羰基化合物的反应
羰基化合物的反应
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
羰基化合物的直接还原氯代反应
羰基化合物的直接还原氯代反应【知识专栏】深度探索羰基化合物的直接还原氯代反应导语：在有机化学领域，羰基化合物的直接还原氯代反应是一项引人注目的反应。
通过这一反应，能够将含有羰基官能团的化合物转化为相应的氯代产物。
本文将对这一反应进行全面评估和探讨，并展示其在有机合成中的广泛应用。
一、羰基化合物及其特性羰基化合物是一类具有碳氧双键的有机物，常见的羰基化合物包括醛、酮、羰基酸等。
它们在有机化学中具有重要的地位，因为能够参与多种反应，形成多样的化合物。
在羰基化合物中，羰基碳上的氧原子部分带有负电荷，使得羰基碳具有很高的亲电性。
这就为直接还原氯代反应提供了条件，使得羰基化合物可以通过反应转化为相应的氯代产物。
二、直接还原氯代反应的原理直接还原氯代反应是一种将羰基化合物转化为氯代产物的反应。
该反应的机理主要涉及羰基化合物中的羰基碳与氯化剂之间的反应。
1. 洗脱反应：在反应中，氯化剂与羰基化合物中的氯之间发生反应，从而从羰基化合物中洗脱出氯原子，形成中间产物。
2. 还原反应：在洗脱反应的基础上，中间产物能够与还原剂发生反应，进一步还原，形成最终的氯代产物。
通过直接还原氯代反应，能够在选择性和高产率的条件下将羰基化合物转化为氯代产物，为有机合成提供了重要的手段。
三、直接还原氯代反应的应用直接还原氯代反应广泛应用于有机合成中的多个领域，包括药物合成、材料科学等。
在下面几个方面，我们将探讨其具体应用。
1. 药物合成：直接还原氯代反应在药物合成中发挥着重要作用。
在抗癌药物合成中，该反应被用于合成含有不饱和五元环结构的化合物，具有重要的抗肿瘤活性。
2. 材料科学：直接还原氯代反应在材料科学领域中也有广泛应用。
在功能性聚合物的设计和合成中，该反应能够实现对聚合物结构和性能的调控，从而开拓了新的材料应用领域。
3. 有机合成：直接还原氯代反应作为有机合成的重要手段，被广泛应用于各种有机合成反应中。
它能够与其他反应配合使用，实现复杂有机分子的合成，为有机化学提供了一条有效的途径。
091104-10_第八章_羰基化合物的反应
而在PH=6时，
以单负离子存在。
PH=6时的单负离子能产生亲核催化作用：
例8-4：
乙酰基水杨酸的水解动力学研究也显示出负离子质体水解比中性质体 快，这说明也存在分子内催化作用。可能存在以下方式 ①亲核催化：
这是一个亲核催化过程，但同位素标记法否定了这个过程，因为 酚还不是一个好的离去基团。
但乙酰水杨酸在H2O18中水解产物中没有18O进入。可见水杨酸与乙酸 的混合酸酐并不是乙酰水杨酸水解反应的中间体。
第八章 习题
判定下列分子可能有几种方式进行分子内催化酯水解反应，写出反应 机理及能体现该催化作用的过渡态：
中间体的稳定性降低金属锂试剂与羰基化合物的加成速度是与其聚合程度有关的二聚体比四聚体快10倍左右二聚体的反应一般是经过一个环状过度态
第八章 羰基化合物的反应
羰基是最常见的官能团，同时也是反应极其丰富的官能团。羰基 化合物构成了有机化学中相当大一部分，醛、酮是最能反映羰基性质 的化合物，而羧酸、酯，酰胺等，也由于在分子中存在羰基结构而在 性质上有所表现。 在羰基的大部分反应中，亲核性质体对羰基中心碳的进攻（加成） 是关键的一步：
8.2.2 含NH2化合物对羰基的加成
亲核性质体对羰基化合物加成产生的四面体中间体，通常是不稳 定的，会继续断裂形成新的双键。含氨基化合物对羰基的加成是此类 反应中较典型的：
这些反应都是可逆的，常常通过这些反应的逆反应即水解反应 来对其机理进行研究。
亚胺在酸性水溶液中极易水解，水解机理随底物及体系PH值而变化：
羧酸根负离子也可作为亲核催化剂，此时要求R’O- 的碱性< R’’CO2-。
