第七章羰基化合物的反应
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第七章---羰化反应综述
由于反应的结果是在双键两端碳原子上分别加上了称为氢甲酰化反应。
(1)烯烃的氢甲酰化——得到多一个碳原子的饱和醛或醇，例如
这是一类很重要的羰化反应，工业化最早，应用也最广，其主要产品及用途见 下表：
(2)烯烃衍生物的氢甲酰化
这两个反应都在合成1,4-丁二醇中得到应用。 其它的烯烃衍生物例如不饱和酯，不饱和含卤素化合物，不饱和含氮化合物等
而Co2(CO)8再进一步与氢作用转化为HCo(CO)4，若以钴盐为原料，Co2+先由H2 供给2个电子还原成零价钴，然后立即与CO反应转化为Co2(CO)8。
反应系统中Co2(CO)8和HCo(CO)4的比例由反应温度和氢分压决定，在工业上所 采用的反应条件下，二者之间的比例大致相等。
平衡常数K 与温度关系
(1)催化剂的稳定性增加，活性降低。因为PR3与CO相比是一个较强的σ施主配 位基和较弱的π受主配位基，能增加中心金属的电子密度，从而增强了中心 金属的反馈能力，位金属-羰基间的键变牢固，即增加了HCo(CO)mLn(L代表 上述配位基)络合物的稳定性，可以在比较低的CO分压下进行氢甲酰化反应。 金属-CO间键强度的增强，使整个反应速度减慢，温度180℃时反应速度只 有以HCo(CO)4 为催化剂时的1/4～1/5，可见反应器的生产能力降低了。配 位基碱性愈大，σ施主能力愈强，催化剂稳定性愈高，氢甲酰化反应速度愈 慢。
10～20%
85～90%
其二是空间因素(几何因素)：膦羰基钴催化剂是三角双锥体的几何构形(dsp3杂化)三个羰 基配位在平面三角形的三个顶角上，而氢和膦在轴向位置，此结构体积很大，空间 障碍也大，故不易进入非链端碳原子上。
(3)加氢活性较高。由于中心金属电子密度增高，负氢离子电负性也增强，加氢活性增 高，使产物只有醇而没有醛，并有5％烯烃也同时被加氢还原成烷烃，损失了原料烯 烃，使产品收率降低。
(1)烯烃的氢甲酰化——得到多一个碳原子的饱和醛或醇，例如
这是一类很重要的羰化反应，工业化最早，应用也最广，其主要产品及用途见 下表：
(2)烯烃衍生物的氢甲酰化
这两个反应都在合成1,4-丁二醇中得到应用。 其它的烯烃衍生物例如不饱和酯，不饱和含卤素化合物，不饱和含氮化合物等
而Co2(CO)8再进一步与氢作用转化为HCo(CO)4，若以钴盐为原料，Co2+先由H2 供给2个电子还原成零价钴，然后立即与CO反应转化为Co2(CO)8。
反应系统中Co2(CO)8和HCo(CO)4的比例由反应温度和氢分压决定，在工业上所 采用的反应条件下，二者之间的比例大致相等。
平衡常数K 与温度关系
(1)催化剂的稳定性增加，活性降低。因为PR3与CO相比是一个较强的σ施主配 位基和较弱的π受主配位基，能增加中心金属的电子密度，从而增强了中心 金属的反馈能力，位金属-羰基间的键变牢固，即增加了HCo(CO)mLn(L代表 上述配位基)络合物的稳定性，可以在比较低的CO分压下进行氢甲酰化反应。 金属-CO间键强度的增强，使整个反应速度减慢，温度180℃时反应速度只 有以HCo(CO)4 为催化剂时的1/4～1/5，可见反应器的生产能力降低了。配 位基碱性愈大，σ施主能力愈强，催化剂稳定性愈高，氢甲酰化反应速度愈 慢。
10～20%
85～90%
