2013-化学奥赛_有机化学-IV.pdf

1 USTC 化学与材料科学学院School of Chemistry and Material Science 有机化学有机化学化学奥赛化学奥赛 三 极性不饱和键的加成反应三 极性不饱和键的加成反应 2 极性不饱和键结构极性不饱和键结构 CC NC OC CC N C O C N C O C CC 3 羰基可能发生的反应类型羰基可能发生的反应类型 C O C OE Nu Nu E 亲核加成 羰基氧被氮取代 亲核加成 羰基氧被氮取代 C O H2N Y CN Y 羰基氧被碳取代羰基氧被碳取代 C O R1R2C PPh3 CC R2 R1 亲核取代亲核取代 C O Y Nu C O Nu Y 4 醛和酮的分类醛和酮的分类 根据与羰基相连的根据与羰基相连的烃基不同烃基不同 分为脂肪醛 酮和芳香醛 酮 分为脂肪醛 酮和芳香醛 酮 根据烃基的根据烃基的饱和或不饱和饱和或不饱和 分为饱和醛 酮和不饱和醛 酮 分为饱和醛 酮和不饱和醛 酮 根据分子中根据分子中羰基的数目羰基的数目 分为一元 二元或多元醛 酮 分为一元 二元或多元醛 酮 脂脂环酮环酮 脂环的一个或多个脂环的一个或多个CH2被被C O所置换 如环己酮 所置换 如环己酮 羰基化合物结构与反应活羰基化合物结构与反应活 5 羰基化合物结构与反应活羰基化合物结构与反应活 醛酮亲核加成反应活醛酮亲核加成反应活 Nu E CO C O Nu C OE Nu E 与羰基相连的基团从与羰基相连的基团从电子效应电子效应和和空间效应空间效应两个方面两个方面影响羰基活影响羰基活 C O R1R2 C O RH C O HH C O ArH C O ArR 酸酐酸酐 羧酸羧酸 酯酯 酰酰 醛醛 酮酮 与羰基相连的基团从与羰基相连的基团从电子效应电子效应和和离去能力离去能力两个方面 影响 两个方面 影响取代反应活性 取代反应活性 C O Nu Y C O Nu Y 7 醛酮羰基的亲核加成反应醛酮羰基的亲核加成反应 与羰基加成的亲核试剂与羰基加成的亲核试剂 负离子亲核试负离子亲核试 OH OR SR H CN C CR 中性分子亲核试中性分子亲核试 H2O HOR HSR NH3 H2NR HNR2 NR3 M 负离子亲核试剂负离子亲核试剂多存在于多存在于碱性反应体系碱性反应体系 而 而中性分子中性分子亲核试亲核试剂 多存在于 剂 多存在于中性或弱酸性反应体系中性或弱酸性反应体系 不同类型亲核试剂活性不 同 同类型亲核试剂的负离子形式的亲核性强于中性分子 不 同反应条件下亲核试剂的存在形式不同 反应历程也不相同 不同类型亲核试剂活性不 同 同类型亲核试剂的负离子形式的亲核性强于中性分子 不 同反应条件下亲核试剂的存在形式不同 反应历程也不相同 8 醛酮羰基的亲核加成反应醛酮羰基的亲核加成反应 碱催化碱催化的反应机理的反应机理 与与强亲核试剂强亲核试剂反应反应 酸催化酸催化的反应机理的反应机理 与与弱亲核试剂弱亲核试剂的反应的反应 Nu OH C C O C OH H C OH Nu 四面体中间体 醛 酮的反应活性 四面体中间体 醛 酮的反应活性 脂肪醛脂肪醛 脂肪酮脂肪酮 芳香醛芳香醛 芳香芳香 Why C O Nu C Nu O H Nu OH C 9 含碳亲核试剂的加成反应含碳亲核试剂的加成反应 与与HCN的加成的加成 与与炔化钠炔化钠的加成的加成 与与有机金属试剂有机金属试剂的加成的加成 醛酮羰基的亲核加成反应醛酮羰基的亲核加成反应 10 OH C COOH CH3 CH3 H H2O H2O CH2 C COOH CH3 不饱和羧酸不饱和羧酸 羟基羟基酸酸 CH3 2C O HCN OH稀溶液 稀溶液 C O H2O OH C CN CN CH3 CH3 CH3 CH3 与与HCN的加成的加成 羟基羟基腈腈 或 或 氰氰醇醇 与含与含碳碳亲核试剂亲核试剂的加成反应的加成反应 醛酮羰基的亲核加成反应醛酮羰基的亲核加成反应 反应机理反应机理 H2O C OC O OH C CH3 CH3 CN CN CN CH3 CH3 CH3 CH3 HCNH CN 弱碱性介质有利于弱碱性介质有利于 CN 的产生 的产生 羰基活性 羰基活性 脂肪醛脂肪醛 芳香醛芳香醛 脂肪甲基酮脂肪甲基酮 环酮环酮 芳香甲基芳香甲基 11 与炔化钠的加成与炔化钠的加成 NaNH2 液 液NH3 R C CH CH3 2C C CR H OH CH2 C C CR CH3 H2 催化剂催化剂 CH2 C CH CHR CH3 制备共轭双烯制备共轭双烯 R C C Na C OC OH CCR C ONa C