12清華大學(xué)有機(jī)化學(xué)李艷梅老師課件chapter-12-1-Nucleophilic-addition.ppt

1、Chapter 12,Aldehyde & Ketone 第十二章 醛和酮,Organic Chemistry A (1) By Prof. Li Yan-Mei Tsinghua University,Content,12.1 Introduction 12.2 Spectrum Data & Physical Properties 12.3 Nucleophilic Addition 12.4 Reactions at the -Carbon of Aldehyde & Ketone 12.5 Other Chemical Reactions 12.6 Preparation,12.1.1

2、 Molecular structure 12.1.2 Classification 12.1.3 Nomenclature (Learn on your own) 12.1.4 Isomerization (Learn on your own),12.1 Introduction,12.1.1 Molecular structure 分子結(jié)構(gòu),Aldehyde,Ketone,Planar molecule,12.1.2 Classification 分類,按烴基類型：脂肪族、芳香族 按羰基數(shù)目：一元、二元、三元 按烴基飽和程度：飽和、不飽和 其它：單酮/混酮，環(huán)（內(nèi)）酮,R=R 單酮 RR

3、混酮,環(huán)（內(nèi)）酮,12.1.3 Nomenclature (Learn on your own) 12.1.4 Isomerization (Learn on your own),12.2.1 IR spectrum 12.2.2 NMR spectrum 12.2.3 Physical properties 12.2.4 Isomerization (Learn on your own),12.2 Spectrum Data & Physical Properties,C=O RCHO 1720-1740 cm-1 ArCHO 1695-1715 cm-1 RCOR 1700-1725 cm

4、-1 ArCOR 1680-1700 cm-1 ArCOAr 1660-1670 cm-1 共軛后降低約 30 cm-1 COH 2665-2880 cm-1,12.2.1 IR spectrum,1HNMR: CHO 9-10 ppm -CO-CH2- 2.0-2.5 ppm -CO-CH3 2.0-2.5 ppm 13CNMR: -CHO 175-205 ppm R-CO-R 200-220 ppm,12.2.2 NMR spectrum,分子極性大，與水可形成氫鍵。 香型： 低級醛：強(qiáng)烈的刺激味 中級醛：果香味,玫瑰香,香油香味主要成分,樟腦香味,麝香香味,12.2.3 Physical

5、 properties,帶部分正電 被親核試劑進(jìn)攻 加成,既可被氧化，也可被還原,一定的酸性,12.3.1 General reaction, Reactivity and Stereochemistry 12.3.2 Reaction with oxygen nucleophiles 12.3.3 Reaction with Sulfur nucleophiles 12.3.4 Reaction with Carbon nucleophiles 12.3.5 Reaction with nitrogen nucleophiles,12.3 Nucleophilic Addition,Gene

6、ral Reaction:,(A). Reaction,12.3.1 General reaction, Reactivity and Stereochemistry,堿性條件：,酸性條件：,1、電子效應(yīng)：超共軛效應(yīng)，羰基化合物的穩(wěn)定性,2、空間效應(yīng)：,(B). Reactivity,1200,109.50,(C) Stereochemistry,羰基平面兩側(cè)等價,Cram rule,羰基平面兩側(cè)不等價,主要產(chǎn)物,12.3.2 Reaction with oxygen nucleophiles 與含氧親核試劑的加成,(A) Hydration,偕二醇,(B) Addition of alcoh

7、ols,半縮醛,縮醛,半縮酮,縮酮,注： 1、為醚類化合物 2、簡單的醛與過量的醇：反應(yīng)容易 簡單的酮與過量的醇：反應(yīng)不容易 3、縮醛（酮）堿性條件下穩(wěn)定，在酸性水溶液中水解：,用途：保護(hù)羰基 保護(hù)羥基,10.3.3 Reaction with Sulfur Nucleophiles 與含硫親核試劑的加成,(A) 加NaHSO3,條件： 1、醛、脂肪族甲基酮及C8以下環(huán)酮 2、“過量”、“飽和”的NaHSO3,應(yīng)用： 1、鑒別：產(chǎn)物為白色沉淀 2、分離、純化：,(B) Addition of RSH,縮硫酮,縮硫酮,特點： 1、直接生成縮硫醛（酮） 2、縮硫醛（酮）很難分解為原酮（醛）：無法用

