第十三章羰基化合物的親核加成和取代反應(yīng)

本章主要內(nèi)容一、羰基的結(jié)構(gòu)及反應(yīng)特性二、羰基的親核加成

1.

概述

2.

含O,S親核試劑

3.

含N親核試劑

4.

含C親核試劑

5.

a,

b–不飽和羰基的親核加成三、羧酸及其衍生物的親核取代反應(yīng)當(dāng)前1頁，總共78頁。一、羰基的結(jié)構(gòu)及反應(yīng)特性1.羰基的結(jié)構(gòu)特點羰基是一個不飽和極性共價鍵，受氧的吸電子作用影響，羰基中碳原子帶部分正電荷，容易接受親核試劑的進攻，發(fā)生親核加成反應(yīng)。當(dāng)前2頁，總共78頁。一、羰基的結(jié)構(gòu)及反應(yīng)特性2.

各種含羰基的化合物(1)ClassI---醛和酮主要發(fā)生親核加成反應(yīng)(2)ClassII---羧酸及其衍生物,主要發(fā)生親核取代反應(yīng)當(dāng)前3頁，總共78頁。一、羰基的結(jié)構(gòu)及反應(yīng)特性3.

發(fā)生在羰基上反應(yīng)的類型（親核反應(yīng)）1)

親核加成2)

羰基氧被N取代3)

羰基氧被C取代4)

親核取代反應(yīng)當(dāng)前4頁，總共78頁。一、羰基的結(jié)構(gòu)及反應(yīng)特性4.

親核反應(yīng)活性---醛和酮烷基給電子作用當(dāng)前5頁，總共78頁。一、羰基的結(jié)構(gòu)及反應(yīng)特性4.

親核反應(yīng)活性---醛和酮空間位阻影響當(dāng)前6頁，總共78頁。一、羰基的結(jié)構(gòu)及反應(yīng)特性4.

親核反應(yīng)活性---羧酸衍生物酰鹵>酸酐>醛>酮>羧酸~酯>酰胺取決于與羰基相連的基團的電子效應(yīng)當(dāng)前7頁，總共78頁。二、羰基的親核加成1.Introduction(1)Nucleophiles負離子親核試劑（堿性條件）：

ˉOH、ˉOR、ˉSR、ˉH、ˉC≡N、ˉC≡CR、

ˉCR3（M-R）中性分子親核試劑（中性或酸性條件）：

HOH、HOR、HSR、NH3、H2NR、HNR2當(dāng)前8頁，總共78頁。二、羰基的親核加成1.Introduction(2)Mechanism

堿性條件下

酸性條件下+當(dāng)前9頁，總共78頁。二、羰基的親核加成1.Introduction(3)Stereochemistry非手性條件下，得外消旋體當(dāng)前10頁，總共78頁。二、羰基的親核加成1.Introduction(3)Stereochemistry手性條件下，有立體選擇性，遵循Cram法則：羰基上的R基團與大的基團(L)

呈重疊式構(gòu)象，羰基氧則處于中等基團(M)

與較小基團(S)

中間，親核試劑從小的基團這一方進攻為主要進攻方向。當(dāng)前11頁，總共78頁。二、羰基的親核加成2.

含O,S親核試劑

包括H2O,ROH,RSH和NaHSO3?？赡娣磻?yīng)。(1)H2O（水合反應(yīng)）酸堿催化,加快反應(yīng)達到平衡,但不會影響平衡移動。當(dāng)前12頁，總共78頁。(1)

H2OIR中無C=O吸收峰羰基連有吸電子基團的容易形成水合物當(dāng)前13頁，總共78頁。二、羰基的親核加成2.

含O,S親核試劑(2)ROH酸催化:

固體酸，如TsOH（對甲基苯磺酸）無水酸，如干燥HCl氣體半縮醛半縮酮縮醛縮酮當(dāng)前14頁，總共78頁。(2)ROH可逆反應(yīng)，通過油水分離器不斷除去反應(yīng)過程中形成的水，使反應(yīng)完全?？s醛和縮酮在堿性條件下穩(wěn)定，酸性水溶液中加熱又回復(fù)到醛、酮。因此，可利用這一反應(yīng)保護醛酮的羰基。當(dāng)前15頁，總共78頁。(2)ROH羰基的保護，例1當(dāng)前16頁，總共78頁。2.

