有机化学活泼亚甲基反应PPT课件

1、 醛、酮、酸酸及其衍生物的-亚甲基上的氢受到邻位羰基的活化而呈一定的酸性，因此常称为活泼亚甲基化合物活泼亚甲基化合物 活泼亚甲基化合物烯醇化程度越高，-氢酸性越大，亚甲基越活泼 CCHOCCOH+-CCO-H+CCOH 1 1 2 23 3 4 4（酮式）（烯醇式）CH2CCOCH3OCH3CCH3CH3OCCHOH(8%) (92%)第1页/共61页 醛、酮、羧酸及其衍生物的羰基活化-氢的能力有以下次序：-CHO -COCO2R -COPh -COR -CN -COX -CO2R -CO2H第2页/共61页12.1 12.1 羰基化合物的羰基化合物的 - -卤化卤化 12.1.1 醛和酮的卤

2、化-位含有活泼氢的酮在酸或碱催化下可与卤素作用，发生-氢的卤代反应：CRCH3OX2X=Cl, Br or ICRCH2OX第3页/共61页 酸催化机理CRCH3OCRCH2OHXH+CRCH2OHH+-H-CRCH2OHXX+X-CRCH2OX+ HXCC6H5CH3OCC6H5CH2OBr+ Br2AcOH+ HBr66%对于不对称的酮，-氢被卤素取代的优先次序是CH CH2 CH3，第4页/共61页 醛类直接进行卤化，常被氧化成酸。如将醛转化成缩醛后再卤化，然后水解缩醛，也能得到-卤代醛 RCH2CHOCH3OH HClRCH2CHOCH3OCH3Br2RCHCHOCH3OCH3BrH3

3、+ORCHCHOBr第5页/共61页 碱催化机理CRCH3OCRCH2OXOH-CRCH2OCRCH2OXXOH-CRCHXOCRCHXOXXCRCX2OCRCX2OXXOH-CRCHX2OCRCX3O+X-+X-+X-第6页/共61页 羰基的-碳上只有一个质子，碱催化的反应也可生成单卤代产物 C6H5CCHCH2CH3OCH3 Br2NaOH/H2OC6H5CCBrCH2CH3OCH3第7页/共61页12.1.2 12.1.2 卤仿反应卤仿反应 由于-CX3强拉电子作用，生成的三卤代产物中的羰基很容易受OH-的亲核进攻，OH-加成到羰基碳上，形成四面体过度态（I）；然后，（I）中的三卤甲基作

4、为离去基团离去，生成羧酸（II）和三卤甲基负离子，后者再获取一个质子后生成卤仿。这个反应称为卤仿反应卤仿反应。OCRCX3HO加成OCRCX3OH消除OCROH+ CX3OCRO-+ HCX3 （I） （II）第8页/共61页 当使用次碘酸钠溶液为卤化试剂时，乙醛和甲基酮能够迅速转化成羧酸和碘仿，其中碘仿以黄色沉淀析出，很容易观察到，故碘仿反应被用于乙醛和甲基酮的鉴定 CH3CH2OHI2/KOHCH3CHOHCOOH +CHI3(黄色）CH3CHOORCH3第9页/共61页CH3ONaOClCO2HCH3CCHCOCH3CH3KOClCH3CCHCO2HCH388% 53%第10页/共61页

5、12.1.3 12.1.3 脂肪酸的卤化脂肪酸的卤化第11页/共61页 羧酸的-H酸性比醛、酮小，故而羧酸的-H远比醛和酮的-H难以卤化，而且只限于氯化和溴化。-碘代酸需要间接的方法合成。与羧酸相反，酰氯和酸酐的-H都容易被卤化。脂肪酸在催化量的三氯化磷或三溴化磷存在下可进行氯化或溴化 2P + 3Br2 2PBr33RCH2CO2H + PBr3 3RCH2COBr + P(OH)3第12页/共61页RCH2COBr + Br2 RCHCOBr + HBrBrRCHCOBr + RCH2CO2H RCHCO2H + RCH2COBrBrBr酰卤的卤化也要通过烯醇式，反应在酸催化下进行。 RC

6、H2CBrORCHCOBr BrH+RCHCBrOHBrBrRCHCBrBrOH+ HBr-H+第13页/共61页12.2 12.2 酯缩合反应酯缩合反应12.2.1 克莱森缩合反应含有-活性氢的酯在碱性条件下失去一分子醇生成-酮酸酯，这个反应称为酯缩合反应酯缩合反应，或者克莱森（克莱森（ClaisenClaisen）缩合反应）缩合反应。 CH3COC2H5O21. EtONa/EtOH2. H3+OCH3CCH2COC2H5OO第14页/共61页 反应机理CH3COC2H5 + OC2H5 CH2COC2H5 + HOC2H5OO1CH3COC2H5 + CH2COC2H5 OOCH3COO

