5第五章羰基的親核加成及相關(guān)反應(yīng)詳版課資

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1、 1課堂優(yōu)質(zhì)羰基的結(jié)構(gòu)與極化：v醛、酮、羧酸及其衍生物及二氧化碳都含有羰基v羰基有一個(gè)鍵和一個(gè)鍵；由于氧的電負(fù)性（3.5）比碳（2.5）大，所以羰基產(chǎn)生極化 2課堂優(yōu)質(zhì)羰基的結(jié)構(gòu)與極化：v羰基碳帶有部分電荷為親電中心，容納正電荷能力差很不穩(wěn)定，易受攻擊發(fā)生親核加成反應(yīng)v羰基氧為親核中心具有容納負(fù)電荷能力比較穩(wěn)定3課堂優(yōu)質(zhì)親核試劑： v含氧試劑：H2O、ROH、RO-v含碳試劑：RCC-，CN-，R-v含氮試劑：NH3，NH2，NH2NH2及NH2OH等 4課堂優(yōu)質(zhì)醛與酮： v醛與酮是較強(qiáng)的親電試劑，易進(jìn)行親核加成，醛可與弱親核試劑反應(yīng)（如NH3，CN-）羧酸及其衍生物：v較弱的親電試劑（+C）

2、v只與強(qiáng)親核試劑反應(yīng)（如：R-，RO-等）v不與弱親核試劑（如氨）反應(yīng)5課堂優(yōu)質(zhì)親核加成反應(yīng)的歷程v堿催化羰基的親核加成：堿奪取親核試劑（H-Nu）中的H+，生成親核性更強(qiáng)的Nu- v酸催化羰基的親核加成：羰基被質(zhì)子化v許多親核加成反應(yīng)是可逆的6課堂優(yōu)質(zhì)與氨基衍生物的親核加成vY：H，R，OH（羥氨），NHR（肼），NHCONH2（氨基脲） 7課堂優(yōu)質(zhì)影響羰基親核加成反應(yīng)活性的因素v反應(yīng)物的結(jié)構(gòu)影響v取代基的電子效應(yīng)：羰基碳原子上的電子云密度?。?C，-I）利于親核試劑進(jìn)攻，親核反應(yīng)易于進(jìn)行。8課堂優(yōu)質(zhì)芳香醛：v羰基碳原子上的電子云密度大（+C）的化合物趨穩(wěn)定v親核加成造成共軛體系的破壞也不易

3、加成v芳基上的推電子基（+I）及拉電子基（-I）也改變羰基活性。 9課堂優(yōu)質(zhì)空間位阻降低羰基親核加成活性 基本上不發(fā)生親核取代反應(yīng) CCH3CH3OCNOHCH3OH,H2SO471%80%90%CH2=CCH3COOCH3120o109.5oCCH3CH3HCN10課堂優(yōu)質(zhì)試劑的親核性越強(qiáng)越易反應(yīng) v帶負(fù)電荷的親核試劑，比其共軛酸親核性強(qiáng)：OH-H2Ov極性大的分子比極性小的分子親核性強(qiáng)：HCN H2O （pH）v同一周期元素負(fù)離子堿性越強(qiáng)親核性越強(qiáng)：R3C-R2N-RO-F-v同一主族元素負(fù)離子親核性與其可極化度一致：I-Br-Cl-F-11課堂優(yōu)質(zhì)親核加成反應(yīng)中的立體化學(xué)v透視式：任意兩

4、個(gè)基團(tuán)交換位置后為對映異構(gòu)體v親核試劑可從醛（酮）所在平面的上面或下面進(jìn)攻，新形成一個(gè)手性中心，產(chǎn)物為外消旋體（對映異構(gòu)體各占50%）。 COOHRRCRRNu-Nu-NuO-CRRNuO-CRRNuCRRNuOH(a)(b)H+H+12課堂優(yōu)質(zhì)親核試劑從空阻小的一邊進(jìn)攻羰基 v換用仲丁基硼氫化鋰，內(nèi)側(cè)進(jìn)攻產(chǎn)物99.6%，外側(cè)產(chǎn)物0.4% 13課堂優(yōu)質(zhì)醛酮的簡單親核加成 強(qiáng)酸強(qiáng)堿 v僅限醛、脂肪甲基酮及8個(gè)碳原子的環(huán)酮 14課堂優(yōu)質(zhì)可極化性及親核性： v硫大于氧 兩可試劑 生成碳一硫鍵 15課堂優(yōu)質(zhì)醛酮與醇的加成： v生成半縮醛（酮）或縮醛（酮） v歷程：酸催化16課堂優(yōu)質(zhì)17課堂優(yōu)質(zhì)醛酮與醇

