羰基化合物(药学专升本陆涛7版).ppt

醛 酮 第九章羰基化合物 羰基碳与一个烃基和一个氢相连的化合物称为醛 甲醛中的羰基碳与两个氢相连 羰基碳与两个烃基相连的化合物称为酮 羰基 简写 比较 平面分子 一 结构和命名 一 结构 C O极性较大 醛 酮是极性较强的分子 m 2 3 2 8D C原子sp2杂化 羰基平面 二 分类和命名 芳香醛酮的羰基直接连在芳香环上 1 普通命名法对简单的醛和酮常采用该法 分子中含有芳环的醛则将芳基作为取代基 甲醛 乙醛 苯甲醛 酮则按羰基所连接的两个烃基的名称来命名 通常将简单烃基放前 复杂烃基在后 然后加甲酮 甲 基 乙 基 甲 酮 二苯 基 甲 酮 羰基与苯环连接时 可称为某酰 基 苯 乙酰苯 苯乙酮 丁酰苯 4 甲基戊醛 2 系统命名法 选择含有羰基最长的碳链为主链称为某醛或某酮 主链碳原子的编号从醛基一端或靠近酮基一端开始 酮基的位置必须用数字标明在酮基之前 如有侧链 其位次写在酮基位次之前 4 甲基 2 戊酮 脂环酮的羰基碳在环内时 称环某酮 羰基在环外 则将环作为取代基 CH3 O 3 甲基环己酮 1 4 环己二酮 4 甲氧基丁醛 甲氧基丁醛 2 甲基丁二醛 3 乙基 2 4 已二酮 环己基甲醛 不称环己醛 1 环己基 2 丁酮 3 丁烯醛 4 戊烯 2 酮 4 甲基 3 丙基 3 羟基丁醛 3 庚酮 5 乙基 6 羟基 芳香醛酮命名时 将芳环当作取代基 邻 羟基苯甲醛 水杨醛 对 甲基苯乙酮 2 甲基 4 羰基己醛2 甲基 4 氧代己醛 二 物理性质 自学 三 化学反应 醛 酮分子中都含有活泼的羰基 可以发生多种多样的化学反应 主要有三方面反应 O C CH H d d 2 a C及其H的反应 涉及醛的反应 一 羰基的亲核加成 d d Nu slow Nu 亲核加成的难易程度除了与Nu的亲核能力有关之外 尚与羰基碳的正电性以及空间位阻有关 酮通常比醛难加成 空阻及供电诱导效应 在脂肪族醛 酮系列中反应活性次序是 甲醛 脂肪族醛 芳香醛 甲基酮 酮 1 电性因素 烷基是给电子基 降低羰基碳的正电性 2 空间因素 烷基的体积比氢大 使醛中羰基碳周围的空间位阻比甲醛中大 原因 在脂肪族醛 酮系列中反应活性次序是 甲醛 脂肪族醛 芳香醛 甲基酮 酮 芳环上的吸电子基 使羰基碳的正电性增加 活性增加 给电子基使羰基碳正电性降低 活性也就降低 1 加HCN a 羟腈 又叫氰醇 为接长碳链的方法之一 氰基 CN 经酸水解可形成羧酸 经还原又可生成胺类化合物 H H2 反应范围 醛 脂肪族甲基酮及8C以下环酮可与HCN加成 其它酮特别是芳香酮实际上不反应 反应历程 碱对醛 酮与氢氰酸的加成反应有很大的影响 2 加亚硫酸氢钠 a 羟基磺酸钠 加成物a 羟基磺酸钠不溶于NaHSO3饱和溶液 以白色浑浊或白色沉淀析出 在此水溶液中加酸或加碱 由于能从平衡中除去NaHSO3 而使加成物又变回到原来的醛 酮 醛 酮和NaHSO3的反应 不仅可用于鉴别醛酮 而且用于分离 提纯醛酮 亚硫酸氢根负离子 HSO4 中 由于硫的强亲核性 