有机化学教案第八章.ppt
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1、用有机化学原理探索生物学用有机化学原理探索生物学2020/12/191 “化化学学是是中中心心科科科科学学学学,在在在在生生生生物物物物学学学学和和和和医医医医学学学学中中中中发发发发生生生生的的的的每每每每一一一一件件件件事事事事都都都都有有有有它它的的化化学学基基础础。如如果果你你你你没没没没有有有有化化化化学学学学的的的的思思思思维维维维,你你你你就就就就无无无无法法法法设设设设计计计计许许许许多多多多实实实实验验验验。如如果果你你不不能能制制造造分分子子,那那么么就就会会有有整整个个层层次次的的实实验验验验被被被被排排排排除除除除在在在在你你你你的的的的思思考考之之外外”。这这是是一一
2、种种跨跨学学科科讨讨论论的的精精神神。位位于于美美国国国国南南南南加加加加州州州州的的的的斯斯斯斯克克利利普普斯斯研研究究所所和和加加州州大大学学、纽纽约约市市的洛克菲勒大学的洛克菲勒大学以及伯克利以及伯克利以及伯克利以及伯克利的加州大学都在进行着卓有成效的化学的加州大学都在进行着卓有成效的化学生物学跨生物学跨学科研究。学科研究。学科研究。学科研究。2020/12/1922020/12/1938-1 8-1 分类和命名分类和命名分类和命名分类和命名一、分类一、分类一、分类一、分类二、命名二、命名二、命名二、命名8-2 8-2 醛酮的理化性质醛酮的理化性质醛酮的理化性质醛酮的理化性质一、一、一、
3、一、结构与性质结构与性质结构与性质结构与性质二、物理性质二、物理性质二、物理性质二、物理性质三、化学性质三、化学性质1.1.羰基的亲核加成反应羰基的亲核加成反应羰基的亲核加成反应羰基的亲核加成反应内容提要内容提要2020/12/194内容提要内容提要2.2.-H-H的反应的反应的反应的反应3.3.还原反应还原反应还原反应还原反应 4.4.氧化反应氧化反应氧化反应氧化反应8-3 8-3 波谱分析波谱分析波谱分析波谱分析一、一、一、一、IRIR二、二、二、二、1 1HNMRHNMR2020/12/195第八章第八章第八章第八章 醛、酮和醌醛、酮和醌醛、酮和醌醛、酮和醌8-18-1 分类和命名分类和
4、命名分类和命名分类和命名 一、分类一、分类一、分类一、分类 (p211p211)1.1.醛和酮醛和酮醛和酮醛和酮 (Aldehyde and Ketone)(Aldehyde and Ketone)脂肪族脂肪族醛和酮醛和酮 饱和饱和不饱和不饱和甲基醛(酮)甲基醛(酮),-,-不饱和醛不饱和醛(酮)酮)(1)按按烃基种类烃基种类2020/12/196脂环族醛和酮脂环族醛和酮饱和醛、酮饱和醛、酮不饱和醛、酮不饱和醛、酮芳香族醛和酮芳香族醛和酮2-环己烯环己烯-1-酮酮苯甲醛苯甲醛苯乙酮苯乙酮2020/12/197 2.2.醌醌醌醌(Quinone)(Quinone)根据来源根据来源萘酚氧化的产物,
5、属于萘醌类萘酚氧化的产物,属于萘醌类苯酚氧化的产物,属于苯醌类苯酚氧化的产物,属于苯醌类2020/12/198 二、命名二、命名二、命名二、命名 1.1.醛和酮醛和酮醛和酮醛和酮 (p212p212)(1)(1)俗名和普通命名俗名和普通命名俗名和普通命名俗名和普通命名 醛醛醛醛 根据来源(按照其氧化后得到的羧酸根据来源(按照其氧化后得到的羧酸 名称得来)名称得来)蚁醛蚁醛肉桂醛肉桂醛香草醛香草醛2020/12/199 酮酮酮酮 对结构简单的酮,类似于醚的命名,根据羰基所连烃基命名。(分别写出与羰基相对结构简单的酮,类似于醚的命名,根据羰基所连烃基命名。(分别写出与羰基相连的两个烃基的名称,然后
