有机化学 亲核加成 机理课件

第十三章羰基化合物的亲核加成和取代反应NucleophilicAdditionsandSubstitutionsofCarbonylCompounds

有机化学亲核加成机理本章主要内容羰基的结构及反应特性羰基的亲核加成

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羧酸及其衍生物的亲核取代反应有机化学亲核加成机理一、羰基的结构及反应特性1.羰基的结构特点

Thecarbonylgroupispolarandthepartialpositivechargeonthecarbonylcarboncausescarbonylcompoundstobeattactedbynucleophiles.有机化学亲核加成机理一、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(2)ClassII——羧酸及其衍生物主要发生亲核加成反应主要发生亲核取代反应有机化学亲核加成机理一、羰基的结构及反应特性3.发生在羰基上的反应的类型（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)亲核取代反应有机化学亲核加成机理一、羰基的结构及反应特性4.亲核反应活性烷基给电子作用有机化学亲核加成机理一、羰基的结构及反应特性4.亲核反应活性空间位阻影响有机化学亲核加成机理一、羰基的结构及反应特性一、羰基的结构及反应特性4.亲核反应活性酰卤>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有机化学亲核加成机理二、羰基的亲核加成Summary(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有机化学亲核加成机理二、羰基的亲核加成Summary(2)Mechanism

碱性条件下

酸性条件下有机化学亲核加成机理二、羰基的亲核加成Summary(3)Stereochemistry非手性条件下，得外消旋体有机化学亲核加成机理二、羰基的亲核加成Summary(3)Stereochemistry手性条件下，有立体选择性，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。有机化学亲核加成机理二、羰基的亲核加成2.含O,S亲核试剂包括H2O,ROH,RSH,和NaHSO3(1)H2O酸碱催化，加快平衡的达到，但不影响平衡移动。水合物有机化学亲核加成机理

Keq2×10-31.42.3×103IR中无C=O吸收峰二、羰基的亲核加成(1)H2O羰基连有吸电子基团的容易形成水合物有机化学亲核加成机理二、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

无水酸，如干燥HCl气体有机化学亲核加成机理(2)ROH例1

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。二、羰基的亲核加成有机化学亲核加成机理(2)ROH羰基的保护，例1有机化学亲核加成机理(2)ROH羰基的保护，例2有机化学亲核加成机理二、羰基的亲核加成2.含O,S亲核试剂(3)RSH有机化学亲核加成机理二、羰基的亲核加成2.含O,S亲核试剂(4)NaHSO3产物为盐，溶于水用于将醛酮同不溶于水的有机物分开有机化学亲核加成机理二、羰基的亲核加成3.含N亲核试剂(1)RNH2andYNH2经历亲核加成和脱水两个步骤。相当于羰基氧被氮所取代，形成亚胺(imine)。可逆，经酸水解可得回醛酮。有机化学亲核加成机理(1)RNH2andYNH2表13-1氨基衍生物与醛酮加成反应反应物YNH2生成物基团Y名称结构式名称R1°胺席夫碱（shiffbase）OH羟胺肟（oxime）NH2肼腙（hydrazone）NHC6H5苯肼苯腙（phenylhydrazone）NHCONH2氨基脲缩氨脲（semicarbazone）有机化学亲核加成机理二、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上而非N上，形成烯胺(enamine)有机化学亲核加成机理二、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）有机化学亲核加成机理二、羰基的亲核加成4.含C亲核试剂(1)¯CN有机化学亲核加成机理二、羰基的亲核加成4.含C亲核试剂(2)¯C≡CR有机化学亲核加成机理二、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，也可用于合成醛酮。有机化学亲核加成机理格氏试剂的应用低温和空间位阻作用使用不活泼的金属试剂可能将反应控制在酮的阶段有机化学亲核加成机理有机化学亲核加成机理二、羰基的亲核加成4.含C亲核试剂(4)Ylide试剂

Anylideisacompoundthathasoppositechargesonadjacent,covalentlybondedatomswithcompleteoctetsofvalenceelectrons,forexample,aphosphoniumylide:有机化学亲核加成机理二、羰基的亲核加成4.含C亲核试剂(4)Ylide试剂Ylide试剂的形成有机化学亲核加成机理Wittigreaction

——thereactionofanaldehydeoraketonewithaphosphoniumylidetoformanalkene.