反应不需要用催化剂便可进行 反应范围 醛 脂肪族甲基酮及8C以下环酮 醛 酮与亚硫酸氢钠所生成的加成产物与氰化钠作用生成 羟腈 3 加有机金属化合物主要掌握 Grignard试剂 制备醇 伯醇 1 乙醚2 H3O 66 C2H5MgCl 仲醇 2 叔醇 用格氏试剂与醛酮作用合成2 或3 醇 通常不止一种组合方式 例如 4 加水 形成水合物 偕二醇 了解 羰基若与强的吸电子基团相连 如一COOH 一CHO 一COR 一CCl3等 使羰基碳接受亲核试剂进攻的能力增强 可以形成稳定的水合物 三氯乙醛 100 5 加醇 形成缩醛 或缩酮 在干燥HCl作用下 醇可以与醛中羰基加成 首先生成半缩醛 半缩醛不稳定 能与另一分子醇进一步反应 失水缩合形成稳定的缩醛 半缩醛 缩醛 反应机理 CH3OH 干HCl H2O 3 硝基苯甲醛二甲基缩醛 酮由于空间因素的影响 在相同的条件下一般得不到缩酮 因为平衡大大偏向酮的方向 在同样条件下不能形成缩酮 若使用特殊装置或特殊试剂 也可制取缩酮 缩醛具有醚的结构 谐二醚 和性质 对碱 氧化剂和还原剂稳定 久置空气中发生自动氧化作用形成过氧化物 但缩醛易被酸的水溶液水解为原来的醛 在有机合成中利用此性质保护醛基 官能团的保护 H OH 例如 由CH3CH CH CHO合成2 3 二羟基丁醛 解 CH3 CH CH CHO S的亲核能力比O强 故硫醇与羰基的加成比醇容易 加硫醇 RSH 6 加伯胺及氨的衍生物 H2N OH羟胺H2N NH2肼 这些氨衍生物的氮原子上都具有孤对电子 是含N的亲核试剂 H2N R伯胺 H2O H2N G 这些氨的衍生物与醛 酮作用先是加成 随后消去一分子水 生成相当稳定的含碳氮双键 C N 的化合物 反应经历了加成 消除过程 N 取代亚胺 Schiff碱 加成 缩合产物的结构及名称 这种加成 消除实际上可以看成由分子间脱去1分子水 H2N G 反应实例 羟胺 肼 苯肼 氨基脲等氨的衍生物称为羰基试剂 最常用的羟基试剂为2 4 二硝基苯肼 生成的2 4 二硝基苯腙为黄色晶体 生成的产物肟 腙 缩氨脲等 大都是具有一定晶形和特定熔点的固体 经酸水解又能变回到原来的醛酮 所以常用此反应鉴别 分离或提纯醛 酮 二 a 活泼氢引起的反应 羰基使a H变得活泼 易成为质子离去 这一离去倾向也因s p超共轭效应而加强 掌握几点 醛 酮 H的酸性比末端炔氢的酸性还强 醛 酮的 H解离后生成的共轭碱中负电荷可分散在氧原子和 碳原子上而得到稳定 酮式和烯醇式可以通过其共轭碱互变 对大多数简单的醛和酮来说 在平衡混合物中 酮式占绝对优势 酸催化 碱催化 酮式和烯醇式互变平衡的实现可被酸或碱催化 一般了解 1 羟醛缩合 存在 H b 羟基丁醛 反应速度随醛的分子量增加而降低 升高温度能加速反应 但易使产物脱水 故7C以上的醛进行醇醛反应时只能得到缩水产物 a b不饱和醛 酮 若要制备 不饱和醛 则在较高温度下反应 若要制备 羟基醛 可控制反应温度 反应历程 具有a H的酮也可发生类似反应 但一般产率很低 