其二是空间因素(几何因素)：膦羰基钴催化剂是三角双锥体的几何构形(dsp3杂化)三个羰 基配位在平面三角形的三个顶角上，而氢和膦在轴向位置，此结构体积很大，空间 障碍也大，故不易进入非链端碳原子上。
(3)加氢活性较高。由于中心金属电子密度增高，负氢离子电负性也增强，加氢活性增 高，使产物只有醇而没有醛，并有5％烯烃也同时被加氢还原成烷烃，损失了原料烯 烃，使产品收率降低。
大二有机化学课件第七章醛、酮
CH2
CHCH
OC2H5 KMnO4 OC2H5
CHCH OC2H5
+
H
,
H2O
CH2 CHCHO
OH
OC2H5
OH OH
例:通过BrCH2 CH2 CHO制备CH3 CH2 CHO
步骤：a. 缩醛保护醛基; b. 制备格氏试剂; c. 与 活性氢物质反应; d. 酸性介质水解。
酮较难与一元醇反应，与1,2-或1,3-二元醇比
C CH2
CH2
CH2Br
Mg 乙 醚HgCl2 THF
OMgBr H2O
OH
CH3
CH3
选用不同的羰基化合物就可以得到不同的
醇，甲醛/醛/酮与格氏试剂加成产物水解分别 能得到对应的1/2/3醇,反应在有机合成上有 重要用途 :
H C
H
+ O RMgX 干 乙 醚 H C OMgX H2O H C OH
R
OH
C H(CH3) + CN -
影响羰
CN
δ-
基亲核
O
CN
O-
加成反 应活性
R
的因素
δ+
C
(H)R + Nu
R C (H)R
Nu
正电性越大 羰基越活泼 (电子效应)
烃基越小羰 基越活泼 (空间效应)
亲核加成反应中醛活性大于酮,这是由于： a.空阻效应，基团体积醛分子中H<R； b.酮分子中烷基的供电子作用使羰基碳
H
R
H
R
H C
H3C
+ O
RMgX
干 乙 醚
H
C
OMgX
H2O
羰基化合物的反应
H
O H3C
H
B
(过量 )
3．克诺文诺盖尔反应，醛酮与其它含活泼氢化合物的缩合。反应历程和羟醛缩
合相似，活泼氢化合物在碱催化下形成碳负离子，再向羰基发动亲核进攻，经加
成-消去过程而完成反应。
Z'
R' C O + CH2
..
B R' Z'
CC
+ H2O
R
Z
R
Z
Z 和 Z’为吸电基：-CN、-NO2、-CHO、-COR、-COOR、-SO2R 等。
H
86% 异冰片
H OH
14% 冰片
另外，亲核剂的体积大小对它的进攻方向及产物的生成也有影响。当 Nu 体积很
大时，3,5-位碳原子上的直立氢将阻碍其对羰基的进攻，Nu 只能从 3,5-位碳原子
上直立氢的反应接近羰基。
1, 3干扰
H H
t-Bu
O +
CH3 B(CH2CH2CH3)3Li
H 体积大
H3O t-Bu
攻；不过酸度太大，则可能抑制亲核剂的活性。
H3O + H2N-A
H2O + H3N-A
因此反应有一最佳 PH 值。此时介质既使羰基质子化，又能维持亲核剂有一定浓
度。
仲胺与含 α-H 的醛酮反应生成烯胺。仲胺的氮原子上只有一个氢原子，使 比亚胺还不稳定的烯胺得以生成。
O R1CH2CR2 + NHR2
R1CH H
OH
C NR2 R2
-H2O
R1CH C NR2 R2
R1CH C NR2 β R2
烯胺是重要的有机合成中间体，其 β-C 有很强的亲核性，具有碳负离子的性
O H3C
H
B
(过量 )
3．克诺文诺盖尔反应，醛酮与其它含活泼氢化合物的缩合。反应历程和羟醛缩
合相似，活泼氢化合物在碱催化下形成碳负离子，再向羰基发动亲核进攻，经加
成-消去过程而完成反应。
Z'
R' C O + CH2
..
