第十二章 醛和酮2.ppt
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1、二、H的反应1 1、H H的酸性与烯醇式重排的酸性与烯醇式重排 在醛酮分子中和羰基直接相连的碳叫在醛酮分子中和羰基直接相连的碳叫-C,-C上的氢就叫上的氢就叫-H。在烯烃一章我们已学过,受双烯的影响,使烯烃的在烯烃一章我们已学过,受双烯的影响,使烯烃的 H H比较活泼。比较活泼。在醛酮中,羰基也是双键,且是较强的吸电子基在醛酮中,羰基也是双键,且是较强的吸电子基,使其使其 H H变得变得更活泼,酸性更强一些。更活泼,酸性更强一些。其酸性大小可由下列化合物的其酸性大小可由下列化合物的Pka Pka 比较出来。比较出来。可见,醛酮可见,醛酮 H H的酸性比乙炔强,但比水弱。的酸性比乙炔强,但比水弱
2、。H酸性较强的原因醛酮醛酮-H的酸性可从诱导效应和超共轭效应两方面来解释。的酸性可从诱导效应和超共轭效应两方面来解释。从诱导效应看,羰基是一个较强的吸电子基团,使得从诱导效应看,羰基是一个较强的吸电子基团,使得-C C上电子上电子云密度降低,从而,增加了云密度降低,从而,增加了 C CH H键的极性,使得键的极性,使得 H H能以质能以质子的形式离去。子的形式离去。从从超超共共轭轭效效应应看看,C CH H键键与与羰羰基基的的 键键存存在在着着 超超共共轭轭,共共轭轭的的结结构构使使C CH H键键上上的的电电子子也也向向羰羰基基流流动动,结结果果使使 C CH H键键上的电子云密度进一步减少
3、,键能减弱,容易以质子形式离去。上的电子云密度进一步减少,键能减弱,容易以质子形式离去。H酸性较强的原因从另一方面看,一旦一个从另一方面看,一旦一个 H H以质子形式离去,形成的碳负离子,以质子形式离去,形成的碳负离子,也能与羰基发生也能与羰基发生P P 共轭,结果使负电荷得到离域分散,能够稳共轭,结果使负电荷得到离域分散,能够稳定存在。这也有利于定存在。这也有利于 H H的离去。的离去。在醛酮分子中由于上述两种效应的存在,一方面使在醛酮分子中由于上述两种效应的存在,一方面使 H容易以容易以质子的形成离去,另一方面,又使羰基氧上带较多的负电性,它质子的形成离去,另一方面,又使羰基氧上带较多的负
4、电性,它又可以接受质子,所以在醛酮中,普遍存在着又可以接受质子,所以在醛酮中,普遍存在着酮式烯醇式互变酮式烯醇式互变异构异构。H酸性与烯醇式含量的关系分子结构的不同,分子结构的不同,H的酸性同,的酸性同,烯醇式含量也不同。如:烯醇式含量也不同。如:这是由于在这是由于在2,4戊二酮中,中间的亚甲基同时受到两个羰基的影戊二酮中,中间的亚甲基同时受到两个羰基的影响,响,H的酸性更强,在烯醇式中,的酸性更强,在烯醇式中,CC双键又能与双键又能与CO双双键存在着键存在着 共轭,体系更加稳定。由于在共轭,体系更加稳定。由于在2,4戊二酮中存在戊二酮中存在着较多的烯醇式,当它与着较多的烯醇式,当它与FeCl
5、3溶液时,就会发生显色反应,以溶液时,就会发生显色反应,以此可以区别此可以区别2,4戊二酮与其它的酮。戊二酮与其它的酮。所以分子中所以分子中 H的酸性与烯醇式含量是成正比关系的。的酸性与烯醇式含量是成正比关系的。2、羟醛缩合反应 H的的另一个重要性质就是发生羟醛缩合反应。另一个重要性质就是发生羟醛缩合反应。在稀碱(通常为在稀碱(通常为10%NaOH)存在下,一分子醛的存在下,一分子醛的 H加到另一加到另一分子醛的氧上,其余部分加到羰碳上,生成分子醛的氧上,其余部分加到羰碳上,生成 羟基醛的缩合反羟基醛的缩合反应就叫羟醛缩合反应。应就叫羟醛缩合反应。上述反应是在低温下反应生成的,如果上述反应是在