在中间体中，如果R”CO2-的离去比-OR’快，则观察不到催化现象。
8.6 酯的胺解
第六章羰基化合物的反应
此反应是制备结构复杂的醇的重要方法。
制备举例：
CH3CH2CH2CH2MgBr + (CH3)2C=O CH3
H3O+ CH3CH2CH2CH2COH CH3
2-甲基-2-己醇(92%)
CH3 干醚 CH3CH2CH2CH2COMgBr
CH3
只要选择适当原料，除 甲醇外，几乎任何醇都 可用此法合成。
空间效应 羰基相连基团越大 越不利于反应进行
H3C C O + HCN
H3CH2C
(H3C)3C C O + HCN
(H3C)3C
H3C OH
C H3CH2C CN
K>1
(H3C)3C OH
C (H3C)3C CN
K<<1
Nu
R CO
R'
sp2杂化 平面三角型
键角：120° 109°28 ′
产物中基团拥挤程度增大。
RCH2OH 增加一个C伯醇
R-MgX +
R'CHO
R'C=O R'
R'CHOMgX H2O R
R'CHOH R
R R'-C-OMgX H2O
R'
R R'-C-OH
R'
仲醇 叔醇
反应活性：
格式试剂可以同大多数醛、酮发生反应。但若酮分子中与羰基 相连的两个烃基及格式试剂中烃基体积都很大时，加成产物产 率降低或不起反应。 原因：空间阻碍效应
电性越强反C应O 越容易进Y行
有+I或+C基C团 O 反应活性Y降低
有-I或-C基团 反应活性增加
CH3CHO
HCN
羰基化合物对hcn加成反应
羰基化合物对hcn加成反应1.含羰基化合物对HCN加成反应羰基化合物（Carbonyl compounds）指的是一类以羰基（C=O）为核心元素的有机化合物，包括醛（aldehydes）、酮（ketones）、酰胺（amides）以及其它更复杂的化合物。
它们共同特点是都具有可以结合原子或分子的反应能力，具有很强的加成性质。
其中，醛和酮也有强烈的氨基加成性质，在反应中可以与HCN反应，由碱性条件下的共价加成原理产生HCN类似的加成物（羰基氰）。
2.含羰基化合物和HCN的反应原理在反应过程中，羰基化合物的官能团上的碱性中间体和碱的反应并且激素需要水和碱混合物生成叶绿素素（NHS），然后将NHS和氨基交叉连接，形成羰基加成物，也就是所谓的“HCN类似加成物”，比如羰基氰和氨基氰等，具有重要的生物活性。
3.含羰基化合物和HCN加成反应受限因素含羰基化合物和HCN加成反应受到多种因素的制约，如原料、反应温度、碱浓度、反应时间、粉末均化和还原剂的影响等。
（1）原料：硫酸盐作为HCN的相对应的酸，化学反应中可以作为H 原子的来源，改变羰基化合物与HCN的反应，而各种有机酸，如硝酸和盐酸等，也可以操纵反应过程；（2）反应温度对反应不可忽视，高温反应可以加速反应进程，但过高的温度容易导致反应产物的失火，反应的速度容易加快，这样就不能得到较为理想的产物；（3）碱浓度则是控制反应体系发展方向的关键，过高的碱浓度有可能降低甲醛的比例，从而减少羰基加成的可能性；（4）反应时间与原料、温度、碱浓度等有关，如果反应时间过长，很容易导致反应产物的失活，影响反应效率；（5）粉末均化则能够提高反应的完整性，并且粉末均化后可以加快反应的进行；（6）还原剂的添加有助于加成反应的完成，还原剂的添加可以提高反应的完整性。
4.含羰基化合物和HCN加成反应的应用羰基加成反应对杀虫剂、抗生素等活性物质的合成有重要意义，而HCN类似加成物反应能够“开启”含羰基化合物多元变化的大门，使用不同的活性助剂，可以使加成产物获得新的活性，从而为生物活性物质的生物活性合成提供了更实用的手段。
高等有机化学羰基化合物的反应
R
R
Nu CCCO H
R
Nu C C C OH
R
2） 影响加成方式的因素
a.羰基活性小;b.试剂的亲核性弱时 c.两者空间位阻大时， 一般按1，4 －加成；反之按1，2 －加成：
O PhCH CHC R EtMgBr
Et PhCHCH2COR
