《物理有机化学第6章羰基化合物反应幻灯片资料》由会员分享，可在线阅读，更多相关《物理有机化学第6章羰基化合物反应幻灯片资料（115页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第6章 羰基化合物反应,一 羰基化合物的结构与反应特征,羰基化合物的结构特征之一： 羰基C=O，可以接受亲核试剂的进攻，发生亲核加成反应、亲核取代反应。,羰基化合物的结构特征之二： 羰基C=O的吸电子作用使得a-H具有明显的酸性，在碱性条件下可以离解，生成烯醇负离子，从而成为亲核试剂，进攻羰基碳或卤代烃，发生亲核加成反应、亲核取代反应。 烯醇负离子由于羰基的共轭作用得以稳定,烯醇负离子作为亲核试剂，发生亲核加成的产物可以脱水缩合形成a, b-不饱和羰基化合物；烯醇负离子还可以与a, b-不饱和羰基化合物反应生成1, 5-二羰基化合物。 1, 5-二羰基化合物进一步发生分子内缩合就形成环状结构。
2、,羰基的亲核加成反应机理,碱性条件下,酸性条件下,羧酸及其衍生物的亲核取代（加成消去）反应机理:,Nu(亲核试剂) = H2O、ROH、NH3等 Z(离去基团) =X、OR、OCOR、 NH2等,羧酸衍生物的亲核取代(加成-消去)反应一般分为两步，首先是亲核试剂进攻羰基碳原子,发生亲核加成反应，形成一个带负电荷的四面体中间体。然后,中间体消去一个负离子,恢复碳-氧双键,形成另一个羧酸衍生物。,二、醛、酮亲核加成反应的立体化学,环状化合物羰基平面两边的空间条件不同时，亲核试剂 主要从空间位阻小的一边进攻。,取代基环己酮类的亲核加成反应，不是受立体接近控制就是受产物进展控制。,2. 开链型醛和酮中
3、若羰基与一个不对称碳原子相 连，当羰基发生加成反应形成第二个不对称碳原子时，所生成的两个非对映体产率不相同-Cram规则,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。,1 RMgX 2 H2O,+,次要产物,35oC R 主 次 CH3 2.5 : 1 C6H5 4 : 1 (CH3)2CH 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
4、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。,三、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
5、 ，水的pKa 为15 ）,2、Formation of Enolate 烯醇负离子由于羰基的共轭作用得以稳定 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 enol
6、ate high temperature, give thermodynamic enolate,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
7、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,烯醇或烯醇负离子具有C-C双键，可以接受亲电试剂进攻，发生亲电取代反应。酸碱催化机理有所同。,四、a 卤代反应,（1）Aldehyde and ketone 酸催化下 得一卤代物。 反应性：RCOCHR2 RCOCH2R RCOCH3 碱催化下 得多卤代物 RCOCH3 and RCH(OH)CH3发生卤仿反应 反应性： RCOCH3 RCOCH2R RCOCHR2,酸催化机理
8、： 比较I和II，由于卤素的吸电子作用，II中羰基氧上的电子云密度降低，因此质子化能力降低，反应多停留在一卤代阶段,质子化相对容易,例如:,碱催化机理： 比较I和II，由于卤素的吸电子作用，II中连卤素碳上氢的酸性增强，更容易形成烯醇负离子，反应难以停留在一卤代阶段，将进一步发生多卤代反应。 如果原料是甲基酮，则将发生进一步反应，并断键生成卤仿。,碘仿反应：用于鉴别甲基酮和能氧化为甲基酮的醇,思考题：举例说明能氧化为甲基酮的醇有哪些？,(2) 羧酸及酰卤 Hell-Volhard-Zelinski reaction (HVZ reaction),五、Aldol加成和Aldol缩合,1. Ald
9、ol addition and aldol condensation,Aldol addition Aldol condensation,b-hydroxyaldehyde b-hydroxyketone,a, b -unsaturated aldehyde a, b -unsaturated ketone,例如:,Mechanism for the aldol addtion,例题与习题 请写出下列反应的产物,2. The mixed aldol addition When one of the aldehyde or ketone has no a-H, and with one exce
10、ss starting material, one product could be mainly obtained.,如果两个反应物都具有a-H，则将 得到四个产物,How to get the desired product?,采用强碱LDA与一个醛或酮反应，使之定量地转化为烯醇负离子，然后再向该体系中加入另一个醛或酮，则可以得到单一产物。,3. Intramolecular aldol addition to form cyclic b-hydroxyketone or a, b unsaturatd ketone,例题与习题 完成下列反应,例题与习题 试用合适的原料合成下列化合物,SO
11、XHLET Franz Von 1848-1926 （德国化学家）,索氏提取器,丙酮,Ba(OH)2,二丙酮醇：5(不加索氏提取器) 70(加索氏提取器),六、酮和酯的烷基化反应,1. 通过enolate,2. 通过enamine,两种方法比较 通过enolate的方法，还会得到二烷基化和氧烷基化的产物 通过enamine的方法，只得到单烷基化的产物，合成上更有用。,两种方法比较,七、a, b - 不饱和羰基的亲核加成,1. Michael addition It is the addition of a a, b -unsaturated carbonyl compound with an
12、enolate as a nucleophile 1, 4 addition to form 1, 5-dicarbonyl compounds,the nucleophile can be an enolate generated from compounds other than aldehydes or ketones it can be an ester, a nitro-compound, or a nitrile e.g.,Arthur Michael (18531942) 美国化学家,The best nucleophile are: b-diketones, b-diester
13、s, b-keto esters, b-keto nitriles,Questions: Please write out the main products:,Questions: What reagents would you use to prepare the following compounds?,2. Stork enamine reaction Enamines can be used in place of enolates in Micheal reactions.,3. Robinson环合反应合成六元环,反应特点：一个环上再加一个环； 两环相稠合的碳原子上引角 甲基(两
14、个环上共用碳上甲基),1,5-diketones can undergo an intramolecular aldol addition to form cyclic b-hydroxyketones or a, b-unsaturated ketones,例如:,Applied in synthesis e.g.,八、酮和酯的酰基化反应,1. Claisen condensation acylation of esters, to give b-keto ester,b-keto ester,Ludwig Claisen (18511930) 德国化学家,comparison of ald
15、ol reaction with Claisen condensation,the reaction is reversible,With a sodium alkoxide as a base, a successful Claisen condensation requires an ester with two a-hydrogens and an equivalent amount of base rather than a catalytic amount of base.,irreversible,the hydrogen is necessary,an equivalent am
16、ount of base is necessary, for an ester with only one a-H, stronger base like LDA, or sodium trityl（三苯甲基钠）should be used as base，the pKa value of tritane（三苯甲烷）is about 31.5, NaH and KH are common bases used in Claisen condensation. ethane formed in the reaction may react with NaH, enforcing the equilibrium to move to the product side., Claisen condensation is reversible. With a catalytic