6、低温下反应生成的,如果 C上还有氢,上还有氢,羟基羟基醛经加热就会很容易脱去一分子水生成醛经加热就会很容易脱去一分子水生成、不饱和醛。不饱和醛。羟基醛容易脱水有两个原因:(羟基醛容易脱水有两个原因:(1 1)受羰基的影响,剩下的)受羰基的影响,剩下的 H H仍然比较活泼。(仍然比较活泼。(2 2)一旦生成)一旦生成、不饱和醛,由于存在着不饱和醛,由于存在着 共轭,使产物稳定。共轭,使产物稳定。羟醛缩合历程羟醛缩合反应在有机合成中意义重大、应用广泛,它不但增长了羟醛缩合反应在有机合成中意义重大、应用广泛,它不但增长了碳链,而且还可在分子中引入羟基或碳链,而且还可在分子中引入羟基或C CC C不饱
7、和键。不饱和键。羟醛缩合的历程为羟醛缩合的历程为 在上述羟醛缩合中,提供在上述羟醛缩合中,提供 H的醛,叫的醛,叫亚甲基组分亚甲基组分,提供羰基,提供羰基的醛叫的醛叫羰基组分羰基组分。羟酮缩合含有含有 H H的酮,也能发生类似的反应,这个反应就叫的酮,也能发生类似的反应,这个反应就叫羟酮缩合羟酮缩合反反应。应。但是,得到的二丙酮醇产率较低,为了提高产率,常要采取一定但是,得到的二丙酮醇产率较低,为了提高产率,常要采取一定的措施。的措施。羟醛缩合应用举例羟醛缩合和羟酮缩合在有机合成中应用广泛,为了加深理解,下羟醛缩合和羟酮缩合在有机合成中应用广泛,为了加深理解,下面举几个实例。面举几个实例。例例
8、1 1、长碳链醛酮仍然发生在、长碳链醛酮仍然发生在 H H上上 。例例2 2、分子羟酮缩合、分子羟酮缩合 羟醛缩合应用举例例例3 3、交叉羟醛缩合反应、交叉羟醛缩合反应如果是两种含如果是两种含 H H的醛酮发生缩合反应,则最多可得到四种产物。的醛酮发生缩合反应,则最多可得到四种产物。这这样样的的反反应应称称作作交交叉叉羟羟醛醛缩缩合合反反应应,因因为为产产物物复复杂杂,不不好好分分离离,故在合成上无使用意义。故在合成上无使用意义。但但如如果果用用一一个个不不含含 H H的的醛醛和和一一个个含含 H H的的醛醛(酮酮)进进行行缩缩合合反反应,采取一定的方法,则主要得到交叉缩合的产物。应,采取一定
9、的方法,则主要得到交叉缩合的产物。3、卤代和卤仿反应由于醛酮的由于醛酮的 H很活泼,也容易被卤素取代,如:很活泼,也容易被卤素取代,如:这类反应可以被酸催化,控制适当的条件,可以得到一卤代、二这类反应可以被酸催化,控制适当的条件,可以得到一卤代、二卤代、或三卤代产物。卤代、或三卤代产物。但如果用碱作催化剂,反应一般难以停留在一取代、二取代或三但如果用碱作催化剂,反应一般难以停留在一取代、二取代或三取代上,而是一直进行下去。取代上,而是一直进行下去。卤仿反应生成生成 卤代丙酮后,剩下的两个卤代丙酮后,剩下的两个 H H同时受到羰基和卤素的吸同时受到羰基和卤素的吸电子作用,使其酸性更强了,因此,在