常用的碱性催化剂除氢氧化钠 钾 外 还有叔丁醇铝 醇钠等 没有a H的醛 酮不能发生羟醛缩合 但它可同含a H的醛发生 交叉 羟醛缩合反应 2 交叉羟醛缩合 克莱森 施密特反应 由芳香醛 提供羰基 和含有 氢的脂肪醛或酮 提供烯醇负离子 进行交叉羟醛缩合 3 分子内的羟醛缩合 合成含5 7元环的化合物的方法 2 卤代及卤仿反应 X2 Cl2 Br2 I2 a 溴代苯乙酮 具有催泪作用 起自动催化作用 用酸催化时 每进一步的卤代都比前一步慢 因此控制卤素用量可使反应停留在一卤代阶段 H2O 水合氯醛 安眠药 用碱催化时 卤代速度比酸催化快得多 而且每进一步卤代都比前一步更快 因此 即使所用的卤素量不足 也几乎不会生成部分卤代的产物 如 生成的a 三卤代物在此碱性条件下不稳定 进一步断链 生成羧酸盐和三卤甲烷 卤仿 该反应又称为卤仿反应 常用的卤素为碘 得到的碘仿为黄色沉淀 易于识别 所以碘仿反应可用来鉴别乙醛 丙酮或甲基酮 而氯仿 溴仿为无色液体 不能用于鉴别 乙醛 甲基酮 乙醇 甲基醇 碘仿反应可用来鉴别 合成应用 甲基酮 少一个碳的羧酸 5 外消旋化 不要求 三 氧化和还原反应1 氧化反应 1 醛的氧化 醛用高锰酸钾 重铬酸钠等氧化剂氧化时 醛被氧化成羧酸 醛基在芳环侧链上时 氧化反应条件不能激烈 否则芳环侧链断裂成苯甲酸 氧化银是一种温和氧化剂 可使醛氧化成酸 分子中的双键可不受影响 被弱氧化剂氧化 醛可被弱氧化剂氧化 酮不能 弱氧化剂 A CuSO4溶液 B 酒石酸钾钠 NaOH溶液 使用前等体积混合 AgNO3的氨溶液 斐林 Fehling 试剂 托伦 Tollens 试剂 与托伦试剂试剂反应 所有醛均可反应 与斐林试剂反应 不能与芳香醛反应 2 酮的氧化 P274了解 酮不被托伦试剂和斐林试剂氧化 所以 上述两试剂可作为区别醛和酮的鉴别反应 鉴别 1 羰基还原成亚甲基克莱门森还原法 用强烈的还原剂 如与锌汞齐和浓HCl一起回流 能使醛 酮羰基变成亚甲基 生成烃类 适用于对酸稳定的化合物 2 还原反应 乌尔夫 凯惜钠 黄鸣龙还原法 将对酸不稳定的化合物的羰基还原成亚甲基 2 羰基还原成醇羟基 在催化剂铂Pt 钯Pd或镍Ni的催化下 醛和酮加H还原分别生成伯醇和仲醇 1 羰基加氢还原成羟基 分子中有其它不饱和官能团 如 NO2 还原成 NH2 等 时 在此反应条件下都可被还原 2 麦尔外因 彭杜尔夫还原 在异丙醇溶液中用异丙醇铝还原羰基 分子中其它不饱和基团不受影响 该反应是欧芬脑尔氧化的逆反应 3 用金属氢化物还原 试剂 LiAlH4 NaBH4 分子中的重键可不被还原 改正 P276 LiAlH4极易水解 反应要在无水条件下进行 NaBH4不易与水 质子性溶剂作用 使用比较方便 但其还原能力比LiAlH4弱 4 不对称合成简介 不要求 3 酮的双分子还原 单分子还原剂 Na C2H5OH Fe CH3COOH 双分子还原 用镁 镁汞齐或铝汞齐在非质子溶剂 如苯 中反应 产物为邻二醇 可发生频哪醇重排 双分子还原过程 见P280 了解 知道 