Et
PhCH2 CH C R OH
R
H Me Et i-Pr
无a-H的芳香醛在CN-的作用下生成a-羟基酮
OδCH
δ+
Ⅰ
O CH CN Ⅱ
H迁移 极性反转
O OH H C C
CN
OH O CC CN H
Ⅳ
H迁移
O OH
-CN
CC CN H
Ⅴ
O OH C CH
Ⅵ
六、羰基与 Wittig 试剂反应
1、Wittig 试剂制备： 膦的叶立德 (ylid)
Ph3P + X CH R Ph3P CH R
*羰基上空阻大小（空间因素）
*共轭作用存在时羰基稳定，反应活性减少
结论：脂肪醛>甲基酮>环已酮>芳香酮 芳醛>芳香酮
二、 加成-消去反应 OH
R C NHR
C=O + NH2 Y
R
C=NH
*反应机理：亲核加成-
Y
消去反应
NH2 Y 亚胺
*酸催化：控pH=6，
NH2 NH2
R 取代亚胺
（希夫碱） OH
反应需要 过量的强碱
O
O
CH3C CH COEt
无α－H的酯可和有α－H的酯或酮可交叉缩合：
O
O
1. NaH
HCOOEt
高等有机 第六章 羰基化合物的反应
子效应。 子效应。如： (3) 应用： 应用：
O 2N
CHO ＞
CHO ＞ CH3
CHO
羰基与HCN加成，不仅是增加一个碳原子的增长碳 羰基与 加成， 加成 链方法，而且其加成产物 羟基腈又是一类较为活泼的 链方法，而且其加成产物α-羟基腈又是一类较为活泼的 化合物，在有机合成上有着重要的用处。 化合物，在有机合成上有着重要的用处。如：
R (R)H C =O R + HCN (R)H C CN OH
α - 羟基腈(又称氰醇) 又
实 验 事实 ： 2 min 完成反应
一滴 OH
HCN
H
+
H
+
+ CN
3~4 h 原料的50%起反应 起
加 H+，反应 υ↓， 大量 加 H+ 则难反应 ， 12
实验事实证明：该加成反应起决定性作用的是 实验事实证明：该加成反应起决定性作用的是CN ， CN ↑，有利于反应的进行。 ，有利于反应的进行。 (1) 反应机理： 反应机理：
CH3 C CX3 OH
CH3 C O 缩合反应: 1. 自身缩合: R RCH2CH =O + H CHCH=O
dil. OH
=
CH3 C OH + CX3 O + CHX3 卤仿
OH R RCH2CH CHCH=O R
△ H2O
=
O
O
O
β -羟基醛 羟
RCH2CH =CCH =O
α,β-不饱和醛 不
① NaBH4 或 LiAlH4 ② H3O +
RCH=CH (R')H
OH C H
B. Al[OCH(CH3)2]3 / (CH3)2CHOH还原法 还 RCH=CH (R')H (3) 金属还原法:
[理学]第六章 羰基化合物的反应
![[理学]第六章 羰基化合物的反应](https://img.taocdn.com/s3/m/f28edb13f111f18583d05a59.png)
sp3杂化 四面体
产物中基团拥挤程度增大。
R 越大，妨碍Nu:从背后进攻C原子。
6.2 羰基加成反应及产物
a. 与水加成
O
H+或OH-
OH R' + H2O R C OH R'
R
C
除甲醛、多卤代醛外，其它醛的水合反应平衡偏向 左边。
（2）与ROH的加成
H+
OCH2CH3 CH3CH OH
CH3CH=O + CH3CH2OH
H
O
C2H5
PhH
Ph H H C2H5 O
R H H Ph C2H5 OH
+
H
O
C2H5
1 RMgX 2 H2O
PhH
OH H H Ph C2H5 R
35oC R CH3 C6H5 (CH3)2CH (CH3)3C -70oC R (CH3)3C CH3
主 2.5 > 4 5 49
: : : :
H O O
L
R
S
Nu-
C2H5 H C6H5
O C C CH3
C 2 H5 H C6H5
LiAlH4 乙醚
OH H CH3
H2 O
C
