉利德的結構硫葉利德的結構2 硫葉利德的制備硫葉利德的制備CH3-S-CH3 I -OCH3+CH3-S-CH3

18、+ CH3IOR2S-CH2OR2S=CH2O+-HINaH, (CH3)2SOCH3SCH3 + CH3I(CH3)3S+I-NaNH2-HClR2S-CH2R2S=CH2+-硫葉利德的反應硫葉利德的反應硫葉利德與醛、酮反應可制備環(huán)氧化合物或環(huán)丙烷衍生物。硫葉利德與醛、酮反應可制備環(huán)氧化合物或環(huán)丙烷衍生物。與非共軛醛、酮反應可制備環(huán)氧化合物與非共軛醛、酮反應可制備環(huán)氧化合物R2C=O +O+CH2-S(CH3)2-O+CH2-S(CH3)2R2CO-ORR+ (CH3)2S=OO+CH2-S(CH3)2-(CH3)3CO(CH3)3CO八、親核性碳：烯醇物碳負離子和烯胺的反應1、烯醇物碳負離子的反應OH-OH3CCHO2、烯胺及合成上應用NHOCH3NCH3NCH390%10%+NHON+N烯胺的反應類似與烯醇碳負離子NHOCH3+NCH3CH3COClNCH3NCH3OHOCH3O習題習題1 完成下列反應，寫出主要產(chǎn)物完成下列反應，寫出