B R' Z'
CC
+ H2O
R
Z
R
Z
Z 和 Z’为吸电基：-CN、-NO2、-CHO、-COR、-COOR、-SO2R 等。
H
86% 异冰片
H OH
14% 冰片
另外，亲核剂的体积大小对它的进攻方向及产物的生成也有影响。当 Nu 体积很
大时，3,5-位碳原子上的直立氢将阻碍其对羰基的进攻，Nu 只能从 3,5-位碳原子
上直立氢的反应接近羰基。
1, 3干扰
H H
t-Bu
O +
CH3 B(CH2CH2CH3)3Li
H 体积大
H3O t-Bu
攻；不过酸度太大，则可能抑制亲核剂的活性。
H3O + H2N-A
H2O + H3N-A
因此反应有一最佳 PH 值。此时介质既使羰基质子化，又能维持亲核剂有一定浓
度。
仲胺与含 α-H 的醛酮反应生成烯胺。仲胺的氮原子上只有一个氢原子，使 比亚胺还不稳定的烯胺得以生成。
O R1CH2CR2 + NHR2
R1CH H
OH
C NR2 R2
-H2O
R1CH C NR2 R2
R1CH C NR2 β R2
烯胺是重要的有机合成中间体，其 β-C 有很强的亲核性，具有碳负离子的性
理论有机第七章羰基化合物的反应
RO + EtOH
RO
RO
R HO C O
RO
R
C O -HO R
CO
OH
酸催化历程
R HO C O
H
R C OH
OH
ROH
R C OH OH
ROH R C OH
RO
RO
- H2O
R C OH
R C OH
OH
HOH
RO
RO
-H
R C OH
R CO
§2 羰基亲核加成的反应机理
2.衍生反应历程 —— 加成消去机理
CHO + CH3CHO NaOH
H2O
CH CH CHO
C C CHO HH
克莱森缩合
H3CCOOR + OH
CH2COOR + H2O
O
C RR
CH2COOR
HCHCOOR R C OH -H2O
R
CHCOOR RC
R
按照加成消除历程进行反应
3.碳作为亲核试剂的反应
伯金反应： 芳香醛与酸酐在同种羧酸盐存在下发生加成反应，
1. 反应机理
RC O L
H
Nu
Nu H
RCO
L
Nu RCO HL
Nu C O + HL
R
L: 离去基团 加成－消除反应
在Nu上引入酰基的反应
2. 反应活性
作为酰基化试剂，其活性为：
RCOCl>RCOSR'>(RCO)2O>RCOOR>RCONH2
X: 具有-I效应，C－Cl键的极性大。 酯中烷氧基具有+C效应，增大了酰基与烷氧基间 的电子云密度，使酰氧键难于断裂。 酰胺中的NH2的+C、+I效应，使羰基的反应活性降低。 酸酐中的酰基是吸电子基团，使酰氧键易于断裂， 酸酐的反应活性比酯大。
无机化学第7章金属羰基和π酸配体化合物(北大)
例: Cr 3d54s1 6e Mn 3d54s2 7e Fe 3d64s2 8e
电子数 = 9+4+2+1=16 或者 8+4+2+2=16 d[Ru2(NH3)10N2]Cl4
双氮侧基配体 Rh(PR3)2N2Cl
3. NO配体
3电子给体， 直线形 单电子给体， 弯曲形 自由 NO = 1876cm–1 直线 NO = 1800~1900cm–1 弯曲形 NO = 1500~1700cm–1
Fe(CO)5的还原及酸碱反应
羰基氢化物HMn(CO)5
二.类羰基化合物
类羰基配体: 给体, *受体, 反馈键 1. RNC ( 异腈) R–NC: 例: Cr(CNC6H5)6 2. N2 ( 双氮分子 dinitrogen), CO的等电子体 固氮酶的模型化合物 [Ru(NH3)5N2]Cl2 端基: M: NN 桥基: M: NN: M 侧基
5. 羰基化合物的成键和分子光谱
CO的分子轨道示意图(10e)
CO的HOMO为给体(碱) CO的LUMO为受体(酸)
金属羰基化合物的反馈键(back bond)生成示意图
羰基成键的表征: 分子振动光谱( 红外, 拉曼) 反馈键强, CO的 轨道的电子云密度增大 则C O间的键级减弱 力常数减小 振动频率减低 结论: 中心M 的电子云密度越大, 或者给电子能力越强, 反馈键越强, CO越小
136
1687
16