7、C2H5CH2COC2H5O2第15页/共61页CH3COOC2H5CH2COC2H5O+ OC2H5CH3CCH2COC2H5OO3+ OC2H5CH3CCH2COC2H5OO+ HOC2H5CH3CCHCOC2H5OO4H+CH3CCH2COC2H5OO中间体（4 4）的生成是酯缩合反应的驱动力 第16页/共61页C6H5CH2CO2CH3 C6H5CH2CCHCO2CH3C6H5OMeONa(CH3)2CHCO2CH3 (CH3)2CHCCHCO2CH3CH3OMeONa第17页/共61页 乙酰乙酸乙酯是一个由酮型（5 5）和烯醇型（6 6）互变异构体组成的混合物。在烯醇型异构体（6 6

8、）中存在分子内氢键。CCH3COC2H5OOCCH3COC2H5OOH 5 6醛酮试剂反应形成肟、腙等 氨解形成酰胺 溴发生加成反应 酮酯烯醇第18页/共61页12.2.2 12.2.2 迪克曼缩合反应迪克曼缩合反应 分子内的酯缩合称为迪克曼（迪克曼（DieckmannDieckmann）缩合）缩合。这个反应特别适合于合成五元和六元环型-酮酸酯。 CO2C2H5CO2C2H5CO2C2H5O1. C2H5ONa2.H3+OCO2C2H5CO2C2H5CO2C2H5O1. C2H5ONa2.H3+O第19页/共61页12.2.3 12.2.3 交叉的酯缩合反应交叉的酯缩合反应两种不同的酯亦可发生

9、缩合反应，称为交叉的酯缩合反应交叉的酯缩合反应 一种酯中没有-H，另一种酯中含有-H时，它们的缩合反应还是相当有用的 HCOC2H5O+ CH3COC2H5O1. C2H5ONa2. H+3OHCCH2COC2H5OO79%第20页/共61页C6H5CH2COC2H5O+C2H5OCOC2H5O1. C2H5ONa2. H+3OC2H5OCCHCOC2H5OOC6H586%第21页/共61页12.2.4 12.2.4 酮与酯的缩合酮与酯的缩合含有-H的酮与酯也可发生交叉缩合反应，生成-酮酸酯或-二酮 C6H5CCH3 + C6H5COC2H5OO1. C2H5ONa2. H3+OC6H5CCH

10、2CC6H5OO62%-71%CH3CCH3O+CH3CO2C2H51. C2H5ONa2.H2SO4/H2OCH3CCHCCH3OO43%第22页/共61页 戊二酮亦可通过丙酮与乙酸酐在三氟化硼催化下制备，产率比较高 CH3CCH3O+(CH3CO)2OCH3CCHCCH3OOBF3+ CH3CO2H85%这个反应的中间过程不是烯醇负离子，而是烯醇式本身 (CH3CO)2OBF3+ CH3CO+CH3CO2-BF3CH3CCHCCH3OOCH3CO+H2CCOHCH3+ H+第23页/共61页12.3 12.3 羟醛缩合反应羟醛缩合反应12.3.1 醛和酮的自身缩合在碱存在下，醛或酮也可发生

11、类似于酯缩合的反应，称为羟醛缩合羟醛缩合（Aldol condensation）反应反应。 OCHCH3+ OHOCHCH2+ H2O第24页/共61页OCHCH2OCHCH3+OCHCH2CHCH3OOCHCH2CHCH3O+ H2OOCHCH2CHCH3OH+ OH第25页/共61页 羟醛（沸点83oC/20mmHg）在直接蒸馏时，或在少量碘或氯化氢存在下加热，可顺利失水而形成巴豆醛 CH3CHCH2CHOOHI2CH3CHCHCHO + H2O脱水很容易进行第26页/共61页 多数带有-H的醛或酮都可以缩合形成羟醛，易脱水得到，-不饱和醛或酮。 醛基和酮基活化亚甲基的能力比酯基和羧基强，

