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1、第十四章第十四章羰基羰基-取代反应和缩合反应取代反应和缩合反应Reaction at the -Carbon of Carbonyl Compounds 带部分正电被亲核试剂进攻加成一定的酸性CHCONucleophilic Addition to Nucleophilic Addition to the Carbonyl Groupthe Carbonyl Group Oxygen Nucleophiles Oxygen Nucleophiles Sulfur Sulfur NucleophilesNucleophiles Carbon Carbon NucleophilesNucleoph
2、iles Nitrogen Nitrogen NucleophilesNucleophiles羰基化合物的基化合物的结构特征之一：构特征之一：羰基基C=O可以接受可以接受亲核核试剂的的进攻攻，发生生亲核加成反核加成反应、亲核取代反核取代反应。反应类型总结：反应类型总结：1 1、简单加成简单加成：Nu-Nu-中带负电荷的部分加在羰基中带负电荷的部分加在羰基碳原子上，另一部分加在氧原子上。碳原子上，另一部分加在氧原子上。2 2、先加成后取代先加成后取代酸催化下酸催化下 如：与如：与ROHROH，RSHRSH3 3、先加成后消去先加成后消去酸或碱催化酸或碱催化 如：胺、如：胺、氨及氨的衍生物氨及氨的
3、衍生物注意：注意： 以上反应除与有机金属化合物的反应之外，以上反应除与有机金属化合物的反应之外， 均为平衡过程均为平衡过程 讨论参数：讨论参数：平衡常数平衡常数Reactions at the -Carbon of Carbonyl Compounds Acidity of the Acidity of the -hydrogens-hydrogens Keto-Enol tautomerizationKeto-Enol tautomerization ApplicationsApplications羰基化合物的基化合物的结构特征之二：构特征之二：羰基基C=O的吸的吸电子作用使得子作用使得-H
4、具有明具有明显的酸性，在碱性条件的酸性，在碱性条件下可以解离，下可以解离，生成生成烯醇醇负离子，从而成离子，从而成为亲核核试剂，进攻攻羰基基碳或碳或卤代代烃，发生生亲核加成反核加成反应、亲核取代反核取代反应。1. 烯醇中的醇中的C-C双双键接受接受亲电试剂进攻攻，发生生卤代反代反应；醛酮、羧酸和酸和酰卤可以可以发生生该反反应。2. 烯醇醇负离子作离子作为亲核核试剂，进攻攻卤代代烃的缺的缺电子碳，子碳，则发生生亲核取代反核取代反应；进攻攻羰基碳基碳则发生生亲核加成反核加成反应。3. 烯醇醇负离子作离子作为亲核核试剂，发生生亲核加成的核加成的产物可以脱水物可以脱水缩合形成合形成 , -不不饱和和羰
5、基化合物；基化合物；烯醇醇负离子离子还可以与可以与 , -不不饱和和羰基化合物反基化合物反应生成生成 1,5-二二羰基化合物。基化合物。1,5-二二羰基化合物基化合物进一步一步发生分子内生分子内缩合就形成合就形成环状状结构。构。一、一、-氢的酸性及烯醇、烯醇负离子形成氢的酸性及烯醇、烯醇负离子形成二、二、-卤代反应卤代反应三三、Aldol 反应和反应和 Aldol 缩合缩合四四、酮和酯的烷基化反应酮和酯的烷基化反应五五、酮和酯的酰基化反应酮和酯的酰基化反应六六、,-不饱和羰基的亲核加成不饱和羰基的亲核加成七七、-二羰基化合物的反应与应用二羰基化合物的反应与应用八、其它缩合反应八、其它缩合反应本
6、章主要内容 烯醇醇负离子由于离子由于羰基的共基的共轭作用得以作用得以稳定。定。一、一、-氢的酸性及烯醇、烯醇负离子形成氢的酸性及烯醇、烯醇负离子形成1、羰基化合物、羰基化合物-氢氢的酸性的酸性n可见在适当的碱作用下，醛、酮、酯羰基的-H可以离解，而形成碳负离子；n常用碱有： OH-，EtONa，t-BuOK（水、醇的pKa 为15 18） (i-Pr)2NHLi（LDA） （RNH2 的pKa 为35） PhLi等 （PhH的pKa 为44 ）2、互变异构、互变异构(Keto-Enol Tautomerism) 中性条件下，羰基化合物存在酮式和烯醇式互变中性条件下，羰基化合物存在酮式和烯醇式互
