物理有机化学第6章羰基化合物反应ppt课件

1、C OC OENuNuE C OH2NYC NYC OPh3PC CR1R2CR1R2C OYNuC ONu+YCHCOBH2CCOCCO烯醇负离子CCOCCOCOCOHC CO烯醇负离子R-ClCCOR亲核取代亲核加成 -羟基酮烷基化反应Aldol-反应羟醛反应X-XC CXO亲电取代 卤代反应COHC CO -羟基酮- H2OC C CO , -不饱和酮CCO共轭加成OO1, 5-二羰基化合物O 加成-缩合Aldol-缩合Michael 加成Robinson成环OONuOENuNuE Nu快慢OOHOHOHNuOHNuHHNu H慢快-H快n 碱性条件下n 酸性条件下酸性条件下RCNuOZ

2、+CROZROZNuCNu Nu(亲核试剂) = H2O、ROH、NH3等 Z(离去基团) =X、OR、OCOR、 NH2等 羧酸衍生物的亲核取代(加成-消去)反应一般分为两步，首先是亲核试剂进攻羰基碳原子,发生亲核加成反应，形成一个带负电荷的四面体中间体。然后,中间体消去一个负离子,恢复碳-氧双键,形成另一个羧酸衍生物。 CO环状化合物羰基平面两边的空间条件不同时，亲核试剂主要从空间位阻小的一边进攻。 o几率大小t BuOHH-BH(CHCH2CH3)3CH3NaBH4Li-t BuHHOHH-t BuHHHOH93%80% 2. 开链型醛和酮中若羰基与一个不对称碳原子相 连，当羰基发生加成

3、反应形成第二个不对称碳原子时，所生成的两个非对映体产率不相同-Cram规则 Cram规则一：如果醛或酮的-碳原子上连有三个大小不同的基团L、M、S分别代表大、中、小三个基团时，其优势构象为羰基键处在两个较小基团之间的构象，试剂优先从空间阻碍较小的一边进攻羰基。 MSLRONu-主要产物次要产物 1 RMgX2 H2OHRPhOHC2H5HHRPhOHC2H5H+次要产物次要产物35oC R 主主 次次CH3 2.5 : 1C6H5 4 : 1(CH3)2CH 5 : 1(CH3)3C 49 : 1 -70oC R 主主 次次 (CH3)3C 499 : 1 CH3 5.6 : 1主要产物主要产

4、物OHC2H5HPhHPhC2H5RHOHHPhC2H5RHOHHPhC2H5HOHNCH3HCH3C6H5OH2CH3NCH3HHC6H5OHHRC CHCHCOBH2CCOCCO烯醇负离子O+pKa=17LiNCH(CH3)2CH(CH3)2OLi+100%HNCH(CH3)2CH(CH3)2pKa=35O+ OHO+ H2O RCOCH2R RCOCH3 碱催化下碱催化下 得多卤代物得多卤代物 RCOCH3 and RCH(OH)CH3发生卤仿反应发生卤仿反应 反应性：反应性： RCOCH3 RCOCH2R RCOCHR2COCHCOHCHCOHCXCOCX慢COHC快XXHH质子化相对

5、容易质子化相对容易H3C COCH2H慢OHH3C COCH3H3C COCH2X-XH3C COCH2X-XH3C COCH2XHOHH3C COCH2XH3C COCH2-XX-XH3C COCHX2OHH3C COCX2H3C COCX2-XX-XH3C COCX3OHH3C COOHCX3H3C COOH+H3C COO+CHX3如果是CHI3,则出现黄色沉淀CX3碘仿反应：用于鉴别甲基酮和能氧化为甲基酮的醇碘仿反应：用于鉴别甲基酮和能氧化为甲基酮的醇思考题：举例说明能氧化为甲基酮的醇有哪些？思考题：举例说明能氧化为甲基酮的醇有哪些？(2) 羧酸及酰卤羧酸及酰卤 Hell-Volhar

6、d-Zelinski reaction (HVZ reaction)RCH2CRRCHCROOa nucleophilean electrophileAldol additionAldol condensationhyroxylehyehyroxylehyehyroxyketonehyroxyketone,unsturtelehye,unsturtelehye,unsturteketone,unsturteketone例如例如: :Mechanism for the aldol addtion例题与习题例题与习题请写出下列反应的产物请写出下列反应的产物CHOOH-CHOOHOHCHOCHO+H

