第九章羰基α–取代反應(yīng)和縮合反應(yīng)

第九章

羰基α–取代反應(yīng)和縮合反應(yīng)

Reactionatthea-CarbonofCarbonylCompounds當(dāng)前1頁，總共104頁。羰基化合物的結(jié)構(gòu)與反應(yīng)特征羰基化合物的結(jié)構(gòu)特征之一：——羰基C=O，可以接受親核試劑的進(jìn)攻，發(fā)生親核加成反應(yīng)、親核取代反應(yīng)。當(dāng)前2頁，總共104頁。羰基化合物的結(jié)構(gòu)與反應(yīng)特征羰基化合物的結(jié)構(gòu)特征之二：——羰基C=O的吸電子作用使得a-H具有明顯的酸性，在堿性條件下可以離解，生成烯醇負(fù)離子，從而成為親核試劑，進(jìn)攻羰基碳或鹵代烴，發(fā)生親核加成反應(yīng)、親核取代反應(yīng)。烯醇負(fù)離子由于羰基的共軛作用得以穩(wěn)定當(dāng)前3頁，總共104頁。羰基化合物的結(jié)構(gòu)與反應(yīng)特征——烯醇中的C-C雙鍵接受親電試劑進(jìn)攻，發(fā)生a–鹵代反應(yīng)；醛酮、羧酸和酰鹵可以發(fā)生該反應(yīng)——烯醇負(fù)離子作為親核試劑，進(jìn)攻鹵代烴的缺電子碳，則發(fā)生親核取代反應(yīng)；進(jìn)攻羰基碳則發(fā)生親核加成反應(yīng)；當(dāng)前4頁，總共104頁。一、a-氫的酸性與烯醇、烯醇負(fù)離子的形成二、a-鹵代反應(yīng)三、Aldol加成和Aldol縮合四、酮和酯的烷基化反應(yīng)五、a,b

-不飽和羰基化合物的親核加成六、酮和酯的?；磻?yīng)七、b-二羰基化合物的反應(yīng)與應(yīng)用八、其他縮合反應(yīng)本章主要內(nèi)容當(dāng)前5頁，總共104頁。一、a-氫酸性與烯醇、烯醇負(fù)離子形成1、Acidityofa-HydrogensofCarbonylCompounds醇ROH的pKa約為15~18，的pKa為25醛酮RCH2COR’羰基a-H的pKa約為16~20酯RCH2COOR’羰基a-H的pKa為25——可見在適當(dāng)?shù)膲A作用下，醛酮羰基的a-H可以離解，而形成碳負(fù)離子——常用堿有：OH-，EtONa，t-BuOK，(i-Pro)2NHLi（LDA），PhLi等（RNH2的pKa為35，PhH的pKa為~44，水的pKa為~15）當(dāng)前6頁，總共104頁。2、FormationofEnolate——烯醇負(fù)離子由于羰基的共軛作用得以穩(wěn)定——弱堿如NaOH，RONa作用下，反應(yīng)只能達(dá)到一定的平衡——強(qiáng)堿如LDA作用下，可以定量地轉(zhuǎn)化為烯醇負(fù)離子一、a-氫酸性與烯醇、烯醇負(fù)離子形成當(dāng)前7頁，總共104頁。2、FormationofEnolateLDA

——lithiumdiisopropylamide——astrongbasebutapoornucleophile——allcarbonylcompoundisconvertedtoenolate——preparedbyBuLiwith(CH3)2CHNHCH(CH3)2一、a-氫酸性與烯醇、烯醇負(fù)離子形成當(dāng)前8頁，總共104頁。LDA——lowtemperature,givekineticenolate——hightemperature,givethermodynamicenolate動力學(xué)控制產(chǎn)物熱力學(xué)控制產(chǎn)物當(dāng)前9頁，總共104頁。強(qiáng)堿有利于形成動力學(xué)控制的少取代烯醇負(fù)離子。酸性條件則有利于形成熱力學(xué)控制的多取代烯醇弱堿條件下，影響因素會更多，選擇性不高。2、FormationofEnolate酸性條件下將形成烯醇，而不是烯醇負(fù)離子一、a-氫酸性與烯醇、烯醇負(fù)離子形成當(dāng)前10頁，總共104頁。3、Keto－EnolTautomerism

(互變異構(gòu))中性條件下，羰基化合物存在酮式和烯醇式互變——體現(xiàn)了a-H的活性一、a-氫酸性與烯醇、烯醇負(fù)離子形成當(dāng)前11頁，總共104頁。3、Keto－EnolTautomerism

