《碳杂重键的加1成》PPT课件.ppt

1、第六章 碳杂重键的加成-羰基化合物的反应,+,-,+,-,+,-,+,-,酸催化机理：,羰基质子化，可以提高羰基的反应活性， 也可以用Lewis酸来活化羰基,1 羰基质子化后，氧上带有正电荷，很不稳定， 电子发生转移，使碳原子带有正电荷。,2 决定反应速率的一步，是Nu -进攻中心碳原子的 一步。,决速步骤,一 羰基的亲核加成反应机理：,碱催化机理：,慢, 试剂进攻羰基上C原子，生成氧负离子的一步 是决定反应速率的一步。, 为使亲核试剂的负电荷裸露出来，增加亲核性， 常需碱催化： 产生高浓度的Nu-,四面体,决速步骤,酸除了活化羰基外，还能与羰基形成氢键：,质子性溶剂也起到同样作用：,都使羰基

2、活化。,问题： 当用H+质子，有Nu- + H+ = NuH 反应，而降低亲核试剂的有效浓度， - 要求有最佳的pH值,二. 羰基的活性,1. 底物的性质,反应活性取决于羰基的中心碳原子带有正电荷的多少。,(1) 电子效应,当羰基与具有+I或+C的基团直接相连时，由于增加了中心碳原子的电子云密度，故使反应活性降低。,-I或-C效应的基团使羰基碳原子的正电荷增加，反应活性增强，生成的水合物稳定性也增加。如三氯乙醛和六氟丙酮能和水形成稳定的水合物，能以晶体的形式离析。,或比较中间体的稳定性,(2) 空间效应,与羰基相连的基团空间效应越大，越不利于反应进行。,Nu,sp2杂化 平面三角型,sp3杂化

3、 四面体,R 越大，妨碍Nu:从背后进攻C原子。,角张力缓解：,sp2杂化，键角应为120, 实际为60, 角张力较大； 反应中，键角由60转化为10928 , 角张力得 到缓解。,这里，角张力缓解程度不大。,2. 试剂的亲核性, 对于同一羰基化合物，试剂的亲核性越强， 反应的平衡常数越大。,试剂的亲核性依次减弱,如：, 试剂的可极化度越大，则利于亲核加成 反应的进行。, 空间效应,具有较小体积的亲核试剂，利于反应进行。,R= 烷基时，k以CH2ORCH=OR2C=O 2. 水对羰基加成反应的平衡常数不利于水化方向，但醛或酮和它们的水化物之间的平衡能迅速地建立起来。,水合反应和酸碱催化,6.2

4、 羰基加成反应及产物,（1） 与水的反应,碱和酸都能催化水化反应,由半缩醛生成缩醛只能被酸催化,fast,slow,fast,fast,（2） 与醇的反应,半缩醛(酮),半缩醛(酮反应历程,缩醛(酮反应历程,决速步骤,碱?,（3） 与其他亲核试剂的反应,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。,6.4 羰基加成反应中的立体选择性,1 RMgX 2 H2O,+,次要产物,35oC R 主 次 CH3 2.5 : 1 C6H5 4 : 1 (CH3)2

5、CH 5 : 1 (CH3)3C 49 : 1 -70oC R 主 次 (CH3)3C 499 : 1 CH3 5.6 : 1,主要产物,Cram规则二：当醛或酮的-碳原子上连有羟基或氨基等可以和羰基氧原子形成氢键的基团时，试剂将从含氢键环的空间阻碍较小的一边对羰基进行加成。,Cornforth规则：如果在羰基的-碳原子上结合着一个卤原子，由于卤原子和羰基氧原子的电负性都很大，两者互相排斥，这时羰基化合物的优势构象是卤原子与羰基处于对位交叉位。反应时，试剂也是从空间位阻较小的一边进攻羰基。,取代基环己酮类的亲核加成反应，Dauben提出不是受立体接近控制就是受产物进展控制。,立体控制,产物控制

6、,a - 氢酸性与烯醇、烯醇负离子形成,1、Acidity of a-Hydrogens of Carbonyl Compounds 醇ROH的pKa约为1518， 的pKa 为25 醛酮RCH2COR羰基a-H的pKa约为1620 酯RCH2COOR羰基a-H的pKa 为25 可见在适当的碱作用下，醛酮羰基的a-H可以离解，而形成碳负离子 常用碱有： OH-，EtONa，t-BuOK，(i-Pro)2NHLi（LDA），PhLi等（RNH2 的pKa 为35，PhH的pKa 为44 ，水的pKa 为15 ）,6.5 碳负离子,2、Formation of Enolate 烯醇负离子由于羰基的