4. 膦类配体 AX3 ( A= P, As, N), X=卤素, -R, -Ar, -OR :PR3 强给电子体 P M 给体, M P *(d轨道)受体, 反馈键 (弱) 酸性: PF3 > PCl3 > P(OR)3 > PR3
电子数 = 9+4+2+1=16 或者 8+4+2+2=16 d[Ru2(NH3)10N2]Cl4
双氮侧基配体 Rh(PR3)2N2Cl
3. NO配体
3电子给体， 直线形 单电子给体， 弯曲形 自由 NO = 1876cm–1 直线 NO = 1800~1900cm–1 弯曲形 NO = 1500~1700cm–1
Fe(CO)5的还原及酸碱反应
羰基氢化物HMn(CO)5
二.类羰基化合物
类羰基配体: 给体, *受体, 反馈键 1. RNC ( 异腈) R–NC: 例: Cr(CNC6H5)6 2. N2 ( 双氮分子 dinitrogen), CO的等电子体 固氮酶的模型化合物 [Ru(NH3)5N2]Cl2 端基: M: NN 桥基: M: NN: M 侧基
5. 羰基化合物的成键和分子光谱
CO的分子轨道示意图(10e)
CO的HOMO为给体(碱) CO的LUMO为受体(酸)
金属羰基化合物的反馈键(back bond)生成示意图
羰基成键的表征: 分子振动光谱( 红外, 拉曼) 反馈键强, CO的 轨道的电子云密度增大 则C O间的键级减弱 力常数减小 振动频率减低 结论: 中心M 的电子云密度越大, 或者给电子能力越强, 反馈键越强, CO越小
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4. 膦类配体 AX3 ( A= P, As, N), X=卤素, -R, -Ar, -OR :PR3 强给电子体 P M 给体, M P *(d轨道)受体, 反馈键 (弱) 酸性: PF3 > PCl3 > P(OR)3 > PR3
第七章 亲核加成反应
高等有机化学第七章亲核加成反应食品学院应用化学系郑福平杨绍祥第七章亲核加成反应一、碳-碳双键的亲核加成反应二、碳-碳三键的亲核加成反应三、羰基亲核加成反应四、羧酸衍生物与亲核试剂的反应五、金属氢化物与羰基的亲核加成反应六、α,β-不饱和羰基化合物的亲核加成反应七、碳-氮重键的亲核加成反应八、分子内的自催化亲核加成反应2一、碳吸电子取代基（一）氰乙基化反应（二）Micheal二、碳C CC正电荷处于p轨道属于杂化碳电负性大，难以容纳正电荷。
叁键比双键易于亲核加成的原因1. 碳原子杂化状态不同。
叁键碳sp杂化，双键碳sp2杂化。
叁键碳s轨道成分多，电子云更靠近原子核，不易给出电子，易接受电子。
2. 亲核加成活性中间体稳定性不同。
决定性作用。
12三、羰基亲核加成反应15（一）羰基的亲核加成反应历程酸除了使羰基质子化外，还能与羰基形成氢键：2注意：不论是酸还是碱催化的反应，控制反应速度的一步都是亲核试剂进攻碳原子这一步，故它们都是亲核加成。
19（二）影响羰基亲核加成反应的因素当(2)2.(3)（三）羰基加成反应中立体化学（四）羰基化合物的亲核加成反应实例1、杂原子亲核试剂的加成除NaHSO外，一般K<1。
3许多羰基化合物与含杂原子亲核试剂发生不同程度的加成。
半缩醛（酮）天然产物中有重要作用。
链状K<1，环状K>1（葡萄糖，开链式占0.003%，主要以α和β-吡喃环式存在。
）31①39醛：第一步负碳离子的生成为速控步骤，第二步为快反应，第一步不可逆。
酮：速控步骤为第二步。
C -进攻酮比进攻醛羰基碳难得多。
碱催化利于有醛的缩合，而不利于酮的缩合。
②四、羧酸衍生物与亲核试剂的反应（二）结构与活性的关系作为酰基化试剂，其活性为：RCOCl>RCOSR'>(RCO)2O>RCOOR>RCONH2 X: 具有-I效应，C－Cl键的极性大。
酯中烷氧基具有+C效应，增大了酰基与烷氧基间的电子云密度，使酰氧键难于断裂。
chapter还原反应
PhCH=CHCO2Na
Na-Hg H2O
PhCH2CH2CO2Na H+ PhCH2CH2CO2H