CR NH3 液液 或乙醚或乙醚 H2O 炔醇炔醇 在试剂或羰基化合物中不能含有活泼氢的基团在试剂或羰基化合物中不能含有活泼氢的基团 H2O OH SH N H等 等 Why 与与含含碳碳亲核试剂亲核试剂的加成反应的加成反应 醛酮羰基的亲核加成反应醛酮羰基的亲核加成反应 12 与与有机金属试剂有机金属试剂RMgX的加成的加成 利用该反应可制备得到一级 二级 三级醇 利用该反应可制备得到一级 二级 三级醇 甲醛一级甲醛一级醇醇 RMgX HCHO RCH2OH 二级二级醇醇 RMgX R1CHO R1CHOH R 一般醛 三级 一般醛 三级醇醇 RMgX R1CR2R1CR2 OOH R 酮酮 与与含含碳碳亲核试剂亲核试剂的加成反应的加成反应 醛酮羰基的亲核加成反应醛酮羰基的亲核加成反应 13 醛 酮醛 酮与与格氏试剂格氏试剂RMgX反应 当烃基的反应 当烃基的体积体积不是很大时 可 得到正常的加成产物 但当基团体积 不是很大时 可 得到正常的加成产物 但当基团体积太大时太大时 则 则不能得到不能得到正常 的加成反应产物 正常 的加成反应产物 CH3 2CHCOCH CH3 2 RMgX CH3 2CHCCH CH3 2 R OH R Et80 R n Pr30 R i Pr0 与与有机金属试剂有机金属试剂RMgX的加成的加成 与与含含碳碳亲核试剂亲核试剂的加成反应的加成反应 醛酮羰基的亲核加成反应醛酮羰基的亲核加成反应 14 不发生正常反应的酮不发生正常反应的酮主要发生主要发生 烯醇化烯醇化 和和 还原还原 两个两个副反应副反应 CH3 2CHCOCH CH3 2 RMgX CH3 2C H C O CH3 2CH MgX R CH3 2C COMgX CH CH3 2 HR 烯醇烯醇 与与有机金属试剂有机金属试剂RMgX的加成的加成 与与含含碳碳亲核试剂亲核试剂的加成反应的加成反应 醛酮羰基的亲核加成反应醛酮羰基的亲核加成反应 也可以是也可以是RMgX的的 H消除 将消除 将羰基还原 为 羰基还原 为醇醇 RMgX自身自身转变转变为为烯烃烯烃 CH3 2CHCOCH CH3 2 CH3 3CMgX C CH3 2CH O MgX CH3 2CH H C H H C CH3 2 CH3 2CH C H OMgX CH3 2CH H2C C CH3 2 15 若用若用烃基锂烃基锂试剂试剂代替代替格氏试剂格氏试剂 可以发生正常的可以发生正常的加成反应加成反应 CH3 2CHCCH CH3 2 CH3 2CHLi O CH3 2CH 3C OLi H2O CH3 2CH 3C OH CH3 3CCOC CH3 3 CH3 3CLi CH3 3C C C CH3 3 OH CH3 3C 81 Et2O 60oC 与与有机金属试剂有机金属试剂RMgX的加成的加成 与与含含碳碳亲核试剂亲核试剂的加成反应的加成反应 醛酮羰基的亲核加成反应醛酮羰基的亲核加成反应 16 亲核加成中的亲核加成中的立体选择性立体选择性 Cram规则规则 虽然与亲核试剂虽然与亲核试剂Nu与羰基碳的加成 所得产物有一个手性中心 但若 与羰基碳的加成 所得产物有一个手性中心 但若亲 核试剂 亲 核试剂Nu从两侧进攻从两侧进攻羰基碳的机会 均等 产物是外消旋体 羰基碳的机会 均等 产物是外消旋体 CO R R 1 Nu 亲核试剂可以从 羰基的两侧进攻 亲核试剂可以从 羰基的两侧进攻 与与含含碳碳亲核试剂亲核试剂的加成反应的加成反应 醛酮羰基的亲核加成反应醛酮羰基的亲核加成反应 如果如果R或或1R是是手性基团手性基团 尤其羰基的 尤其羰基的 碳碳是是手性碳原子手性碳原子 时时 亲核试剂 亲核试剂Nu从从两侧进攻两侧进攻羰基碳的羰基碳的机会不均等机会不均等 则表 现出亲核加成中的 则表 现出亲核加成中的立体选择性立体选择性 17 O R L SM Nu 主要进 攻方向 主要进 攻方向 规则应用 规则应用 1 是针对不可逆反应的 若反应是可逆的 则优势产物是 热力学更稳定的一个 是针对不可逆反应的 若反应是可逆的 则优势产物是 热力学更稳定的一个 2 不适用于构象变化有局限性的环状体系 不适用于构象变化有局限性的环状体系 克莱姆克莱姆 Cram 规则规则 如果如果醛和酮醛和酮的的不对称 不对称 碳原子碳原子上结合的三个基 团以 上结合的三个基 团以L 大 大 M 中 中 S 小 小 表示 那末 这些非对称的醛和酮与某些试剂 如格氏试剂 发生加成反应时 表示 那末 这些非对称的醛和酮与某些试剂 如格氏试剂 发生加成反应时 总是取总是取R L重叠构象重叠构象 反应 时 反应 时 