5、的加成：v酮反應(yīng)較為困難 空間位阻效應(yīng)v反應(yīng)可逆，生成縮醛不與堿、氧化劑和堿金屬反應(yīng)可保護(hù)羰基（用乙二醇） 18課堂優(yōu)質(zhì)醛酮與金屬有機(jī)化合物反應(yīng)： v金屬有機(jī)化合物含碳-金屬鍵 為極性共價(jià)鍵。v烷基鋰或格氏試劑都是強(qiáng)親核試劑 (失去MgXCl生成酮） 19課堂優(yōu)質(zhì)失去Mg(OR)X生成酮20課堂優(yōu)質(zhì)Reformasky反應(yīng)生成C-Zn鍵，與Grignard試劑相似21課堂優(yōu)質(zhì)醛酮與含氮親核試劑的加成-消去反應(yīng) v加成產(chǎn)物發(fā)生-消去形成新的雙鍵醛酮與氨衍生物的反應(yīng)v烯胺（enamine）為中間體可用于合成，酸性條件下水解生成胺及酮 NNHOOCH2-CH=CH2+1)CH2=CHCH2Br2)H

6、3+O66%22課堂優(yōu)質(zhì)曼尼希（Mannich）反應(yīng) 具有-氫的醛酮或其它含活潑氫的化合物與甲醛及胺（或氨）反應(yīng)生成含胺甲基的化合物v活潑氫被胺甲基化后，加熱失去氨，生成-不飽和羰基化合物（PhCOCH=CH2）v含活潑氫的化合物。vCHCOR，CHCO2R， CHCO2H，CHCN，CHNO2，RCCH，ROH，RSH及苯酚羥基鄰、對位的HCOCH3+ CH2O+ NH3COCH2CH2NH2酸組分堿組分醛組分曼尼希堿23課堂優(yōu)質(zhì)醛、酮羰基的烯化Wittig（維荻許）反應(yīng)v1954年 G.Wittig發(fā)現(xiàn)該反應(yīng)v1979年 獲 Nobel Pricev醛與酮與磷葉立德（ylide）反應(yīng)生成烯

7、24課堂優(yōu)質(zhì)Wittig試劑（磷葉立德）： v內(nèi)鎓（Onium）正鹽（中性分子） （碳的電負(fù)性大于磷），具有相反的電荷在相鄰兩個(gè)原子上。 R3PCHR+-25課堂優(yōu)質(zhì)硫葉立德：26課堂優(yōu)質(zhì)磷酸 膦酸 氨 v胺(C-N) 銨 v磷 膦(C-P) 鏻硫（ ）锍v季鏻鹽 與季銨鹽 相似R4PCl+-+R4NCl-27課堂優(yōu)質(zhì)磷葉立德： v由強(qiáng)堿奪取季鏻鹽中質(zhì)子制備v季鏻鹽酸性較弱，要強(qiáng)堿(C6H6Li)才能奪取其中的質(zhì)子(C6H5)3P+ CH3CH2BrC6H6(C6H5)3PCH2CH3Br+-l季 鹽(C6H5)3PCH2CH3Br+-C6H5Li(C6H5)3P=CHCH3+C6H6LiBr

8、+Wittig試劑烴代亞甲基三苯基膦28課堂優(yōu)質(zhì)v季鏻鹽的-位有強(qiáng)吸電子基，則酸性增強(qiáng)，用普通堿可制備磷葉立德:29課堂優(yōu)質(zhì)葉立德與羰基反應(yīng)：引入碳-碳雙鍵v反應(yīng)歷程：四元環(huán)過渡態(tài)30課堂優(yōu)質(zhì)含碳親核試劑的反應(yīng)v羥醛縮合（生成- 羥基醛酮或-不飽和醛酮）31課堂優(yōu)質(zhì)羥醛縮合反應(yīng)v一些含活潑亞甲基（酸性-氫）的化合物（-二羰基化合物 醛、酮等）在強(qiáng)堿下可形成-碳負(fù)離子（強(qiáng)親核試劑），然后與羰基進(jìn)行親核加成反應(yīng)生成-羥基醛（酮）（也稱醇醛）v-羥基醛（酮）脫水生成，-不飽和醛酮COCH2ORRCOCOROCOCH2ROORCOCOCH2R,32課堂優(yōu)質(zhì)羥醛縮合反應(yīng)vpKa酸式離解常數(shù)：丙烯38、乙