1.以甲苯和C3以下的有机物合成PhCH2CH(Li、Na 、K)与液氨、醇组成的混合物进行的还原 谓Birch还原。碱金属在液氨中的溶解度次序为：Li＞K＞Na。 醇作为质子供给剂。进行还原时,务必除去存在于未经蒸馏的液 氨中的铁盐及其它杂质，少量的这些杂质将促进金属氢化物的 形成，从而抑制碱金属的还原。由于有机反应物在液氨中溶解 度较小,往往于反应体系中加入除去过氧化物和水的干醚和THF 等溶剂溶解。
镁汞齐能还原酮为相应的仲醇，并发生双分子还原反应 生成片呐醇。
1.Mg-Hg/PhH
2 (CH3)2C=O 2.H2O
(CH3)2C C(CH 3)2 OH OH
2PhC=O 1.Al-Hg /THF Ph2C CPh2
2.H2O
OH OH
O + (CH3)2C=O Mg-Hg
Ti C l4
CH3 C CH3 OH OH
NaHB4, LiAlH4, Al(OCH(CH3)2)3： 羰基还原成羟基， 不还原双键 Mg(-Hg) /苯； 双分子还原，得到邻二醇
Zn-Hg/HCl： 羰基---亚甲基 与羰基 共轭的双键也被还原
NH2NH2 + NaOH/O(CH2CH2OH)2 Fe+HCl, 如果芳环上有易被还原的羰基（如醛基），用SnCl2+HCl 较好
O CH3 Na,NH3 EtO H
O CH3
Li ,EtNH2
EtO H Na,NH3
1,4-二氢萘
EtO H
1,4,5,8 四氢萘
COOH Na,NH3 EtO H
羰基化合物的反应
The two faces R’ = R, R’ R, homotopic enantiotopic
23
_ Nu R' R O _
R and/or R’ = stereogenic diastereotopic
24
构象分析确定产物的立体化学：Cram规则 开链模型 （S: smallest; M: medium; L: largest）
OH + B
20
例：醛、酮对HCN的加成 碱催化
HCN + A-
fast
HA + CNOCN
O + -CN
slow
O+ H-A CN
fast
OH
+ A-
CN a cyanhydrin
21
醛、酮与HCN加成的平衡常数（20C, 96%EtOH）
R1 O + HCN R
R1 R2 K R1 R2 K 环酮 K Ph H 236 Me Me 33 环戊酮 48
SR thiol esters √
OC6H4NO2(Opnp) p-nitrophenyl ester √
√ √ √
√ √ √
√ √
√ √
H-(AlH4－) √
R－ S2O32－, RO2－, OCl － √
√
√
√ √
√
√ √
√
√
√
13
7.3 羰基加成可能的反应进程图
O + :Nu
-
k1 k-1
O
16
-
O
O + Nu+ HA
Nu + A
HO (c)
Nu + A
23
_ Nu R' R O _
R and/or R’ = stereogenic diastereotopic
24
构象分析确定产物的立体化学：Cram规则 开链模型 （S: smallest; M: medium; L: largest）
OH + B
20
例：醛、酮对HCN的加成 碱催化
HCN + A-
fast
HA + CNOCN
O + -CN
slow
O+ H-A CN
fast
OH
+ A-
CN a cyanhydrin
21
醛、酮与HCN加成的平衡常数（20C, 96%EtOH）
R1 O + HCN R
R1 R2 K R1 R2 K 环酮 K Ph H 236 Me Me 33 环戊酮 48
SR thiol esters √
OC6H4NO2(Opnp) p-nitrophenyl ester √
√ √ √
√ √ √
√ √
√ √
H-(AlH4－) √
R－ S2O32－, RO2－, OCl － √
√
√
√ √
√
√ √
√
√
√
13
7.3 羰基加成可能的反应进程图
O + :Nu
-
k1 k-1
O
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-
O
O + Nu+ HA
Nu + A
HO (c)
Nu + A
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1) NaCN, H2O 2) H2SO4
OH CH3CCH3 CN
与亚硫酸氢钠的加成
OH C O + NaHSO3 C SO3Na
O CH3 + NaHSO3 O
O CH3 SO3Na O
与金属有机物的加成
OM C O + R M C R
HC CNa O NH3, -35 C
ONa H O 3 C H
C-H键的异裂
C H + B
共轭酸
C + HB
共轭碱
碳原子酸
HC
CH
NaNH3 液 NH3
NaNH3 液 NH3
HC
CNa
NH3
Ph3C H
Ph3CNa
NaOEt
NH3
CH3COCH2COOEt
CH3COCHCOOEt
O H C C
O C C
O C C
H N C C H O2N C
N C C
N C C
邻近原子有孤对电子时 碳负离子稳定性降低
CH3OCH2
+
CH3O=CH2 .. .. CH3O---CH2
+
很稳定
CH3O-CH2-
很不稳定
3) 应 共轭效应
与共轭体系相连时 负电荷分散稳定性增加
PhCH3 pKa 35 Ph2CH2 Ph3CH 32 30
R-CH=CH-CH2
CH2
-
H
H
-C效应的影响
-H2O O O O
Cl Ti Cl Cl
二.Knoevenagel-Doebner 缩合
在弱碱作用下 醛和酮与含有活泼亚甲基 的化合物失水缩合的反应
R O + (H)R
X CH2 Y R C (H)R Y X
-COOH, -COR, -CN, -NO2, -COOR
CHO + CH2(CO2Et)2
RCH2C=CCOR R R
R CHCOR
2CH3CHO
OH
CH3CHCH2CHO OH
CH3CH=CHCHO
2CH3(CH2)2CHO
OH
CH3(CH2)2CHCHCHO OHCH2CH3
CH3(CH2)2CH=CCHO CH2CH3
羟醛缩合反应中碳碳键形成的立体化学 与加成反应中椅式环己烷过渡态构象有关
SP3杂化的角锥形构型容易发生反转 反转是通过中心碳原子的再杂化 由SP3杂化转变为SP2杂化 最后达到平衡
R2 R1 R3
:
R
1
R R
2
3
R1
:
R3 R2
: SP3杂化
SP3杂化
SP2杂化
光学活性
C6H12
-70
º C,20%光学活性 0 º 外消旋化 C,
H H H 1)CO2 BuLi C6H12 C CH3 C6H12 C CH3 C CH3 2)H3O COOH Li I
过渡态的构象取决于碳负离子共振结构中 烯醇离子的Z、E型结构 及反应属动力学控制还是热力学控制有关
R1 H R2 R O O
M
R2 R1 O R OH
E型烯醇盐
anti(threo-)β-羟基酮
R1 H O R R2 z型烯醇盐 O
M
R2 R1 O R OH
syn(erythro-)β-羟基酮
H H3C
C(CH3)3 O
PhCHO (H C) C 3 3 O
CH3 Ph OH
羰基化合物中的取代基越大 这种立体选择性越强
环状结构的酮只能形成E型烯醇盐 产物以anti-产物为主
OLi PhCHO
O
OH Ph
羟醛缩合也可在酸的催化下进行
OH CH3C CH3
O H CH3CCH3
OH OH -H CH3C CH2 CH3C CH2 H
OHC-CH2-CHO CH3COCH2COCH3 NCCH2CN CH3NO2 pKa 5 9 11 10
杂化作用
C-H键中碳的ｓ成分越多 H越易以质子形式解离
H C
C H
H2C
CH2
CH3CH3 37
CH-
pKa
25
36.5
C- > H2C
42
Stability H C
>
CH3CH2-
7.5 重要的缩合反应
Ph Ph
R
CH3
S
Ph Ph
R
CH3 CH3
CH3
Nu S Ph
Ph
Cornforth规则
当酮的α-手性碳原子上连卤素原子 由于卤原子与羰基的偶极作用 O O L S S 优势构象是卤原子与羰基在对位交叉位置 L 试剂优先从空间位阻小的一边进攻 Nu
RX Nu X R
O H CH3 CH Cl
OH
C6H5 H 25% H源自O MeO BrMg-Me Ph Ph Me 1) NaBH4 2)H2O MeO Me
OH Ph + Me 90% Ph Ph MeO
OH Ph Me H 10%
Cram规则II
羰基邻位的不对称碳原子上有羟基、氨基等 能与羰基氧形成羟基的基团时 H Y 亲核试剂从含氢键环的L3 O YH OH L H O Li-CH O OH 空间阻碍小的一边对羰基加成 HO CH3Li Nu O O
A
加成反应 遵循规则 LiAlH4还原 NaBH4还原 格氏试剂加成
B
当羰基邻位 为手性碳原子
分子内无氢键
基团的大小L>M>S
O S Nu R L M S Nu
O L R
M
O C2H5 NaBH3-H C6H5 1) NaBH 4 H CH3 2)H2O C2H5 H
OH C6H5 + H 75% CH3 C2H5 H3C
sp3杂化 四面体
产物中基团拥挤程度增大。 R 越大，妨碍Nu:进攻C原子。
缓解角张力
O
HCN
OH CN
K=10000
O + HCN
OH CN
K=1000
角张力缓解程度不大
反应试剂
试剂的体积越小 反应越容易进行 试剂极化度越大 试剂亲核性越强 Et 反应越容易进行 HCN 反应越容易进行 K=38 Et2COH C O Et 3CHO + H 2O CH3CH(OH)2 K≈ 1 CH CN K≈ 104 CH3CHOH CH3CHO + HCN
空间效应 羰基相连基团越大 越不利于反应进行
H3C H3CH2C (H3C)3C (H3C)3C
C O + HCN
OH C H3CH2C CN
H3C
K>1
C O + HCN
OH C (H3C)3C CN
(H3C)3C
K<<1
Nu
R R'
C
O
R C R'
O Nu
sp2杂化 平面三角型
键角：120° 109°28 ′
7.4碳负离子
C
H
:B
C:- + BH+
共价键发生异裂 形成带有负电荷的 三价碳原子的原子团
1.碳负离子的结构
..
109º 28′
90º
C
sp3 杂化 棱锥型
C
sp2杂化 平面三角型
孤对电子处于sp3杂化轨道上 电子对间的排斥力小负碳离子稳定
简单的烷基碳负离子的 中心碳原子可能为SP3杂化的角锥形构型 未共享电子对占据正四面体的一个顶点 若孤对电子与邻近的不饱和原子团共轭 为SP2杂化平面构型
将分子间或分子内不相连的 两个碳原子连接起来的反应 称缩合反应 缩合反应的机理相似 (condengsation reaction) 在酸或碱的作用下形成亲核试剂 对羰基进行亲核加成
一.羟醛(Aldol)缩合反应
RCH2COR HB
B
RCHCOR OH RCH2CR -H2O
O RCH COR 2 RCH=CR
3
OH 1)C2H5MgBr 2)H2O H CH3 Cl CH3
C2H5
若α-手性碳原子上连接的烃基较大 空间效应与电子效应的作用相当 Cornforth规则不适用
O H Cl Ph 1)LiAlH4 2)H2O CH3 H H
OH Ph + Cl 40% CH3 H H3C
OH Ph H
Cl 60%
OH R' C R R''
O C OH H CN H SO3Na C CN OH C SO3Na OH H OH C OH OH H OR C OR OH H NHY C NHY C NY C OR OR
7.3 加成反应的立体选择性
羰基化合物的加成反应 有一定的立体选择性 可用来进行手性合成
Cram规则I
第七章 羰基化合物的反应
Reaction of carbonyl compounds
2010.5.3
反应机理 加成反应
加成消去反应 反应活性
反应立体选择性
重要的缩合反应
7.1 羰基化合物反应机理
平面结构
C
O
有极性
亲核加成
羰基的亲核加成反应机理
亲核试剂
R C O (H)R' R + Nu (H)R' C Nu O
Et
Et
C O
CH3 >3 NHCOH OH 10-4 > K=4× NaHSO 2 CN Et
2
SO3Na
7.2 羰基加成反应
与氢氰酸的加成 与亚硫酸氢钠的加成 与金属有机物的加成 与水的加成 与醇的加成 与胺及氨的衍生物的加成 与格氏试剂的加成