亲核试剂从羰基旁空间位阻较小的基团亲核试剂从羰基旁空间位阻较小的基团 S 一边接近羰基碳原子 这称为 一边接近羰基碳原子 这称为克莱姆规则克莱姆规则 与与含含碳碳亲核试剂亲核试剂的加成反应的加成反应 醛酮羰基的亲核加成反应醛酮羰基的亲核加成反应 18 1 RMgX 2 H2O 35oC R主主次次 CH3 2 5 1 C6H5 4 1 CH3 2CH 5 1 CH3 3C49 1 70oC R主主次次 CH3 3C 499 1 CH3 5 6 1 O H C2H5H Ph H Ph C2H5 H O H R Ph OH C2H5 H H R Ph OH C2H5 H 次要产物 主要产物 次要产物 主要产物 H Ph C2H5 R HOH H Ph C2H5 R HOH 与与含含碳碳亲核试剂亲核试剂的加成反应的加成反应 醛酮羰基的亲核加成反应醛酮羰基的亲核加成反应 19 Reformatsky 反应反应 卤代酸酯 卤代酸酯与与锌作用锌作用形成类似于格氏试剂的形成类似于格氏试剂的有机锌有机锌化合物化合物 它的 它的活性活性比格氏试剂比格氏试剂低低 不与酯反应 但可以与醛或酮反 应 水解后 不与酯反应 但可以与醛或酮反 应 水解后得到 羟基酸酯得到 羟基酸酯 BrCHCOOC2H5 ZnBrZnCHCOOC2H5 RR R1COR2 R1C CHCOOC2H5 RR2 OH H2O OZnBr R1C CHCOOC2H5 RR2 与与含含碳碳亲核试剂亲核试剂的加成反应的加成反应 醛酮羰基的亲核加成反应醛酮羰基的亲核加成反应 这个反应不能用这个反应不能用Mg或或Li代替代替Zn 因为形成的格氏试剂会立即与其自身的 基反应 用溴代物较多 因为其活性适当 因为形成的格氏试剂会立即与其自身的 基反应 用溴代物较多 因为其活性适当 20 与与含含氮氮亲核试剂亲核试剂的加成反应的加成反应 亚胺 羟胺 肼 腙 苯肼 苯腙 胺基脲 缩胺脲 亚胺 羟胺 肼 腙 苯肼 苯腙 胺基脲 缩胺脲 C O R R NH2H C NH R R NH2R Ar C N R R R Ar NH2OH C N R R OH NH2NH2C N R R NH2 NH2NHPh NH2NHCONH2 C N R R NHCONH2 C N R R NHPh 肟肟 醛 酮醛 酮 胺 氨 胺 氨 醛酮羰基的亲核加成反应醛酮羰基的亲核加成反应 21 反应机理反应机理 C N Z HOH H 转移转移 碱碱催化催化 酸酸催化催化 C O C NH2Z O H2N Z C OH H C O H2N Z H C N Z H2OH H C N Z H2O H 与与含含氮氮亲核试剂亲核试剂的加成反应的加成反应 醛酮羰基的亲核加成反应醛酮羰基的亲核加成反应 22 醛 酮和一级胺醛 酮和一级胺 NH2R 的加成物称之为的加成物称之为亚胺亚胺 又称 又称 西佛碱西佛碱 Schiff s base C N R CH NH R H2 Pt 亚胺亚胺 Schiff碱碱 二级胺二级胺 C O B A H2NRC NR A B 稀酸 水解 稀酸 水解 参与 反应 参与 反应 C O B A 2 西佛碱还原西佛碱还原 则可得二级胺 是制备二级胺的好方法 则可得二级胺 是制备二级胺的好方法 与与含含氮氮亲核试剂亲核试剂的加成反应的加成反应 西佛碱西佛碱在合成上的应在合成上的应 1 易被稀酸水解易被稀酸水解 重新生成醛 酮及一级胺 可用来保护醛 重新生成醛 酮及一级胺 可用来保护醛 醛酮羰基的亲核加成反应醛酮羰基的亲核加成反应 23 醛酮醛酮与与羟胺 肼 苯肼 胺基脲羟胺 肼 苯肼 胺基脲等反应 产物一般都是等反应 产物一般都是 棕黄色固体棕黄色固体 易结晶 有一定的熔点 常用该类反应来 提纯 鉴别醛酮 易结晶 有一定的熔点 常用该类反应来 提纯 鉴别醛酮 C N ZC OC O H2N Z 重结晶重结晶 稀酸 水解 稀酸 水解 H2N OH H2N NH2 H2N NH C6H5 H2N NH C6H3 NO2 2 羟 胺肼苯肼羟 胺肼苯肼2 4 二硝基苯肼氨基脲二硝基苯肼氨基脲 产物 肟腙苯腙产物 肟腙苯腙2 4 二硝基苯腙缩氨脲二硝基苯腙缩氨脲 H2N NHCNH2 O 与与含含氮氮亲核试剂亲核试剂的加成反应的加成反应 羰基试羰基试 醛酮羰基的亲核加成反应醛酮羰基的亲核加成反应 24 与与含含氮氮亲核试剂亲核试剂的加成反应的加成反应 醛酮羰基的亲核加成反应醛酮羰基的亲核加成反应 Strecker反反 NH4Cl NaCN R1 C R2 OR1 C R2 NH2 COOH CN R1 C R2 NH2 R1 C R2 NH2 CN 25 吸电子基团可以形成稳定水合物 