7、3CCOEtONa200CCH CHCO2. The mixed aldol additionWhen one of the aldehyde or ketone has no a-H, and with one excess starting material, one product could be mainly obtained.如果两个反应物都具如果两个反应物都具有有a-H，则将，则将得到四个产物得到四个产物How to get the desired product?采用强碱采用强碱LDA与一个醛或酮反应，使之定量地转化为与一个醛或酮反应，使之定量地转化为烯醇负离子，然后再向该体系

8、中加入另一个醛或酮，烯醇负离子，然后再向该体系中加入另一个醛或酮，则可以得到单一产物。则可以得到单一产物。3. Intramolecular aldol addition to form cyclic b-hydroxyketone or a, b unsaturatd ketone例题与习题例题与习题完成下列反应完成下列反应OCH3COCH3K2CO3O+ 4 HCHOOH-OLDA(CH3)2CHCHOOCHCH(CH3)2OHCH2OHCH2OHHOH2CHOH2COOHH3CO例题与习题例题与习题试用合适的原料合成下列化合物试用合适的原料合成下列化合物HOOHOH(1)(2)CHOOH

9、HOOHOH(1)CH3CH2CHO + 3 HCHO(2)CHOOH2 (CH3)2CHCHOSOXHLET Franz Von1848-1926（德国化学家）（德国化学家）索氏提取器索氏提取器丙酮丙酮Ba(OH)2H3CCH3O2Ba(OH)220oCH3CCH3CH3OOHb.p. 56oCb.p. 164oC二丙酮醇：二丙酮醇：5(不加索氏提取器不加索氏提取器) 70(加索氏提取器加索氏提取器)2. 通过通过enamine两种方法比较两种方法比较通过通过enolate的方法，还会得到二烷基化和氧烷基化的产的方法，还会得到二烷基化和氧烷基化的产物物通过通过enamine的方法，只得到单烷

10、基化的产物，合成上的方法，只得到单烷基化的产物，合成上更有用。更有用。两种方法比较两种方法比较C C CO , -不饱和酮CCO共轭加成Michael 加成CCOOH1, 5-二羰基化合物BHC C COCCOCH3CH2NO2+CH2=CHCOCH3CH3ONaCH3CHCH2CH2COCH3NO2CH2COOCH3+CH2=CHCOOCH3CH3ONaCHCH2CH2COOCH3COOCH3Arthur Michael (18531942)美国化学家美国化学家The best nucleophile are: b-diketones, b-diesters, b-keto esters,

11、b-keto nitrilesQuestions:Please write out the main products:(1)2CH3CCH=CH2OOO+t-BuOKTHF(2)(CH3)2C=CHCCH=C(CH3)2ONaOHOOCH2CH2COCH3CH2CH2COCH3C=CHCCH=CCH3CH2H3CH3CO123456O456123H3CH3CCH3Questions:What reagents would you use to prepare the following compounds?O123H2CCOOCH3COOCH345+OCHCOOCH3COOCH3(1)(2)

12、CH3CCH2CH2CH(COCH2CH3)2OO1234512345CH3CCH=CH2O1 23CH2(COCH2CH3)245O+2. Stork enamine reactionEnamines can be used in place of enolates in Micheal reactions. 3. Robinson环合反应合成六元环OG+ CH2=CHCCH3OHGOOGOOGOC2H5ONaNaOH-H2OM Mi ic ch ha ae el l加加成成分分子子内内羟羟醛醛缩缩合合G=H, R, Ar, COOR, OCR等等O反应特点：一个环上再加一个环；反应特点：一

13、个环上再加一个环； 两环相稠合的碳原子上引角两环相稠合的碳原子上引角 甲基甲基( (两个环上共用碳上甲基两个环上共用碳上甲基) )Sir Robert Robinson (18861975)英国英国 1947年获奖年获奖R. Robinson, et.al., J. Chem. Soc. 1935, 1285.R. Levine; et.al., Chem. Rev., 1954, 54, 449.M.E. Jung, et.al., Org. Lett., 2019, 5, 137.1 , 5 - d i k e t o n e s c a n u n d e r g o a n intra