7、变 体现了体现了-H的活性的活性平衡常数：平衡常数： K K 烯醇烯醇 醛或酮醛或酮 酸和碱均可催化这一互变异构过程酸和碱均可催化这一互变异构过程 酸催化条件下酸催化条件下，羰基氧首先质子化，吸电子作用进一步增强，促，羰基氧首先质子化，吸电子作用进一步增强，促进进-H的离去，加速达到平衡的离去，加速达到平衡酸催化不改变平衡常数酸催化不改变平衡常数 碱性条件下，碱性条件下，碱夺取碱夺取-H形成烯醇负离子，促进平衡达到形成烯醇负离子，促进平衡达到碱催化有可能改变平衡常数！碱催化有可能改变平衡常数！3、Formation of enolate 烯醇盐的形成烯醇盐的形成Which “Base”? 用什
8、么碱来形成烯醇盐？用什么碱来形成烯醇盐？弱碱弱碱NaOH，RONa作用下，反应可逆进行，烯醇负离子含量低作用下，反应可逆进行，烯醇负离子含量低强碱如强碱如LDA作用下，可以定量地转化为烯醇负离子作用下，可以定量地转化为烯醇负离子LDA -二异丙基氨基锂二异丙基氨基锂 lithium diisopropylamide -强碱，但是是弱亲核试剂强碱，但是是弱亲核试剂 -可以令羰基化合物定量转化为烯醇可以令羰基化合物定量转化为烯醇 -从丁基锂制备从丁基锂制备4、Regioselective Formation of Enolate Anions 烯醇烯醇负离子的形成区域选择性负离子的形成区域选择性?
9、Kinetic enolateThermodynamic enolateGenerally: 低温有利于形成动力学产物低温有利于形成动力学产物 高温则主要得到热力学产物高温则主要得到热力学产物n强碱强碱有利于形成有利于形成动力学动力学控制的控制的少取代少取代烯醇负离子。烯醇负离子。n酸性酸性有利于形成有利于形成热力学热力学控制的控制的多取代多取代烯醇。烯醇。n对于弱碱条件下则影响因素会更多，选择性不高。对于弱碱条件下则影响因素会更多，选择性不高。酸性条件下将形成烯醇，而不是烯醇负离子酸性条件下将形成烯醇，而不是烯醇负离子enolateenolateenolenol例题与习题例题与习题: 预测下
10、列每组化合物，哪一个烯醇负离子是动力学控制产物预测下列每组化合物，哪一个烯醇负离子是动力学控制产物？例题与习题例题与习题: 预测下列每组化合物中，哪一个烯醇结构较稳定，即为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？热力学控制烯醇？5 5、Racemization Racemization 消旋化消旋化消旋化消旋化二、 -卤代反应烯醇或烯醇负离子具有烯醇或烯醇负离子具有C-C双键，可以接受亲电试剂进攻，双键，可以接受亲电试剂进攻，发生亲电取代反应。发生亲电取代反应。酸碱催化机理有所不同：酸碱催化机理有所不同：（1）Aldehyde and ketone比较比较 I 和和 I
11、I ，由于卤素的吸电子的诱导作用，由于卤素的吸电子的诱导作用，II 中羰基氧上的电子云密度降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。低，因此质子化能力降低，反应多停留在一卤代阶段。酸催化下：酸催化下： - 得得一卤代物一卤代物。 - 反应活性：反应活性：RCOCHR2 RCOCH2R RCOCH3 以烯醇稳定性决定以烯醇稳定性决定比较比较 I 和和 II，由于卤素的吸电子作用，由于卤素的吸电子作用，II 中连卤素碳上氢的酸性增强，更易中连卤素碳上氢的酸性增强，更易形成烯醇负离子，反应难以停留在一卤代阶段，将进一步发生多卤代反应。形成烯醇负离子，反应难以停留在一卤