10、碱存在下,会进一步卤代。电子作用,使其酸性更强了,因此,在碱存在下,会进一步卤代。因此,这个反应称作因此,这个反应称作“卤仿反应卤仿反应”。卤仿反应可用通式表示为:。卤仿反应可用通式表示为:由此可以看出,凡是分子中具有由此可以看出,凡是分子中具有COCOCHCH3 3 结构的醛酮都能发生结构的醛酮都能发生卤仿反应。卤仿反应。卤仿反应如果上述反应用的是如果上述反应用的是I I2 2NaOHNaOH(或(或NaOINaOI)作试剂,则得到具有特作试剂,则得到具有特殊气味的黄色晶体沉淀殊气味的黄色晶体沉淀碘仿,因此这个反应称作碘仿,因此这个反应称作碘仿反应碘仿反应。碘仿反应碘仿反应现象明显,因此,现
11、象明显,因此,常用来鉴别具有甲羰基结构的醛酮常用来鉴别具有甲羰基结构的醛酮 (-(-CO-CHCO-CH3 3)。后来,人们发现具有乙醇基(后来,人们发现具有乙醇基(-CHOH-CH-CHOH-CH3 3)结构的化合物,能被结构的化合物,能被NaOINaOI氧化成甲基酮结构,因此,也发生碘仿反应。氧化成甲基酮结构,因此,也发生碘仿反应。因此,因此,碘仿反应可用来鉴别具有碘仿反应可用来鉴别具有甲羰基结构甲羰基结构的醛酮和的醛酮和乙醇基乙醇基结构结构的醇类的化合物的醇类的化合物。卤仿反应的应用卤仿反应的另一个应用就是卤仿反应的另一个应用就是缩短碳链,制备少一个碳的缩短碳链,制备少一个碳的羧酸羧酸,
12、尤其是制备一些用其它方法不易制得的羧酸。如,尤其是制备一些用其它方法不易制得的羧酸。如:三、氧化还原反应1 1、氧化反应、氧化反应 醛和酮在氧化时表现出明显差异,醛的羰基上连有一个氢原子,醛和酮在氧化时表现出明显差异,醛的羰基上连有一个氢原子,很容易被氧化成羧酸;而酮羰基上没有氢原子,一般条件下比较很容易被氧化成羧酸;而酮羰基上没有氢原子,一般条件下比较稳定,不易被氧化。稳定,不易被氧化。对醛来说,除了能被一般的氧化剂如:对醛来说,除了能被一般的氧化剂如:KMnOKMnO4 4H H2 2SOSO4 4、K K2 2CrCr2 2O O7 7H H2 2SOSO4 4、HNOHNO3 3等外,
13、即使较弱的氧化剂如托伦斯试剂和费林试剂也等外,即使较弱的氧化剂如托伦斯试剂和费林试剂也能将醛氧化,下面我们重点介绍这两种氧化剂能将醛氧化,下面我们重点介绍这两种氧化剂。(1 1)托伦斯()托伦斯(TollensTollens)试剂试剂 即指即指AgNOAgNO3 3的氨溶液。配制方法是:向的氨溶液。配制方法是:向AgNOAgNO3 3溶液中慢慢滴加氨水,溶液中慢慢滴加氨水,先生成沉淀,继续滴加,沉淀溶解,即得到托伦斯试剂。先生成沉淀,继续滴加,沉淀溶解,即得到托伦斯试剂。醛的氧化在托伦斯试剂中,起氧化作用的是在托伦斯试剂中,起氧化作用的是银氨络离子中的银银氨络离子中的银。当托伦斯试剂与醛作用时
14、,醛基被氧化成羧酸,银离子被还原成当托伦斯试剂与醛作用时,醛基被氧化成羧酸,银离子被还原成金属银,如果是不规则沉淀,则为金属银,如果是不规则沉淀,则为黑色黑色,如果反应器皿很干净,如果反应器皿很干净,则析出的银附着在光滑的器皿壁上,形成漂亮的银镜,因此,这则析出的银附着在光滑的器皿壁上,形成漂亮的银镜,因此,这个反应就叫个反应就叫银镜反应银镜反应。该反应实际就是镀镜子和保温瓶胆的原理,所用的醛是葡萄糖,该反应实际就是镀镜子和保温瓶胆的原理,所用的醛是葡萄糖,再加一些络合剂,让银沉淀的更加紧密一些。再加一些络合剂,让银沉淀的更加紧密一些。醛的氧化(2 2)费林()费林(FehlingFehlin
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