水合物在酸性介质中不稳定 吸电子基团可以形成稳定水合物 水合物在酸性介质中不稳定 HCH O HOHH2C OH 2 CH3CH O HOHCH3CH OH 2 CCl3 CH O HOHCCl3 CH OH 2 CH3 2C O HOH CH3 2C OH 2 100 Formalin 58 0 三氯乙醛水合物三氯乙醛水合物 m p 57 C 安眠药 安眠药 O O O O O OH OH HOH 水合茚三酮水合茚三酮m p 125 C 用作鉴别氨基酸和蛋白质 茚三酮 用作鉴别氨基酸和蛋白质 茚三酮 与与H2O的加的加 与与含含氧氧亲核试剂亲核试剂的加成反应的加成反应 醛酮羰基的亲核加成反应醛酮羰基的亲核加成反应 26 与与ROH的加的加 醛 酮醛 酮在在无水酸性条件下无水酸性条件下 干燥干燥HCl气气 可与 可与醇醇进行 亲核加成反应 形成加成产物 进行 亲核加成反应 形成加成产物 RCH O 1ROH H ROH H 半缩醛 缩醛 半缩醛 缩醛 RCH O 1R OH RCH O 1R O 1R HOCH2CH2CHCHO OH HCl CH3OH O OH HO O OCH3 HO 半缩 缩 半缩 缩 与醛反与醛反 与与含含氧氧亲核试剂亲核试剂的加成反应的加成反应 醛酮羰基的亲核加成反应醛酮羰基的亲核加成反应 27 CH3 CH3 C O HO HO O O CH3 CH3 H 五元和六元环状缩酮的产率较好 五元和六元环状缩酮的产率较好 O 2ROH OR OR H 与与含含氧氧亲核试剂亲核试剂的加成反应的加成反应 醛酮羰基的亲核加成反应醛酮羰基的亲核加成反应 28 反应机理反应机理 C O C OH ROHH C OH OR H H C OH OR H C OH2 OR H 2O C OR H ROH C OR OR H C OR OR 酸酸催催 与与ROH的加的加 与与含含氧氧亲核试剂亲核试剂的加成反应的加成反应 醛酮羰基的亲核加成反应醛酮羰基的亲核加成反应 29 形成缩醛或缩酮在合成中的应用形成缩醛或缩酮在合成中的应用 保护保护羟基羟基 O O BrCH2CH2CH2CH2OH BrCH2CH2CH2CH2O HH H BrCH2CH2CH2CH2O O Mg 无水乙醚无水乙醚 BrMgCH2CH2CH2CH2O O 丙酮丙酮H3O CH3 2CCH2CH2CH2CH2OH OH 与与含含氧氧亲核试剂亲核试剂的加成反应的加成反应 醛酮羰基的亲核加成反应醛酮羰基的亲核加成反应 30 形成缩醛或缩酮在合成中的应用形成缩醛或缩酮在合成中的应用 与与含含氧氧亲核试剂亲核试剂的加成反应的加成反应 保护保护羰基羰基 O O BrCH2CH2CHO HOCH2CH2OH H BrCH2CH2 CH3CH2C CLi CH3CH2C CCH2CH2 O O H3O CH3CH2C CCH2CH2CHO HOCH2CH2OH 醛酮羰基的亲核加成反应醛酮羰基的亲核加成反应 31 硫原子较氧原子有更强的亲核性硫原子较氧原子有更强的亲核性 含硫亲核试剂含硫亲核试剂 NaHSO3 RSH等 也可对羰基进行亲核加成 等 也可对羰基进行亲核加成 与亚硫酸氢钠与亚硫酸氢钠NaHSO3的加的加 反应式反应式 C O R H NaHSO3 R H C OH SO3Na 醛酮与饱和醛酮与饱和 40 NaHSO3溶液作用 溶液作用 很快生成白色沉淀很快生成白色沉淀 羟基磺酸钠羟基磺酸钠 与与含含硫硫亲核试剂亲核试剂的加成反应的加成反应 醛酮羰基的亲核加成反应醛酮羰基的亲核加成反应 32 与亚硫酸氢钠与亚硫酸氢钠NaHSO3的加的加 与与含含硫硫亲核试剂亲核试剂的加成反应的加成反应 硫比氧有更强的亲核性 硫比氧有更强的亲核性 试剂的亲核中心是试剂的亲核中心是S 而不是 而不是O 产物能溶于水 但不溶于饱和 产物能溶于水 但不溶于饱和 NaHSO3溶液 析出溶液 析出白色白色沉淀 沉淀 反应机理反应机理 C O R H HOO Na S O R H C OH SO3Na R H C SO2OH O Na 亲核加成 分子内的 酸碱反应 亲核加成 分子内的 酸碱反应 醛酮羰基的亲核加成反应醛酮羰基的亲核加成反应 33 反应特点反应特点 只有醛 脂肪族的甲基酮 环酮能发生此反应 只有醛 脂肪族的甲基酮 环酮能发生此反应 乙醛 乙醛 89 丙酮 丙酮 56 2 丁酮 丁酮 36 4 环己酮 环己酮 35 3 戊酮 戊酮 2 苯乙酮 苯乙酮 1 O O O O 反应体系需维持弱酸性反应体系需维持弱酸性 NaHSO3 HClNaCl H2SO3 H2O SO2 2NaHSO3 