7、共轭作用得以稳定 弱碱如NaOH，RONa作用下，反应只能达到一定的平衡 强碱如LDA作用下，可以定量地转化为烯醇负离子,LDA lithium diisopropylamide a strong base but a poor nucleophile all carbonyl compound is converted to enolate prepared by BuLi with (CH3)2CHNHCH(CH3)2,LDA, low temperature, give kinetic enolate high temperature, give thermodynamic enolat

8、e,动力学控制产物,热力学控制产物,例如,强碱有利于形成动力学控制的少取代烯醇负离子。 酸性条件则有利于形成热力学控制的多取代烯醇 弱碱条件下，影响因素会更多，选择性不高。,酸性条件下将形成烯醇，而不是烯醇负离子,3、 KetoEnol Tautomerism (互变异构) 中性条件下，羰基化合物存在酮式和烯醇式互变 体现了a-H的活性,酸和碱均可催化这一互变异构平衡的达到 碱性条件下，碱夺取a -H形成烯醇负离子,酸催化条件下，羰基氧首先质子化，吸电子作用进一步增强，然后脱去a H形成烯醇,例题与习题 1. 预测下列每组化合物，哪一个烯醇负离子是主要的（动力学控制产物）,2.预测下列每组化合

9、物中，哪一个烯醇结构较稳定，即为热力学控制烯醇？,4、烯醇硅醚的形成 LDA作用下形成的负离子与三甲基氯硅烷反应生成烯醇硅醚,（1）羟醛缩合 (Aldol Condensation),氢的醛或酮, 在酸或碱的催化下,缩合反应, - 羟基醛或酮, ,-不饱和羰基化合物,反应机理,碱催化,Step 1,烯醇负离子,6.6 各种重要的缩合反应,Step 2,An alkoxide ion,Step 3,酸催化：,羰基质子化及烯醇的生成,烯醇进攻质子化的羰基,酮的缩合反应常在 酸催化下进行。,The mixed aldol addition,C6H5CHO + CH3COCH3 NaOH C6H5CH

10、=CHCOCH3 77%,C6H5 （E-式） 69%,C6H5CHO + C6H5CH2CHO NaOH C6H5CH=CCHO,醛与不对称酮发生的Claisen-Schmidt缩合在碱性条件与酸性条件下会得到不同的产物。例如2-丁酮与苯甲醛的反应，碱催化主要得到直链缩合物，而酸催化则主要得到支链缩合物。,CH3,C6H5CHO + CH3COCH2CH3 OH- C6H5CH=CH2COCH2CH3,C6H5CHO + CH3COCH2CH3 H+ C6H5CH=CCOCH3,机理,base,acid,例题与习题 请写出下列反应的产物,(2) Perkin反应,由于酸酐的-氢比羧酸盐的-氢

11、要活泼，更容易被碱夺去形成碳负离子，所以一般地认为在Perkin反应中与芳醛作用的是酸酐而不是羧酸盐。用碳酸钾、三乙胺、吡啶等代替乙酸钠时，苯甲醛与乙酸酐照样能发生Perkin反应；但在同样的碱性催化条件下，苯甲醛与乙酸钠却不发生缩合反应，表明确实是酸酐与芳醛发生作用。,PhCHO + (CH3CO)2O PhCH=CHCOOH 55%60%,CH3COOK 1700C,(3) Knoevenagel反应,CH3CHO + CH2(COOH)2 CH3CH = CCOOH 60%,吡啶 六氢吡啶,PhCHO + CH2(COOCH2CH3)2 六氢吡啶 PhCH=C(COOCH2CH3)2 9

12、1%,CH3CHO + CH2(COOH)2 CH3CH = CCOOH 60%,吡啶 六氢吡啶,PhCHO + CH2(COOCH2CH3)2 六氢吡啶 PhCH=C(COOCH2CH3)2 91%,(4) Reformastsky reaction（a-卤代酸酯的缩合） 在锌粉的还原作用下，-卤代酸酯可以优先形成烯醇盐，并进攻醛或酮羰基而得到-羟基酯,(5) Darzen reaction（a-卤代酸酯的缩合） 在碱作用下，-卤代酸酯优先形成烯醇盐，并进攻醛或酮羰基，伴随着X-的消去，得到 a,-环氧酯,实例：由环己酮转化成其他化合物,合成环氧酸酯，合成比原料醛、酮多一个碳的醛、酮。,(6