12、代阶段，将进一步发生多卤代反应。- 得多卤代物。得多卤代物。- RCOCH3 and RCHOHCH3发生卤仿反应。发生卤仿反应。- 反应活性：反应活性：RCOCH3 RCOCH2R RCOCHR2 以以-H的酸性决定的酸性决定当原料是甲基酮，将发生进一步反应，生成卤仿当原料是甲基酮，将发生进一步反应，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碘仿反应：用于鉴别甲基酮和能氧化为甲基酮的醇例题与习题：例题与习题：完成下列反应完成下列反应(2) 羧酸及酰卤羧酸及酰卤思考：羧酸的思考：羧酸的-卤代与成酰卤反应有何区别？卤代与成酰卤反应有何区别？例题与习题：例题与习题：完成下列反应完成下列反
13、应 请思考：制备请思考：制备-卤代酸酯，应该先酯化还是先卤代？卤代酸酯，应该先酯化还是先卤代？三、三、aldol 加成和加成和 aldol 缩合缩合1. aldol addition and aldol condensationaldol 加成加成产物：物：-羟基基醛 或或 -羟基基酮aldol 缩合合产物：物： , -不不饱和和醛 或或 , -不不饱和和酮easyeasydifficultdifficultReversible醛的羟醛缩合反应醛的羟醛缩合反应醛的羟醛缩合反应醛的羟醛缩合反应酮的羟醛缩合反应酮的羟醛缩合反应酮的羟醛缩合反应酮的羟醛缩合反应可继续脱水可继续脱水2. The mix
14、ed aldol addition产物复杂，无实用价值产物复杂，无实用价值How to solve?Method 1Method 23. Intramolecular aldol addition例题与习题：例题与习题：完成下列反应完成下列反应例题与习题例题与习题: 试用合适的原料合成下列化合物试用合适的原料合成下列化合物例题与习题例题与习题例题与习题例题与习题: : 从指定原料出发，如何完成下列转化？从指定原料出发，如何完成下列转化？从指定原料出发，如何完成下列转化？从指定原料出发，如何完成下列转化？四、酮和酯的烷基化反应四、酮和酯的烷基化反应1. 通过通过enolate2. 通过通过ena
15、mine两种方法比较两种方法比较通过通过enolate的方法，还会得到二烷基化和氧烷基化产物。的方法，还会得到二烷基化和氧烷基化产物。通过通过enamine的方法，只得到单烷基化产物，合成上更有用。的方法，只得到单烷基化产物，合成上更有用。五、酮和酯的酰基化反应五、酮和酯的酰基化反应酯的酰基化反应酯的酰基化反应1. Claisen condensation - acylation of esters, to give -keto ester - stronger base, RONa or Ph3CNa and so on - reversibleb b -keto esteraldol 反应
16、反应 与与 Claisen 缩合的对比缩合的对比当使用醇钠作为碱当使用醇钠作为碱，要使，要使 Claisen 缩合顺利进行缩合顺利进行,需要采用具需要采用具有两个有两个 - H 的酯的酯 以及等物质量的碱（替换催化量的碱）以及等物质量的碱（替换催化量的碱）Why?对于只有一个对于只有一个 - H的酯的酯, 需要更强的碱例如需要更强的碱例如 LDA, 或或sodium trityl（三苯甲基钠），（三苯甲基钠），the pKa value of tritane（三苯甲烷）（三苯甲烷）is about 31.5NaH 和和 KH 常用于常用于 Claisen缩合，反应中生成的醇会与缩合，反应中生成的醇会与NaH反应，促使反应平衡向产物移动。反应，促使反应平衡向产物移动。Claisen 缩合是缩合是可逆可逆的反应，得到的缩合产物的反应，得到的缩合产物-羰基酯可以在羰基酯可以在催化量的碱催化量的碱以及醇溶液中可逆进行，回复到起始的羧酸酯。以及醇溶液中可逆进行，回复到起始的羧酸酯。注意反应条件的区别！注意反应条件的区别！2. 交叉交叉Claisen缩合：缩合：(1) 两个都具有-H的酯将得到四个
