第十三章羰基化合物的親核加成和取代反應

第十三章羰基化合物的親核加成和取代反應第1頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二本章主要內容一、羰基的結構及反應特性二、羰基的親核加成

1.

概述

2.

含O,S親核試劑

3.

含N親核試劑

4.

含C親核試劑

5.

a,

b–不飽和羰基的親核加成三、羧酸及其衍生物的親核取代反應第2頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二一、羰基的結構及反應特性1.羰基的結構特點羰基是一個不飽和極性共價鍵，受氧的吸電子作用影響，羰基中碳原子帶部分正電荷，容易接受親核試劑的進攻，發(fā)生親核加成反應。第3頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二一、羰基的結構及反應特性2.

各種含羰基的化合物(1)ClassI---醛和酮主要發(fā)生親核加成反應(2)ClassII---羧酸及其衍生物,主要發(fā)生親核取代反應第4頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二一、羰基的結構及反應特性3.

發(fā)生在羰基上反應的類型（親核反應）1)

親核加成2)

羰基氧被N取代3)

羰基氧被C取代4)

親核取代反應第5頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二一、羰基的結構及反應特性4.

親核反應活性---醛和酮烷基給電子作用第6頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二一、羰基的結構及反應特性4.

親核反應活性---醛和酮空間位阻影響第7頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二一、羰基的結構及反應特性4.

親核反應活性---羧酸衍生物酰鹵>酸酐>醛>酮>羧酸~酯>酰胺取決于與羰基相連的基團的電子效應第8頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二二、羰基的親核加成1.Introduction(1)Nucleophiles負離子親核試劑（堿性條件）：

ˉOH、ˉOR、ˉSR、ˉH、ˉC≡N、ˉC≡CR、

ˉCR3（M-R）中性分子親核試劑（中性或酸性條件）：

HOH、HOR、HSR、NH3、H2NR、HNR2第9頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二二、羰基的親核加成1.Introduction(2)Mechanism

堿性條件下

酸性條件下+第10頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二二、羰基的親核加成1.Introduction(3)Stereochemistry非手性條件下，得外消旋體第11頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二二、羰基的親核加成1.Introduction(3)Stereochemistry手性條件下，有立體選擇性，遵循Cram法則：羰基上的R基團與大的基團(L)

呈重疊式構象，羰基氧則處于中等基團(M)

與較小基團(S)

中間，親核試劑從小的基團這一方進攻為主要進攻方向。第12頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二二、羰基的親核加成2.

含O,S親核試劑

包括H2O,ROH,RSH和NaHSO3。可逆反應。(1)H2O（水合反應）酸堿催化,加快反應達到平衡,但不會影響平衡移動。第13頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二(1)

H2OIR中無C=O吸收峰羰基連有吸電子基團的容易形成水合物第14頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二二、羰基的親核加成2.

含O,S親核試劑(2)ROH酸催化:

固體酸，如TsOH（對甲基苯磺酸）無水酸，如干燥HCl氣體半縮醛半縮酮縮醛縮酮第15頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二(2)ROH可逆反應，通過油水分離器不斷除去反應過程中形成的水，使反應完全?？s醛和縮酮在堿性條件下穩(wěn)定，酸性水溶液中加熱又回復到醛、酮。因此，可利用這一反應保護醛酮的羰基。第16頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二(2)ROH羰基的保護，例1第17頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二2.

含O,S親核試劑(2)ROH羰基的保護，例2第18頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二二、羰基的親核加成2.

含O,S親核試劑(3)RSH第19頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二Summary:羰基還原成亞甲基的方法酸性條件堿性條件中性條件第20頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二二、羰基的親核加成2.

含O,S親核試劑(4)NaHSO3產物為鹽，溶于水，用于將醛酮與其他不溶于水的有機物分開脂肪甲基酮和環(huán)酮易發(fā)生反應(位阻影響活性)第21頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二二、羰基的親核加成3.

含N親核試劑(1)RNH2

andNH2Z相當于羰基氧被氮所取代，形成亞胺(imine)第22頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二二、羰基的親核加成3.

含N親核試劑(1)RNH2

andNH2Z經(jīng)歷親核加成和脫水兩個步驟。第23頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二二、羰基的親核加成3.