9、炔25、丙酮20vCH3CH=CH2-超共軛效應(yīng)及+I效應(yīng)利于親電加成vCH3CH=O -超共軛效應(yīng)及+I效應(yīng)不利于親核加成33課堂優(yōu)質(zhì)v堿催化歷程v至少要有兩個(gè)-氫才可失水，失水后形成共軛體系，-不飽和酮穩(wěn)定羥醛縮合反應(yīng)歷程34課堂優(yōu)質(zhì)羥醛縮合反應(yīng)歷程 v酸催化歷程 酸:AlCl3 、HF、HCl、H3PO4酸催化，促進(jìn)烯醇式的生成也提供活化的羰基 35課堂優(yōu)質(zhì)交叉羥醛縮合v當(dāng)兩個(gè)醛（或酮）分子都含有-氫時(shí)可得到四種不同產(chǎn)物，無合成價(jià)值 36課堂優(yōu)質(zhì)v選擇一個(gè)反應(yīng)物為醛、甲基酮或環(huán)酮提供親核試劑（含-氫）：另一個(gè)不含-氫的反應(yīng)物（醛）提供羰基（H2CO，R3CCHO，ArCHO，ArCOAr

10、等） 交叉羥醛縮合37課堂優(yōu)質(zhì)交叉羥醛縮合v芐基酮中-亞甲基，由于羰基及芳基雙重活化，易反應(yīng) 38課堂優(yōu)質(zhì)Claisen-Schmidt反應(yīng)： v含-氫的脂肪醛、酮與芳醛的交叉縮合39課堂優(yōu)質(zhì)分子內(nèi)羥醛縮合OO100OCH3+-KOH,H2O40課堂優(yōu)質(zhì)不對稱酮縮合v酸催化發(fā)生在甲基上，堿催化發(fā)生在亞甲基上 OCH3CH2CCH3RCHOH+OH-CH3CH2COCH=CHRCH3C=CHRCOCH3+41課堂優(yōu)質(zhì)柏金（Perkin）反應(yīng)： v生成-苯丙烯酸（肉桂酸）（60%）v歷程如下： C6H5CHO+ (CH3CO)2OK2CO31701801)OH-,H2O2)H+CH=CHCOOH6

11、0%42課堂優(yōu)質(zhì)OO H-+(CH3CO )2OCH2CO -O -CO CH3-PhCH -CH2CO -OPhCH OCH3-C=O: O :-:PhCH -CH2-CO O-COH3C(CH3CO )2OPhCH -CH -C-O -CCH3OOCOCH3H3O+PhCH =CH CO O HCH3CO O HOH43課堂優(yōu)質(zhì)克諾文納格爾（Knoevenage）反應(yīng) v不含-氫的醛（酮）和含活潑氫的ZCH2Z（或ZCHRZ）化合物的縮合。 OR-C-R+ Z-CH2-ZCRR堿Z和Z為吸引電子的基團(tuán)，如：-CN,-CHO,-COR,-COOR,-SO2R等。CZZ44課堂優(yōu)質(zhì)Knoeve

12、nage反應(yīng)歷程與羥醛縮合相同45課堂優(yōu)質(zhì)苯偶姻縮合（Acyloin Condensation） v也稱為安息香縮合(Benzoin Condensation)v兩分子芳香醛在氰根離子作用下，縮合成-羥基酮（偶姻）的反應(yīng)。46課堂優(yōu)質(zhì)v氰根離子與芳醛首先發(fā)生羰基的親核加成v產(chǎn)物氰醇負(fù)離子脫去-氫生成- 碳負(fù)離子。-碳負(fù)離子再與另一分子苯甲醛進(jìn)行羰基碳上的親核加成 ArCH=OCN-ArArCH=OArCCArArCCAr-CCNArCCNOHOHCN HO-: O :-: O :-:CNOHHArCCHArOOH+-CN-CN-H+47課堂優(yōu)質(zhì)總結(jié)：v羥醛縮合vKnoenenage反應(yīng)醛酮提供

13、羰基，酯提供-氫，反應(yīng)中失去水48課堂優(yōu)質(zhì)羧酸及其衍生物的親核加成v此類反應(yīng)與醛酮的反應(yīng)相似，也是親核試劑進(jìn)攻羰基中帶部分正電荷的碳原子而發(fā)生親核加成v縮合反應(yīng)：兩個(gè)分子通過失去小分子（如水或醇等）而生成較大分子量的分子 49課堂優(yōu)質(zhì)Claisen及Dieckmann酯縮合： v酯與酯的縮合失去一分子醇生成-酮酸酯 酯酮縮合： v含-氫的酮和不含-氫的酯縮合失去一分子醇生成-二酮 50課堂優(yōu)質(zhì)Claisen酯縮合反應(yīng)v在強(qiáng)堿（醇鈉等）催化下，失去一分子醇兩分子酯自身縮合（也稱為酯的酰化）51課堂優(yōu)質(zhì)Claisen酯縮合反應(yīng)v其中一個(gè)酯常選為不含-氫的甲酸酯、苯甲酸酯、草酸酯等 52課堂優(yōu)質(zhì)Cl