含O,S親核試劑(2)ROH羰基的保護，例2當(dāng)前17頁，總共78頁。二、羰基的親核加成2.

含O,S親核試劑(3)RSH當(dāng)前18頁，總共78頁。Summary:羰基還原成亞甲基的方法酸性條件堿性條件中性條件當(dāng)前19頁，總共78頁。二、羰基的親核加成2.

含O,S親核試劑(4)NaHSO3產(chǎn)物為鹽，溶于水，用于將醛酮與其他不溶于水的有機物分開脂肪甲基酮和環(huán)酮易發(fā)生反應(yīng)(位阻影響活性)當(dāng)前20頁，總共78頁。二、羰基的親核加成3.

含N親核試劑(1)RNH2

andNH2Z相當(dāng)于羰基氧被氮所取代，形成亞胺(imine)當(dāng)前21頁，總共78頁。二、羰基的親核加成3.

含N親核試劑(1)RNH2

andNH2Z經(jīng)歷親核加成和脫水兩個步驟。當(dāng)前22頁，總共78頁。二、羰基的親核加成3.

含N親核試劑(1)RNH2

andNH2Z可逆，經(jīng)酸水解可得回醛酮。含N親核試劑不同，產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和名稱也各不相同，見下表。當(dāng)前23頁，總共78頁。(1)RNH2

andNH2Z表13-1氨基衍生物與醛酮加成反應(yīng)反應(yīng)物生成物NH2Z名稱結(jié)構(gòu)式名稱NH2R1°胺席夫堿（shiffbase）NH2OH羥胺肟（oxime）NH2NH2肼腙（hydrazone）NH2NHC6H5苯肼苯腙(phenylhydrazone)NH2NHCONH2氨基脲縮氨脲（semicarbazone）當(dāng)前24頁，總共78頁。二、羰基的親核加成3.

含N親核試劑(2)R2NH經(jīng)歷親核加成和脫水兩個步驟脫水發(fā)生在羰基的a-C上，形成烯胺(enamine)當(dāng)前25頁，總共78頁。(2)R2NH思考題：寫出2-甲基環(huán)己酮與仲胺反應(yīng)的產(chǎn)物當(dāng)前26頁，總共78頁。二、羰基的親核加成3.

含N親核試劑(2)R2NH反應(yīng)可逆，經(jīng)酸水解可得回醛酮。醛酮可以通過烯胺進行α-烷基化和α-?；磻?yīng)，合成上應(yīng)用廣泛（見第十四章）當(dāng)前27頁，總共78頁。二、羰基的親核加成4.

含C親核試劑(1)ˉCN當(dāng)前28頁，總共78頁。二、羰基的親核加成4.

含C親核試劑(2)ˉC≡CR當(dāng)前29頁，總共78頁。二、羰基的親核加成4.

含C親核試劑(3)有機金屬試劑格氏試劑、有機鋰試劑等廣泛用于合成各級醇及羧酸等有機物格氏試劑的應(yīng)用---由醛酮合成各級醇當(dāng)前30頁，總共78頁。

格氏試劑的應(yīng)用---由羧酸衍生物合成醇

格氏試劑的應(yīng)用---其他當(dāng)前31頁，總共78頁。格氏試劑的應(yīng)用總覽低溫和空間位阻作用以及使用不活潑的金屬試劑可能將反應(yīng)控制在酮的階段當(dāng)前32頁，總共78頁。

格氏試劑的應(yīng)用---由醛酮合成各級醇當(dāng)前33頁，總共78頁。當(dāng)前34頁，總共78頁。二、羰基的親核加成4.

含C親核試劑(4)Ylide試劑Ylide試劑是一類化合物，其中兩個相鄰原子具有完整的八隅體電子構(gòu)型，而這兩個原子卻分別帶有不同的電荷，典型的ylide試劑有磷ylide試劑（phosphoniumylide）：當(dāng)前35頁，總共78頁。磷Ylide試劑的形成二、羰基的親核加成4.

