羰基化合物的反应

1、1,第 7 章 羰基化合物的反应,7.1羰基的特点 烯醇化及互变异构,2,a. 通过在含氘溶剂DS中H-D交换间接测定烯醇形成的速度,b.通过测定羰基化合物卤代反应速度，间接测定互变异构速度,3,羰基的分子轨道,E1 = + 1.618, 1 = 0.526C + 0.851O E2 = 0.618, 2 = 0.851C 0.526O 电荷分布：qC = 2*0.5262 = 0.553; qO = 2* 0.8512 = 1.448,4,轨道作用: LUMO能量降低，碳原子系数增大，有利于亲核 试剂的进攻 静电相互作用: 碳原子正电荷增加，有利于亲核试剂进攻,质子化甲醛,未质子化甲醛,5,

2、6,羰基亲核加成的一般机理,7,羰基的反应性：亲核性，亲核试剂进攻碳原子,8,9,R或R = OH, OR, NH2（羧酸衍生物）反应的结果是取代 （加成/消除）,酸催化加成/消除机理,10,7.2 与羰基相连基团对其反应性能的影响, +C, +I效应使羰基碳的正电荷量减下，其反应性能减弱 强吸电子基则使羰基碳的正电荷量增加，与亲核试剂的反应性能加强 空间效应也是影响羰基反应性能的重要因素,常见的羰基化合物的活泼次序,11,Approximate Equilibrium Constants at 25 C for the Reaction of,12,羰基化合物反应的通式,13,Scope o

3、f the reaction: :Nu + R-(C=O)-X R-(C=O)-Nu + X,Nu: OR NR2 OCOR Hal SR OC6H4NO2(Opnp) esters amides anhydrides acyl thiol p-nitrophenyl ester halides esters H2O (OH-, H3O+) ROH R2NH RSH H-(AlH4) R S2O32, RO2, OCl ,14,7.3 羰基加成可能的反应进程图,15,当受到强亲核试剂进攻时,第一步是决速步无酸催化（k-1 k2HA 时，显示一般酸催化，质子转移为决速步,18,当亲核试剂很弱时中

4、间体寿命极短，不能存在。亲核试剂进攻与质子转移同步进行。可观察到一般酸催化,19,例：羰基化合物的酸/碱催化水合,酸催化,20,例：羰基化合物的酸/碱催化水合,碱催化,21,例：醛、酮对HCN的加成,碱催化,22,醛、酮与HCN加成的平衡常数（20C, 96%EtOH）,R1 Ph p-MeC6H4 p-MeOC6H4 p-NO2C6H4 Ph R2 H H H H Me K 236 114 32.7 1820 0.77 R1 Me Me Me Me R2 Me Et iPr tBu K 33 38 65 32 环酮 环戊酮 环己酮 环庚酮 环辛酮 K 48 1000 7.8 1.17,23,

5、7.4 加成的立体化学,The two faces R = R, homotopic R R, enantiotopic R and/or R = stereogenic diastereotopic,24,25,构象分析确定产物的立体化学：Cram规则,开链模型 （S: smallest; M: medium; L: largest）,MO作用能量低于LO之间的作用，A/B 1,26,Examples,27,28,29,环状模型,当-C上连有-OH, -OR, -NHR 等基团时，R-MgX等金属化合物在反应瞬间与羰基及OH等基团形成环状中间体，R由五员环空间阻碍较小的一侧进攻羰基碳原子,3

6、0,例：当OH为S基团时， 如S = OH, M = Me, L = Ph时,开链模型会产生错误，只能用环状模型,MeLi,31,32,Around and beyond Crams rule,Mengel A, Reiser O CHEMICAL REVIEWS 1999, 99 (5): 1191-1223.,33,Prelogs Method: Determination of the absolute configuration in the process of the asymmetric synthesis of atrolactic acid,34,Prelog 规律,35,P

7、relog规则-应用实例,36,7.5 羧酸酯的反应,7.4.1 羧酸酯的水解,1酰氧断裂机理,酸催化: 一般为可逆反应， AAc2机理 (A: acidic; Ac: acyl-oxygen; 2: bimolecular). Rate = k2esterH3O+,37,碱催化:一般为不可逆反应，酰氧断裂，机理为BAc2 (B: basic) Rate = k2esterOH,酰氧键断裂的同位素证据,立体化学证据,38,2. 烷氧断裂机理（Alkyl-oxygen cleavage）: The AAl1 mechanism.,例如:当烷基为叔丁基时，由于空间位阻效应及(CH3)3C+ 较稳定

8、,39,3. 分子机理：the AAc1 mechanism,例如:强而浓度大的酸中（conc. H2SO4），发生酰氧断裂,40,7.4.2 酸酸酯的取代反应,在较强亲核试剂作用下，能发生取代反应。如,41,7.5 Wittig 反应,双键的立体异构与碳原子上原有取代基有关，也与反应条件（反应温度、所用溶剂、有无金属盐等）有关。see a review: J. Am. Chem. Soc. 1988, 110, 3948. See also J. Am. Chem. Soc. 1990, 112, 3905.,42,43,例如,其它ylide: 如锍、砷等 P, As, S 与C的电负性相当，不形成双键 3d或4d轨道为空轨道,44,锍Ylide的制备 及反应,与醛、酮化合物的反应：,45,改进的Wittig反应，反应条件温和，亲核性更强，副反应少,PO试剂,46,7.6 羰基反应的应用,Knoevenagel-condensation benzoin condensation Cannizzaro reaction Claisen-condensation Nitrolaldol reaction (Henry reaction) Aldol condensation enamine reaction Stobbe reaction Da