14、molecular aldol addition to form cyclic b-hydroxyketones or a, b-unsaturated ketonesOOO 加成-缩合Robinson成环CCOOH1, 5-二羰基化合物:B-例如例如:(1)CH3CCH=CH2OOO+t-BuOKTHFOOCH2CH2COCH3NaOHH2OOOHOOOApplied in synthesise.g.OCOOC2H5OCH3COOC2H5OCH3COOC2H5OO+ketoesterketoesterLudwig Claisen (18511930)德国化学家德国化学家comparison

15、of aldol reaction with Claisen condensationthe reaction is reversibleWith a sodium alkoxide as a base, a successful Claisen condensation requires an ester with two a-hydrogens and an equivalent amount of base rather than a catalytic amount of base.irreversiblethe hydrogen is necessaryan equivalent a

16、mount of base is necessary for an ester with only one a-H, stronger base like LDA, or sodium trityl三苯甲基钠三苯甲基钠should be used as base，the pKa value of tritane三苯甲烷三苯甲烷is about 31.5(CH3)2CHCOOC2H5 + (C6H5)3C- Na+Et2O(CH3)2C- COOC2H5 + (C6H5)3CHNa+pKa 31.5pKa 25irreversible(CH3)2CH COC2H5O+-C COOC2H5CH3C

17、H3(CH3)2CH COCCH3CH3COOC2H5+ C2H5O-(CH3)2CH COCCH3CH3COOC2H5+(C6H5)3C- Na+(CH3)2C-COCCH3COOC2H5CH3Na+ (C6H5)3CH+ NaH and KH are common bases used in Claisen condensation. ethane formed in the reaction may react with NaH, enforcing the equilibrium to move to the product side.2CH3COOC2H5NaHCH3COC-HCOO

18、C2H5 + C2H5OHNa+C2H5OH + NaHC2H5O- + H2 Claisen condensation is reversible. With a catalytic amount of base, a b-diketone can decompose to the starting ester.(CH3)2CH COCCH3CH3COOC2H5C2H5ONa(cat. amount)2CH3COOC2H52(CH3)2CHCOOC2H5C2H5OHCH3COCH2COOC2H5C2H5ONa(cat. amount)C2H5OH, 1800C例题与习题例题与习题完成下列反应

19、，写出主要产物完成下列反应，写出主要产物C2H5ONa(cat. amount)C2H5OHCH3COCHCOOC2H5CH3OCOOC2H5C2H5ONa(cat. amount)C2H5OHCH3COOC2H5 + CH3CH2COOC2H5OCOOC2H5OC2H5CH3CH2CH2COOC2H5 + CH3CH2COOC2H5EtONaCH3CH2CH2COCHCOOC2H5CH2CH3+CH3CH2COCHCOOC2H5CH3+ CH3CH2CH2COCHCOOC2H5 + CH3CH2COCHCOOC2H5CH3CH2CH3 a mixed Claisen condensation

20、 两个都具有两个都具有a-H的酯将得到四个产物的酯将得到四个产物ABCD a mixed Claisen condensation 如果其中一个酯没有如果其中一个酯没有a-H，则可以得到单一产物，则可以得到单一产物 例如：使用苯甲酸酯、草酸酯、甲酸酯：例如：使用苯甲酸酯、草酸酯、甲酸酯：+ CH3CH2COOC2H5(1) NaHCOOC2H5COCHCOOC2H5CH3(2) H+(COOC2H5)2+ CH3CH2COOC2H5(1) EtONa(2) H+ CH3CHCOOC2H5COCOOC2H5HCOOC2H5(1) EtONaHCCHCOOC2H5OCH3(2) H+CH2COOC

21、2H5例题与习题例题与习题完成下列反应，写出主要产物完成下列反应，写出主要产物NCOOCH3+ CH3CH2COOC2H5NaH(1)OCOOC2H5+ CH3COOC2H5EtONa(2)CH2CN(4)+ (C2H5O)2COEtONa(3)C10H21COOC2H5 + (COOC2H5)2EtONaNCOCHCOOC2H5CH3OCOCH2COOC2H5C9H19CHCOOC2H5COCOOC2H5CHCOOC2H5CN2. Dieckmann condensation intramolecular condensation to form a cyclic b-keto ester