含C親核試劑(4)Ylide試劑當(dāng)前36頁，總共78頁。Wittig反應(yīng)醛酮與磷ylide反應(yīng)形成烯烴

三苯基氧磷當(dāng)前37頁，總共78頁。Wittig反應(yīng)

---雙鍵的形成位置是確定的，（與E2反應(yīng)不同）具有一定的立體選擇性

順反烯烴的生成受條件和Ylide試劑的結(jié)構(gòu)、活性等影響很大當(dāng)前38頁，總共78頁。Wittigreaction

mechanism氧磷四員環(huán)中間體當(dāng)前39頁，總共78頁。TheuseofWittigreactioninindustryb-胡蘿卜素當(dāng)前40頁，總共78頁。羰基親核加成小結(jié)2.

含O,S親核試劑4.

含C親核試劑----C-C鍵的形成(4)Ylide試劑(3)

有機金屬試劑(2)ˉC≡CR(1)ˉCN3.

含N親核試劑(1)RNH2andNH2Z包括H2O,ROH,RSH

和NaHSO31.

概述

----結(jié)構(gòu)、機理、反應(yīng)活性、立體化學(xué)(2)R2NH羰基的保護醛酮的分離純化亞胺及其衍生物的形成烯胺的形成α-羥基腈、α-羥基酸和β-氨基醇炔醇C=C各級醇、醛酮當(dāng)前41頁，總共78頁。例題與習(xí)題反應(yīng)活性1.

下列化合物用氫化鋁鋰（LiAlH4）還原時活性最高的是A、丙酰胺B、丙酸酯C、丙酮2.

下列化合物發(fā)生水解反應(yīng)的速率最快的是CC當(dāng)前42頁，總共78頁。例題與習(xí)題反應(yīng)活性3.

下列羰基化合物中最容易生成水合物的是A、乙醛B、三氟乙醛C、丙酮4.

下列化合物中-氫(紅色)

酸性最弱的是BB當(dāng)前43頁，總共78頁。5.

下列化合物中-

氫(紅色)pKa值最小的是6.

Listingthefollowingestersinorderofdecreasingreactivitytowardshydrolysis(水解)A例題與習(xí)題反應(yīng)活性b>a>d>c當(dāng)前44頁，總共78頁。Solutionofproblem6

Aciditydecreasinginthefollowingorder

Relativebasicitiesoftheconjugatedbasesincreasinginthefollowingorderandthereactivitydecreasing例題與習(xí)題反應(yīng)活性當(dāng)前45頁，總共78頁。例題與習(xí)題試劑反應(yīng)特點1.

與化合物A主要發(fā)生1,2-親核加成的試劑是2.

可以將酮羰基還原成亞甲基的方法是

A、鋅汞齊—鹽酸

B、硼氫化鈉（NaBH4）

C、催化氫化CA當(dāng)前46頁，總共78頁。例題與習(xí)題試劑反應(yīng)特點3.

能與化合物A發(fā)生親核加成的試劑有(多選)：4.

下列反應(yīng)可以在堿性條件下進行的是

A、用羧酸和醇合成酯B、縮醛的水解

C、酯的水解CBCD當(dāng)前47頁，總共78頁。例題與習(xí)題試劑反應(yīng)特點5、格氏試劑的制備和使用通常在以下哪種溶劑中進行：

A.ethyletherB.THFC.DMSOD.DMFE.acetoneAB當(dāng)前48頁，總共78頁。二、羰基的親核加成5.,–

不飽和羰基的親核加成Both1,2-additionand1,4-additioncanhappen,theyarealsocalledasdirectaddition(直接加成)andconjugatedaddition（共軛加成）12344當(dāng)前49頁，總共78頁。1,2-addition1,4-addition當(dāng)前50頁，總共78頁。二、羰基的親核加成影響

1,2-

和

1,4-加成的因素:親核試劑的堿性和空間位阻。(1)

親核試劑的堿性Nucleophilesthatarestrongbases,suchasRLiandLiAlH4,tendtoformdirectadditionproducts.Nucleophilesthatarerelativelyweakbases,suchasˉCN,amines,thiols,andXˉ,usuallyformconjugatedadditionproducts.當(dāng)前51頁，總共78頁。影響

1,2-

和

1,4-加成的因素:(1)

親核試劑的堿性Explanation:

---

Directadditionisirreversible(不可逆,

strongbase)orreversible(可逆,

weakbase).