(互變異構(gòu))酸和堿均可催化這一互變異構(gòu)平衡的達(dá)到——堿性條件下，堿奪取a-H形成烯醇負(fù)離子一、a-氫酸性與烯醇、烯醇負(fù)離子形成當(dāng)前12頁，總共104頁。3、Keto－EnolTautomerism

(互變異構(gòu))酸催化條件下，羰基氧首先質(zhì)子化，吸電子作用進(jìn)一步增強(qiáng)，然后脫去a–H形成烯醇一、a-氫酸性與烯醇、烯醇負(fù)離子形成當(dāng)前13頁，總共104頁。例題與習(xí)題指出下列每一對化合物，哪一對是互變異構(gòu)體，哪一對是共振極限式。如果是互變異構(gòu)體，請表示出平衡有利于哪一方？一、a-氫酸性與烯醇、烯醇負(fù)離子形成當(dāng)前14頁，總共104頁。例題與習(xí)題預(yù)測下列每組化合物，哪一個烯醇負(fù)離子是主要的（動力學(xué)控制產(chǎn)物）一、a-氫酸性與烯醇、烯醇負(fù)離子形成當(dāng)前15頁，總共104頁。例題與習(xí)題預(yù)測下列每組化合物中，哪一個烯醇結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定，即為熱力學(xué)控制烯醇？一、a-氫酸性與烯醇、烯醇負(fù)離子形成當(dāng)前16頁，總共104頁。4、烯醇硅醚的形成LDA作用下形成的負(fù)離子與三甲基氯硅烷反應(yīng)生成烯醇硅醚一、a-氫酸性與烯醇、烯醇負(fù)離子形成當(dāng)前17頁，總共104頁。烯醇或烯醇負(fù)離子具有C-C雙鍵，可以接受親電試劑進(jìn)攻，發(fā)生親電取代反應(yīng)。酸堿催化機(jī)理有所不同。二、a–鹵代反應(yīng)當(dāng)前18頁，總共104頁。（1）Aldehydeandketone酸催化下——得一鹵代物。——反應(yīng)性：RCOCHR2>RCOCH2R>RCOCH3

堿催化下——得多鹵代物——RCOCH3andRCH(OH)CH3發(fā)生鹵仿反應(yīng)——反應(yīng)性：RCOCH3>RCOCH2R>RCOCHR2二、a–鹵代反應(yīng)當(dāng)前19頁，總共104頁。（1）Aldehydeandketone酸催化機(jī)理：比較I和II，由于鹵素的吸電子作用，II中羰基氧上的電子云密度降低，因此質(zhì)子化能力降低，反應(yīng)多停留在一鹵代階段二、a–鹵代反應(yīng)質(zhì)子化相對容易當(dāng)前20頁，總共104頁。（1）Aldehydeandketone二、a–鹵代反應(yīng)當(dāng)前21頁，總共104頁。（1）Aldehydeandketone堿催化機(jī)理：比較I和II，由于鹵素的吸電子作用，II中連鹵素碳上氫的酸性增強(qiáng)，更容易形成烯醇負(fù)離子，反應(yīng)難以停留在一鹵代階段，將進(jìn)一步發(fā)生多鹵代反應(yīng)。如果原料是甲基酮，則將發(fā)生進(jìn)一步反應(yīng)，并斷鍵生成鹵仿。二、a–鹵代反應(yīng)當(dāng)前22頁，總共104頁。（1）Aldehydeandketone二、a–鹵代反應(yīng)當(dāng)前23頁，總共104頁。碘仿反應(yīng)：用于鑒別甲基酮和能氧化為甲基酮的醇二、a–鹵代反應(yīng)（1）Aldehydeandketone思考題：舉例說明能氧化為甲基酮的醇有哪些？當(dāng)前24頁，總共104頁。例題與習(xí)題完成下列反應(yīng)二、a–鹵代反應(yīng)當(dāng)前25頁，總共104頁。二、a–鹵代反應(yīng)(2)羧酸及酰鹵Hell-Volhard-Zelinskireaction(HVZreaction)當(dāng)前26頁，總共104頁。例題與習(xí)題完成下列反應(yīng)二、a–鹵代反應(yīng)當(dāng)前27頁，總共104頁。三、Aldol加成和Aldol縮合1.AldoladditionandaldolcondensationAldoladditionAldolcondensationb-hydroxyaldehydeb-hydroxyketonea,b-unsaturatedaldehydea,b-unsaturatedketone當(dāng)前28頁，總共104頁。1.Aldoladditionandaldolcondensation三、Aldol加成和Aldol縮合當(dāng)前29頁，總共104頁。Aldolcondensation1.Aldoladditionandaldolcondensation三、Aldol加成和Aldol縮合當(dāng)前30頁，總共104頁。Mechanismforthealdoladdtion1.Aldoladditionandaldolcondensation三、Aldol加成和Aldol縮合當(dāng)前31頁，總共104頁。例題與習(xí)題請寫出下列反應(yīng)的產(chǎn)物1.Aldoladditionandaldolcondensation三、Aldol加成和Aldol縮合當(dāng)前32頁，總共104頁。2.ThemixedaldoladditionWhenoneofthealdehydeorketonehasnoa-H,andwithoneexcessstartingmaterial,oneproductcouldbemainlyobtained.三、Aldol加成和Aldol縮合當(dāng)前33頁，總共104頁。2.Themixedaldoladdition三、Aldol加成和Aldol縮合如果兩個反應(yīng)物都具有a-H，則將得到四個產(chǎn)物當(dāng)前34頁，總共104頁。2.ThemixedaldoladditionHowtogetthedesiredproduct?采用強(qiáng)堿LDA與一個醛或酮反應(yīng)，使之定量地轉(zhuǎn)化為烯醇負(fù)離子，然后再向該體系中加入另一個醛或酮，則可以得到單一產(chǎn)物。三、Aldol加成和Aldol縮合當(dāng)前35頁，總共104頁。3.Intramolecularaldoladdition