6、再加上连的两个烃基的名称,然后再加上“(甲)酮(甲)酮”字)字)甲乙酮甲乙酮甲苯酮甲苯酮甲基环己基酮甲基环己基酮二苯酮二苯酮2020/12/1910 (2)(2)系统命名法系统命名法系统命名法系统命名法 (选择羰基碳原子所在的最长(选择羰基碳原子所在的最长(选择羰基碳原子所在的最长(选择羰基碳原子所在的最长C C链作为主链)链作为主链)链作为主链)链作为主链)醛醛醛醛 (某醛,从醛基(某醛,从醛基(某醛,从醛基(某醛,从醛基C C原子开始编号)原子开始编号)原子开始编号)原子开始编号)2-甲基丙醛甲基丙醛3,4-二甲基二甲基-2,4-戊二烯醛戊二烯醛 环己基甲醛环己基甲醛 2-己烯二醛己烯二醛
7、2020/12/19112-苯基丙醛苯基丙醛4-羟基羟基-3-甲氧基苯甲醛甲氧基苯甲醛 酮酮酮酮 (某酮,从距羰基最近的(某酮,从距羰基最近的(某酮,从距羰基最近的(某酮,从距羰基最近的C C链一端开始编号)链一端开始编号)链一端开始编号)链一端开始编号)4-甲基甲基-2-戊酮戊酮3-甲基甲基-1-苯基苯基-2-丁烯酮丁烯酮2020/12/1912(E E)-14-二十一碳烯二十一碳烯-10-酮酮1,4-环己二酮环己二酮 4-甲基环己酮甲基环己酮2020/12/1913 苯乙酮苯乙酮 1-环己基环己基-2-丙酮丙酮,-二苯基丙酮二苯基丙酮1-环己基丙酮环己基丙酮2020/12/1914 2.2
8、.醌醌醌醌 (p233p233)1,4-苯醌苯醌(对苯醌对苯醌)1,2-苯醌苯醌(邻苯醌邻苯醌)2,5-二甲基二甲基-1,4-苯醌苯醌2020/12/19151,4-萘醌萘醌9,10-蒽醌蒽醌1,2-萘醌萘醌2020/12/19168-28-2 醛和酮的理化性质醛和酮的理化性质醛和酮的理化性质醛和酮的理化性质 一、结构与性质一、结构与性质一、结构与性质一、结构与性质 (p213p213)C C:spsp2 2杂化杂化杂化杂化,键成键电子对在氧原子周围出现的几率较大,电子密度分布不均等。键成键电子对在氧原子周围出现的几率较大,电子密度分布不均等。+2020/12/1917 1.1.结构与物理性质
9、结构与物理性质结构与物理性质结构与物理性质 羰基是极性基团,分子有极性,能与水分子形成氢键,但分子间不能形成氢键。羰基是极性基团,分子有极性,能与水分子形成氢键,但分子间不能形成氢键。2.2.结构与化学反应结构与化学反应结构与化学反应结构与化学反应与与与与烯烯烯烯烃烃烃烃类类类类似似似似,羰羰羰羰基基基基中中中中的的的的 键键键键比比比比 键键键键活活活活泼泼泼泼,容容容容易易易易发发发发生生生生加加加加成成成成反反反反应应应应。但但但但由由由由于于于于 键键键键成成成成键键键键电电电电子子子子对对对对在在在在氧氧氧氧原原原原子子子子上上上上出现的几率较大,反应机理与烯烃不同。出现的几率较大,
10、反应机理与烯烃不同。出现的几率较大,反应机理与烯烃不同。出现的几率较大,反应机理与烯烃不同。2020/12/1918醛醛酮酮 -+-+羰基的亲核加成羰基的亲核加成羰基的亲核加成羰基的亲核加成和还原反应和还原反应和还原反应和还原反应-H的反应的反应醛的醛的氧化反应氧化反应对反应性能对反应性能的影响的影响2020/12/1919 二、物理性质二、物理性质二、物理性质二、物理性质 (p217p217)相应的羧酸和醇相应的羧酸和醇 醛和酮的醛和酮的 b.p.和和 S 相应的烃和醚,例如:相应的烃和醚,例如:化合物化合物 丙酸丙酸 丁醇丁醇 2-丁酮丁酮 丁醛丁醛 戊烷戊烷 乙醚乙醚 M M 74 74
11、 72 72 72 74b.p.()b.p.()141 118 78 70 36 35 2020/12/1920 三、化学性质三、化学性质三、化学性质三、化学性质 1.1.羰基的亲核加成反应羰基的亲核加成反应羰基的亲核加成反应羰基的亲核加成反应 (1)+HCN(1)+HCN (p218p218)可逆反应可逆反应反应物反应物反应物反应物:醛:醛,脂肪族甲基脂肪族甲基 酮及酮及C8环酮环酮生成物生成物生成物生成物:-羟基腈类化合物羟基腈类化合物应应应应 用用用用:用于增长碳链:用于增长碳链(-羟基腈)羟基腈)2020/12/1921羰基加成反应机理羰基加成反应机理(p219p219)例例例例 讨论