含N親核試劑(1)RNH2

andNH2Z可逆，經(jīng)酸水解可得回醛酮。含N親核試劑不同，產物的結構和名稱也各不相同，見下表。第24頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二(1)RNH2

andNH2Z表13-1氨基衍生物與醛酮加成反應反應物生成物NH2Z名稱結構式名稱NH2R1°胺席夫堿（shiffbase）NH2OH羥胺肟（oxime）NH2NH2肼腙（hydrazone）NH2NHC6H5苯肼苯腙(phenylhydrazone)NH2NHCONH2氨基脲縮氨脲（semicarbazone）第25頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二二、羰基的親核加成3.

含N親核試劑(2)R2NH經(jīng)歷親核加成和脫水兩個步驟脫水發(fā)生在羰基的a-C上，形成烯胺(enamine)第26頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二(2)R2NH思考題：寫出2-甲基環(huán)己酮與仲胺反應的產物第27頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二二、羰基的親核加成3.

含N親核試劑(2)R2NH反應可逆，經(jīng)酸水解可得回醛酮。醛酮可以通過烯胺進行α-烷基化和α-酰基化反應，合成上應用廣泛（見第十四章）第28頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二二、羰基的親核加成4.

含C親核試劑(1)ˉCN第29頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二二、羰基的親核加成4.

含C親核試劑(2)ˉC≡CR第30頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二二、羰基的親核加成4.

含C親核試劑(3)有機金屬試劑格氏試劑、有機鋰試劑等廣泛用于合成各級醇及羧酸等有機物格氏試劑的應用---由醛酮合成各級醇第31頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二

格氏試劑的應用---由羧酸衍生物合成醇

格氏試劑的應用---其他第32頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二格氏試劑的應用總覽低溫和空間位阻作用以及使用不活潑的金屬試劑可能將反應控制在酮的階段第33頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二

格氏試劑的應用---由醛酮合成各級醇第34頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二第35頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二二、羰基的親核加成4.

含C親核試劑(4)Ylide試劑Ylide試劑是一類化合物，其中兩個相鄰原子具有完整的八隅體電子構型，而這兩個原子卻分別帶有不同的電荷，典型的ylide試劑有磷ylide試劑（phosphoniumylide）：第36頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二磷Ylide試劑的形成二、羰基的親核加成4.

含C親核試劑(4)Ylide試劑第37頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二Wittig反應醛酮與磷ylide反應形成烯烴

三苯基氧磷第38頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二Wittig反應

---雙鍵的形成位置是確定的，（與E2反應不同）具有一定的立體選擇性

順反烯烴的生成受條件和Ylide試劑的結構、活性等影響很大第39頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二Wittigreaction

mechanism氧磷四員環(huán)中間體第40頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二TheuseofWittigreactioninindustryb-胡蘿卜素第41頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二羰基親核加成小結2.

含O,S親核試劑4.

含C親核試劑----C-C鍵的形成(4)Ylide試劑(3)

有機金屬試劑(2)ˉC≡CR(1)ˉCN3.

含N親核試劑(1)RNH2andNH2Z包括H2O,ROH,RSH

和NaHSO31.

概述

----結構、機理、反應活性、立體化學(2)R2NH羰基的保護醛酮的分離純化亞胺及其衍生物的形成烯胺的形成α-羥基腈、α-羥基酸和β-氨基醇炔醇C=C各級醇、醛酮第42頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二例題與習題反應活性1.

下列化合物用氫化鋁鋰（LiAlH4）還原時活性最高的是A、丙酰胺B、丙酸酯C、丙酮2.

下列化合物發(fā)生水解反應的速率最快的是CC第43頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二例題與習題反應活性3.

下列羰基化合物中最容易生成水合物的是A、乙醛B、三氟乙醛C、丙酮4.

下列化合物中-氫(紅色)

酸性最弱的是BB第44頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二5.

下列化合物中-

氫(紅色)pKa值最小的是6.

Listingthefollowingestersinorderofdecreasingreactivitytowardshydrolysis(水解)A例題與習題反應活性b>a>d>c第45頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二Solutionofproblem6

Aciditydecreasinginthefollowingorder

Relativebasicitiesoftheconjugatedbasesincreasinginthefollowingorderandthereactivitydecreasing例題與習題反應活性第46頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二例題與習題試劑反應特點1.

與化合物A主要發(fā)生1,2-親核加成的試劑是2.