22、a 1,7-diester may form a six-member ring b-keto ester 例题与习题例题与习题 完成下列反应，写出主要产物：完成下列反应，写出主要产物：NaOC2H5(1)(2)(3)CH3CHCH2CH2COOC2H5CH2CH2COOC2H5CHC2H5OOCCH2COOC2H5CH2CH2COOC2H5NaOC2H5CPhCH2CH2COOC2H5CH2CH2COOC2H5COOC2H5NaOC2H5OCOOC2H5H3COCOOC2H5PhCOOC2H5COOC2H5OCOOC2H512543123453个不同的个不同的a-H3. 用酰氯或酸酐进行酯的

23、酰基化用酰氯或酸酐进行酯的酰基化 一元酸酯在强碱作用下，可用酰氯或酸酐一元酸酯在强碱作用下，可用酰氯或酸酐进行酰基化，反应需要在非质子型溶剂中进行，进行酰基化，反应需要在非质子型溶剂中进行，(CH3)2CHCOOC2H5Ph3C- Na+Et2O(CH3)2CCOOC2H5Na+C6H5COCCOOC2H5CH3CH3C6H5COClEt2OCH3COOC2H5LDATHF, -780CLi+(1) (CH3)3CCOClCH2=CO-OC2H5(2) H2O(CH3)3CCOCH2COOC2H5CH3COOC2H5LDATHF, -780CCH2=COSi(CH3)3OC2H5(CH3)3S

24、iCl(1) CH2=CHCH2COCl(2) H2OCH2=CHCH2COCH2COOC2H54. Acylation of ketones and aldehydes condensation of a ketone and an ester, or acid anhydride to form a b-keto aldehyde or a b-diketonemore acidityno a-Ha good method via enaminesH3C COCH2COOEtH2OH3C COCH2COO:. .-CO2H3C COCH2H3C COCH2H2OH3C COCH2COOH-

25、CO2H3C CCH2OH互变异构H3C COCH3 稀 OHH当当-碳与不饱和键相连时，一般都通过环状过渡态机理失羧。碳与不饱和键相连时，一般都通过环状过渡态机理失羧。OHOCH2CCORORCCH2COHO ORCCH3CH2RCOH-CO2互变异构互变异构H3C COCH2COOEt浓 OHH3C C CH2COOEtOHOH3C COOH+H2CCOOEtH3C COO+H3C COOEtH2O2CH3COOH+C2H5OHDH(CH3)3CCOCH2COOC2H5(1) OH-(2) H+(CH3)3CCOCH3+ C2H5OH + CO2(1) con. OH-(2) H+(CH3

26、)3CCOOH + CH2COOHCH2=CHCH2COCH2COOC2H5(1) OH-(2) H+CH2=CHCH2COCH3+ C2H5OH + CO2CH2(COOEt)2稀 OHH2OHO COCH2COOH135-CO2HO CCH2OHHO COCH3互互变变异异构构H alkylation of ethyl acetoacetate and malonic esterH3C COCH2COOEtH3C COCHCOOC2H5H3C COCHCOOC2H5R-XH3C COHCCOOEtREtONa(1) EtONa(2) R-XH3C COCCOOEtRRCH3COCH2RRC

27、H2COOHCH3COCHRRCHCOOHRR取代甲基酮取代甲基酮取代甲基酮取代甲基酮取代乙酸取代乙酸取代乙酸取代乙酸H3C COCH2COOEtH3C COCHCOOC2H5H3C COCHCOOC2H5RCO-XH3C COHCCOOEtCORNaH-H2CH3COCH2CORRCOCH2COOHRCOCH3 酰化反应中一般选用酰化反应中一般选用NaH代替醇钠作为碱，以避免反应中代替醇钠作为碱，以避免反应中的醇与酰卤反应。的醇与酰卤反应。取代甲基酮取代甲基酮二二酮酮H3C COCH2COOEtC2H5ONaH3C COCH2COOEt1) NaOH2) RCOX3) H2OH3C COCH