12、讨论讨论讨论3 4h后原料后原料只反应了一半只反应了一半 几乎不反应几乎不反应2 3min反应完成反应完成2020/12/1922H+CN-v vOH-H+CN-v v 反应机理反应机理反应机理反应机理 慢慢 反应决速步骤反应决速步骤亲核试剂亲核试剂亲核试剂亲核试剂亲电中心亲电中心亲电中心亲电中心2020/12/1923快快 反应机理:反应机理:离子型亲核加成反应离子型亲核加成反应离子型亲核加成反应离子型亲核加成反应 影响羰基亲核加成反应的因素影响羰基亲核加成反应的因素影响羰基亲核加成反应的因素影响羰基亲核加成反应的因素反应物反应物反应物反应物 .羰基碳正电性羰基碳正电性v v 脂肪族烃基脂肪
13、族烃基脂肪族烃基脂肪族烃基:+I+I效应效应 羰基碳正羰基碳正 电性电性 芳香族烃基芳香族烃基芳香族烃基芳香族烃基:芳环与羰基发生:芳环与羰基发生p p共轭共轭 羰基碳正电性羰基碳正电性 v v 2020/12/1924.羰基碳所连基团体积羰基碳所连基团体积空间位阻空间位阻v v 结构不同的醛和酮进行亲核加成反应的活性次序为结构不同的醛和酮进行亲核加成反应的活性次序为:反应试剂反应试剂反应试剂反应试剂.亲核试剂亲核能力亲核试剂亲核能力v v .亲核试剂体积亲核试剂体积v v 例如:例如:HCN、NaHSO3、ROH和和H2O与羰基的加成反应较为困难,尤其是与羰基的加成反应较为困难,尤其是H2O
14、。2020/12/1925应用举例应用举例2-甲基甲基-2-羟基丙腈羟基丙腈2-甲基甲基-2-羟基丙酸羟基丙酸2-甲基丙烯酸甲基丙烯酸2020/12/1926甲基丙烯酸甲酯甲基丙烯酸甲酯(MMA)聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)(PMMA)2020/12/1927(2)+NaHSO(2)+NaHSO3 3(p219p219)磺酸磺酸醇钠醇钠分子内部酸分子内部酸碱中和反应碱中和反应或或(与稀酸或稀碱共热可分解成反应物)(与稀酸或稀碱共热可分解成反应物)2020/12/1928可逆反应可逆反应反应物反应物反应物反应物:醛、脂肪族甲基酮及:醛、脂肪族甲基酮
15、及C8环酮环酮生成物生成物生成物生成物:生成:生成-羟基磺酸盐羟基磺酸盐 应应应应 用用用用:若若用用饱饱和和NaHSO3,生生成成物物为为白白,反反应应能能进进行行到到底底,可可用用于于鉴鉴定定醛醛、脂脂肪肪族族甲甲基基酮酮及及C8环酮。环酮。利用利用-羟基磺酸盐的水解反应,分离提纯反应物。羟基磺酸盐的水解反应,分离提纯反应物。2020/12/1929 (3)+R (3)+RMgXMgX (p222p222)无水乙醚无水乙醚RMgX亲核性极强,所以反应是不可逆反应。亲核性极强,所以反应是不可逆反应。反反应应物物:任任何何结结构构的的醛醛酮酮(空空间间位位阻阻特特别别大大的的酮酮和和RMgX例
16、外)。例外)。生成物:加成反应产物水解后生成醇。生成物:加成反应产物水解后生成醇。应应 用:制备不同结构的醇用:制备不同结构的醇2020/12/1930应用举例应用举例应用举例应用举例干醚干醚甲醛甲醛甲醛甲醛 11醇醇醇醇干醚干醚环氧乙烷环氧乙烷环氧乙烷环氧乙烷 11醇醇醇醇2020/12/1931其它醛其它醛其它醛其它醛 22醇醇醇醇干醚干醚酮酮酮酮 33醇醇醇醇干醚干醚2020/12/1932 (4)+R (4)+ROHOH (p221p221)无水无水无水无水半缩醛半缩醛缩缩 醛醛(-羟基醚)羟基醚)(同碳二醚)(同碳二醚)缩醛可以被稀酸水解成反应物,所以必须在无水条件下进行缩醛可以被稀
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