羰基化合物的亲核加成反应
高等有机10羰基的加成反应
光化学方法在羰基加成中应用
01
直接光激发羰基化 合物
通过紫外光或可见光激发，使羰 基化合物与亲核试剂发生加成反 应。
02
光敏剂参与的光化 学反应
利用光敏剂吸收光能后，与羰基 化合物和亲核试剂发生电子转移， 从而引发加成反应。
03
光催化羰基加成反 应
利用光催化剂在光照条件下，活 化羰基化合物，使其与亲核试剂 发生加成反应。
离子液体在羰基加成中应用
离子液体作为绿色溶剂和催化剂，在羰基加成反应中具有潜在应用价 值。
超临界流体在羰基加成中应用
超临界流体具有独特的物理和化学性质，可作为绿色反应介质和催化 剂载体，在羰基加成反应中发挥重要作用。
微波辅助羰基加成反应
微波辐射具有快速、高效、环保等特点，可用于促进羰基加成反应的 进行，提高反应速率和产率。
可见光催化羰基加成反应
利用可见光作为光源，结合光催化剂的使用，实现温和条件下的羰基 加成反应，具有绿色、环保的特点。
06 总结与展望
各类羰基加成反应特点比较
醛酮加成反应
醛酮是最常见的羰基化合物，其加成反应通常通过亲核试剂进攻羰基碳原子实现。这类反应具有条件温和、 产率较高等特点，但选择性较差。
羧酸及其衍生物加成反应
有机合成
医药领域
羰基加成反应是有机合成中的重要反应之 一，可用于构建碳-碳键和碳-杂原子键。
许多药物分子中都含有羰基结构，羰基加 成反应在药物合成中具有广泛应用。
材料科学
前景展望
羰基化合物可用于制备高分子材料、液晶 材料等，羰基加成反应在这些材料的合成 中发挥重要作用。
随着绿色化学的发展，羰基加成反应将更加 注重环境友好性和原子经济性，实现高效、 绿色的有机合成。
第五章羰基亲核加成及相关反应
羟醛缩合反应历程
碱催化历程
至少要有两个α-氢才可失水，失水后形成共轭 体系α，β-不饱和酮稳定
亲核试剂：
含氧试剂：H2O、ROH、RO 含碳试剂：RC≡C-，C≡N-，R 含氮试剂：NH3，NH2，NH2NH2及NH2OH等
醛与酮：
醛与酮是较强的亲电试剂，易进行亲核加成，醛可与弱亲核 试剂反应（如NH3，CN-）
羧酸及其衍生物：
较弱的亲电试剂（+C） 只与强亲核试剂反应（如：R-，RO-等） 不与弱亲核试剂（如氨）反应
基本上不发生亲核取代反应
CH3 120o C CH3
O
HCN
CH3 C
CN CH3OH, H2SO4
71%~80% CH3109.5oOH
90%
CH3 CH2=C COOCH3
试剂的亲核性越强越易反应
带负电荷的亲核试剂，比其共轭酸亲核性强： OH-＞H2O
极性大的分子比极性小的分子亲核性强： HCN＞ H2O （pH）
亲核试剂可从醛（酮）所在平面的上面或下面进攻，新形 成一个手性中心，产物为外消旋体（对映异构体各占 50%）。
亲核试剂从空阻小的一边进攻羰基
换用仲丁基硼氢化锂，内侧进攻产物99.6%， 外侧产物0.4%
醛酮的简单亲核加成
强酸强碱
仅限醛、脂肪甲基酮及＜8个碳原子的环酮
可极化性及亲核性：
Wittig试剂（磷叶立德）：
内鎓（Onium）正盐（中性分子）R3P+
CHR'
（碳的电负性大于磷），具有相反的电荷在
相邻两个原子上。
硫叶立德：
磷酸 膦酸 氨 胺(C-N) 铵 磷 膦(C-P) 鏻
硫（ ）锍
醛、酮的亲核加成反应
H
加成
OH H
-H2O
C O+ HN Y
C NY
C NY
上式也可以直接写成：
CO +H 2NY
CNY+H 2 O
