工学]第十三章羰基化合物的亲核加成和亲核取代反应.ppt

第十三章 羰基化合物的亲核加成和亲核取代反应,13.1 羰基的结构与亲核反应的活性 13.2 羰基的亲核加成反应 13.2.1 与含氧/硫亲核试剂的加成 13.2.2 与含氮亲核试剂的加成 13.2.3 与含碳亲核试剂的加成 13.2.4 , -不饱和醛酮的亲核加成 13.3 羧酸及其衍生物的亲核取代反应,13.1 羰基的结构与亲核加成/取代反应的活性,羰基碳、氧: sp2 杂化； 羰基为平面型极性基团。,(接受亲核试剂),(接受亲电试剂),13.1.1 羰基的结构与亲核反应 P569,一个键、一个键；,(接受亲电试剂),(接受亲核试剂),羧酸/羧酸衍生物发生亲核加成-消除亲核取代反应,羧羰基:,13.1.2 醛酮羰基的亲核加成机理与反应活性 P573,酸性条件催化： 反应可逆,碱性条件: (强碱性的亲核试剂),1) 醛酮羰基的亲核加成机理,2) 醛酮羰基的亲核加成活性 P570, 随R基增加,给电子能力增强,羰基碳的电正性减弱； 随R基体积增大,试剂进攻的空间位阻增加并且中间体稳 定性降低.亲核加成活性降低。,(), Ar基与羰基碳相连,电子离域, 化合物基态焓值降低,使 形成过渡态时活化能增加, 反应速率减慢。,醛酮化合物发生亲核加成反应的活性顺序：,讨论,13.1.3 羧酸衍生物中羰基的亲核取代与反应活性 P571, 599, 与反应物稳定化程度及中间体稳定性化程度有关；, 与离去基团(Y)的离去能力有关。,离去基团的离去能力：,羧酸衍生物亲核取代反应活性顺序：, 与羧羰基碳的电正性及空间位阻有关；,13.1.4 比较醛酮与羧酸衍生物中羰基的亲核反应活性 P571,酰卤 酸酐 醛 酮 羧酸 酯 酰胺, 与羰基相连基团(X OCOR H R OH OR NHR)的电子 效应( I/C )有关 P571,13.2 羰基的亲核加成反应 P571,13.2.1 与含氧/硫亲核试剂的加成反应,亲核试剂：含氧、硫、氮、碳的负离子或中性分子。,1. 与含氧亲核试剂的加成,1.1 与醇的加成 (可逆反应) P577,(1) 半缩醛、缩醛的生成,(无水酸催化),反应机制 P578 ：,环状半缩醛、缩醛,缩醛对碱、氧化剂稳定；易被稀酸水解成醛和醇。,(2) 缩酮的生成,环状缩酮,缩酮在稀酸中水解，生成原来的酮和醇。,（不断除水）,前列腺素E2,(3) 保护醛酮羰基,前列腺素E2缩酮,载 体 前 药,提示：1)含碳亲核试剂对酯羰基的加成；2)比较酮与酯羰基 的亲核加成活性：酮 酯。3)先保护酮羰基。,1.2 与水的加成(可逆反应) P574,热力学上, 平衡一般偏向反应物.,与吸电子基相连, 平衡移向生成物(水合物).,2. 与含硫亲核试剂的加成,2.1 与硫醇的加成 P579,缩硫醛(酮),2.2 与亚硫酸氢钠的加成 P579, 试剂亲核中心是硫原子。,(羟基磺酸钠),13.2.2 与含氮亲核试剂的加成 P580,2.1 与伯胺、仲胺的加成,1) 与伯胺加成-脱水反应,产物: 亚胺 (西佛碱 Schiff base),(止咳酮),N-乙基丁亚胺,机制,2) 与氨衍生物(H2N-Y)的加成-脱水反应,分离提纯醛酮,常用的氨衍生物 (H2N-Y): P581,研究药物-DNA作用 N-萘酚醛-D-氨基葡萄糖 Schiff碱及其金属配合物。,具抗肿瘤活性,3) 与仲胺加成-脱水反应 P582,含H的羰基化合物与2o胺反应, 生成烯胺而不是亚胺。,烯胺是很有用的烷基化与酰基化底物. (见14章),13.2.3 与含碳亲核试剂的加成 P583,1. 与氰基负离子(-CN)的加成,产物：-羟基腈, 其水解得-羟基酸、还原得-氨基醇.,羰基化合物与氯化铵、氰化钠反应生成-氨基腈,水解 得-氨基酸。P585 -Strecker,(-氨基酸),2. 与炔基负离子的加成 P585,炔醇,3. 与有机金属试剂的加成 P586, 格氏试剂与甲醛加成-水解,制备试剂烃基上多一个碳的一级醇。,由格氏试剂制备各类醇,2醇,1醇,3醇,对称2醇, 格氏试剂与CO2反应(制备羧酸) P587, 格氏试剂与环氧化合物反应(制备醇) P587,4. 与磷Ylide试剂的反应 Wittig反应 P589,C=O双键转化为C=C双键,？,(邻位两性离子), 磷Ylides试剂的制备: (可由三苯基膦与卤代烷制备),Wittig反应机制,(烷基三苯基鏻盐),(三苯基氧膦),(磷内盐),(氧磷杂环丁烷),Wittig反应生成的碳碳双键位置确定,消除反应中：,(烯产物单一),(多个异构体),13.2.4 , -不饱和醛酮的亲核加成 P593,C-2(羰基碳)、C-4(-C)是亲核试剂进攻的位点。,1,2-加成: Nu 进攻C-2 ；1,4-加成(共轭加成): Nu 进攻C-4。, 与有机锂加成, 产物以1,2-加成为主 (试剂碱性强且位阻 较小) P595, 与烃基铜锂加成, 产物以1,4-为主 (试剂位阻较大), 与格氏试剂加成,产物: 1,2-加成或1,4-加成 (空间位阻),1,4-加成产物,1,4-加成, 与氢氰酸、胺、醇、硫醇加成,产物以1,4-加成为主. P594,13.3 羧酸及其衍生物的亲核取代反应 P598,13.3.1 羧酸的亲核取代反应,p-共轭, 羧酸羰基发生亲核加成活性降低.,亲核加成-消除，总结果：亲核取代。,1. 酯化反应(酯的形成),酰氧键断裂,羧羟基被RO-取代,酸或碱催化,亲核加成,消去,反应机制：（羧酸与一级、二级醇的酯化反应）,反应物 mol: 1 : 8,2. 酰卤和酸酐的形成, 酰卤的形成 (羧羟基被X-取代) P604,亚硫酰氯(二氯亚砜) SOCl2，PCl3、PCl5, 酸酐的形成 (羧羟基被酰氧基取代) p605,1) 羧酸盐与酰氯反应,2) 羧酸失水,3. 酰胺的形成 (羧羟基被氨/胺基取代) P602,13.3.2 羧酸衍生物的亲核取代反应,1. 水解 (形成羧酸),注意：反应活性比较,酯水解反应, 键的断裂发生在酰氧键还是烷氧键？,大多数一级和二级醇的羧酸酯水解发生酰氧键断裂； 三级醇的羧酸酯水解发生烷氧键断裂。,酸催化：,？,碱催化：,三级醇的羧酸酯水解：SN1机制,试写出化合物(A)和(B) 在酸催化下用H2O18水解的产物, 并预测产物有否光学活性。,2. 醇解 (形成羧酸酯),3. 氨(胺)解 (形成酰胺),头孢噻吩,