Na2CO32Na2SO3 H2CO3 H2O CO2 与与含含硫硫亲核试剂亲核试剂的加成反应的加成反应 醛酮羰基的亲核加成反应醛酮羰基的亲核加成反应 34 合成上的应用合成上的应用 制备 制备 羟基腈羟基腈 CH3 CH3 C OH SO3Na CH3 CH3 C ONaHSO3 CH3 CH3 OH CN C HCN NaCN Na2SO3 避免直接使用挥发性的避免直接使用挥发性的HCN制备 醇 比较安全 适用范围 醛或脂肪族甲基酮及八 个碳以下的环酮 制备 醇 比较安全 适用范围 醛或脂肪族甲基酮及八 个碳以下的环酮 与与HCN相同相同 最终产最终产 与与含含硫硫亲核试剂亲核试剂的加成反应的加成反应 醛酮羰基的亲核加成反应醛酮羰基的亲核加成反应 35 与硫醇与硫醇 RSH 的加的加 硫醇的制备硫醇的制备 RX NaSHRSH NaX 硫醇与醛 酮发生亲核加成形成缩硫醛 缩硫硫醇与醛 酮发生亲核加成形成缩硫醛 缩硫 R R CH2 NiS C2H6 HgCl2 HgO CH3OH H2O S Hg S 醛与酮都能反应 醛与酮都能反应 缩硫醛 缩硫酮在酸 碱 条件下都很稳定 平衡有 利于正反应方向 缩硫醛 缩硫酮在酸 碱 条件下都很稳定 平衡有 利于正反应方向 应用二 保护羰基 应用二 保护羰基 应用一 还原羰基应用一 还原羰基缩硫酮缩硫酮 C O R H R S S HS HS R R C Ni H2 与与含含硫硫亲核试剂亲核试剂的加成反应的加成反应 醛酮羰基的亲核加成反应醛酮羰基的亲核加成反应 36 Ph3P CHR的制备的制备 与与内鎓盐内鎓盐ylide的反应的反应 Wittig反反 内鎓盐 内鎓盐 ylide伊里德 叶立德 伊里德 叶立德 是一种具有是一种具有分子内邻位正 负电荷同时 存在 分子内邻位正 负电荷同时 存在的的两性离子两性离子 称为 称为内盐内盐 其负离子 通常是碳 可作为亲核试剂与 醛 酮羰基先发生亲核加成再消除得到烯烃 该反应称魏悌锡 其负离子 通常是碳 可作为亲核试剂与 醛 酮羰基先发生亲核加成再消除得到烯烃 该反应称魏悌锡Wittig反应 反应 磷内鎓盐 磷内鎓盐 ylide Ph3P CHR Ph3P CHR Ph3P CHR Ph3P RCH2X Ph3PCH2R X 碱 HX SN2 一级和二级溴或碘代烷烃都可得到很好的产率一级和二级溴或碘代烷烃都可得到很好的产率 不可用三级卤代不可用三级卤代 RX分子中可以含有分子中可以含有C C 碳碳叁键 碳碳叁键 RO 等 不能是乙烯型的等 不能是乙烯型的RX 脱卤化氢一步反应需用强碱脱卤化氢一步反应需用强碱 如 如n C4H9Li或或NaH等 等 醛酮羰基的亲核加成反应醛酮羰基的亲核加成反应 37 Ph3P CHR R2 R1 C O R2 R1 C CHR Ph3PCHR R2 R1 CO R2 R1 CCHR R2 R1 C O CHR PPh3 R2 R1 C O CHR PPh3 Ph3P O 反应条件温和 产率高 生成的双键位置确定 没有重排 反应条件温和 产率高 生成的双键位置确定 没有重排 反应机理反应机理 与与内鎓盐内鎓盐ylide的反应的反应 Wittig反反 醛酮羰基的亲核加成反应醛酮羰基的亲核加成反应 38 一般都一般都生成比较稳定的烯烃异构体 以生成比较稳定的烯烃异构体 以E 式为 主 当 式为 主 当ylide活性较高时 则顺式产物比例升高 活性较高时 则顺式产物比例升高 CHO Ph3P CHCN CH3O CH3O CH3O CH3O CH3O CH3O CC H CN H 99 与与内鎓盐内鎓盐ylide的反应的反应 Wittig反反 Wittig反应的反应的立体选择立体选择 醛酮羰基的亲核加成反应醛酮羰基的亲核加成反应 39 与与内鎓盐内鎓盐ylide的反应的反应 Wittig反反 醛酮羰基的亲核加成反应醛酮羰基的亲核加成反应 卤代酸酯制备的卤代酸酯制备的ylide试试 RC OR O X Ph3P RC OR O PPh3 R1 C R2 O RC OR O C R1 R2 不饱和酸不饱和酸 40 与与内鎓盐内鎓盐ylide的反应的反应 Wittig反反 醛酮羰基的亲核加成反应醛酮羰基的亲核加成反应 Wittig Hornor反反 R O 3P R2CH X R O P H O RR R O R X B R O P O R R R O R1 C R2 O R1 C R2R R R O P O O R O 生成的烯烃立体选择性很强 主要是生成的烯烃立体选择性很强 主要是E 烯烃烯烃 副产物以磷酸根形式存在 易溶于水 副产物以磷酸根形式存在 易溶于水 