C
+
C2H5 H C6H5
C
C
H OH CH3
75%
25%
当羰基和一个手性中心连接时，反应符合 克莱姆规则一。
6.5 碳负离子
O R C CH3
-
OH
O R C
CH2
第六章 羰基化合物的反应
6.1 羰基化合物的反应机理 6.2 羰基加成反应及产物 6.3 加成-消除反应 6.4 羰基化合物的反应活性和加成的立体选择性 6.5 碳负离子 6.6 各种重要的缩合反应 6.7 羰基与叶子立德的反应 6.8 羧酸衍生物的亲核加成 6.9 亲核性碳 6.10 分子内催化作用
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C6H5C O C H C H2N(C H )2 2 3
C =C C O O C =C C O O
C =C C H=O
MnO 2 或 Ag2O
8
还原反应: 1. 还原成醇 (1) 催化加氢: R C =O (R')H
Ni;Pt 或 Pd
R C (R')H
OH H
+
H2
(3) 转化成α-羟基腈 α-羟基磺酸钠与NaCN作用，其磺酸基则被氰基取代
生成α-羟基腈。如：
CHO
NaHSO3
OH C SO3Na
NaCN
OH C CN
HCl H2O
OH C CO O H
该法的优点是可以避免使用易挥发、有毒的HCN， 且产率较高。
3. 与ROH加成
17
R (R')H
C =O
+
HCl / H2O
RC H2 (R')H
OH C CO O H
RC H2 (R')H
C=O
HCN
RC H2 (R')H
OH C CN
浓 H2SO4
RC H=C C O O H (R')H
C H3 C H3
C=O
HCN
C H3 C H3
OH C CN
CH3OH 浓 H2SO4
C H3 =C C O O H C H3
该反应为可逆反应，在产品中加入稀酸或稀碱，可使
NaHSO3分解而除去。
16
=
O
(R')H SO3Na α- 羟基磺酸钠
R (R')H C
OH S O3Na
R (R')H
C=O
+ NaHS O 3
HCl / H2O
NaC l + S O + H2O 2↑ NaHC O + Na2S O3 3
Na2CO3
R (R')H C =O
δ δ
+
CN
慢
R (R')H
HCN
C B
O
R (R')H
快
C B
OA +
CN
(2) 反应活性：
影响亲核加成反应活性的因素应从以下两方面考虑： (A) 电子效应 羰基碳原子连有-I、-C基团将使羰基碳原子的正电 性↑，从而有利于亲核试剂的进攻；反之，连有+I、+C
13 基团，将使羰基碳原子的正电性↓，不利于亲核试剂的
Zn - Hg HCl
C =O
Mg C6H6
H3O+
R C R' C
R
R' OH OH
α - 二醇
C H2C H2C H2C H3
(2) Woff - Kishner - Huang ming long反应 R (R')H Cannizzaro反应: 2 HCHO
浓 OH
C =O
NH2NH2 . H2O - KOH 三甘醇 ,195 ℃
20
:
C =O
H+
C =O H
+CFra bibliotek+
OH
NH2
Y
+
质子转移
C OH
NH2Y
H+
H2O
C
+
NHY
C
+
NHY
C
NHY
+
:
:
C
N
Y
O H2
但这里值得注意的是：酸催化虽然有利于反应的进行， 但酸性过强，作为亲核试剂的NH2Y将与酸成盐(NH3+Y ) 而失去亲核性。因此，必须调节反应体系的pH值，通常 在pH=4~5最为有利。 (2) 与氨或伯胺的作用(即Y= —H、 —R)
9
C =O
Al[OCH( H3)2]3 C (CH3)2CHOH
RC H=C H (R')H
OH C H
A. Na / C2H5OH还原法 R R' C =O
Na / C2H5OH
R CH O H R'
2° 醇