——toformcyclicb-hydroxyketoneor

a,b–unsaturatdketone三、Aldol加成和Aldol縮合當(dāng)前36頁，總共104頁。3.Intramolecularaldoladdition

三、Aldol加成和Aldol縮合當(dāng)前37頁，總共104頁。3.Intramolecularaldoladdition三、Aldol加成和Aldol縮合當(dāng)前38頁，總共104頁。三、Aldol加成和Aldol縮合例題與習(xí)題完成下列反應(yīng)當(dāng)前39頁，總共104頁。三、Aldol加成和Aldol縮合例題與習(xí)題完成下列反應(yīng)當(dāng)前40頁，總共104頁。例題與習(xí)題試用合適的原料合成下列化合物當(dāng)前41頁，總共104頁。例題與習(xí)題從指定原料出發(fā)，如何完成下列轉(zhuǎn)化？思考題：不使用上述途徑，如何用不多于四個碳的原料合成上述兩個化合物？當(dāng)前42頁，總共104頁。4.Biologicalaldolreaction三、Aldol加成和Aldol縮合當(dāng)前43頁，總共104頁。四、酮和酯的烷基化反應(yīng)1.通過enolate當(dāng)前44頁，總共104頁。2.通過enamine兩種方法比較通過enolate的方法，還會得到二烷基化和氧烷基化的產(chǎn)物通過enamine的方法，只得到單烷基化的產(chǎn)物，合成上更有用。四、酮和酯的烷基化反應(yīng)當(dāng)前45頁，總共104頁。兩種方法比較四、酮和酯的烷基化反應(yīng)當(dāng)前46頁，總共104頁。五、a,b-不飽和羰基的親核加成1.MichaeladditionItistheadditionofaa,b-unsaturatedcarbonylcompoundwithanenolateasanucleophile——1,4–addition——toform1,5-dicarbonylcompounds當(dāng)前47頁，總共104頁。五、a,b-不飽和羰基的親核加成1.MichaeladditionItistheadditionofaa,b-unsaturatedcarbonylcompoundwithanenolateasanucleophile——1,4–addition——toform1,5-dicarbonylcompoundse.g.當(dāng)前48頁，總共104頁。五、a,b-不飽和羰基的親核加成1.Michaeladditionthenucleophilecanbeanenolategeneratedfromcompoundsotherthanaldehydesorketones——itcanbeanester,anitro-compound,oranitrilee.g.當(dāng)前49頁，總共104頁。五、a,b-不飽和羰基的親核加成1.MichaeladditionThebestnucleophileare:

