羰基化合物的亲核加成和取代反应.ppt
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1、第十三章第十三章羰基化合物的亲核加成和取代反羰基化合物的亲核加成和取代反应应Nucleophilic Additions and Substit-utions of Carbonyl Compounds 本章主要内容本章主要内容一、羰基的结构及反应特性一、羰基的结构及反应特性一、羰基的结构及反应特性一、羰基的结构及反应特性二、羰基的亲核加成二、羰基的亲核加成二、羰基的亲核加成二、羰基的亲核加成 1.1.概述概述概述概述 2.2.含含含含O,SO,S亲核试剂亲核试剂亲核试剂亲核试剂 3.3.含含含含N N亲核试剂亲核试剂亲核试剂亲核试剂 4.4.含含含含C C亲核试剂亲核试剂亲核试剂亲核试剂 5
2、.5.a a a a,b b b b 不饱和羰基的亲核加成不饱和羰基的亲核加成不饱和羰基的亲核加成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三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应一、羰基的结构及反应特性一、羰基的结构及反应特性1.羰基的结构特点羰基的结构特点 羰基是一个羰基是一个羰基是一个羰基是一个不饱和极性共价键不饱和极性共价键不饱和极性共价键不饱和极性共价键,受氧的吸电子作用,受氧的吸电子作用,受氧的吸电子作用,受氧的吸电子作用影响,羰基中碳原子带部分正电荷,容易接受亲核影响,羰基中碳原子带部分正电荷,容易接受亲核影响,羰
3、基中碳原子带部分正电荷,容易接受亲核影响,羰基中碳原子带部分正电荷,容易接受亲核试剂的进攻,发生试剂的进攻,发生试剂的进攻,发生试剂的进攻,发生亲核加成反应亲核加成反应亲核加成反应亲核加成反应。一、羰基的结构及反应特性2.各种含羰基的化合物各种含羰基的化合物(1)Class I(1)Class I-醛和酮醛和酮醛和酮醛和酮主要发生亲核加成反应主要发生亲核加成反应主要发生亲核加成反应主要发生亲核加成反应(2)Class II(2)Class II-羧酸及其衍生物羧酸及其衍生物羧酸及其衍生物羧酸及其衍生物,主要发生亲核取代反应主要发生亲核取代反应主要发生亲核取代反应主要发生亲核取代反应一、羰基的结
4、构及反应特性一、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)发生在羰基上反应的类型(亲核反应)1)1)亲核加成亲核加成亲核加成亲核加成2)2)羰基氧被羰基氧被羰基氧被羰基氧被N N取代取代取代取代3)3)羰基氧被羰基氧被羰基氧被羰基氧被C C取代取代取代取代4)4)亲核取代反应亲核取代反应亲核取代反应亲核取代反应一、羰基的结构及反应特性一、羰基的结构及反应特性4.亲核反应活性亲核反应活性-醛和酮醛和酮烷基给电子作用烷基给电子作用一、羰基的结构及反应特性一、羰基的结构及反应特性4.亲核反应活性亲核反应活性-醛和酮醛和酮空间位阻影响空间位阻影响一、羰基的结构及反应特性一、羰基的结构及
5、反应特性4.亲核反应活性亲核反应活性-羧酸衍生物羧酸衍生物酰卤酰卤 酸酐酸酐 醛醛 酮酮 羧酸羧酸 酯酯 酰胺酰胺取决于与羰基相连的基团的电子效应取决于与羰基相连的基团的电子效应二、羰基的亲核加成二、羰基的亲核加成1.Introduction(1)Nucleophiles(1)Nucleophilesn n负离子亲核试剂(碱性条件)负离子亲核试剂(碱性条件)负离子亲核试剂(碱性条件)负离子亲核试剂(碱性条件):OHOH、OROR、SRSR、H H、CNCN、CCRCCR、CRCR3 3(M-RM-R)n n中性分子亲核试剂(中性或酸性条件)中性分子亲核试剂(中性或酸性条件)中性分子亲核试剂(中
