第十三章羰基化合物的亲核加成和取代反应

本章主要内容一、羰基的结构及反应特性二、羰基的亲核加成

1.

概述

2.

含O,S亲核试剂

3.

含N亲核试剂

4.

含C亲核试剂

5.

a,

b–不饱和羰基的亲核加成三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应第一页，共七十八页。一、羰基的结构及反应特性1.羰基的结构特点羰基是一个不饱和极性共价键，受氧的吸电子作用影响，羰基中碳原子带部分正电荷，容易接受亲核试剂的进攻，发生亲核加成反应。第二页，共七十八页。一、羰基的结构及反应特性2.

各种含羰基的化合物(1)ClassI---醛和酮主要发生亲核加成反应(2)ClassII---羧酸及其衍生物,主要发生亲核取代反应第三页，共七十八页。一、羰基的结构及反应特性3.

发生在羰基上反应的类型（亲核反应）1)

亲核加成2)

羰基氧被N取代3)

羰基氧被C取代4)

亲核取代反应第四页，共七十八页。一、羰基的结构及反应特性4.

亲核反应活性---醛和酮烷基给电子作用第五页，共七十八页。一、羰基的结构及反应特性4.

亲核反应活性---醛和酮空间位阻影响第六页，共七十八页。一、羰基的结构及反应特性4.

亲核反应活性---羧酸衍生物酰卤>酸酐>醛>酮>羧酸~酯>酰胺取决于与羰基相连的基团的电子效应第七页，共七十八页。二、羰基的亲核加成1.Introduction(1)Nucleophiles负离子亲核试剂（碱性条件）：

¯OH、¯OR、¯SR、¯H、¯C≡N、¯C≡CR、

¯CR3（M-R）中性分子亲核试剂（中性或酸性条件）：

HOH、HOR、HSR、NH3、H2NR、HNR2第八页，共七十八页。二、羰基的亲核加成1.Introduction(2)Mechanism

碱性条件下

酸性条件下+第九页，共七十八页。二、羰基的亲核加成1.Introduction(3)Stereochemistry非手性条件下，得外消旋体第十页，共七十八页。二、羰基的亲核加成1.Introduction(3)Stereochemistry手性条件下，有立体选择性，遵循Cram法则：羰基上的R基团与大的基团(L)

呈重叠式构象，羰基氧则处于中等基团(M)

与较小基团(S)

中间，亲核试剂从小的基团这一方进攻为主要进攻方向。第十一页，共七十八页。二、羰基的亲核加成2.

含O,S亲核试剂

包括H2O,ROH,RSH和NaHSO3。可逆反应。(1)H2O（水合反应）酸碱催化,加快反应达到平衡,但不会影响平衡移动。第十二页，共七十八页。(1)

H2OIR中无C=O吸收峰羰基连有吸电子基团的容易形成水合物第十三页，共七十八页。二、羰基的亲核加成2.

含O,S亲核试剂(2)ROH酸催化:

固体酸，如TsOH（对甲基苯磺酸）无水酸，如干燥HCl气体半缩醛半缩酮缩醛缩酮第十四页，共七十八页。(2)ROH可逆反应，通过油水分离器不断除去反应过程中形成的水，使反应完全。缩醛和缩酮在碱性条件下稳定，酸性水溶液中加热又回复到醛、酮。因此，可利用这一反应保护醛酮的羰基。第十五页，共七十八页。(2)ROH羰基的保护，例1第十六页，共七十八页。2.

含O,S亲核试剂(2)ROH羰基的保护，例2第十七页，共七十八页。二、羰基的亲核加成2.

含O,S亲核试剂(3)RSH第十八页，共七十八页。Summary:羰基还原成亚甲基的方法酸性条件碱性条件中性条件第十九页，共七十八页。二、羰基的亲核加成2.

含O,S亲核试剂(4)NaHSO3产物为盐，溶于水，用于将醛酮与其他不溶于水的有机物分开脂肪甲基酮和环酮易发生反应(位阻影响活性)第二十页，共七十八页。二、羰基的亲核加成3.

含N亲核试剂(1)RNH2

andNH2Z相当于羰基氧被氮所取代，形成亚胺(imine)第二十一页，共七十八页。二、羰基的亲核加成3.

含N亲核试剂(1)RNH2

andNH2Z经历亲核加成和脱水两个步骤。第二十二页，共七十八页。二、羰基的亲核加成3.