41 硫硫内鎓盐 内鎓盐 ylide CH3SCH3 CH3I Me2SCH3Me2S CH2Me2S CH2 B 二甲硫醚二甲硫醚 硫内鎓盐 硫内鎓盐 ylide 制备制备 与与内鎓盐内鎓盐ylide的反的反 CH3SCH3 CH3I Me2SCH3Me2S CH2Me2S CH2 B OO OO 二甲亚砜二甲亚砜 硫内鎓盐 硫内鎓盐 ylide 醛酮羰基的亲核加成反应醛酮羰基的亲核加成反应 42 反 应反 应 RCHO CH2 SMe2R CH CH2 SMe2R CH CH2 MeSMe O O RCR CH2 SMe2R CR CH2 SMe2R CR CH2 MeSMe O O O OOO 环氧乙烷环氧乙烷 衍生物衍生物 硫硫内鎓盐 内鎓盐 ylide 与与内鎓盐内鎓盐ylide的反应的反应 醛酮羰基的亲核加成反应醛酮羰基的亲核加成反应 Me2S CH2 O DMSO O 43 羰基羰基 氢氢的反应的反应 断裂饱和碳原子上的断裂饱和碳原子上的C H键是很困难的键是很困难的 羰基相邻碳原 羰基相邻碳原 碳原子碳原子 上连接的氢原子上连接的氢原子 氢氢 受羰基的吸电子诱导效 应影响 具有一定酸性 受羰基的吸电子诱导效 应影响 具有一定酸性 醛 酮 醛 酮 氢氢容易被强碱除去容易被强碱除去 形成的碳负离子形成的碳负离子 共轭碱共轭碱 的负电荷可通过共轭效应分散到 羰基上去 因而比一般碳负离子更加稳定 的负电荷可通过共轭效应分散到 羰基上去 因而比一般碳负离子更加稳定 CC H O 羰基羰基 氢氢的的活活 44 酮式酮式 烯醇式烯醇式的互变异构的互变异构 在在酸酸或或碱碱存在下 存在下 酮和烯醇酮和烯醇可以通过质子转移而可以通过质子转移而相互转 换 相互转 换 并最终达到动态平衡 这一现象称为 并最终达到动态平衡 这一现象称为互变异构互变异构 一般情况下 一般情况下 烯醇式在平衡体系中的含量是比较少的烯醇式在平衡体系中的含量是比较少的 但但随着随着 H 酸性酸性的增强 烯醇式也可能成为平衡体系中的主要存在形式 的增强 烯醇式也可能成为平衡体系中的主要存在形式 酸或碱酸或碱 CH3 C CH2 H O CH3 C CH2 OH 酮式酮式烯醇式烯醇式 羰基羰基 氢氢的反应的反应 45 CH3CCH3 O C2H5OCCH2COC2H5 OO O CH3CCH2COC2H5 OO CH3CCH2CCH3 OO CH3CCH2CCF3 OO 烯醇式含量烯醇式含量 1 5 10 47 7 10 32 0 10 2 7 3 76 5 最多最多 酮式酮式 烯醇式烯醇式的互变异构的互变异构 不对称不对称酮酮烯醇化烯醇化反反 CH3CH2 C CH2 OH CH3CH2CCH3 O CH3 CH C CH3 O H 动力学控制动力学控制的产物的产物 热力学控制热力学控制的产物的产物 羰基羰基 氢氢的反应的反应 46 手性酮手性酮溶液的溶液的旋光性旋光性逐渐消失 最后完全消旋逐渐消失 最后完全消旋 当由当由R 酮式变成烯醇式 后者是平面结构 当它重新转变为酮式时 质子从平面两边与 酮式变成烯醇式 后者是平面结构 当它重新转变为酮式时 质子从平面两边与 C结合的机会均等 溶液旋光性逐渐减小 最后 将得到等量的 结合的机会均等 溶液旋光性逐渐减小 最后 将得到等量的R 酮式和酮式和S 酮式的外消旋体 酮式的外消旋体 酮式酮式 烯醇式烯醇式的互变异构的互变异构 R 3 苯基苯基 2 丁酮丁酮 R 酮式酮式 S 3 苯基苯基 2 丁酮丁酮 S 酮式 烯醇式 酮式 烯醇式 无无手性手性 CCCH3 O Ph H3C H CH3 C C Ph OH CH3 CCCH3 O CH3 H Ph 羰基羰基 氢氢的反应的反应 47 醛酮的 醛酮的 H的卤代的卤代 在在酸酸或或碱碱的催化作用下 醛酮可与卤素反应 的催化作用下 醛酮可与卤素反应 H被卤素原子取代 被卤素原子取代 酸或碱酸或碱 CCH O CCBr O Br2 HBr 反应机理反应机理 分两步 分两步 烯醇化 卤素与 烯醇化 卤素与C C的加成 的加成 羰基羰基 氢氢的反应的反应 48 烯醇烯醇 烯醇烯醇负离子负离子 酸催化酸催化的反应机的反应机 CH3C CH2 OH Br Br Br CH2CCH3 Br OH HBr BrCH2CCH3 O CH3CCH3 O H 快快 H 慢 慢 CH3CCH3 OH CH3C CH2 H OH CH3CCH3 O OH H 慢慢 CH3C CH2 O Br Br CH3CCH2 O 碱催化碱催化的反应机的反应机 BrCH2CCH3 Br O 醛酮的 醛酮的 H的卤代的卤代 羰基羰基 