6、性或酸性条件)中性分子亲核试剂(中性或酸性条件):HOHHOH、HORHOR、HSRHSR、NHNH3 3、H H2 2NRNR、HNRHNR2 2二、羰基的亲核加成二、羰基的亲核加成1.Introduction(2)Mechanism(2)Mechanisml 碱性条件下碱性条件下l 酸性条件下酸性条件下+二、羰基的亲核加成二、羰基的亲核加成1.Introduction(3)Stereochemistry(3)Stereochemistryn n非手性条件下,得外消旋体非手性条件下,得外消旋体非手性条件下,得外消旋体非手性条件下,得外消旋体二、羰基的亲核加成二、羰基的亲核加成1.Introd
7、uction(3)Stereochemistry(3)Stereochemistryn n手性条件下,有立体选择性,遵循手性条件下,有立体选择性,遵循手性条件下,有立体选择性,遵循手性条件下,有立体选择性,遵循CramCram法则:法则:法则:法则:羰基上的羰基上的羰基上的羰基上的 R R 基团与大的基团基团与大的基团基团与大的基团基团与大的基团 (L)(L)呈重叠式构象,羰基氧则呈重叠式构象,羰基氧则呈重叠式构象,羰基氧则呈重叠式构象,羰基氧则处于中等基团处于中等基团处于中等基团处于中等基团 (M)(M)与较小基团与较小基团与较小基团与较小基团 (S)(S)中间,亲核试剂从小的中间,亲核试剂
8、从小的中间,亲核试剂从小的中间,亲核试剂从小的基团这一方进攻为主要进攻方向基团这一方进攻为主要进攻方向基团这一方进攻为主要进攻方向基团这一方进攻为主要进攻方向。二、羰基的亲核加成二、羰基的亲核加成2.含含O,S亲核试剂亲核试剂 包括包括包括包括H H2 2O,ROH,RSHO,ROH,RSH和和和和NaHSONaHSO3 3。可逆反应。可逆反应。可逆反应。可逆反应。(1)H(1)H2 2OO(水合反应)(水合反应)(水合反应)(水合反应)酸碱催化酸碱催化,加快反应达到平衡加快反应达到平衡,但不会影响平衡移动。但不会影响平衡移动。(1)(1)H H2 2OOIR中无中无C=O吸收峰吸收峰羰羰基基
9、连连有有吸吸电电子子基基团团的的容容易易形形成成水水合合物物二、羰基的亲核加成二、羰基的亲核加成2.含含O,S亲核试剂亲核试剂(2)ROH(2)ROHn n酸催化酸催化酸催化酸催化:固体酸,如固体酸,如固体酸,如固体酸,如TsOHTsOH(对甲基苯磺酸)(对甲基苯磺酸)(对甲基苯磺酸)(对甲基苯磺酸)无水酸,如干燥无水酸,如干燥无水酸,如干燥无水酸,如干燥HClHCl气体气体气体气体半缩醛半缩醛半缩酮半缩酮缩醛缩醛缩酮缩酮(2)ROH(2)ROHn n可逆反应,通过油水分离器不断除去可逆反应,通过油水分离器不断除去可逆反应,通过油水分离器不断除去可逆反应,通过油水分离器不断除去反应过程中形成的
10、水,使反应完全。反应过程中形成的水,使反应完全。反应过程中形成的水,使反应完全。反应过程中形成的水,使反应完全。n n缩醛和缩酮在碱性条件下稳定,酸性缩醛和缩酮在碱性条件下稳定,酸性缩醛和缩酮在碱性条件下稳定,酸性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。水溶液中加热又回复到醛、酮。水溶液中加热又回复到醛、酮。水溶液中加热又回复到醛、酮。因此,因此,因此,因此,可利用这一反应保护醛酮的羰基。可利用这一反应保护醛酮的羰基。可利用这一反应保护醛酮的羰基。可利用这一反应保护醛酮的羰基。(2)ROH(2)ROHn n羰基的保护,例羰基的保护,例羰基的保护,例羰基的保护,例1 12.含