8、于保護(hù)羰基,應(yīng)用：還原羰基,(C) 與Schiff試劑的反應(yīng),品紅 SO2(g) 品紅醛試劑（Schiff試劑）,酮 甲 醛 Schiff試劑 紫紅 不褪色 其它醛 紫紅 褪色, H2SO4,用途：鑒別,10.3.4 Reaction with Carbon Nucleophiles 與含碳親核試劑的加成,(A) 與HCN,條件：醛、脂肪族甲基酮及C8以下環(huán)酮 酸堿性的影響（略偏堿）,(B) 與炔化物反應(yīng),(C) 與金屬有機(jī)化合物反應(yīng),(D) 與磷ylide的反應(yīng)Wittig反應(yīng),制備：,帶有相鄰“”“”電荷的分子（內(nèi)鎓鹽）,10.3.5 Reaction with Nitrogen nucl

9、eophiles 與含氮親核試劑的加成,(A) 與胺反應(yīng)：10胺,亞胺,注意： 1、亞胺不穩(wěn)定，尤其是脂肪族亞胺；芳胺相對較穩(wěn)定，可分離出。 2、書寫法：脫水 3、用途：,亞胺,用于保護(hù)羰基,與胺反應(yīng)：20胺,與胺反應(yīng)：30胺,不反應(yīng),烯胺,可水解,當(dāng)該羰基化合物含有-H時,(B) 與氨及其衍生物反應(yīng)：,1、與氨的反應(yīng),脂肪族亞胺 不穩(wěn)定,2、與氨的衍生物的反應(yīng),可穩(wěn)定存在,反應(yīng)特點： 1、產(chǎn)物多為白色固體： 用于鑒別醛酮 2、產(chǎn)物一般有固定的結(jié)晶形狀及熔點： 可通過測熔點來推測未知的醛酮 3、產(chǎn)物在稀酸作用下水解為原反應(yīng)物： 可用于分離、提純,反應(yīng)類型總結(jié)： 1、簡單加成：Nu-中帶負(fù)電荷的

10、部分加在羰基碳原子上，另一部分加在氧原子上。 2、先加成后取代酸催化下 如：與ROH，RSH 3、先加成后消去酸或堿催化 如：胺、氨及氨的衍生物,注意： 以上反應(yīng)除與有機(jī)金屬化合物的反應(yīng)之外， 均為平衡過程 討論參數(shù)：平衡常數(shù),12.4.1 Acidity of the -hydrogens 12.4.2 Keto-Enol Tautomerization 12.4.3 Application,12.4 Reactions at the -Carbon of Aldehyde & Ketone,Nucleophilic Addition to the Carbonyl Group,Oxygen

11、 Nucleophiles Sulfur Nucleophiles Carbon Nucleophiles Nitrogen Nucleophiles,Reactions at the -Carbon of Carbonyl Compounds,Acidity of the -hydrogens Keto-Enol tautomerization Applications,12.4.1 Acidity of the -hydrogens -H的酸性,Keto,Enol,12.4.2 Keto-Enol Tautomerization 醛（酮）烯醇式互變異構(gòu),A. Interconversion

12、 轉(zhuǎn)化過程,B. Keto-enol tautomers in equilibrium 平衡,Monocarbonyl compounds 單羰基化合物,以醛（酮）式為主,-dicarbonyl compounds -二羰基化合物,24%,76%,烯醇式含量增大,Phenol 酚,K 1014,烯醇式含量幾乎為100,C. Detection 檢測,Purple or blue,D. Formation of enolate 烯醇鹽的形成,Which “Base”? 用什么堿來形成烯醇鹽？,enolate,E. Regioselective Formation of Enolate Anion

13、s 形成烯醇鹽的區(qū)域選擇性,?,?,Kinetic enolate,Thermodynamic enolate,Generally: 1. Low temperature gives the kinetic enolate. 2. High temperature, relatively weak base in a protic solvent gives the thermodynamic enolate.,LDA,Two special examples: 兩個特殊情況 1. The kinetically favored enolate can be formed cleanly th