12、羟醛缩合可以在比较弱的碱作用下发生，如碳酸盐、醋酸盐等，也可以使用少量的强碱如氢氧化钠、醇钠作为缩合剂。OCH3C2H5ONaCCH3OHCH2CO-H2OCCH3CHCO第27页/共61页12.3.2 12.3.2 交叉羟醛缩合交叉羟醛缩合不含-氢的醛或酮与含有-氢的醛或酮可发生交叉羟醛缩合反应交叉羟醛缩合反应 第28页/共61页第29页/共61页12.4 12.4 与羟醛缩合相关的反应与羟醛缩合相关的反应 12.4.1 瑞福马斯基反应由-溴代酸酯原位生成的有机锌化合物与醛或酮进行加成，形成-羟基酸酯的溴锌化物，经酸化得到-羟基酸酯（类似于格氏反应），这个反应被称为瑞福马斯基（瑞福马斯基（R

13、eformatskyReformatsky）反应）反应。R1CR2O +BrCHCO2EtR3ZnEt2OCR2R1OZnBrCHCO2EtR3H+CR2R1OHCHCO2EtR3第30页/共61页CH3CH2CHO + BrCH2CO2Et CH3CH2CHCH2CO2EtOH1. Zn, Et2O2. H3O+C6H5CCH3O+ CH3CHCO2EtBr1. Zn, Et2O2. H3O+C6H5CCH3OHCHCH3CO2Et第31页/共61页12.4.2 12.4.2 贝金反应贝金反应 贝金（贝金（PerkinPerkin）反应）反应是芳香醛与乙酸酐或取代的乙酸酐在相应的羧酸钠盐或钾

14、盐存在下缩合，生成，-不饱和羧酸的反应。 C6H5CHO + (CH3CO)2O C6H5CHCHCO2HAcONa175oCOCHOAc2O, AcONa 150oCOCHCHCO2H合成治疗吸血虫病药物呋喃丙胺 第32页/共61页CHOOHAc2O, AcONaOO香豆素 第33页/共61页12.4.3 12.4.3 达森反应达森反应-卤代羧酸酯在强碱作用下能够与醛或酮反应生成，-环氧羧酸酯，这个反应被称为达森（达森（DarzenDarzen）反应）反应 O+ClCH2CO2C2H5(CH3)3COK(CH3)3COH0-10oC, 3hCO2C2H5O90%第34页/共61页CHCO2C

15、2H5HCl(CH3)CO(CH3)COH CHCO2C2H5ClOCHCOCO2C2H5ClCCOC2H5O2CHSN2Cl-，-环氧羧酸酯经酯水解后得到的游离酸不稳定，受热容易失去二氧化碳生成烯醇，互变异构后转变为醛或酮 第35页/共61页，-环氧羧酸酯经酯水解后得到的游离酸不稳定，受热容易失去二氧化碳生成烯醇，互变异构后转变为醛或酮 R1R2O + ClCHCO2Et R3EtONaOR1R2R3CO2Et1. OH-2. H3O+OR1R2R3CHOOH-CO2R1R2R3OHR1R2R3O第36页/共61页C6H5MeO + ClCH2CO2Et NaNH2OC6H5MeHCO2Et

16、1. NaOEt2. H3O+C6H5CHOMe65%70%第37页/共61页12.4.4 12.4.4 迈克尔反应迈克尔反应 由活泼亚甲基化合物形成的碳负离子与，-不饱和羰基化合物或腈进行1，4-共轭加成，称为迈克尔迈克尔（MichaelMichael）反应）反应 NuCH2CH CRO一些取代基对双键的活化能力的大小次序为：-CHO -COR -CO2R -CN NO2。 第38页/共61页CH2(CO2Et)2 + CH3COCHCH2CH3COCH2CH2CH(CO2Et)2KOHEtOHCH3CCH2CCH3OO+CH2CHCNEt3Nt-BuOH(CH3C)2CHCH2CH2CNO

17、77% C6H5CH2CN + CH2CHCN C6H5CHCH2CH2CNCNKOH94%第39页/共61页 将迈克尔反应与分子内的羟醛缩合反应组合在一起，称为罗罗宾逊（宾逊（RobinsonRobinson）并环）并环 OMe+CH2CHCCH3OEtONaMichael加成MeOONaOH羟醛缩合54%MeOHO草酸MeO86%第40页/共61页12.5 12.5 烷基化反应烷基化反应 12.5.1 酮的烷基化在强碱作用下，一元酮所形成的碳负离子或烯醇负离子是强的亲核试剂，能够与卤代烷发生亲核取代，生成烷基化产物 ONaNH2 Et2OO - Na+OCH3CH3I第41页/共61页 不