11、含O,S亲核试剂亲核试剂(2)ROH(2)ROHn n羰基的保护,例羰基的保护,例羰基的保护,例羰基的保护,例2 2二、羰基的亲核加成二、羰基的亲核加成2.含含O,S亲核试剂亲核试剂(3)RSH(3)RSHSummary:羰基还原成亚甲基的方法羰基还原成亚甲基的方法酸性条件酸性条件碱性条件碱性条件中性条件中性条件二、羰基的亲核加成二、羰基的亲核加成2.含含O,S亲核试剂亲核试剂(4)NaHSO(4)NaHSO3 3n n产物为盐,溶于水,用于将醛酮与其他不溶于水产物为盐,溶于水,用于将醛酮与其他不溶于水产物为盐,溶于水,用于将醛酮与其他不溶于水产物为盐,溶于水,用于将醛酮与其他不溶于水的有机物
12、分开的有机物分开的有机物分开的有机物分开n n脂肪甲基酮和环酮易发生反应脂肪甲基酮和环酮易发生反应脂肪甲基酮和环酮易发生反应脂肪甲基酮和环酮易发生反应(位阻影响活性位阻影响活性)二、羰基的亲核加成二、羰基的亲核加成3.含含N亲核试剂亲核试剂(1)R(1)RNHNH2 2 and and NHNH2 2Z Zn n相当于羰基氧被氮所取代,形成相当于羰基氧被氮所取代,形成相当于羰基氧被氮所取代,形成相当于羰基氧被氮所取代,形成亚胺亚胺亚胺亚胺 (imine)(imine)二、羰基的亲核加成二、羰基的亲核加成3.含含N亲核试剂亲核试剂(1)R(1)RNHNH2 2 and and NHNH2 2Z
13、Zn n经历经历经历经历亲核加成亲核加成亲核加成亲核加成和和和和脱水脱水脱水脱水两个步骤两个步骤两个步骤两个步骤。二、羰基的亲核加成二、羰基的亲核加成3.含含N亲核试剂亲核试剂(1)R(1)RNHNH2 2 and and NHNH2 2Z Zn n可逆可逆可逆可逆,经酸水解可得回醛酮。,经酸水解可得回醛酮。,经酸水解可得回醛酮。,经酸水解可得回醛酮。n n含含含含N N亲核试剂不同,产物的结构和名称也各不相同,亲核试剂不同,产物的结构和名称也各不相同,亲核试剂不同,产物的结构和名称也各不相同,亲核试剂不同,产物的结构和名称也各不相同,见下表。见下表。见下表。见下表。(1)R(1)RNHNH2
14、 2 and and NHNH2 2Z Z表表13-1 氨基衍生物与醛酮加成反应氨基衍生物与醛酮加成反应反应物反应物反应物反应物生成物生成物生成物生成物NHNH2 2Z Z名称名称名称名称结构式结构式结构式结构式名称名称名称名称NHNH2 2R R1 1 胺胺胺胺席夫碱(席夫碱(席夫碱(席夫碱(shiff baseshiff base)NHNH2 2OHOH羟胺羟胺羟胺羟胺肟(肟(肟(肟(oximeoxime)NHNH2 2NHNH2 2肼肼肼肼腙(腙(腙(腙(hydrazonehydrazone)NHNH2 2NHCNHC6 6H H5 5苯肼苯肼苯肼苯肼苯腙苯腙苯腙苯腙(phenylhyd
15、razone)(phenylhydrazone)NHNH2 2NHCONHNHCONH2 2氨基脲氨基脲氨基脲氨基脲缩氨脲缩氨脲缩氨脲缩氨脲(semicarbazonesemicarbazone)二、羰基的亲核加成二、羰基的亲核加成3.含含N亲核试剂亲核试剂(2)R(2)R2 2NHNHn n经历经历经历经历亲核加成亲核加成亲核加成亲核加成和和和和脱水脱水脱水脱水两个步骤两个步骤两个步骤两个步骤n n脱水发生在羰基的脱水发生在羰基的脱水发生在羰基的脱水发生在羰基的 -C-C上,形成上,形成上,形成上,形成烯胺烯胺烯胺烯胺(enamine)(enamine)(2)R(2)R2 2NHNH思考题:
16、思考题:写出写出2-甲基环己酮与仲胺反应的产物甲基环己酮与仲胺反应的产物二、羰基的亲核加成二、羰基的亲核加成3.含含N亲核试剂亲核试剂(2)R(2)R2 2NHNHn n反应可逆,经酸水解可得回醛酮。反应可逆,经酸水解可得回醛酮。反应可逆,经酸水解可得回醛酮。反应可逆,经酸水解可得回醛酮。醛酮可以通过烯胺进行醛酮可以通过烯胺进行-烷基化和烷基化和-酰基化反应,合酰基化反应,合成上应用广泛(见第十四章)成上应用广泛(见第十四章)二、羰基的亲核加成二、羰基的亲核加成4.含含C亲核试剂亲核试剂(1)(1)CNCN二、羰基的亲核加成二、羰基的亲核加成4.含含C亲核试剂亲核试剂(2)CCR(2)CCR二
17、、羰基的亲核加成二、羰基的亲核加成4.含含C亲核试剂亲核试剂(3)有机金属试剂有机金属试剂有机金属试剂有机金属试剂n n格氏试剂、有机锂试剂等格氏试剂、有机锂试剂等格氏试剂、有机锂试剂等格氏试剂、有机锂试剂等n n广泛用于合成各级醇及羧酸等有机物广泛用于合成各级醇及羧酸等有机物广泛用于合成各级醇及羧酸等有机物广泛用于合成各级醇及羧酸等有机物n n格氏试剂的应用格氏试剂的应用格氏试剂的应用格氏试剂的应用-由醛酮合成各级醇由醛酮合成各级醇由醛酮合成各级醇由醛酮合成各级醇l 格氏试剂的应用格氏试剂的应用-由羧酸衍生物合成醇由羧酸衍生物合成醇l 格氏试剂的应用格氏试剂的应用-其他其他格氏试剂的应用总览
18、格氏试剂的应用总览格氏试剂的应用总览格氏试剂的应用总览低温和空间位阻作用以及使低温和空间位阻作用以及使用不活泼的金属试剂可能将用不活泼的金属试剂可能将反应控制在酮的阶段反应控制在酮的阶段l 格氏试剂的应用格氏试剂的应用-由醛酮合成各级由醛酮合成各级醇醇二、羰基的亲核加成二、羰基的亲核加成4.含含C亲核试剂亲核试剂(4)Ylide(4)Ylide试剂试剂试剂试剂Ylide 试剂是一类化合物,其中两个相邻原子具有试剂是一类化合物,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,典型的有不同的电荷,典型的ylide 试剂有磷试剂有
19、磷ylide试剂试剂(phosphonium ylide):):n n磷磷磷磷YlideYlide试剂的形成试剂的形成试剂的形成试剂的形成二、羰基的亲核加成二、羰基的亲核加成4.含含C亲核试剂亲核试剂(4)Ylide(4)Ylide试剂试剂试剂试剂n nWittigWittig反应反应反应反应醛酮与磷醛酮与磷醛酮与磷醛酮与磷ylideylide反应形成烯烃反应形成烯烃反应形成烯烃反应形成烯烃 三苯基氧磷三苯基氧磷n nWittigWittig反应反应反应反应 -双键的形成位置是确定的,(与双键的形成位置是确定的,(与E2反应不同)反应不同)具有一定的立体选择性具有一定的立体选择性 顺反烯烃的生
20、成受条件和顺反烯烃的生成受条件和Ylide试剂的结构、活性等影响很大试剂的结构、活性等影响很大n nWittig reaction mechanism氧磷四员环中间体氧磷四员环中间体The use of Wittig reaction in industryb b-胡萝卜素胡萝卜素羰基亲核加成小结羰基亲核加成小结2.含含O,S亲核试剂亲核试剂4.含含C亲核试剂亲核试剂-C-C键的形成键的形成(4)Ylide试剂试剂(3)有机金属试剂有机金属试剂(2)CCR(1)CN3.含含N亲核试剂亲核试剂(1)RNH2 and NH2Z包括包括H2O,ROH,RSH 和和NaHSO31.概述概述 -结构、机
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- 关 键 词:
- 羰基 化合物 加成 取代 反应
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