14、aisen酯縮合反應(yīng)歷程53課堂優(yōu)質(zhì)Claisen酯縮合反應(yīng)歷程54課堂優(yōu)質(zhì)Dieckman酯縮合反應(yīng)： vClaisen酯縮合的特例，分子內(nèi)關(guān)環(huán)，合成五元或六元環(huán)55課堂優(yōu)質(zhì)Dieckman酯縮合反應(yīng)：v當(dāng)可能生成兩種產(chǎn)物時(shí)，較穩(wěn)定的烯醇優(yōu)先生成，即失去酸性較大的-氫生成較穩(wěn)定的碳負(fù)離子OCOOEtH3CCOOEtCH3OEtOOCCH2(CH2)2CHCOOEtCH3EtONa二甲苯56課堂優(yōu)質(zhì)酯酮縮合 v酮的-碳進(jìn)攻酯羰基開始，通過縮合失去一分子醇而生成-二酮v烷基的+I效應(yīng)和空間位阻都可降低酮或酯的活性v酮：甲基酮，環(huán)已酮活性較大 57課堂優(yōu)質(zhì)酯的活性順序如下：酯的活性順序如下：v甲基

15、酮甲基上的氫易失去，形成亞甲基碳負(fù)離子（CH2-）v非甲基（亞甲基或次甲基）酮上的氫不易失去，因其形成的碳負(fù)離子不如亞甲基碳負(fù)離子穩(wěn)定 HCOORCH3COORCH3CH2COOR(CH3)2CHCOOR(CH3)3COORHCOOC2H5+CH3CCH2CH(CH3)2NaHC-CH2-CCH2CH(CH3)2OOOOOEtONaCHOHCOOC2H5+58課堂優(yōu)質(zhì)含碳親核試劑的反應(yīng)v一種反應(yīng)物為：有活潑氫的化合物（醛、酮、酯或Z-CH2-Z,其中：Z,Z=NO2,CO2H,CN,CO2R）v另一反應(yīng)物如為酯并無活潑氫則脫ROH，如為醛酮?jiǎng)t脫H2O。v催化劑為RO-或OH-59課堂優(yōu)質(zhì)邁克爾

16、加成（Michael Addition）v碳負(fù)離子與、-不飽和羰基化合物（醛、酮、酯）或、-不飽和腈的碳-碳雙鍵進(jìn)行共軛加成。v可形成碳負(fù)離子的試劑（Z-CH2-Z）稱為Michael供體60課堂優(yōu)質(zhì)Michael供體如： ROCCH2CORNCCH2CORCH3CCH2COROOOOO丙二酸酯氰乙酸酯-丁酮酸酯61課堂優(yōu)質(zhì)Michael（接）受體：親電的共軛體系v、-不飽和醛、酮、酯或腈 +HZ堿CH2ZZC=CZCHCCYY62課堂優(yōu)質(zhì)vMichael受體為、-不飽和酯（y=CO2R）產(chǎn)物為1，5-二羰基化合物vMichael受體為、-不飽和醛酮（y=COR或CHO）vMichael受體為

17、、-不飽和腈63課堂優(yōu)質(zhì)Michael加成的歷程：v具有-氫的Michael供體生成羰基負(fù)離子（烯醇式氧負(fù)離子）HC=CCCB:-+O-HBCCO:-O-64課堂優(yōu)質(zhì)v羰基負(fù)離子進(jìn)攻Michael受體有兩條途徑：其中形成負(fù)電荷比較分散的中間體較穩(wěn)定v所以生成1，5-二羰基化合物、質(zhì)子化產(chǎn)物C=C+ CCO:-C=OC=CC=OO-CCCCCCOH+（穩(wěn)定）CO:-65課堂優(yōu)質(zhì)Michael加成反應(yīng)的應(yīng)用：v合成1，5-二羰基化合物ONCCHCOOEtCH(Ph)CH2CCH3NCCH2COOEt + PhCH=CHCOCH3EtONaNCCHCOOEtCHCH2COCH3PhMichael供體Michael受體66課堂優(yōu)質(zhì)Robinson關(guān)環(huán)： vMichael加成產(chǎn)物通過分子內(nèi)羥醛縮合關(guān)環(huán)合成六元環(huán)Michael受體 Michael供體 羥醛縮合67課堂優(yōu)質(zhì)Robinson關(guān)環(huán)：v用Mannich堿與含活潑氫化合反應(yīng)進(jìn)行Michael加成v因?yàn)椋?不飽和羰基化合物（Michael受體）可由Mannich堿消去制備68課堂優(yōu)質(zhì)