反应的结果是在醛和酮与氨的衍生物分子间脱去一 分子水，生成含有C=N双键的化合物。这一反应又叫 做醛和酮与氨的衍生物的缩合反应。
H2 N OH
O+
H2 N NH2 H2 N NH
NH2 NH O2N
2-戊醇 2-戊酮 苯甲醚
卢卡斯试剂
出现混浊 X X
2，4-二 硝基苯肼
生成晶体 X
Backmann重排 酮与羟胺作用生成的酮肟在强酸作用下发生重排，生成取代的 酰胺。这种由肟变为酰胺的重排，叫贝克曼(Backmann)重排。
反应历程：
特点：(1) 在不对称的酮肟中，处于羟基反位的基 团重排到氮上;
1.与氢氰酸加成
C O + HCN
OH C
CN
α 羟基睛
在少量碱催化下，醛和脂肪族甲基酮与氢氰酸加成生成氰醇（或叫
羟基醇）。
应用范围：醛、甲基脂肪酮、C8以下环酮
H2O
(C3H)2CCN H2O/H
OH
H
练习：
CH 3 CH 3OH
C H 3
CH 2=C-CN H CH 2=C-CO3OCH
(C3H)2C C O O H
C H 3 C H O +2 C 2 H 5 O H
利用这一性质在有机合成中常用来保护羰基。
例题： HO 2 CH CHO O HOOC CHO
必须要先把醛基保护起来后再氧化。
HOC 2 H HOOC
CHOCHH 3O CH l HOC 2 H
(完整版)羰基的亲核加成及相关反应
羰基的亲核加成及相关反应羰基化合物包括醛、酮、羧酸及衍生物和CO 2。
5.1 羰基的结构CO δ+δ-亲电中心羰基碳的活性较大，易被亲核试剂进攻而发生亲核加成反应和亲核取代反应。
5.2 亲核加成反应的历程及影响因素 5.2.1 HCN 的加成 反应为碱催化。
]CN ][CO [k v ->=OH -+HCNCN -+ H 2O快-COδ+δ-CO -CNCOHCN+OH - 反应的平衡位置受电子效应和空间效应的影响。
酮正向反应的趋势较小（空阻大）。
二、亲核加成反应的一般特点 1．反应可以被酸或碱催化酸催化可提高羰基的亲电活性。
CO +H ++OH碱催化提高亲核试剂的亲核性。
NuH +OH --+H 2ONu H ->2．多数醛酮的亲核加成为可逆反应，用于分离与提纯。
5.2.2 影响羰基亲核加成反应活性的因素 一、羰基化合物的结构 1．电子效应羰基碳的正电性越大，亲核加成速度越大，反应活性越大。
羰基碳所连的吸电基（-I ，-C ）使其亲核加成反应的活性增加，而供电基（+I ，+C ）则使其活性降低。
活泼顺序：ClCHO > HCHO > RCHO > CH 3COR > RCOOR' > RCONR'2 > RCOO --I > +C(+C)(+C,空阻)( +C > -I)(+C)CO RR'活性极低（1）π-π共轭效应（增加其稳定性）；（2）+C 效应（降低羰基碳的正电性）；（3）加成产物失去共轭能，反应活化能高；（4）产物的张力大幅增加。
2．立体效应CO -sp 2活性：O CHH OC CH 3H OC CH 3CH 3O OC CH 3CH 2CH 2CH 3OC Ph Ph>>>>>二、试剂的亲核性对同一羰基化合物，试剂的亲核性越大，平衡常数越大，亲核加成越容易。
1．带负电荷的亲核试剂比起共轭酸（中性分子）的亲核性强。
羰基化合物的反应
碱性溶液中：
.. ..
..
O R C CHR
H
.. + .O.H
..
..
..
O slow
R C C R + H2O H
OH R C CHR + OH
烯醇式
烯醇负离子中存在共振稳定化作用：
..
O RCCR
H
O ..
R C CHR
卤仿反应就是历经烯醇负离子（即碳负离子）完成的。
O R(H)CCH3 Br2, NaOH
R
R' OA C
R Nu
影响羰基活性的主要因素是电子效应和空间效应。取代基的+C、+I 效应都
使羰基碳电正性减小，不利于亲核剂进攻；另外，羰基加成，反应中心碳由 SP2
杂化变为 SP3 杂化，空间因素是重要的。取代基体积越大，空间位阻越大，不利
于亲核进攻。因此，羰基活性或亲核加成速度有：
O O H C H > RCH >
β-不饱和酸的反应。
OO
OO
C6H5CHO + CH3 C O CCH3 CH3COONa C6H5CH=CHCOCCH3 + H2O
C6H5CH=CHCOOH + CH3COOH
5．曼尼赫反应，含活泼 α-H 的化合物和甲醛（有时采用其它醛）及胺（伯或仲 胺）缩合生成 β-氨基（或取代氨基）的羰基化合物（曼尼赫碱）。
第七章 羰基化合物的反应
学习要求： 1．掌握羰基化合物（醛、酮、羧酸及其衍生物）的重要亲核加成反应历程、立
体化学、影响活性的因素及酸碱催化作用； 2．理解负碳离子化学，掌握其在有机合成中的作用。
羰基化合物的反应可归纳为两个基本过程：（1）亲核试剂对羰基的加成；（2）
简述羰基法的基本原理
简述羰基法的基本原理羰基法是有机合成中常用的一种反应方法。
它的基本原理是利用羰基化合物（包括酮和醛）与亲核试剂发生加成或取代反应，从而得到新的有机化合物。
羰基化合物是指含有碳氧双键的有机化合物，最常见的就是酮和醛。
酮的结构中有两个碳原子与氧原子通过双键相连，而醛则只有一个碳原子与氧原子相连。
这种碳氧双键的存在使得羰基化合物具有一定的活性，容易与其他化合物发生反应。
羰基法的基本原理是利用亲核试剂的亲核性，通过攻击羰基化合物的羰基碳原子，从而打开碳氧双键，形成新的化学键。
亲核试剂可以是含有活泼氢原子的化合物，如醇、胺等；也可以是含有亲核性的阴离子，如氢氧根离子、碱金属离子等。
在羰基法中，亲核试剂与羰基化合物发生反应后，羰基碳原子上的氧原子会成为一个亲核试剂的官能团，而亲核试剂的官能团则会连接到羰基碳原子上，形成一个新的化学键。
这个过程通常需要在适当的温度和溶剂条件下进行。
羰基法在有机合成中有着广泛的应用。
通过选择不同的亲核试剂，可以合成不同类型的有机化合物。
例如，醛和胺反应可以得到相应的胺化合物；酮和醇反应可以得到醚化合物；酮和硫醇反应可以得到硫醚化合物等等。
羰基法的优点在于反应条件温和，反应选择性高，产率较高。
同时，羰基法也存在一些局限性，例如需要选择合适的亲核试剂和反应条件，需要考虑立体化学效应等。
此外，羰基法还可以和其他反应方法（如还原、氧化、羟醛化等）结合使用，从而实现更复杂的有机合成。
羰基法是一种常用的有机合成方法，基于羰基化合物与亲核试剂的加成或取代反应。
通过合理选择亲核试剂和反应条件，可以合成多样化的有机化合物。
在有机合成中，羰基法起着重要的作用，为合成出具有特定结构和功能的化合物提供了可行的途径。
加成反应的四种类型
加成反应的四种类型
化学反应中常见的一种类型就是加成反应。
这种反应会将两个或多个分子结合成一个较大的分子。
加成反应可以分为四类：氢化加成反应、卤代烃加成反应、烯烃加成反应和羰基化合物加成反应。
1. 氢化加成反应
氢化加成反应是指通过加氢反应，在不影响反应物分子结构的前提下将两个或多个分子合并成一个较大的分子。
氢化加成反应通常在光下或加热条件下发生。
举个例子，醛和酮可以与氢气反应，生成醇。
2. 卤代烃加成反应
卤代烃加成反应是指在存在较强的亲核试剂下，卤代烃和亲核试剂之间发生加成反应。
在这种反应中，卤代烃中的卤素原子被替换成亲核试剂中的原子或基团。
一个常见的例子是溴化烷和氢氧化钠反应形成乙醇。
3. 烯烃加成反应
烯烃加成反应是指在存在较强电荷云的烯烃分子中间发生加成反应。
这种反应通常会在添加特定催化剂条件下发生。
例如，苯乙烯在存在硫酸中进行加成反应，得到苯乙醇。
4. 羰基化合物加成反应
羰基化合物加成反应是指在存在羟胺、肼等亲核试剂时，羰基化合物之间发生加成反应，形成新的分子。
一个常见的例子是醛和肼反应生成肼醛。
总体来说，加成反应是一种常见的化学反应，可以产生新的化合物和物质。
这四种类型的加成反应在实际应用中也有很广泛的用途。
例如在生产化妆品、医药中都经常使用这些反应类型的化学方法，进一步推进了化学领域的发展和进步。
第六章羰基化合物的--烷基化和亲核加成反应
一．羰基化合物的α－烷基化（芳基化）反应1.1 手性底物或辅助基团诱导的不对称烷基化反应(1) 金属配位型手性辅基传递---螯合的手性诱导从Evans试剂出发可以合成各种烷基酸和相应的化合物试剂）缺点是：制备困难，价格较高。
手性辅基切除困难∙以手性肼为为辅助基，生成腙手性腙体系∙与手性胺辅基不同，没有生成金属-烯胺，而是直接金属化(d) 手性磺内酰胺体系亲电试剂从氮原子的孤对电子方向相反的Re MLn R”X(3)“手性记忆”又称：“手性中心的自我再生”手性季碳原子的构建是有机合成化学中的难点之一∙利用不对称烷基化反应构筑手性季碳中心Seebach, Angew , 1996,35,2708∙“手性记忆”策略的应用base: LiHMDSJACS ,2013,13294Up to 99%ee♣不对称α-芳基化反应（芳基重排）构筑手性季碳中心手性配体（L*）1.2. 试剂控制的不对称α－烷基化反应∙手性锂试剂及手性胺配体的应用添加剂无手性配体：产率：<1%, 86%回收原料20 mol% L*: 产率：1％，（52％ee ）20 mol% L* + 乙二胺：产率：83％，92% eeF idi 会使催化剂中毒∙Ni 催化的吡啶鎓离子的芳基化反应Doyle Angew ,2013，9153∙Free pyridine 会使催化剂中毒。
∙选择4-methoxypyridine 是因为在低温下，可以与氯甲酸酯成盐。
∙在Nigishi 反应中，第一次以Ni 活化亚胺离子，并高对映选择性地生成C-C 键。
Proposed mechanismMX n2.2 手性辅基的Michael 加成反应举例：格氏试剂为亲核试剂(2) 有机硼试剂的共轭加成反应COOEt COOEtPh+PhB(OH)2Rh(acac)(C 2H 4)2(S)-BINAP100o C, 1,4-dioxane/H 2O>99%, 90% eeOORh(acac)(C 2H 4)2(S)-BINAP BINAP-Rh 催化剂(S)BINAP+∙手性sulfuro-olefin 配体-Rh 催化剂Du, OL ,2011, 3300Sulfer 和olefin 与Rh 的配位被1HNMR 和络合物单晶分析证明。
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1) 1,2-addition (direct addition)
2) 1,4-addition (conjugated addition)
63
影响 1,2-加成和 1,4-加成的主要因素
（1）亲核试剂的碱性
亲核试剂是强碱，如RLi，LiAlH4，有利于1,2-加成； 亲核试剂是弱碱，如-CN, amines, thiols and X-, 有利于1,4加成；
C
Nu L
H
+
O R1
+ L C Nu
共同点：经历四面体的中间体
6
◆ 简单亲核加成反应（simple addition）
R1 C R2 O +H X C OH X
水合反应及缩醛（酮）形成反应
R1 C R
2
O + H2O
C
OH OH
7
1、 酸催化水合反应－－加成反应机理
R1 C R2 R1 C R2 R OH C + A+ 2 R OH2
第八章 羰基化合物的亲核加成及相关反应
1
内容提要
一、羰基化合物的结构及反应活性 1.1羰基化合物的结构及分类 1.2羰基化合物参与的主要反应类型 1.3简单亲核加成反应的机理 1.4羰基化合物反应的立体化学 二、羰基化合物的亲核加成（消除）反应 2.1以碳原子为亲核试剂 2.2以硫原子为亲核试剂 2.3以氮原子为亲核试剂 三、金属氢化物对羰基的亲核加成 四、，－不饱和羰基化合物的亲核加成反应 五、其他有机金属化合物与羰基化合物的反应
NaHSO3 是一种含硫的亲核试剂
可逆反应
α- 羟基磺酸钠
53
α- 羟基磺酸钠一般为白色晶体，遇酸或碱被分解成 原来的醛酮。（可逆反应）
应用：用于分离提纯醛、脂肪族甲基酮和8个碳原子以下的环酮。 例如：
54
8.2.3 氮原子作为亲核试剂的加成（消除）反应
55
56
加成-消除产物的应用
1）在稀酸中加热水解，重新生成醛、酮。可用于分离、提纯：
8.2.1 碳原子作为亲核试剂的加成（消除）反应 8.2.2 硫原子作为亲核试剂的加成（消除）反应
8.2.3 氮原子作为亲核试剂的加成（消除）反应
25
8.2.1 碳原子作为亲核试剂的加成（消除）反应
1、Wittig反应
Ph3P
C
CR2
CR2
R C R'
Ph3P
C
CR2
CR2 + Ph3P
R Ph3P O C R' C
aldehyde
Carboxyla te salt alcohol
amine or alcohol
NaAlH(O- -t-Bu)3
AlH3 --
aldehyde
alcohol
alcohol
alcohol
alcohol (slow)
alcohol
amine (slow)
amine
-alcohol
70
Disiobutylaluminum Hydride (DIBAL): i-Bu2AlH
31
2、Wittig－Horner反应
32
33
34
35
O + Ph3P=CHOCH3
CHOCH3 H2O H+ 醚水解
CHO
金刚
利用此结构可制醛
Ph3P
DMSO CHCH2CH2CH2COPh 88% Ph
36
3、醇醛缩合反应
在催化剂的作用下，含有-氢原子的醛或酮相互作用， 生成羟基醛或羟基酮。 这类反应被碱或酸所催化。 碱催化
16
H H H H CH3 CH3 CH3
17
特点： （1）+I，+C 效应使k值减小；-I, -C效应使k值增大；
（2）亲核加成反应中，醛比酮更活泼；
（3）环酮的k值相差较大 反应活性：RCHO > RCOCH3 > RCOR’ > C6H5COR
环酮的k值相差较大，其中环己酮的k值最大， 这是由 于环己酮加成反应后，形成最稳定的椅式构像，而其他 酮加成时，由于空间位阻较大，k值变小。
反应通式:
反应机理:
O + Ph3P
O
C
O + Ph3P
R Ph3P O C C R'
R C C
R' + Ph3P O
氧磷环丁烷
Ph3P=CH2,
Ph3P=CHC2H5,
26 Ph3P=CHCN
27
28
影响因素
• 醛、酮和酯都可反应，但醛最快而酯最慢。底物分子中 的烯、炔、羟基、芳香族硝基、卤素、酰胺基等官能团 不受影响。 • Wittig试剂上的吸电子基, 如酯基、氰基和磺酰基等可 提高其稳定性，但反应活性降低。 • 使用的碱可以是丁基锂、氨基钠、氢化钠、醇钠和叔胺 等。 • 非质子极性溶剂利于反应进行，常用的有THF、 DMSO、DMF等。
易被氧化
（二）羧酸及其衍生物
4
8.1.2 羰基上的反应类型
亲核加成
羰基氧被氮取代 羰基氧被碳取代 亲核取代
5
8.1.3 羰基参与反应机理
（1）加成反应机理
O R
1
Nu R (H)
2
_
OR1 C
C
Nu R (H)
2
H
+
OH R1 C
Nu R2(H)
（2）加成消除反应机理
O R
1
Nu L
_
OR1 C
AlH3Li H H3C (CH3)2CO CH3 H3C CH3 O H OAlH3Li
LiH3Al
O
CH(CH3)2
LiH2Al[O
CH(CH3)2]2
(CH3)2CO
LiHAl[O
CH(CH3)2]3
(CH3)2CO
LiAl[O
CH(CH3)2]4
思考：LiAlH4中的锂原子能有何作用？
68
有人研究了LiAlH4在不同溶剂中的形态 1） 在低浓度的Et2O溶液中，以自由离子的形式存在： Li+ AlH4而在高浓度的Et2O溶液中，以二聚体的形式存在 : (LIAlH4)2
2
8.1 羰基化合物的结构及反应活性 8.1.1 羰基化合物的结构及分类
◆羰基化合物的结构
1) 极性加成
2) －烷基化
O R
1
OH R H
2
R1
R2
潜在的不对称中心， 广泛应用于不对称 合成反应中 3
◆羰基化合物的分类 （一）醛和酮
α -H的反应
C H (R) H δ+ δ C O 受亲核试剂进攻 亲核加成反应
18
为什么苯乙酮的活性极低？
19
8.1.3 羰基参与反应的立体化学
Stereochemistry
Cram规则一：如果醛或酮的α-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。
次要产物 M O S Nu
substitutes R1 C6H5 p-MeC6H4 p-MeOC6H4 p-NO2C6H4 CH3 C2H5 t-Bu R
2
rate 220 110 32.7 182 33 38 32
Substrates O O O O O Ph Me
rate 48 1000 Why? 7.8 1.17 0.77
-
主要产物
LR
20
21
22
8.1.3 羰基参与反应的立体化学
Cram规则二：当醛或酮的α-碳原子上连有羟基或胺基等
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。
H O NCH3 H2 H C6H5 CH3 H H
H NCH3 OH C6H5 CH3
23
Cornforth规则：如果在羰基的α-碳原子上结合着一个卤原
子，由于卤原子和羰基氧原子的电负性都很大，两者互相
排斥，这时的优势构象是卤原子与羰基处于对位交叉位。
反应时，试剂也是从空间位阻较小的一边进攻羰基。
O CH3 Cl CH3 H
1)n- C4H9MgBr 2) H2O
C4H9-n CH3 HO Cl
24
H CH3
8.2
羰基化合物的亲核加成（消除）反应
2）肟、苯腙、缩氨脲等，大多数是固体。可用于鉴定、鉴别。 常用的试剂：2，4-二硝基苯肼
57
3）对甲苯磺酰腙
58
4）Beckmann重排 （酮肟在酸作用下重排成酰胺）
59
5）与二级胺（仲胺）反应，可得到烯胺：
烯胺在有机合成上是重要的试剂（中间体）
60
6）、Mannich反应
61
62
8.3 ，－不饱和羰基化合物的亲核加成反应
1
R1 O + HA R2 O H A
+
பைடு நூலகம்
C R1
O
H
A
H2O R1 R2
OH C + + R2 OH2 OH OH
A-
C
+ HA
Problem: 哪一步是决速步？如何判别？
8
2、 碱催化水合反应历程－－加成反应机理
Problem: 哪一步是决速步？如何判别？
9
主要考察亲核试剂的强弱
1）亲核试剂的亲核能力强，第一步为决速步，表现 为无酸催化反应； 2）亲核试剂的亲核能力弱，则形成的中间体不够稳 定，第二步为决速步，表现为普通酸催化反应； 3)亲核试剂的亲核能力一般，则亲核进攻和质子转移 速率相同，表现为普通酸催化反应，有可能发生协同