b-diketones,b-diesters,b-ketoesters,b-ketonitriles當(dāng)前50頁，總共104頁。當(dāng)前51頁，總共104頁。五、a,b-不飽和羰基的親核加成1.MichaeladditionMoreexamples:當(dāng)前52頁，總共104頁。五、a,b-不飽和羰基的親核加成1.MichaeladditionQuestions:Pleasewriteoutthemainproducts:當(dāng)前53頁，總共104頁。五、a,b-不飽和羰基的親核加成1.MichaeladditionQuestions:Whatreagentswouldyouusetopreparethefollowingcompounds?當(dāng)前54頁，總共104頁。五、a,b-不飽和羰基的親核加成2.StorkenaminereactionEnaminescanbeusedinplaceofenolatesinMichealreactions.當(dāng)前55頁，總共104頁。五、a,b-不飽和羰基的親核加成3.TheRobinsonannulation(環(huán)合)1,5-diketonescanundergoanintramolecularaldoladditiontoformcyclicb-hydroxyketonesora,b-unsaturatedketones當(dāng)前56頁，總共104頁。五、a,b-不飽和羰基的親核加成3.TheRobinsonannulation(環(huán)合)e.g.當(dāng)前57頁，總共104頁。五、a,b-不飽和羰基的親核加成3.TheRobinsonannulation(環(huán)合)e.g.當(dāng)前58頁，總共104頁。五、a,b-不飽和羰基的親核加成3.TheRobinsonannulation(環(huán)合)e.g.當(dāng)前59頁，總共104頁。五、a,b-不飽和羰基的親核加成3.Robinsonannulation(環(huán)合)Appliedinsynthesis當(dāng)前60頁，總共104頁。五、a,b-不飽和羰基的親核加成3.Robinsonannulation(環(huán)合)Appliedinsynthesise.g.當(dāng)前61頁，總共104頁。五、a,b-不飽和羰基的親核加成3.Robinsonannulation(環(huán)合)Appliedinsynthesise.g.??當(dāng)前62頁，總共104頁。六、酮和酯的?；磻?yīng)1.Claisencondensation——acylationofesters,togiveb-ketoesterb-ketoester當(dāng)前63頁，總共104頁。六、酮和酯的酰基化反應(yīng)1.Claisencondensation——comparisonofaldolreactionwithClaisencondensationthereactionisreversible當(dāng)前64頁，總共104頁。1.ClaisencondensationWithasodiumalkoxideasabase,asuccessfulClaisencondensationrequiresanesterwithtwoa-hydrogensandanequivalentamountofbaseratherthanacatalyticamountofbase.六、酮和酯的酰基化反應(yīng)irreversiblethehydrogenisnecessaryanequivalentamountofbaseisnecessary當(dāng)前65頁，總共104頁。六、酮和酯的?；磻?yīng)1.Claisencondensation——foranesterwithonlyonea-H,strongerbaselikeLDA,orsodiumtrityl（三苯甲基鈉）shouldbeusedasbase，thepKavalueoftritane（三苯甲烷）isabout31.5當(dāng)前66頁，總共104頁。六、酮和酯的?；磻?yīng)1.Claisencondensation——NaHandKHarecommonbasesusedinClaisencondensation.——ethaneformedinthereactionmayreactwithNaH,enforcingtheequilibriumtomovetotheproductside.當(dāng)前67頁，總共104頁。六、酮和酯的?；磻?yīng)1.Claisencondensation——Claisencondensationisreversible.Withacatalyticamountofbase,ab-diketonecandecomposetothestartingester.當(dāng)前68頁，總共104頁。六、酮和酯的酰基化反應(yīng)1.Claisencondensation例題與習(xí)題完成下列反應(yīng)，寫出主要產(chǎn)物當(dāng)前69頁，總共104頁。六、酮和酯的?；磻?yīng)1.Claisencondensation例題與習(xí)題完成下列反應(yīng)，寫出主要產(chǎn)物當(dāng)前70頁，總共104頁。六、酮和酯的?；磻?yīng)1.Claisencondensation——amixedClaisencondensation——兩個都具有a-H的酯將得到四個產(chǎn)物ABCD當(dāng)前71頁，總共104頁。六、酮和酯的?；磻?yīng)1.Claisencondensation——amixedClaisencondensation——如果其中一個酯沒有a-H，則可以得到單一產(chǎn)物例如：使用苯甲酸酯、草酸酯當(dāng)前72頁，總共104頁。六、酮和酯的?；磻?yīng)1.Claisencondensation——amixedClaisencondensation——如果其中一個酯沒有a-H，則可以得到單一產(chǎn)物又例如利用甲酸酯：但是甲酸酯的縮合產(chǎn)物很活潑，如：當(dāng)前73頁，總共104頁。六、酮和酯的酰基化反應(yīng)1.Claisencondensation例題與習(xí)題完成下列反應(yīng)，寫出主要產(chǎn)物當(dāng)前74頁，總共104頁。2.Dieckmanncondensation