28、COOEtCOR1) 稀OH-2) H+,H3C COCH2COR1) RX2) H2O1) EtONa2) RX3) H2OH3C COCCOOEtH3C COCHRRRCHRCOOHH3C COHCRCOOEtH3C COCH2RCH2COOHR1) OH-2) H+,1) 稀OH-2) H+,1) 稀OH-2) H+,1) 浓OH-2) H+,RR二羰基化合物的反应与应用二羰基化合物的反应与应用Example 13. Designing a synthesisExample 24、1, 3-二羰基化合物的二羰基化合物的g-烷基化和烷基化和g-酰基化酰基化 1, 3-二羰基化合物在二分子强

29、碱如二羰基化合物在二分子强碱如KNH2，NaNH2，RLi等作用下，可以形成等作用下，可以形成双负离子，再与一分子卤代烃或酯反应，可在双负离子，再与一分子卤代烃或酯反应，可在g-位进行烷基化或酰基化反应，反应具有区域位进行烷基化或酰基化反应，反应具有区域选择性。选择性。CH3COCH2COOEt2NaNH2-H2C COCH-COOEtH2CCO-CHCO-OEtNH3(l)(1) R-X(2) NH4ClRCH2COCH2COOEt(1) RCOOEt(2) NH4ClRCOCH2COCH2COOEt1NaNH2H3C COCH-COOEt-H2C COCH2COOEtmore stable

30、COCH2COCH32NaNH2-HC COCH-COCH3CHCO-CHCO-CH3NH3(l)(1) R-X(2) NH4Cl(1) RCOOEt(2) NH4ClH2CCOCH2COCH3HCCOCH2COCH3HCRCORH2C COCH-COCH2-less stable+more stable 不对称不对称1, 3-二羰基化合物有两个二羰基化合物有两个g-位，则反应在位，则反应在酸性较强的酸性较强的g-位进行。位进行。例题与习题例题与习题1.从环己醇出发合成下列化合物从环己醇出发合成下列化合物(1)(2)CH2C2H5OCH2C2H5OCOOC2H52.完成反应：完成反应：(1)(

31、2)H3CH2COCOOC2H5CH2COCH2COCH32NaNH2NH3(l)(1) CH3CH2CH2Br(2) NH4ClOH3CCOOC2H5KNH2NH3(l)(1) CH3CH2Br(2) NH4Cl(3)2NaNH2NH3(l)(1) CH3COOC2H5(2) NH4Cl十十 醛酮与醛酮与Witting试剂反应试剂反应Wittig试剂的合成方法：试剂的合成方法：G. F. K. Wittig(18971987)德国德国 1979年获奖年获奖RRCH2XPh3P +Ph3P CHRRXn-BuLiPh3P CRR-磷叶立德磷叶立德【注意】R?和R?=烷基和芳基Ph3+-CH2-

32、3PhH + PCl3Ph3PPh3P + CH3XPh3P+-CH3X-C6H5LiPh3P + XCH2COOC2H5Ph3P+-CH2COOC2H5 X-K2CO3Na2CO3, NaOH, NaOR, NaNH2, NaH, RLi魏悌息试剂制备魏悌息试剂制备Ph3PCHCOOC2H5+-Ph-CH2P+PhPhPhCH2PPhPhC=O + Ph3P-CR2Ph3P=CR2 C=CR2 + Ph3P=O反应机理反应机理Ph3P-CR2+-O=CPh3P-CR2+-O-CPh3P-CR2O-CPh3P CR2O CC=CR2 + Ph3P=OH3COCCH2CH2COCH3 + Ph3

33、P-CH2OO*1醛最快，酮次之。醛最快，酮次之。酯最慢。所以可进行酯最慢。所以可进行选择性反应。选择性反应。H3COCCH2CH2COCH3CH2O*2PhCHO + Ph3P-CH2C6H5Cl-NaOEtEtOH, 25CPhHCPhHCPhHCHPh41 %35 %+CH3CH=O + (C6H5)3P-CCH3COCH3*3CH2Cl2CH3CHCCH3COCH396 %亲核性好的叶利德比较活泼亲核性好的叶利德比较活泼.活泼叶利德反应时，常得活泼叶利德反应时，常得Z, E-烯烃的混合物烯烃的混合物.稳定叶利德反应时，稳定叶利德反应时，E型产物为主型产物为主.+-魏悌息魏悌息-霍纳尔试