自由基反应 4 康尼查罗反应 又称 歧化反应 反应物 无 H的醛催化剂 浓碱一分子醛被还原成醇 另一分子醛被氧化成酸 反应机理 以苯甲醛为例 了解 甲醛与其它无a H的醛进行歧化反应 由于甲醛的醛基最活泼 总是先被OH 进攻而成为氢的供给体 它本身被氧化成甲酸 而另一醛则被还原成醇 记 季戊四醇制备 羟醛缩合和交叉康尼查罗反应 四 其它反应1 魏悌希 Witting 反应 磷叶立德是三苯基膦与卤代烃作用生成季磷盐 季磷盐在强碱 如正丁基锂 苯基锂 乙醇钠等 作用下 除去与磷相连碳上的氢生成的 磷叶立德具有内盐结构 叶立德 亦称为魏悌希 Witting 试剂 例如 制备魏悌希试剂所用的卤烃 可以是甲基卤烃 伯 仲卤烃 但不能用叔卤烃 因为叔卤烃上无 H 在卤烃分子中可以含有 但不能是乙烯型卤烃 2 达尔森反应在强碱 如醇钠 氨基钠等 存在下 醛 酮与a 卤代酸酯反应 生成a b 环氧酸酯 例如 3 安息香缩合反应芳醛在氰离子 CN 催化下反应 缩合生成 羟基酮 机理 4 醛的聚合反应甲醛 乙醛等低级醛的羰基可自身加成 打开碳氧双键 聚合成三聚体或多聚体 但低级醛的三聚体在酸中也不稳定 遇热即分解成单体 四 醛 酮的制备 一 官能团转化法 已讲 1 醇的氧化伯醇用选择性氧化剂可制得醛 若用Na2Cr2O7 H2SO4等 则需控制条件 仲醇用KMnO4等氧化剂氧化 可制得酮 邻二醇用HIO4或Pb OAc 2氧化亦可得到醛 酮 某些邻二醇的Pinacol重排亦可得到叔烷基取代的酮 2 由烯烃和炔烃制备 烯烃氧化法 乙炔水合法 3 芳烃侧链的控制氧化氧化剂 MnO2 H2SO4 CrO3 CH3CO 2O 侧链甲基氧化为醛 其它侧链 指 位上有两个氢的 氧化为酮 当用三氧化铬 醋酐作氧化剂时 首先生成的中间物二乙酸酯不易被氧化 它经水解后即得芳醛 二 向分子中直接引入羰基1 傅 克酰化反应合成芳酮参见第八章 已讲 2 傅瑞斯重排反应合成酚酮参见第十章 未讲 3 瑞穆 梯曼反应合成酚醛参见第十章 未讲 4 盖特曼 柯赫 Gettermann Koch 反应 催化剂 无水AlCl3和CuCl 芳环上有甲基 甲氧基时 一CHO主要进入其对位 含有强的钝化基团的化合物不发生反应 五 不饱和醛 酮 一 不饱和醛 酮的结构 在 不饱和醛 酮分子中 碳碳双键和羰基共轭 形成了一个 共轭体系 2 亲电加成 不饱醛 酮进行亲电加成时 由于羰基的吸电子作用 不仅降低了烯键的活性 而且影响加成反应的方向 1 4 加成 不饱和醛 酮与卤素 次卤酸不发生共轭加成 只是在双键碳上发生亲电加成 3 麦克尔反应 Michaeladdition 不饱和醛 酮和亲核的碳负离子进行的共轭加成 称为麦克尔反应 碳负离子加在共轭体系的 碳上 反应中常用的碱性催化剂为醇钠 氨基钠 三乙胺 六氢吡啶等 4 狄尔斯 阿尔特反应 简称D A反应 X为硝基 醛基或酮基 腈基 羧基或酯基等 加成反应就容易进行 狄尔斯 阿尔特反应是立体专一的顺式加成反应 亲双烯体在反应过程中构型保持不变 5 还原反应LiAlH