氢氢的反应的反应 49 酸催化酸催化的反应机的反应机碱催化碱催化的反应机的反应机 1 只要加极少量的酸 因为反应一开 始就会产生酸 此酸就能自动起催化 作用 只要加极少量的酸 因为反应一开 始就会产生酸 此酸就能自动起催化 作用 因此反应有一个诱导期 一旦 酸产生 反应就会很快发生 因此反应有一个诱导期 一旦 酸产生 反应就会很快发生 2 对于不对称的酮 卤化反应的优先 次序是 关键是形成烯醇式 对于不对称的酮 卤化反应的优先 次序是 关键是形成烯醇式 COCHR2 COCH2R COCH3 3 V一元卤化 一元卤化 V二元卤化二元卤化 V三元卤化 通过控制卤素的用量 可将卤化反 控制在一元 二元 三元阶段 三元卤化 通过控制卤素的用量 可将卤化反 控制在一元 二元 三元阶段 1 碱催化时碱催化时 碱用量必须超过碱用量必须超过1mol 因为除了催化作用外 还必须不断 中和反应中产生的酸 因为除了催化作用外 还必须不断 中和反应中产生的酸 2 对于不对称的酮 卤化反应的优 先次序是 关键是夺取 对于不对称的酮 卤化反应的优 先次序是 关键是夺取 H COCHR2 COCH2R COCH3 3 V一元卤化 一元卤化 V二元卤化二元卤化 V三元卤化 卤化反应不能控制在一元卤化阶 段 往往得到三元卤化产物 三元卤化 卤化反应不能控制在一元卤化阶 段 往往得到三元卤化产物 反应条件与反应机理的讨论反应条件与反应机理的讨论 注意 注意 醛 酮醛 酮只要有 只要有 氢氢就能发生 就能发生 卤代 卤代 且在碱性条件且在碱性条件下会把 所有 下会把 所有 氢全部取代 氢全部取代 但若不是但若不是甲基酮 反应就停留在卤代一步 甲基酮 反应就停留在卤代一步 50 卤仿反应卤仿反应 甲基酮甲基酮类化合物类化合物或能被次卤酸钠氧化成甲基酮的化合物或能被次卤酸钠氧化成甲基酮的化合物 在碱性条件下与氯 溴 碘作用分别生成氯仿 溴仿 碘 仿 统称卤仿 的反应称为 在碱性条件下与氯 溴 碘作用分别生成氯仿 溴仿 碘 仿 统称卤仿 的反应称为卤仿反应卤仿反应 R C CH3 O 4NaOH 3X2RCOONa CHX3 H RCOOH 卤仿卤仿 鉴别 碘仿是黄色固体 鉴别 碘仿是黄色固体 制备少一个碳原子的羧酸制备少一个碳原子的羧酸 重要应重要应 醛酮醛酮 氢氢的反应的反应 结构特点结构特点 CH3CH R O CH3 CHR OH 51 卤仿反应的机理卤仿反应的机理 O R C CH3 X2 O R C CX3 OH OH R C CX3 O OH RCOOH X3C RCOO HCX3 RCOOH H 加成消除加成消除 的卤代 的卤代 酸碱反应酸碱反应 卤仿反应 醛酮 卤仿反应 醛酮 氢氢的反应的反应 52 羟醛缩合反应羟醛缩合反应 含有 含有 H的醛或酮的醛或酮在酸或碱的作用下 在酸或碱的作用下 缩合生成缩合生成 羟基醛羟基醛 或或 羟基酮羟基酮的反应称为的反应称为羟醛缩合羟醛缩合 CH3CCH3 O Ba OH 2 OH CH3 2CCH2CCH3 O H2O CH3 2C CHCCH3 O 不饱和酮不饱和酮 醛酮醛酮 氢氢的反应的反应 53 H2O CH3 C CH C CH3 2 O 酸酸催化催化下的反应机理下的反应机理 烯醇化烯醇化 亲核加成亲核加成 酸酸碱碱反反 CH3CCH3 O CH3C CH2 H OH CH3C CH2 OH CH3CCH3 OH OH CH3 C CH2 C CH3 2 OH H OH CH3 C CH2 C CH3 2 O H H 羟醛缩合反应羟醛缩合反应 醛酮醛酮 氢氢的反应的反应 54 羟醛缩合反应羟醛缩合反应 醛酮醛酮 氢氢的反应的反应 碱碱催化下的反应机理催化下的反应机理 常用的常用的碱性催化剂碱性催化剂有 有 KOH C2H5ONa t BuO 3Al 烯醇化烯醇化 负离子 负离子 O CH 3CHCH2CH O OH CH 3CHCH2CH O H2O 酸酸碱碱反应反应 CH3CH O 亲核加成亲核加成 H2O CH3CH CHCHO CH3CH O CH 2CH O B 55 A 自身缩合自身缩合 分子间缩合 分子内缩合分子间缩合 分子内缩合 B 交叉缩合交叉缩合 甲醛的羟甲基化反应 克莱森 甲醛的羟甲基化反应 克莱森 斯密特反应斯密特反应 C 定向羟醛缩合定向羟醛缩合 羟醛缩合反应的分类羟醛缩合反应的分类 羟醛缩合反应羟醛缩合反应 醛酮醛酮 氢氢的反应的反应 56 类似羟醛缩合反应类似羟醛缩合反应 曼尼奇曼尼奇Mannich反应反应 氨甲基化反应氨甲基化反应 具有具有活泼 活泼 氢氢的化合物 的化合物 甲醛甲醛 胺胺同时缩合 同时缩合 