18、对称的酮含有两个不同的活泼亚甲基，形成两种可能的烯醇负离子（包括热力学控制和动力学控制的烯醇负离子）的混合物 动力学控制产物 热力学控制产物第42页/共61页12.5.2 12.5.2 乙酰乙酸乙酯的烷基化乙酰乙酸乙酯的烷基化 由乙酰乙酸乙酯形成碳负离子（或烯醇负离子）与卤代烷发生亲核取代反应，可在活泼亚甲基上引入一个烷基 OCH3CH2OOEtEtONaOOEtOCH3CHOOEtCH3CHONa+RXOOEtOCH3CHRNaX+第43页/共61页 使用的卤代烷主要为伯卤代烷，仲卤代烷常常伴随消除反应，而叔卤代烷主要发生消除生成烯烃。在弱碱性条件下，叔卤代烷也可以反应 CH3CCH2CO2

19、Et + (CH3)3CBrOAg+ClO4-MeNO2CH3CCHCO2EtOC(CH3)3第44页/共61页 由乙酰乙酸乙酯为原料合成甲基酮的一种重要方法，称为乙乙酰乙酸乙酯合成法酰乙酸乙酯合成法 OOEtOCH3CHROOHOCH3CHR1. NaOH, H2O2. H3O+-CO2CH3CCH2RO第45页/共61页 乙酰乙酸乙酯及其烷基化产物有两种可能的水解产物，即成酮水解（生成酮）和成酸水解（生成酸）。在冷的稀碱溶液中水解，一般发生成酮水解.但在浓碱溶液中加热，则一般发生成酸水解.OOEtOCH3CH21. KOH, MeOH2. H3O+CH3CO2H + EtOHOCH3CH2

20、OOEt1. EtONa, EtOH2. n-C4H9BrOOEtOCH3CHC4H91. NaOH, H2O2. H3O+, 25oCCH3CCH2(CH2)3CH3O61%第46页/共61页 合成CH3COCHRR型的酮 OCH3CH2OOEt1. EtONa2. RXOOEtOCH3CHR1. EtONa2. R2XOOEtOCH3CRR1. NaOH, H2O2. H3O+-CO2CH3CCHORROOHOCH3CRR第47页/共61页OOC(CH3)3OCH3CHC4H9-n1. (CH3)3COK (CH3)3COH2. n-C4H9IOOC(CH3)3OCH3CH21. (CH3

21、)3COK (CH3)3COH2. i-C4H9IOOC(CH3)3OCH3Cn-C4H9CH2CH(CH3)2TsOHOCH3CHCH2CH(CH3)2C4H9-nCH2C(CH3)2 + CO2+第48页/共61页 12.5.3 丙二酸酯的烷基化CH2(CO2Et)21. EtONa2. RXRCH(CO2Et)21. OH-2. H3O+, RCH2CO2H1. EtONa2. RXRRC(CO2Et)21. OH-2. H3O+, RRCHCO2H第49页/共61页CH2(CO2Et)21. EtONa, EtOH2. BrCH2CH2CH2Br1. OH2. H3O+, CO2EtC

22、O2EtCO2HCH2(CO2Et)21. EtONa, EtOH2. n-C5H11BrCH3(CH2)4CH(CO2Et)21. EtONa, EtOH2. CH3I1. OH-2. H3O+, CH3(CH2)4C(CO2Et)2CH3CH3(CH2)4CHCO2HCH380%99%第50页/共61页12.6 12.6 磷和硫叶立德与醛、酮的缩合反应磷和硫叶立德与醛、酮的缩合反应 12.6.1 维悌希反应由卤代烷与三苯基膦形成的烷基三苯基辚盐在强碱（如苯基锂、丁基锂等）作用下失去一分子卤化氢，形成的碳负离子称为磷叶立德（Ylide） Ph3P + CH3Br Ph3P CH3 BrPhL

23、i, Et2OPh3P CH2-LiBr-PhHPh3P CH2磷叶立德 第51页/共61页 磷叶立德的键具有很强的类似盐的极性，可与醛或酮发生亲核加成，生成烯烃 CHOPh3P CH2Et2O, 65oC, 12hCH CH267%由醛酮合成烯烃的重要方法，称为维悌希（维悌希（WittigWittig）反应）反应，磷叶立德也被称为维悌希试剂维悌希试剂。 第52页/共61页Ph3P CH2CORR+Ph3PCH2CORRPh3PCH2CORRPh3P OCRRCH2+反应机理维悌希反应维悌希反应所形成的C=C双键的位置总是相当于原来羰基C=O双键的位置，而不会生成其他双键位置不同的异构体；此外，原料分子中的酯基、烯键、炔键等不受影响 Ph3P CHCH3OEt2O, 20oCCHCH370%第53页/共61页BrCH2CCH3OPh3PBr Ph3PCH2CCH3O Na2CO3 MeOH-H2OCH2CCH