13、) 安息香缩合反应,从安息香缩合历程可知，CN在这里起了三种作用。 (1) CN首先作为亲核试剂，进攻一分子醛； 由于CN的吸电子作用，质子发生交换，生成碳负离子，使 醛基成为亲核基团，即羰基发生极性反转； (3) CN同时也是一个较好的离去基团，因而最后可以离去。,受体(给体),给体(受体),实 例,(7) . Dieckmann condensation intramolecular condensation to form a cyclic b-keto ester a 1,7-diester may form a six-member ring b-keto ester,(8). Mi

14、chael addition,(9) Claisen 酯缩合反应及相关反应,两个酯分子至少有一个酯分子是含有氢, 在强碱的作用下，相互缩合成羰基酯,反应机理：,第一步,第二步：,第三步：,由于是可逆反应，至少需要 2分子的酯分子作为亲核试剂， 使平衡向右移动。,反应需要 过量的强碱,含一个-氢原子的酯缩合反应,两种,不同,酯,仅一个含 -氢,Diethyl malonate,含氢的醛、酮、腈都能酯发生缩合反应。,一般选用无氢的酯作为底物：,分子内也能发生酯缩合反应Dieckmann反应：, 例题与习题 完成下列反应，写出主要产物：,3个不同的a-H,6.6 加成消除反应,与胺类的反应,醛和酮与

15、氨基加成-消除生成亚胺（西夫碱）或烯胺,碱 酸,NH2NH2, NH2OH,伯氨：,胺衍生物若使用羟胺NH2OH、肼NH2NHR、氨基脲NH2NHCONH2所得的亚胺衍生物也较稳定，分别称为 RR”C=NOH、腙RR”C=N-NHR和缩胺 RR”C=NNHCONH2。它们的稳定性是由于与氮相邻的原子上为共用电子对与C=N双键的p-共轭稳定作用的结果。这些亚胺衍生物都具有一定的熔点、颜色、晶型，过去常用来鉴别醛、酮。,仲胺只能生成烯胺,亚胺和烯胺均不稳定，遇酸即水解：,Scheme 1. Reagents and conditions: (i) pyrrolidine, C6H6, (ii) M

16、ethyl Vinyl ketone, C6H6, (iii) (a)Li, NH2CH2CH2NH2, (b)CrO3, H2SO4, H2O,CH3COCH3, (iv) dry THF, LiAlH4.,Mannich 反应,Mannich 反应的适用范围：,醛， 胺：氨、伯胺、仲胺,至少含一个活泼氢的化合物：,含有a-活泼氢的醛、酮与甲醛及胺(伯胺、仲胺或氨)反应，结果一个a-活泼氢被胺甲基取代，此反应又称为胺甲基化反应，所得产物称为Mannich碱。,例,叔氨,离子型化合物,6.7 Wittig反应,醛或酮与磷叶立德(phosphorous ylide)作用生成烯的反应称为Witti

17、g反应。由于Witting反应产率高，立体选择性好，并且反应条件温和，是合成碳-碳双键的重要方法。,磷叶立德是一种内鎓盐，其结构为：,磷叶立德是强碱夺去季鏻盐中的质子而制得。,磷叶立德和醛、酮反应的通式为：,R3 P=CHR + R2C = O R2C = CHR + R3P = O,Ph3+-CH2-,3PhH + PCl3,Ph3P,Ph3P + CH3X,Ph3P+-CH3X-,C6H5Li,Ph3P + XCH2COOC2H5,Ph3P+-CH2COOC2H5 X-,K2CO3,Na2CO3, NaOH, NaOR, NaNH2, NaH, RLi,Wittig试剂制备,反应机理,反应实例,不稳定的Yield试剂,稳定的Yield试剂,main,1 硫叶利德的结构,2 硫叶利德的制备,-HI,NaH, (CH3)2SO,3d-p共轭,CH3SCH3 + CH3I,(CH3)3S+I-,NaNH2,-HCl,6.7.1硫叶利德的反应,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,R2C=O +,+ (CH3)2S=O,3 硫叶利德的反应,与、不饱和醛、酮发生共轭加成反应时，可制备环丙烷衍生物,分子内亲核取代,共轭加成,