羰基的親核加成ppt課件.ppt

1、,第八章 親核加成反應(yīng) 一,醛酮的親核加成 1 親核加成的機理,高等有機化學(xué),第八章 親核加成反應(yīng) 一,醛酮的親核加成 2 羰基的活性 電子因素*當(dāng)羰基碳上連有給電子基團(如烷基、芳基等)時，由于中心碳原子的電正性減小，從而降低了它的親電能力，使反應(yīng)活性下降。相反，若羰基碳上連有吸電子基團(如F3C-等)時，則會使反應(yīng)速率加快。 空間因素，由于從反應(yīng)物到過渡態(tài)及產(chǎn)物，羰基碳由sp2 雜化變?yōu)閟p3雜化，反應(yīng)中存在著明顯的空間特性。在反應(yīng)過程中，R基會被越來越近地擠在一起，非鍵張力使過渡態(tài)內(nèi)能增加，不利于反應(yīng)的進行之故：R基的體積增大時，反應(yīng)速率迅速下降。Nu體積增大，同樣也會降低反應(yīng)速率。綜合

2、上述兩方面的影響，可以得出一般醛、酮親核加成反應(yīng)的話性次序：,高等有機化學(xué),第八章 親核加成反應(yīng),高等有機化學(xué),Cl3CCHO HCHO RCHO RCOR RCOAr p-N(R)2-ArCOR RCHO ArCHO ArCOCH3,二， 羰基加成反應(yīng)及產(chǎn)物 (1)羰基與水形成水合物,高等有機化學(xué),A 對于多數(shù)醛酮平衡偏向左邊，故醛的水合物多不穩(wěn)定，它們?nèi)菀酌撍扇┩?B 甲醛在水中可以完全變成水合物，但不易分離。 C 含吸電子基的羰基化合物其水合物比較穩(wěn)定.如:三氯乙醛,六氯丙酮,茚三酮 D 酸和堿催化能加速水合物的形成,(2)與醇 形成半縮醛與縮醛,半縮醛(Hemiacetal),

3、高等有機化學(xué),高等有機化學(xué),A 酮與簡單的醇不易得到縮酮，但與乙二醇或丙三醇作用可得到環(huán)狀的縮酮 。 B硫醇與醛酮也能起類似的縮合反應(yīng)，并且比醇與醛酮縮合更容易，這是因為硫的親核能力比氧大。 C 縮醛和縮酮是一種醚類化合物，暴露在空氣中易生成過氧化物，D 縮醛和縮酮在堿性條件下穩(wěn)定，但在酸性水溶液中易水解成醛酮。 E 在有機合成中常用縮醛和縮酮的生成來保護羰基,高等有機化學(xué),（3）與含氮親核試劑作用,A 弱酸時對其有催化作用 B 它們的反應(yīng)產(chǎn)物一般是固體,在酸性條件下能水解還原成原來 的醛酮 C 仲胺與醛酮作用不能生成亞胺,但與含a 氫的醛酮作用得到烯胺,高等有機化學(xué),（4）與其它親核試劑加成

4、,高等有機化學(xué),三,羰基加成的立體化學(xué),高等有機化學(xué),(1)如果羰基兩邊空間條件不相同,則進攻試劑從位阻小的一端進攻.,(2) 4-叔丁基環(huán)己酮的優(yōu)勢構(gòu)象為叔丁基在e鍵上.當(dāng)進攻試劑體積大時試劑從位阻小的一端進攻.,高等有機化學(xué),(3) 當(dāng)進攻試劑體積小時,則試劑可從a 鍵的方向進攻,得到的羥基為 e鍵,高等有機化學(xué),Cram規(guī)則一,基團的大小順序為LMS，無分子內(nèi)氫鍵。,高等有機化學(xué),Cram規(guī)則二 羰基鄰位的不對稱碳原子上有一OH，一NH2等能與羰基氧形成氫鍵的基團時，親核試劑從含氫鍵環(huán)的空間阻礙小的 一邊對羰基加成。,(3)Cram規(guī)則三 當(dāng)酮的a手性碳原子上連接著鹵原子時，由于鹵原于與