活泼氢活泼氢 被氨甲基或取代氨甲基取代被氨甲基或取代氨甲基取代的反应 称为的反应 称为曼尼期曼尼期 Mannich 反应 生成的产物称为反应 生成的产物称为曼氏碱曼氏碱 CH3 C CH2 H CH2O HN O R R H CH3 C CH2 CH2N O R R Hoffman 消除消除 蒸馏蒸馏 或或碱碱 不饱和羰基化合不饱和羰基化合 57 曼尼奇曼尼奇Mannich反应反应 氨甲基化氨甲基化反应机理反应机理 CH2 O NH R R R R H H CH2 OHN CH2OH R R R R H2O N CH2N CH2 OH2 OO R R CH2 N R R H O H CH3 C CH2CH3 C CH2 CH2 NCH3C CH2 H 活化的活化的C N 类似羟醛缩合反应类似羟醛缩合反应 58 具有具有活泼活泼 氢氢的的酯酯 在 在强碱强碱的作用下 两分子酯相互 作用 生成 的作用下 两分子酯相互 作用 生成 羰基酯羰基酯 同时失去一分子醇的反应称为酯缩 合反应也称为 同时失去一分子醇的反应称为酯缩 合反应也称为克莱森缩合反应克莱森缩合反应 RCH2C OC2H5 H CHCOC2H5 OOOO RCH2C CHCOC2H5 R R 1 C2H5ONa 2 HOAc 酯缩合反应酯缩合反应 酮酸酮酸 类似羟醛缩合反应类似羟醛缩合反应 59 酯缩合反应酯缩合反应 反应机理反应机理 CH3CCHCOC2H5 O C2H5OH CH2COC2H5 O C2H5ONa CH3COC2H5 O CH3COC2H5 O C2H5ONa CH3CCH2COC2H5 O O OC2H5 C2H5O O CH3CCH2COC2H5 OO Na CH3CCH2COC2H5 OO CH3COONa CH3COOH 类似羟醛缩合反应类似羟醛缩合反应 60 交叉交叉Claisen酯缩合反应酯缩合反应 Cross Claisen Condensation OR O R H HOR O NaOR OR O R H O or R OOR O NaOR OR O R R O O or R O O O OR NaOR OR O R O O R O or ArOR O NaOR OR O R Ar O 类似羟醛缩合反应类似羟醛缩合反应 分子内酯缩合分子内酯缩合 Dieckmann缩合缩合 酮酸酯 丙二酸酯在合成上的运用酮酸酯 丙二酸酯在合成上的运用 61 O 不饱和醛酮 加成反应的分类 不饱和醛酮 加成反应的分类 不饱和醛酮的加成 不饱和醛酮的加成 C C亲电加成亲电加成 C O亲核加成亲核加成 1 4 共轭加成共轭加成 C C C O CC C OCC C O CC C O Br2 BrBr C C C OC C C OLi R C C C OH R CC C OH Nu RLi H2O 1 Nu 2 H 1 2 3 1 2 3 62 在在碱性条件碱性条件下加成反应机理下加成反应机理 C C C O Nu C C C O Nu H C C C OHNu 互变异构互变异构 C C C ONu H C C C O Nu 在在酸性条件酸性条件下加成反应机理下加成反应机理 不饱和醛酮的加成不饱和醛酮的加成 C C C OH C C C OH C C C O H Z 互变异构互变异构 H CC C OH CC C O ZZ 63 卤素 卤素 HOX不发生不发生共轭加成共轭加成 只在 只在碳碳双键碳碳双键上上 发生发生1 2 亲电加成亲电加成 亲电加成亲电加成 CH3CH CHCCH3 HCl g O CH3CHCH2CCH3 ClO Br2 PhCHCHCCH3 O Br Br CCl4 10 20 o C O PhCH CHCCH3 HX H2SO4等等质子酸质子酸以及以及H2O ROH等等在在酸催化酸催化下与 下与 不饱和醛酮的加成为不饱和醛酮的加成为1 4 共轭加成共轭加成 不饱和醛酮的加成不饱和醛酮的加成 64 PhCH CHCPh O KCN CH3COOH C2H5OH PhCHCH2CPh CNO 93 96 O HCN Et3Al O CN 85 亲核加成亲核加成 HCN NH3及及NH3的衍生物的衍生物等与 等与 不饱和醛酮 的加成 不饱和醛酮 的加成 也以发生也以发生1 4 共轭加成共轭加成为主 为主 不饱和醛酮的加成不饱和醛酮的加成 65 不饱和醛与不饱和醛与RLi RMgX反应时以反应时以1 2 亲核加成为 主 亲核加成为 主 与 与R2CuLi反应 以反应 以1 4 共轭加成为主共轭加成为主 不饱和酮与金属有机物加成时 使用不饱和酮与金属有机物加成时 使用RL