——intramolecularcondensation——toformacyclic

b-ketoester——a1,7-diestermayformasix-memberring

b-ketoester六、酮和酯的酰基化反應(yīng)當(dāng)前75頁，總共104頁。六、酮和酯的?；磻?yīng)2.Dieckmanncondensation

——intramolecularcondensation——toformacyclic

b-ketoester——

mechanism當(dāng)前76頁，總共104頁。六、酮和酯的?；磻?yīng)2.Dieckmanncondensation

——例題與習(xí)題——完成下列反應(yīng)，寫出主要產(chǎn)物：3個不同的a-H當(dāng)前77頁，總共104頁。六、酮和酯的?；磻?yīng)3.用酰氯或酸酐進(jìn)行酯的?；?/p>

——一元酸酯在強(qiáng)堿作用下，可用酰氯或酸酐進(jìn)行?；?，反應(yīng)需要在非質(zhì)子型溶劑中進(jìn)行，當(dāng)前78頁，總共104頁。4.Acylationofketonesandaldehydes

condensationofaketoneandanester,oracidanhydride——toformab-ketoaldehydeorab-diketone六、酮和酯的?；磻?yīng)moreaciditynoa-Hagoodmethod當(dāng)前79頁，總共104頁。4.Acylationofketonesandaldehydes

condensationofaketoneandanester,oracidanhydride——toformab-ketoaldehydeorab-diketone

——moreexamples:六、酮和酯的?；磻?yīng)當(dāng)前80頁，總共104頁。六、酮和酯的酰基化反應(yīng)4.Acylationofketonesandaldehydes

——viaenamines當(dāng)前81頁，總共104頁。七、b-二羰基化合物的反應(yīng)與應(yīng)用1.b-二羰基化合物的結(jié)構(gòu)特征與反應(yīng)特性——由于兩個羰基的吸電子作用，b-二羰基化合物中連接兩個羰基的亞甲基十分活潑，表現(xiàn)為酸性增強(qiáng)，形成的烯醇負(fù)離子也十分穩(wěn)定。如：76%24%當(dāng)前82頁，總共104頁。七、b-二羰基化合物的反應(yīng)與應(yīng)用1.b-二羰基化合物的結(jié)構(gòu)特征與反應(yīng)特性——b-二羰基化合物由于具有活潑的亞甲基，常被稱為活潑亞甲基化合物。它們在堿的作用下，容易形成烯醇負(fù)離子，作為親核試劑與鹵代烴、酰鹵、和羰基發(fā)生親核反應(yīng)，在合成上是重要的增長碳鏈的試劑——比如：Michael加成（本章第四個問題）——乙酰乙酸乙酯和丙二酸二乙酯是其中的典型代表當(dāng)前83頁，總共104頁。七、b-二羰基化合物的反應(yīng)與應(yīng)用2.Ethylacetoacetateandmalonicester——DecarboxylationofEthylacetoacetateandmalonicester（1）乙酰乙酸乙酯的成酮分解當(dāng)前84頁，總共104頁。七、b-二羰基化合物的反應(yīng)與應(yīng)用2.Ethylacetoacetateandmalonicester——DecarboxylationofEthylacetoacetateandmalonicester（2）乙酰乙酸乙酯的成酸分解當(dāng)前85頁，總共104頁。七、b-二羰基化合物的反應(yīng)與應(yīng)用2.Ethylacetoacetateandmalonicester——DecarboxylationofEthylacetoacetateandmalonicester（3）β-羰基酯均能發(fā)生與乙酸乙酰乙酯類似的成酮或成酸分解反應(yīng)。例如：當(dāng)前86頁，總共104頁。七、b-二羰基化合物的反應(yīng)與應(yīng)用2.Ethylacetoacetateandmalonicester——DecarboxylationofEthylacetoacetateandmalonicester（4）丙二酸二乙酯的分解當(dāng)前87頁，總共104頁。七、b-二羰基化合物的反應(yīng)與應(yīng)用2.Ethylacetoacetateandmalonicester——alkylationofethylacetoacetateandmalonicester取代甲基酮取代甲基酮取代乙酸取代乙酸當(dāng)前88頁，總共104頁。七、b-二羰基化合物的反應(yīng)與應(yīng)用2.Ethylacetoacetateandmalonicester——acylationofethylacetoacetateandmalonicester——?；磻?yīng)中一般選用NaH代替醇鈉作為堿，以避免反應(yīng)中的醇與酰鹵反應(yīng)。取代甲基酮b-二酮當(dāng)前89頁，總共104頁。七、b-二羰基化合物的反應(yīng)與應(yīng)用教材中P3