含N亲核试剂(1)RNH2

andNH2Z可逆，经酸水解可得回醛酮。含N亲核试剂不同，产物的结构和名称也各不相同，见下表。第二十三页，共七十八页。(1)RNH2

andNH2Z表13-1氨基衍生物与醛酮加成反应反应物生成物NH2Z名称结构式名称NH2R1°胺席夫碱（shiffbase）NH2OH羟胺肟（oxime）NH2NH2肼腙（hydrazone）NH2NHC6H5苯肼苯腙(phenylhydrazone)NH2NHCONH2氨基脲缩氨脲（semicarbazone）第二十四页，共七十八页。二、羰基的亲核加成3.

含N亲核试剂(2)R2NH经历亲核加成和脱水两个步骤脱水发生在羰基的a-C上，形成烯胺(enamine)第二十五页，共七十八页。(2)R2NH思考题：写出2-甲基环己酮与仲胺反应的产物第二十六页，共七十八页。二、羰基的亲核加成3.

含N亲核试剂(2)R2NH反应可逆，经酸水解可得回醛酮。醛酮可以通过烯胺进行α-烷基化和α-酰基化反应，合成上应用广泛（见第十四章）第二十七页，共七十八页。二、羰基的亲核加成4.

含C亲核试剂(1)¯CN第二十八页，共七十八页。二、羰基的亲核加成4.

含C亲核试剂(2)¯C≡CR第二十九页，共七十八页。二、羰基的亲核加成4.

含C亲核试剂(3)有机金属试剂格氏试剂、有机锂试剂等广泛用于合成各级醇及羧酸等有机物格氏试剂的应用---由醛酮合成各级醇第三十页，共七十八页。

格氏试剂的应用---由羧酸衍生物合成醇

格氏试剂的应用---其他第三十一页，共七十八页。格氏试剂的应用总览低温和空间位阻作用以及使用不活泼的金属试剂可能将反应控制在酮的阶段第三十二页，共七十八页。

格氏试剂的应用---由醛酮合成各级醇第三十三页，共七十八页。第三十四页，共七十八页。二、羰基的亲核加成4.

含C亲核试剂(4)Ylide试剂Ylide试剂是一类化合物，其中两个相邻原子具有完整的八隅体电子构型，而这两个原子却分别带有不同的电荷，典型的ylide试剂有磷ylide试剂（phosphoniumylide）：第三十五页，共七十八页。磷Ylide试剂的形成二、羰基的亲核加成4.

含C亲核试剂(4)Ylide试剂第三十六页，共七十八页。Wittig反应醛酮与磷ylide反应形成烯烃

三苯基氧磷第三十七页，共七十八页。Wittig反应

---双键的形成位置是确定的，（与E2反应不同）具有一定的立体选择性

顺反烯烃的生成受条件和Ylide试剂的结构、活性等影响很大第三十八页，共七十八页。Wittigreaction

mechanism氧磷四员环中间体第三十九页，共七十八页。TheuseofWittigreactioninindustryb-胡萝卜素第四十页，共七十八页。羰基亲核加成小结2.

含O,S亲核试剂4.

含C亲核试剂----C-C键的形成(4)Ylide试剂(3)

有机金属试剂(2)¯C≡CR(1)¯CN3.

含N亲核试剂(1)RNH2andNH2Z包括H2O,ROH,RSH

和NaHSO31.

概述

----结构、机理、反应活性、立体化学(2)R2NH羰基的保护醛酮的分离纯化亚胺及其衍生物的形成烯胺的形成α-羟基腈、α-羟基酸和β-氨基醇炔醇C=C各级醇、醛酮第四十一页，共七十八页。例题与习题反应活性1.

下列化合物用氢化铝锂（LiAlH4）还原时活性最高的是A、丙酰胺B、丙酸酯C、丙酮2.

下列化合物发生水解反应的速率最快的是CC第四十二页，共七十八页。例题与习题反应活性3.

下列羰基化合物中最容易生成水合物的是A、乙醛B、三氟乙醛C、丙酮4.

下列化合物中-氢(红色)

酸性最弱的是BB第四十三页，共七十八页。5.

下列化合物中-

氢(红色)pKa值最小的是6.

Listingthefollowingestersinorderofdecreasingreactivitytowardshydrolysis(水解)A例题与习题反应活性b>a>d>c第四十四页，共七十八页。Solutionofproblem6

Aciditydecreasinginthefollowingorder

Relativebasicitiesoftheconjugatedbasesincreasinginthefollowingorderandthereactivitydecreasing例题与习题反应活性第四十五页，共七十八页。例题与习题试剂反应特点1.