14、rough the use of diisopropylamide (LDA). 采用LDA作為堿時易生成動力學(xué)控制的烯醇鹽 2. In acid condition, the thermodynamic enol is formed predominantly. 酸性條件下易生成熱力學(xué)控制的烯醇,thermodynamic enol,kinetically favored enolate,F. Racemization 異構(gòu)化,Nucleophilic center C-親核中心（試劑）,Nucleophilic center O-親核中心（試劑）,Ambident nucleophile

15、“兩可親核試劑” “兩可離子”,Carbanion 碳負(fù)離子,alkoxide anions 烷氧基負(fù)離子,12.4.3 Application 應(yīng)用,Keto,Enol,Which makes a greater contribution to the hybrid?,兩個極限式，哪個貢獻(xiàn)大？,A. React as an alkoxide anions 作為烷氧基負(fù)離子,trapped,烯醇式含量很高的結(jié)構(gòu)易發(fā)生O-烷基化反應(yīng)，如：酚,或采用氯硅烷來捕獲,React as a carbanion 1: Halogenation 作為碳負(fù)離子之一：鹵代反應(yīng),B. React as a car

16、banion 作為碳負(fù)離子,iodoform reaction 碘仿反應(yīng),鑒 別 ！,React as a carbanion 2: Alkylation 作為碳負(fù)離子之二：烷基化反應(yīng),side reaction 可能的副反應(yīng)：,solution 解決辦法： 利用烯胺：,烯 胺,React as a carbanion 3: Aldol Reaction 作為碳負(fù)離子之三：羥醛縮合反應(yīng),Reversible,醛的羥醛縮合反應(yīng),酮的羥醛縮合反應(yīng),可繼續(xù)脫水,easy,difficult,Soxhlet Extractor,catalyst,acetone,How does it work? 如何

17、實現(xiàn)酮的羥醛縮合反應(yīng),哪一個-碳參與反應(yīng)？,Crossed Aldol Reaction 交叉的羥醛縮合反應(yīng),產(chǎn)物復(fù)雜，無實用價值,Practical Crossed Aldol Reaction 具有實用價值的羥醛縮合反應(yīng),策略一：其中一個醛無 -H,策略二：利用酮不易發(fā)生羥醛縮合反應(yīng)的性質(zhì),React as a carbanion 4: 作為碳負(fù)離子之四：Macheal加成反應(yīng),Similar Reaction: Perkin Condensation 類似的反應(yīng)：Perkin縮合反應(yīng),Reactants: Aromatic aldehyde & anhydride 芳醛與酸酐 Condi

18、tions: sodium or potassium carboxylate 與酸酐對應(yīng)的羧酸鈉鹽或鉀鹽,Cinnamic acid 肉桂酸,glycolysis,生化反應(yīng)中的烯醇結(jié)構(gòu),12.5.1 Oxidation 12.5.2 Reduction 12.5.3 Cannizaro reaction 12.5.4 Benzoin condensation 12.5.5 Polymerization,12.5 Other Chemical Reactions,氧化,還原,歧化,12.5.1 Oxidation 氧化,A. General Reactions 常規(guī)方法,O: H2CrO4, K

19、MnO4, RCOOOH, Ag2O, H2O2,Baeyer-Villiger Reaction,Mechanism：Baeyer-Villiger反應(yīng)機(jī)理,烷基遷移,The ability of migration: 基團(tuán)的遷移能力,The migrating group keeps its configuration 如遷移基團(tuán)為手性碳時，則手性構(gòu)型保持不變,B. Self oxidation 自氧化,Aldehyde 在空氣中可被氧化,Ketone ,Free radical Chain reaction,C. Fehling reagent & Tollens reagent,Feh

20、ling reagent:,CuSO4 + 酒石酸鉀鈉 OH -,深藍(lán)色絡(luò)離子溶液,RCHO + Cu2+ + NaOH + H2O RCOONa + H2O + Cu2O,紅色沉淀,Tollens reagent:,Ag(NH3)2+,硝酸銀的氨水溶液，銀氨絡(luò)離子，無色,RCHO + 2Ag(NH3)2OH RCOONH4 + NH3 + H2O + Ag,黑色沉淀 “銀鏡反應(yīng)”,Application: 應(yīng)用,Identification 鑒別 Weak oxidant 弱的氧化劑 只氧化醛羰基，而不氧化雙鍵 Usage in clinical 檢測糖尿病病人尿液中葡萄糖的含量,12.5.2 Reduction,1、 催化加氫 H2 / Cat Cat: