羰基化合物的反应PPT课件

1、反应机理加成反应加成消去反应反应活性反应立体选择性重要的缩合反应第1页/共104页7.1 羰基化合物反应机理CO平面结构有极性亲核加成第2页/共104页羰基的亲核加成反应机理COR(H)R+ NuCR(H)RNuO亲核试剂加成产物反应底物第3页/共104页碱催化：COBANuCABONuH或或E E+ +CABONuCABOHNu慢试剂进攻羰基碳原子生成氧负离子是决速步为增加试剂亲核性，常需碱催化HNu + BNu + HB第4页/共104页+ HACOHBACOHBNuNuHAACOHBNu+ HA酸催化：羰基质子化提高反应活性慢Nu -进攻碳原子是决速步ACBOBHACOHBACOHA-

2、A第5页/共104页反应底物电子效应空间效应亲核反应的影响因素亲核试剂亲核性极化性空间效应第6页/共104页反应底物 HCHO RCHO RCOCH3 RCOR PhCOR第7页/共104页有-I或-C基团反应活性增加C OY有+I或+C基团反应活性降低C OY电子效应羰基碳上的正电性越强反应越容易进行第8页/共104页K104CH3CHOHCNCHCH3OHCNPhCHOK=210HCNCHPhOHCN第9页/共104页CClClClCOOHHHCCl3CHOH2OCCl3CHOHOH强吸电子基团形成分子内氢键 产物稳定，平衡向右移动第10页/共104页空间效应羰基相连基团越大越不利于反应进

3、行C OH3CH3CH2C+ HCNCH3CH3CH2COHCNK1C O(H3C)3C(H3C)3C+ HCNC(H3C)3C(H3C)3COHCNK NH2 OH反应试剂第14页/共104页7.2 羰基加成反应与格氏试剂的加成与胺及氨的衍生物的加成与醇的加成与水的加成与金属有机物的加成与亚硫酸氢钠的加成与氢氰酸的加成第15页/共104页与氢氰酸的加成C O + HCNCOHCNCH3COCH31) NaCN, H2O2) H2SO4CH3CCH3OHCN第16页/共104页与亚硫酸氢钠的加成C OCOHSO3Na+ NaHSO3+ NaHSO3OOCH3OOCH3SO3Na第17页/共10

4、4页与金属有机物的加成OHC CNaNH3, -35 CONaC HOHC HH3OC OCOMR+R M第18页/共104页与水的加成C OCOHOH+HOHHCHO + H2OCHHOHOHOOO+ H2OOOOOHH第19页/共104页与醇的加成C OCOHOR+ROHCORORCHO + C2H5OHHClCHOC2H5OHHClCH(OC2H5)2第20页/共104页与胺及氨的衍生物的加成C OCOHNHY+HNHYCNYC O+H2-NYCNYCHO +NH2OHCH NOH第21页/共104页-Y名称加成物结构名称-R伯胺C=NR亚胺-OH羟胺C=NOH肟-NH2肼C=NNH2腙

5、-NHPh苯肼C=NNHPh苯腙-NHCONH2氨基脲 C=NNHCONH2缩氨脲第22页/共104页与格氏试剂的加成C OCOMgXR+RMgXCOHRCHO + C2H5MgBrCHC2H51) Et2O2) H2OOH第23页/共104页H C HO1) RMgX, Et2O2) H3OH CHOHRRC HO1) RMgX, Et2O2) H3ORCHOHRRC RO1) RMgX, Et2O2) H3ORCOHRR第24页/共104页COH CNH SO3NaH OHH ORH NHYCCNOHCSO3NaOHCOHOHCOROHCNHYOHCORORC NY第25页/共104页羰基

6、化合物的加成反应有一定的立体选择性可用来进行手性合成7.3 加成反应的立体选择性第26页/共104页Cram规则I加成反应遵循规则LiAlH4还原NaBH4还原 格氏试剂加成A当羰基邻位为手性碳原子分子内无氢键B第27页/共104页LMSORNuLMSORNu基团的大小LMS第28页/共104页C6H5HC2H5OCH3C6H5HC2H5OHCH3HNaBH3-H1) NaBH42)H2OC6H5HC2H5OHHH3C+75% 25%PhMeMeOOPhPhMeMeOOHPhMeBrMg-Me1) NaBH42)H2OPhHMeOOHMePh+90% 10%第29页/共104页Cram规则II

7、羰基邻位的不对称碳原子上有羟基、氨基等能与羰基氧形成羟基的基团时亲核试剂从含氢键环的空间阻碍小的一边对羰基加成YSLROHNuYHSLRONuPhOHCH3OPhCH3LiPhOHCH3CH3HOPhPhOCH3OPhHLi-CH3第30页/共104页Cornforth规则当酮的-手性碳原子上连卤素原子由于卤原子与羰基的偶极作用优势构象是卤原子与羰基在对位交叉位置试剂优先从空间位阻小的一边进攻LXSORNuLXSORNu第31页/共104页CH3ClHOCH3CH3ClHOHCH3C2H51)C2H5MgBr2)H2O第32页/共104页若-手性碳原子上连接的烃基较大空间效应与电子效应的作用相

8、当Cornforth规则不适用PhClHOCH3PhClHOH1)LiAlH42)H2OHCH3PhClHOHH3CH+40% 60%第33页/共104页7.4碳负离子CH:BC:- + BH+共价键发生异裂形成带有负电荷的三价碳原子的原子团第34页/共104页1.碳负离子的结构 C.10928C90 孤对电子处于sp3杂化轨道上电子对间的排斥力小负碳离子稳定sp3 杂化棱锥型sp2杂化平面三角型第35页/共104页简单的烷基碳负离子的中心碳原子可能为SP3杂化的角锥形构型未共享电子对占据正四面体的一个顶点若孤对电子与邻近的不饱和原子团共轭为SP2杂化平面构型第36页/共104页R3R2R1:

9、R1R2R3:R3R2R1:SP3杂化SP2杂化SP3杂化SP3杂化的角锥形构型容易发生反转反转是通过中心碳原子的再杂化由SP3杂化转变为SP2杂化最后达到平衡第37页/共104页C6H12C CH3IHBuLiC6H12C CH3LiH1)CO22)H3OC6H12C CH3COOHHCOOHCLiCH3HC6H13HCCH3HC6H13.CHCH3HC6H13.CO2CCH3HC6H13CCH3HC6H13CO2COOHSRS光学活性-70 C,20%光学活性 0 C, 外消旋化 第38页/共104页C H + BC + HB共共轭轭酸酸共共轭轭碱碱C-H键的异裂 2.碳负离子的生成碳原子

10、酸第39页/共104页CH3COCH2COOEtCH3COCHCOOEtNaOEtNH3Ph3CHPh3CNaNaNH3液液 NH3NH3CCHHCCHNaNaNH3液液 NH3第40页/共104页COCHCOCC CON C CHN C CN C CO2N CHO2N CN COO第41页/共104页叔丁氧基负离子氨基负离子二甲亚砜负离子二异丙基氨基锂 二（三甲硅基）氨基锂常用的强碱(CH3)2CH22NLi(LDA)(CH3)3Si2NLi(LHMDS)NH2(CH3)3COCH3SOCH2第42页/共104页OCH3CCHHCH OCH3CHCH2CHOCH3HOCH3负离子对不饱和键的

11、加成第43页/共104页与吸电子基团相连时使电荷分散稳定性增大CH3-H F3C-H (CF3)3C-HpKa 42 28 11与推电子基团相连时使电荷集中稳定性降低稳定性: CH3- CH3CH2- (CH3)2CH- (CH3)3C-诱导效应 3. 影响负碳离子稳定性的因素第44页/共104页CH3OCH2+CH3O-CH2-CH3O-CH2.CH3O=CH2+很稳定很不稳定邻近原子有孤对电子时碳负离子稳定性降低第45页/共104页3) 应R-CH=CH-CH2-CH2- PhCH3 Ph2CH2 Ph3CHpKa 35 32 30共轭效应 与共轭体系相连时负电荷分散稳定性增加 HH第46

12、页/共104页-C效应的影响OHC-CH2-CHO CH3COCH2COCH3 NCCH2CN CH3NO2pKa 5 9 11 10第47页/共104页 H CC HH2CCH2CH3CH3pKa2536.53742H CC-H2CCH-CH3CH2-Stability杂化作用 C-H键中碳的成分越多H越易以质子形式解离第48页/共104页将分子间或分子内不相连的两个碳原子连接起来的反应称缩合反应(condengsation reaction)缩合反应的机理相似在酸或碱的作用下形成亲核试剂对羰基进行亲核加成7.5 重要的缩合反应第49页/共104页一.羟醛(Aldol)缩合反应RCH2COR

13、BRCHCORRCH=CRORCH2CORRCH2CRCHCOROHRHB-H2ORCH2C=CCORR R第50页/共104页2CH3(CH2)2CHOOHCH3(CH2)2CHCHCHOOHCH2CH3CH3(CH2)2CH=CCHOCH2CH32CH3CHOOHCH3CHCH2CHOOHCH3CH=CHCHO第51页/共104页羟醛缩合反应中碳碳键形成的立体化学与加成反应中椅式环己烷过渡态构象有关过渡态的构象取决于碳负离子共振结构中烯醇离子的Z、E型结构及反应属动力学控制还是热力学控制有关第52页/共104页OMOR1R2HRR1ROOHR2OMOR1R2HRR1ROOHR2E型烯醇盐

14、anti(threo-)-羟基酮z型烯醇盐 syn(erythro-)-羟基酮第53页/共104页C(CH3)3HH3COPhCHO(H3C)3CPhOCH3OH羰基化合物中的取代基越大这种立体选择性越强第54页/共104页OLiPhCHOOPhOH环状结构的酮只能形成E型烯醇盐产物以anti-产物为主第55页/共104页羟醛缩合也可在酸的催化下进行CH3CCH3OHCH3COHCH2H-HCH3C CH2OHCH3COHCH3CH3CCH2C(CH3)2OHOHCH3CCHOHC(CH3)2OH2CH3CCHOC(CH3)2第56页/共104页Mukaiyama-Carreira React

15、ionCH3CH2CCH2CH3O1)LDA2)(CH3)3SiClCH3CH2C=CHCH3OSi(CH3)3TiCl4OHOOTiClClCl-H2OO第57页/共104页二.Knoevenagel-Doebner 缩合在弱碱作用下醛和酮与含有活泼亚甲基的化合物失水缩合的反应OR(H)R+ CH2XYCR(H)RXY-COOH, -COR, -CN, -NO2, -COOR第58页/共104页Ph2C=O +CH2COOEtCH2COOEtt-BuOKPhC=CCO2EtCH2COO+ EtOHCHO + CH2(CO2Et)2CH=CH(CO2Et)2第59页/共104页三.Mannic

16、h反应RCCH2R + HCH + HN(CH3)2OOHRCCHCH2N(CH3)2OR具有活泼氢的化合物和甲醛及胺同时缩合活泼氢被胺甲基或取代胺甲基代替的反应也称胺甲基化反应Me2NHHCHOCH2COCH3Me2NCH2CH2COCH3HH第60页/共104页RCCH2RORC=CH2ROHHCHO + HN(CH3)2HOCH2N(CH3)2HHCH2N(CH3)2HCC RCH2HN(CH3)2OR第61页/共104页CH2CHOCH2CHO+ NH2CH3 +C OCH2COOHCH2COOHCH3NCOOHHOOCO-CO2托品酮CH3NO第62页/共104页Mannich 反应

17、的适用范围：醛胺：氨、伯胺、仲胺至少含一个活泼氢的化合物：CH3COCH3,CH3HOCH3NO2, CH3COCH2COOR,OHHHOHHH2HCHOOHROHR2ONH第63页/共104页H2CH2CCHHCCH2CH2NCH3CH OH颠颠茄茄醇醇H2CH2CCHHCCHCOOHCHCOOHNCH3OH2CH2CCHHCCH2CH2NCH3OH2CH2CCHHCCH2CH2NCH3CHOHH2CCHOH2CCHOH2NCH3CH2COOHCH2COOHO+pH 5- CO2H2/Ni第64页/共104页H2CH2CCHHCCHCOOEtCHCOOEtNCH3OCH2COOEtCH2CO

18、OEtOH2CH2CCHHCCHCHNCH3ONCH3COOEtCOOEtHHH2COH2COH2CH2CCHHCCCNCH3OCOOEtCOOEtCH2CH2NCH3H2O-CO2H2CH2CCHHCCHHCNCH3OCH2CH2NCH3第65页/共104页四.Claisen缩合含-氢的酯在碱作用下缩合生成-酮酸酯R2CHCOORBR2CCOORR2CHCOORR2CHCOR2CCOORHBORR2CHCOR2CCOOR第66页/共104页RCH2COC2H5 + HOCHCOOC2H5RRCH2CCHCOOC2H5OR2CH3COOC2H5C2H5ONaCH3COCH2COOC2H5CO2

19、C2H5CO2C2H5C2H5ONaCO2C2H5O第67页/共104页五.Darzen反应醛酮在碱作用下与-卤代酸酯反应生成,-环氧酯的反应ClCH2COOC2H5RONaClCHCOOC2H5RCORCRRCHCOOC2H5OClCRRCCHOOC2H5O第68页/共104页COCH3 + ClCH2CO2C2H5NaOC2H5CCHCO2C2H5OCH31)OH2)HClCCHOCH3COOH-CO2CCH3CHOHCHCHOCH3CH=CHCOCH3CH=CHCHCH3CHO第69页/共104页六.Michael加成负碳离子与,-不饱和醛酮的1,4-加成反应CH2(CO2C2H5)2

20、+ PhCH=CHCOPhPhCHCH2COC6H5CH(CO2C2H5)2第70页/共104页七.Reformatsky反应醛酮与-卤代酸酯的有机锌试剂反应生成-羟基酯的反应CHO + BrCH2CO2EtZnCHCH2COOEtOH第71页/共104页八.Perkin反应在碱性条件下芳香醛与羧酸酐反应生成-芳基-,-不饱和酸的反应CHO + (RCH2CO)2OBHCOOHPhR+ RCH2COOH第72页/共104页九.Benzoin缩合芳香醛在CN的作用下发生双分子缩合生成芳香族-羟基酮类化合物的反应PhC=OHCN,PhC CO OHPhH第73页/共104页PhC=O + CNPh

21、C OHCNHPhC OHCNPhCOHCNC PhOHPh CCNC PhOOHHPh CCNC PhOOHHPh C C PhOHOHCN-的作用作为亲核试剂进攻羰基作为吸电子基使质子离去作为离去基团离去亲电性亲核性极性翻转第74页/共104页十.羰基与叶立德的反应叶立德(ylide)具有R3YCR2结构的化合物Y ：P、As、S等第75页/共104页1. Wittig 反应 Wittig 试剂： Ph3PC R2Ph3PCH2膦的内 盐膦的叶立德 (ylid)Ph3PCHR(n-Bu)3PCHR(RO)3P CHR第76页/共104页Wittig 试剂与羰基发生亲核加成反应生成烯烃： C

22、OPh3PCRRCCRR第77页/共104页反应机理 CO +Ph3PCR2COR2CPPh3COR2CPPh3COR2CPPh3CCRR+ PPh3O氧膦环丁烷中间体三苯基氧膦是非常稳定的。反应向右进行。第78页/共104页Wittig 试剂是膦盐在强碱的作用下制备的：Ph3P + XCHRRCHRRPh3PXBu-LiCHRRPh3PWittig 反应应用范围很广。 CRR(H)O:R, ArCZCH2R(H)OZ: OH, OR, NR2,对于CCCO, 试剂只与羰基作用。第79页/共104页Ph3PCHCH3CHCH3COOCH2CH3CHOCOOCH2CH3CH Ph3P OPh3P

23、CHOCH3OCHOCH3H+H2OCHO第80页/共104页Ph3P CHPh + PhCHONaOEtEtOHPhHPhHHPhPhH+CH3CHO + Ph3P CCH3COCH3CH2Cl2HH3CCH3COCH396%35% 41%活泼的叶立德稳定的叶立德第81页/共104页Wittig-Horner反应(EtO)3P + BrCH2COOEt (EtO)2PCH2COOEt-EtBrOEtBrOONaHNa(EtO)2PCH2COOEt (EtO)2PCHCOOEt + H2膦酸酯 Wittig-Horner试剂亚磷酸酯第82页/共104页(EtO)2PCHCOOEt + CH3C

24、OCH3ONaCOOEt + (EtO)2POONaPh2C=C=O + (EtO)2PCHCOOEtONaCCCPhPhHCOOEt第83页/共104页2.硫叶立德与羰基的反应CH3SOCH3 + CH3I CH3SCH3I (CH3)2S CH2OCH3ONaHDMSOCH3SCH3 + CH3I (CH3)3S (CH3)S CH2DMSOCH2SHCH3O第84页/共104页R2C=O + CH2S(CH3)2OR2COCH2SO(CH3)2R2CCH2 + (CH3)2SOOR2C=O + CH2S(CH3)2R2COCH2S(CH3)2R2CCH2 + (CH3)2SOO + (C

25、H3)2S CH2OOSOCH3CH3O+ (CH3)2SOPh2S + BrPh2SPh2SOO第85页/共104页1. 反应机理 NuCRLOHCNuRLOHCNuRLOHCNuRO+ HLL: 离去基团 加成消除反应在Nu上引入酰基的反应7.6羧酸衍生物与亲核试剂的反应 第86页/共104页2. 反应活性 作为酰基化试剂活性为：酰氯酸酐酯酰胺X: 具有-I效应，CCl键的极性大。酯中烷氧基具有+C效应，增大了酰基与烷氧基间的电子云密度，使酰氧键难于断裂。酰胺中的NH2的+C、+I效应，使羰基的反应活性降低。酸酐中的酰基是吸电子基团，使酰氧键易于断裂，酸酐的反应活性比酯大。第87页/共10

26、4页3. 酯的水解 R COOR酰氧键的断裂烷氧键的断裂无论是酸催化还是碱催化一般发生酰氧键断裂第88页/共104页酸催化：双分子酰氧键断裂（AAc2） RCOORHCOHORRC OROHOH2R快(慢慢) )H2OCOHOHRRCOOHC OROHORHHORH+ROH + HROH 比 RO -易离去CR1R2R3*时，由于发生酰氧键断裂，所以，得到构型保留产物。 当R 为：第89页/共104页主要影响因素为四面体的空间张力取代基的电子效应对反应速度影响不大吸电子基有利于羰基的反应，不利于羰基的质子化斥电子基有利于羰基的质子化，不利于羰基的反应第90页/共104页碱催化：双分子酰氧键断裂（BAc2） OHC OROOHR慢RCOOHRCOORROROHRCOO +羧酸根离子的生成，使碱催化下的酯水解反应不可逆；但酸催化的酯水解反应可逆。第91页/共104页影响反应的主要因素是取代基的电子效应和空间效应分子中有吸电