与化合物A主要发生1,2-亲核加成的试剂是2.

可以将酮羰基还原成亚甲基的方法是

A、锌汞齐—盐酸

B、硼氢化钠（NaBH4）

C、催化氢化CA第四十六页，共七十八页。例题与习题试剂反应特点3.

能与化合物A发生亲核加成的试剂有(多选)：4.

下列反应可以在碱性条件下进行的是

A、用羧酸和醇合成酯B、缩醛的水解

C、酯的水解CBCD第四十七页，共七十八页。例题与习题试剂反应特点5、格氏试剂的制备和使用通常在以下哪种溶剂中进行：

A.ethyletherB.THFC.DMSOD.DMFE.acetoneAB第四十八页，共七十八页。二、羰基的亲核加成5.,–

不饱和羰基的亲核加成Both1,2-additionand1,4-additioncanhappen,theyarealsocalledasdirectaddition(直接加成)andconjugatedaddition（共轭加成）12344第四十九页，共七十八页。1,2-addition1,4-addition第五十页，共七十八页。二、羰基的亲核加成影响

1,2-

和

1,4-加成的因素:亲核试剂的碱性和空间位阻。(1)

亲核试剂的碱性Nucleophilesthatarestrongbases,suchasRLiandLiAlH4,tendtoformdirectadditionproducts.Nucleophilesthatarerelativelyweakbases,suchas¯CN,amines,thiols,andX¯,usuallyformconjugatedadditionproducts.第五十一页，共七十八页。影响

1,2-

和

1,4-加成的因素:(1)

亲核试剂的碱性Explanation:

---

Directadditionisirreversible(不可逆,

strongbase)orreversible(可逆,

weakbase).

---

Conjugatedadditionisirreversible.第五十二页，共七十八页。(1)

亲核试剂的碱性强碱---1,2-加成第五十三页，共七十八页。(1)

亲核试剂的碱性弱碱---1,4-加成第五十四页，共七十八页。影响

1,2-和1,4-加成的因素(2)

空间位阻二、羰基的亲核加成第五十五页，共七十八页。二、羰基的亲核加成影响

1,2-和1,4-加成的因素(2)

空间位阻第五十六页，共七十八页。1.Mechanismfornucleophilicsubstitution三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应碱性条件酸性条件第五十七页，共七十八页。三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应2.ReactionactivityTheweakerthebase,thebetteritisasaleavinggroupThelessbasicthesubstituent(Y),themorereactivethecarboxylicacidderivative强碱容易取代弱碱第五十八页，共七十八页。三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应2.Reactionactivity碱性强弱顺序为：

X¯<RCOO¯<RO¯~HO¯<R2N¯

反应活性顺序为：第五十九页，共七十八页。三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应2.ReactionactivityForacarboxylicacidderivativetoundergoanucleophilicacylsubstitutionreaction,theincomingnucleophilemustnotbeamuchweakerbasethanthegroupthatistobereplaced.Acarboxylicacidderivativecanbeconvertedintoalessreactivecarboxylicacidderivative,butnotintoonethatismorereactive.强碱容易取代弱碱高活性的羧酸衍生物可以转变成低活性的第六十页，共七十八页。三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应TheR-andH-inaldehydesandketones,arethestrongestbase,so,theycannottakeplacethenucleophilicsubstitutionreaction.Acylhalideandacidanhydridesarenotfoundinnaturebecauseoftheirhighreactivity2.Reactionactivity第六十一页，共七十八页。三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应3.Interconvertionofcarboxylicacidderivatives(1)hydrolysis(水解)有时水解反应是要避免的反应第六十二页，共七十八页。三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应3.Interconvertionofcarboxylicacidderivatives(2)Alcoholysis(醇解)andaminolysis(氨解)H+第六十三页，共七十八页。4.Preparationofacylhalide三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应第六十四页，共七十八页。三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应5.Preparationofacidanhydride第六十五页，共七十八页。羧酸衍生物的相互转化***第六十六页，共七十八页。本章主要内容一、羰基的结构及反应特性二、羰基的亲核加成

1.

概述

2.

含O,S亲核试剂

3.

含N亲核试剂

4.

含C亲核试剂

5.

a,

b

–不饱和羰基的亲核加成三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应第六十七页，共七十八页。例题与习题完成反应请在括号中填上必要的试剂或反应条件，或写出反应的主要产物，必要时，请表示出产物的立体构型。第六十八页，共七十八页。例题与习题