有机化学亲核加成机理Wittigreaction

——itiscompletelyregioselective,unlikeE2——itisalsostereoselective顺反烯烃的生成受条件和Ylide试剂的结构、活性等影响很大有机化学亲核加成机理TheuseofWittigreactioninindustry有机化学亲核加成机理5.a,b–不饱和羰基的亲核加成——1，2和1，4加成关于亲核加成的小结2.含O,S亲核试剂4.含C亲核试剂影响因素：(1)亲核试剂的碱性；(2)空间位阻(4)Ylide试剂(3)有机金属试剂(2)¯C≡CR(1)¯CN3.含N亲核试剂(1)RNH2andYNH2包括H2O,ROH,RSH,和NaHSO31.概述——结构、机理、反应活性、立体化学(2)R2NH——C-C键的形成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-氨基醇炔醇的合成C=C的形成各级醇的合成、醛酮的合成有机化学亲核加成机理二、羰基的亲核加成5.a,b–不饱和羰基的亲核加成Both1,2-additionand1,4-additioncanhappen,theyarealsocalledasdirectadditionandconjugatedaddition有机化学亲核加成机理有机化学亲核加成机理二、羰基的亲核加成影响1,2-和1,4-加成的因素(1)亲核试剂的碱性Nucleophilesthatarestrongbases,suchasRLiandLiAlH4,tendtoformdirectadditionproducts，forthereactionisirrersible.Nucleophilesthatarerelativelyweakbases,suchas¯CN,amines,thiols,andX¯,usuallyformconjugatedadditionproducts.有机化学亲核加成机理二、羰基的亲核加成影响1,2-和1,4-加成的因素(1)亲核试剂的碱性有机化学亲核加成机理(1)亲核试剂的碱性有机化学亲核加成机理影响1,2-和1,4-加成的因素(2)空间位阻有机化学亲核加成机理三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应1.Mechanismfornucleophilicsubstitution有机化学亲核加成机理三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应2.ReactionactivityTheweakerthebase,thebetteritisasaleavinggroupThelessbasicthesubstituent(Y),themorereactivethecarboxylicacidderivative有机化学亲核加成机理三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应碱性强弱顺序为：

X¯<RCOO¯<RO¯~HO¯<R2N¯

反应活性顺序为：2.Reactionactivity有机化学亲核加成机理三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应Foracarboxylicacidderivativetoundergoanucleophilicacylsubstitutionreaction,theincomingnucleophilemustnotbeamuchweakerbasethanthegroupthatistobereplaced.Acarboxylicacidderivativecanbeconvertedintoalessreactivecarboxylicacidderivative,butnotintoonethatismorereactive.2.Reactionactivity有机化学亲核加成机理三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应TheR-andH-inaldehydesandketones,arethestrongestbase,so,theycannottakeplacethenucleophilicsubstitutionreaction.Acylhalideandacidanhydridesarenotfoundinnaturebecauseoftheirhighreactivity2.Reactionactivity有机化学亲核加成机理三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应3.Interconvertionofcarboxylicacidderivatives(1)hydrolysis(水解)有机化学亲核加成机理三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应3.Interconvertionofcarboxylicacidderivatives(2)Alcoholysis(醇解)andaminolysis(氨解)有机化学亲核加成机理三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应4.Preparationofacylhalide有机化学亲核加成机理三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应5.Preparationofacidanhydride有机化学亲核加成机理三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应羧酸衍生物的相互转化***有机化学亲核加成机理本章主要内容羰基的结构及反应特性羰基的亲核加成

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羧酸及其衍生物的亲核取代反应有机化学亲核加成机理5.a,b–不饱和羰基的亲核加成——1，2和1，4加成关于亲核加成的小结2.含O,S亲核试剂4.含C亲核试剂影响因素：(1)亲核试剂的碱性；(2)空间位阻(4)Ylide试剂(3)有机金属试剂(2)¯C≡CR(1)¯CN3.含N亲核试剂(1)RNH2andYNH2包括H2O,ROH,RSH,和NaHSO31.概述——结构、机理、反应活性、立体