5、碳基的偶極相互作用，使酮的優(yōu)勢構(gòu)象是鹵原子與碳基在問一平面上處于對位交叉位置，碳基進行反應(yīng)時試劑優(yōu)先從空間阻礙最小的一邊即小基團一側(cè)進攻碳基碳原子，也稱為cornforth規(guī) 則。例如：,高等有機化學(xué),第八章 親核加成反應(yīng) 四，含碳親核試劑的加成反應(yīng) (1)羥醛縮合 具有H的醛，在堿催化下生成碳負離子，-CH2CHO, 然后 -CH2CHO作為一個親核試劑對醛酮進行親核加成，生成-羥基醛，-羥基醛在加熱時易脫水變成、不飽合醛。,高等有機化學(xué),堿催化歷程可以是烯醇負離子，也可以是碳負離子,高等有機化學(xué),如果用兩種不同的具有-H的醛縮合時為混合物，其產(chǎn)物復(fù)雜，合成上意義不大。但無-H的醛可以與有-

6、H 的醛發(fā)生羥醛縮合。如：甲醛和乙醛縮合，再通過歧化反應(yīng)可以生成季戊四醇。,羥醛縮合也可在酸件環(huán)境下進行,高等有機化學(xué),高等有機化學(xué),2 重要的縮合反應(yīng),(1)Claisen-Schmidt reaction 其過程是將酮滴加到無-H的醛中,上述構(gòu)型中雙鍵碳上所連的兩個大的基團處在反位比較穩(wěn)定（即構(gòu)型以反式為主）。 當(dāng)分子中含有兩個羰基時（二醛、二酮、或一種醛與一種酮），在堿催化作用下，也可發(fā)生分子內(nèi)羥醛縮合生成五元環(huán)或六元環(huán)的不飽和醛酮。,高等有機化學(xué),(2)Knoevenagel縮合 不含a氫的醛酮與含活潑的a氫的化合物的合成,高等有機化學(xué),(3)Mannich反應(yīng) 醛、胺和含活潑氫化合物

7、縮合，使全部活潑氫都進行胺甲基化得到氨是酮。,高等有機化學(xué),Mannich反應(yīng)常在弱酸性介質(zhì)中進行,因反應(yīng)中必須有一定濃 度的質(zhì)子才有利于形成氨甲基陽碳離子. Mannich反應(yīng)在酸性溶液中的歷程可能是:,活潑氫化合物可以是:,高等有機化學(xué),如,高等有機化學(xué),（4）安息香縮合 苯甲醛在氰離子作用下生成二苯羥乙酮的反應(yīng),高等有機化學(xué),（5）Claisen縮合 含a-H的酯在堿的作用下得到酮酸酯,高等有機化學(xué),（6）Darzen反應(yīng) ( 環(huán)氧酯合成) 醛酮在堿作用下與“a鹵代酸酯反應(yīng)生成 環(huán)氧酯。,高等有機化學(xué),Darzen反應(yīng)在合成上的應(yīng)用是基于環(huán)氧酯能以當(dāng)量的氫氧化鈉水解為鈉鹽，然后用酸中和時

8、發(fā)生脫羧和開環(huán)過程，最后互變異構(gòu)為一個在羰基碳原于上增長一個碳的醛。因此，從苯乙酮經(jīng)Darzen反應(yīng)可方便合成2苯基丙醛。,高等有機化學(xué),如維生素A合成中間體的制備,高等有機化學(xué),（7）混合酯縮合,（8）酮酯縮合 酮的a碳進攻酯的羰基的縮合：即酮在堿的作用下生成烯醇負離子，進攻酯的羰基發(fā)生的縮合反應(yīng)，產(chǎn)物為-二酮,高等有機化學(xué),完成下列反應(yīng),高等有機化學(xué),高等有機化學(xué),高等有機化學(xué),（9）Perkin縮合 五，烯醇的烷基化反應(yīng) 1， 烯醇負離子 (1)烯醇負離子 從碳基化合物中移去一個質(zhì)子得到的碳負離子是烯醇負離子,烯醇負離子碳與氧均具有親核性，但親電試劑進攻一般主要發(fā)生在 碳上。（氧負離子電

9、荷較集中，易溶劑化，此外，碳原子的核外電 子云變形大）,高等有機化學(xué),當(dāng)乙酰乙酸乙酯在烷氧基堿的作用下與1，3-二溴丙烷作用，產(chǎn)物中有下列化合物出現(xiàn),試提出其反應(yīng)機理,高等有機化學(xué),（2）烯胺的烷基化與?；瘧?yīng) 仲胺與醛酮在酸催化下縮合得到烯胺 它與鹵代物反應(yīng)生成烷基化(或?；?產(chǎn)物，不對稱酮和胺反應(yīng)時，主要生成雙鍵上取代最少的烯胺。如：,高等有機化學(xué),高等有機化學(xué),高等有機化學(xué),六， Michael 加成,(1)定義 活潑次甲基的陰碳離子向,不飽和羰基或不飽和羧酸衍生物等共軛體系進行的共軛加成稱為Michael加成,(2)供電體 形成陰碳離子的活潑次甲基化合物稱為Michael供電體,高等

10、有機化學(xué),(3) 接受體 ,不飽和體為Michael加成的接受體,高等有機化學(xué),(4)反應(yīng)機理,高等有機化學(xué),例1,例2，合成,為什以不直接在堿性條件下生成碳負離子，然后再進行加成,高等有機化學(xué),Michael加成反應(yīng)的應(yīng)用 (1)在合成上的意義,導(dǎo)眠能中間體,利用Michael加成與Robinsen關(guān)環(huán)合成環(huán)關(guān)化合物,高等有機化學(xué),(2)合成子分析,高等有機化學(xué),高等有機化學(xué),高等有機化學(xué),高等有機化學(xué),3 取代反應(yīng)實驗的證實,通過中間體的分離和捕獲等方法，巳證明了芳香親電取代反應(yīng)中絡(luò)合物的存在。 例如，在低溫下用硝酰氟和氟化硼硝化三氟甲苯的反應(yīng)，其中間體絡(luò)合物已被分離出來，結(jié)構(gòu)也為核磁共振

11、所證實。,3 取代反應(yīng)實驗的證實,通過中間體的分離和捕獲等方法，巳證明了芳香親電取代反應(yīng)中絡(luò)合物的存在。 例如，在低溫下用硝酰氟和氟化硼硝化三氟甲苯的反應(yīng)，其中間體絡(luò)合物已被分離出來，結(jié)構(gòu)也為核磁共振所證實。,再例；,這些中間體都以用核磁進行檢定,高等有機化學(xué),絡(luò)合物系一種活性中間體，在某些情況下，可由親核試劑捕獲再根據(jù)捕獲生成物推論絡(luò)合物的存在，以證明芳烴正離子機理。如：,二，親電試劑,高等有機化學(xué)第一章有機反應(yīng)總論,下面為常見的親電試劑及其生成的形式,以上親電試劑是強親電體，既可取代含致活定位基的勞環(huán)也可取代含致鈍基團的芳環(huán),高等有機化學(xué)第一章有機反應(yīng)總論,以上親電試劑只能取代含致活取代基

12、團的芳環(huán),高等有機化學(xué)第一章有機反應(yīng)總論,三, 定位效應(yīng)與取代活性 1 帶有負電荷或孤對電子的原子和基團連接在苯環(huán)上時,它們一 般是鄰對位定位基,較強的至活基團.,高等有機化學(xué)第一章有機反應(yīng)總論,2 鹵素是一種鄰對位定位基但是至鈍基團. 3 帶正電荷的基團或不飽和鍵直接與苯環(huán)相連的基團是至鈍基, 一般是間位定位基.,ph- , RO-, R 一般是鄰對位定位基,至活基團,常見的致活基團有：,高等有機化學(xué)第一章有機反應(yīng)總論,5 當(dāng)苯環(huán)上有兩個不同的定位基時,第三個基團進入的位置主要 以鄰對位定位基決定.,高等有機化學(xué)第一章有機反應(yīng)總論,6 當(dāng)苯環(huán)上連有取代基都屬鄰對位定位基時,第三個基團進入 強

13、的基團的定向位置.,高等有機化學(xué)第一章有機反應(yīng)總論,7 當(dāng)苯環(huán)上連有兩個間位定位基時,第三個基團很難進入,即便進入其位置以間位強的定向為主.,為了定量表示基團的定位效應(yīng)，引入分速度因子(或因數(shù))的概念，它以苯的六個位置之為比較標難(規(guī)定其值為1)衡量取代苯中某個取代位置的反應(yīng)活性的數(shù)值。其值大于1的，說明該位置的反應(yīng)活性大于苯，小于1者則反應(yīng)活性小于苯。其計算式為：,高等有機化學(xué)第一章有機反應(yīng)總論,高等有機化學(xué)第一章有機反應(yīng)總論,四，典型的親電取代反應(yīng)實例 1 付克烷基化 烯醇鹵代烴都可作為烷基化劑 烷基化一般會發(fā)生重排 環(huán)上的烷基化也可發(fā)生重排 如果烷基化能成環(huán)時盡是以五元環(huán)或六元環(huán)為宜 如

14、果環(huán)上有OH- , NH2- , OR- ,反應(yīng)不易進行？,高等有機化學(xué)第一章有機反應(yīng)總論,2 ?；磻?yīng) ?；磻?yīng)一般不重排 在合成上可以通過合成酮然后得到不重排的烴,如合成間丁基苯磺酸鈉是一種較好的緩蝕劑，如何合成該物質(zhì),高等有機化學(xué)第一章有機反應(yīng)總論,在?；磻?yīng)中注意選擇性反應(yīng),高等有機化學(xué)第一章有機反應(yīng)總論,酰 胺在POCl3作用下,也可得到苯環(huán)上含羰基的反應(yīng) Gatterman Koch 反應(yīng) Reimer-tiemann反應(yīng) 主要是在芳環(huán)上引入甲?；?。 重氮鹽的偶聯(lián) 酚與胺中有吸電子基使反應(yīng)難進行 芳香重氮鹽中芳環(huán)上有吸電子基反應(yīng)加快. 3 影響鄰/對位取代產(chǎn)物的比例因素 (1)空間

15、效應(yīng) (2)電子效應(yīng) （3）試劑與苯環(huán)上原有基團作用的影響,高等有機化學(xué)第一章有機反應(yīng)總論,高等有機化學(xué)第一章有機反應(yīng)總論,4 離去基團效應(yīng)（或自位取代）,高等有機化學(xué)第一章有機反應(yīng)總論,高等有機化學(xué)第一章有機反應(yīng)總論,寫出下列反應(yīng)產(chǎn)物,解釋下列反應(yīng),高等有機化學(xué)第一章有機反應(yīng)總論,高等有機化學(xué)第一章有機反應(yīng)總論,第二節(jié)， 芳香化合物的親核取代反應(yīng) 1 SNAr機理 其過程示意如下：,該絡(luò)合物已被子分離出，緊接著乙氧基離開,高等有機化學(xué)第一章有機反應(yīng)總論,第二節(jié)， 芳香化合物的親核取代反應(yīng) 2 分子內(nèi)親核取代的轉(zhuǎn)位反應(yīng)(Smile reaction),如：,高等有機化學(xué)第一章有機反應(yīng)總論,第二節(jié)， 芳香化合物的親核取代反應(yīng) 2 分子內(nèi)親核取代的轉(zhuǎn)位反應(yīng)(Smile reaction),高等有機化學(xué)第一章有機反應(yīng)總論,芳香環(huán)的親核取代機理與親電取代反應(yīng)機理非常相似，屬于SN2型，芳環(huán)上的SN2稱SNAr 3, SN1機理