可以將酮羰基還原成亞甲基的方法是

A、鋅汞齊—鹽酸

B、硼氫化鈉（NaBH4）

C、催化氫化CA第47頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二例題與習題試劑反應特點3.

能與化合物A發(fā)生親核加成的試劑有(多選)：4.

下列反應可以在堿性條件下進行的是

A、用羧酸和醇合成酯B、縮醛的水解

C、酯的水解CBCD第48頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二例題與習題試劑反應特點5、格氏試劑的制備和使用通常在以下哪種溶劑中進行：

A.ethyletherB.THFC.DMSOD.DMFE.acetoneAB第49頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二二、羰基的親核加成5.,–

不飽和羰基的親核加成Both1,2-additionand1,4-additioncanhappen,theyarealsocalledasdirectaddition(直接加成)andconjugatedaddition（共軛加成）12344第50頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二1,2-addition1,4-addition第51頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二二、羰基的親核加成影響

1,2-

和

1,4-加成的因素:親核試劑的堿性和空間位阻。(1)

親核試劑的堿性Nucleophilesthatarestrongbases,suchasRLiandLiAlH4,tendtoformdirectadditionproducts.Nucleophilesthatarerelativelyweakbases,suchasˉCN,amines,thiols,andXˉ,usuallyformconjugatedadditionproducts.第52頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二影響

1,2-

和

1,4-加成的因素:(1)

親核試劑的堿性Explanation:

---

Directadditionisirreversible(不可逆,

strongbase)orreversible(可逆,

weakbase).

---

Conjugatedadditionisirreversible.第53頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二(1)

親核試劑的堿性強堿---1,2-加成第54頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二(1)

親核試劑的堿性弱堿---1,4-加成第55頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二影響

1,2-和1,4-加成的因素(2)

空間位阻二、羰基的親核加成第56頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二二、羰基的親核加成影響

1,2-和1,4-加成的因素(2)

空間位阻第57頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二1.Mechanismfornucleophilicsubstitution三、羧酸及其衍生物的親核取代反應堿性條件酸性條件第58頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二三、羧酸及其衍生物的親核取代反應2.ReactionactivityTheweakerthebase,thebetteritisasaleavinggroupThelessbasicthesubstituent(Y),themorereactivethecarboxylicacidderivative強堿容易取代弱堿第59頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二三、羧酸及其衍生物的親核取代反應2.Reactionactivity堿性強弱順序為：

Xˉ<RCOOˉ<ROˉ~HOˉ<R2Nˉ反應活性順序為：第60頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二三、羧酸及其衍生物的親核取代反應2.ReactionactivityForacarboxylicacidderivativetoundergoanucleophilicacylsubstitutionreaction,theincomingnucleophilemustnotbeamuchweakerbasethanthegroupthatistobereplaced.Acarboxylicacidderivativecanbeconvertedintoalessreactivecarboxylicacidderivative,butnotintoonethatismorereactive.強堿容易取代弱堿高活性的羧酸衍生物可以轉變成低活性的第61頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二三、羧酸及其衍生物的親核取代反應TheR-andH-inaldehydesandketones,arethestrongestbase,so,theycannottakeplacethenucleophilicsubstitutionreaction.Acylhalideandacidanhydridesarenotfoundinnaturebecauseoftheirhighreactivity2.Reactionactivity第62頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二三、羧酸及其衍生物的親核取代反應3.Interconvertionofcarboxylicacidderivatives(1)hydrolysis(水解)有時水解反應是要避免的反應第63頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二三、羧酸及其衍生物的親核取代反應3.Interconvertionofcarboxylicacidderivatives(2)Alcoholysis(醇解)andaminolysis(氨解)H+第64頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二4.Preparationofacylhalide三、羧酸及其衍生物的親核取代反應第65頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二三、羧酸及其衍生物的親核取代反應5.Preparationofacidanhydride第66頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二羧酸衍生物的相互轉化***第67頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二本章主要內容一、羰基的結構及反應特性二、羰基的親核加成

1.

概述

2.

含O,S親核試劑

3.

含N親核試劑

4.

含C親核試劑

5.

a,

b

–不飽和羰基的親核加成三、羧酸及其衍生物的親核取代反應第68頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二例題與習題完成反應請在括號中填上必要的試劑或反應條件，或寫出反應的主要產物，必要時，請表示出產物的立體構型。第69頁，共79頁，2023年，2月20日，星期二例題與習題完成反