---

Conjugatedadditionisirreversible.當(dāng)前52頁，總共78頁。(1)

親核試劑的堿性強堿---1,2-加成當(dāng)前53頁，總共78頁。(1)

親核試劑的堿性弱堿---1,4-加成當(dāng)前54頁，總共78頁。影響

1,2-和1,4-加成的因素(2)

空間位阻二、羰基的親核加成當(dāng)前55頁，總共78頁。二、羰基的親核加成影響

1,2-和1,4-加成的因素(2)

空間位阻當(dāng)前56頁，總共78頁。1.Mechanismfornucleophilicsubstitution三、羧酸及其衍生物的親核取代反應(yīng)堿性條件酸性條件當(dāng)前57頁，總共78頁。三、羧酸及其衍生物的親核取代反應(yīng)2.ReactionactivityTheweakerthebase,thebetteritisasaleavinggroupThelessbasicthesubstituent(Y),themorereactivethecarboxylicacidderivative強堿容易取代弱堿當(dāng)前58頁，總共78頁。三、羧酸及其衍生物的親核取代反應(yīng)2.Reactionactivity堿性強弱順序為：

Xˉ<RCOOˉ<ROˉ~HOˉ<R2Nˉ

反應(yīng)活性順序為：當(dāng)前59頁，總共78頁。三、羧酸及其衍生物的親核取代反應(yīng)2.ReactionactivityForacarboxylicacidderivativetoundergoanucleophilicacylsubstitutionreaction,theincomingnucleophilemustnotbeamuchweakerbasethanthegroupthatistobereplaced.Acarboxylicacidderivativecanbeconvertedintoalessreactivecarboxylicacidderivative,butnotintoonethatismorereactive.強堿容易取代弱堿高活性的羧酸衍生物可以轉(zhuǎn)變成低活性的當(dāng)前60頁，總共78頁。三、羧酸及其衍生物的親核取代反應(yīng)TheR-andH-inaldehydesandketones,arethestrongestbase,so,theycannottakeplacethenucleophilicsubstitutionreaction.Acylhalideandacidanhydridesarenotfoundinnaturebecauseoftheirhighreactivity2.Reactionactivity當(dāng)前61頁，總共78頁。三、羧酸及其衍生物的親核取代反應(yīng)3.Interconvertionofcarboxylicacidderivatives(1)hydrolysis(水解)有時水解反應(yīng)是要避免的反應(yīng)當(dāng)前62頁，總共78頁。三、羧酸及其衍生物的親核取代反應(yīng)3.Interconvertionofcarboxylicacidderivatives(2)Alcoholysis(醇解)andaminolysis(氨解)H+當(dāng)前63頁，總共78頁。4.Preparationofacylhalide三、羧酸及其衍生物的親核取代反應(yīng)當(dāng)前64頁，總共78頁。三、羧酸及其衍生物的親核取代反應(yīng)5.Preparationofacidanhydride當(dāng)前65頁，總共78頁。羧酸衍生物的相互轉(zhuǎn)化***當(dāng)前66頁，總共78頁。本章主要內(nèi)容一、羰基的結(jié)構(gòu)及反應(yīng)特性二、羰基的親核加成

1.

概述

2.

含O,S親核試劑

3.

含N親核試劑

4.

含C親核試劑

5.

a,

b

–不飽和羰基的親核加成三、羧酸及其衍生物的親核取代反應(yīng)當(dāng)前67頁，總共78頁。例題與習(xí)題完成反應(yīng)請在括號中填上必要的試劑或反應(yīng)條件，或?qū)懗龇磻?yīng)的主要產(chǎn)物，必要時，請表示出產(chǎn)物的立體構(gòu)型。當(dāng)前68頁，總共78頁。例題與習(xí)題