34、剂：霍纳尔试剂：(I)(II)(EtO)2POO(EtO)2P-CHRCHR(EtO)2PO EtCH2RBr-(C2H5O)3P + RCH2BrO(EtO)2P-CH2R(EtO)2POO(EtO)2P-CHRCHR魏悌息魏悌息 霍纳尔试剂霍纳尔试剂-EtBrNaH 魏悌息魏悌息-霍纳尔试剂与醛、酮反应，制备烯烃，霍纳尔试剂与醛、酮反应，制备烯烃，这一反应称为魏悌息这一反应称为魏悌息(Wittig, G.) -霍纳尔霍纳尔(Horner, L.)反响。反响。(比魏悌息反应容易进行比魏悌息反应容易进行)反式烯烃反式烯烃二乙磷酸钠二乙磷酸钠(溶于水，后溶于水，后处理较易处理较易)RCHO+(E

35、tO)2PCHRNa+O_(EtO)2PCHRNa+O-_+RHHR+ (EtO)PONaO反应规律：生成的烯烃以反式为主反应规律：生成的烯烃以反式为主.C CCHHCO2EtCH2C2H566 %OCHRPCHROROROCCHRRHOPOORORCCHRRH+ (RO)2PO-OCH2=C-CH=O + (EtO)2PCH2CO2EtOEtONaC2H51 用来制备环外烯烃用来制备环外烯烃2 制备制备,-不饱和羰基化合物不饱和羰基化合物CH3CCH3 + (EtO)2P+-CHCOOC2H5 Na+OO-(CH3)2C=CHCOOC2H5 + (C2H5O)2P+-O- Na+O-70 %

36、35%-40 %Et2OCH2+ Ph3P-CH2O25oC(C6H5)2C=C=O + (EtO)2P+-CHCOOC2H5 Na+O-(C6H5)2C=C=CH-COOC2H532 %4 合成多烯类天然产物合成多烯类天然产物CH=OCH2OHPh3P+(10 C)(10 C)CH2OHVitamin A (20 C)R2S-CH2OR2S=CH2O+-R2S-CH2R2S=CH2+-1 硫叶利德的结构硫叶利德的结构2 硫叶利德的制备硫叶利德的制备CH3-S-CH3 I -OCH3+CH3-S-CH3 + CH3IOR2S-CH2OR2S=CH2O+-HINaH, (CH3)2SO3d-p共

37、轭共轭CH3SCH3 + CH3I(CH3)3S+I-NaNH2-HClR2S-CH2R2S=CH2+-硫叶利德与醛、酮反应可制备环氧化合物或环丙烷衍生物。硫叶利德与醛、酮反应可制备环氧化合物或环丙烷衍生物。与非共轭醛、酮反应可制备环氧化合物与非共轭醛、酮反应可制备环氧化合物R2C=O +O+CH2-S(CH3)2-O+CH2-S(CH3)2R2CO-ORR+ (CH3)2S=OO+CH2-S(CH3)2-(CH3)3CO(CH3)3CO3 硫叶利德的反应硫叶利德的反应CCH3OO+CH2-S(CH3)2-CCH3OCCH3OO+CH2-S(CH3)2-CCH3OO+CH2-S(CH3)2-分

38、子内亲核取代分子内亲核取代共轭加成共轭加成分子内亲核取代分子内亲核取代RCCH2RO+CH2O+HN(CH3)2H+RCCHORCH2NCH3CH3思考题：反应机理如何？以下反应机理又如何？思考题：反应机理如何？以下反应机理又如何？CH2CHOCH2CHO+ NH2CH3CH2COOHCCH2COOHONCH3OCOOHHOOCNCH3O颠茄酮颠茄酮CHNR2HCH2CROH-HCHNHR2HCH2CORCHNHR2HCH2COHR+CH2ONHRRCHNR2OHH-H2OHCHNR2H+反应机理反应机理:Mannich 反应的适用范围：反应的适用范围： 醛醛胺：氨、伯胺、仲胺胺：氨、伯胺、仲胺至少含一个活泼氢的化合物：至少含一个活泼氢的化合物：CH3COCH3,CH3HOCH3NO2, CH3COCH2COOR,RCHCOOEtBrZn:RHCCOOEtZnBrRORRORROOEtZnBrH2OROHRROOEt-羟基酯R