B. 金属镁或镁汞齐还原法 R 2 R' 2. 还原成亚甲基: (1) Clemmensen还原法 C O C HC H2C H3 2
C6H6
OH OH O C H C H2 2
H+
O O
(3) 应用：
缩醛(酮)可看成是同碳二元醇的醚，其性质与醚相似， 对碱、氧化剂、还原剂稳定。但缩醛(酮)又与醚不同，它 在稀酸中易水解成原来的醛(酮)，故该反应可用来保护羰 基。例如：
CH2 =CH CHO
C2H5OH/H+
CH3CH2COOH
H3O+
—
NHCONH2)
NH2 NH2 (Ar)R (R')H C =O + NH2 NHC6H5
H+, H2O
(Ar)R (R')H (Ar)R (R')H (Ar)R (R')H
C =N
NH2 腙
C =NH NHC6H5 苯 腙
NH2 NHC O NH 2
C =NH NHC O NH 缩氨脲 2
22
(Ar)R (R')H
C =O ＞
=O
＞
C =O ＞
C =O
＞
C =O ＞
C =O
对于芳香族醛、酮而言，则主要考虑环上取代基的电 14
子效应。如： (3) 应用：
O2N
CHO ＞
CHO ＞ CH3
CHO
羰基与HCN加成，不仅是增加一个碳原子的增长碳
链方法，而且其加成产物α-羟基腈又是一类较为活泼的
化合物，在有机合成上有着重要的用处。如：
H2/Ni
O C2H5 C H2 =C H C H O C2H5
CH3CH2
O C2H5 CH O C2H5
19
C H3 C H3
C =C H(C H)2C HC HC HO 2 2 C H3
C2H5OH/H+
HO O C (C H2C HC HC HO 2) 2 C H3
H3O+
CH 3 CH 3
H
α δ
碱和亲核试剂进攻部位
δ
亲核加成
C
C H
O：
酸和亲电试剂进攻部位
：
醛基的特殊反应
3
6.1化学性质一览表
羰基的亲核加成反应 可逆加成： 1. 与HCN加成 R (R)H C =O R + HC N (R)H C CN OH α - 羟基腈(又称氰醇)
2. 与NaSO3 加成 R (R)H C =O R + NaHS O 3 C (R)H S O3Na OH α - 羟基磺酸钠
R (R')H CH2 + N2
HC O O
+ C H3O H
不含α - H 的醛的自身氧化还原反应 10
6.2 亲核加成反应
11
亲核加成反应机理
C =O
δ δ
+
A :B
慢
C B
O
A 快
C B
OA
在这里，决定反应速度的关键步骤是第一步，即亲核
试剂的进攻引起的，故称亲核加成反应。
6.2.1 可逆加成
15
2. 与NaHSO3加成
R (R')H
C=O
HO + :S
O Na
R (R')H C
O Na SO3H
R C
OH
(1) 反应的应用范围： 所有的醛、脂肪族甲基酮、＜C8的环酮。 (2) 应用：
(A) 用于定性鉴别
α-羟基磺酸钠易溶于水，但不溶于饱和的NaHSO3溶 液而析出无色针状结晶，故可定性鉴别。 (2) 用于分离、提纯
H OR''
H+
R (R')H
C
OH OR''
R''OH/H+
R (R')H
C
OR'' OR''
半缩醛
缩 醛
(1) 反应机理：
R (R')H C =O :
H+
R (R')H
C =O H
+
R (R')H
C OH
+
R''OH
R (R')H
C
H + OR''
R (R')H
C
OR'' O H2
+
H2O
R (R')H
1° 或 2° 醇 醇
(2) 选择性还原——负氢还原法: A. NaBH4及LiAlH4还原法 RC H=C H (R')H C =O
①NaB H4 或LiAlH 4 ②H 3O +
RC H=C H (R')H
OH C H
B. Al[OCH(CH3)2]3 / (CH3)2CHOH还原法 RC H=C H (R')H (3) 金属还原法:
5
不可逆加成: 1. 与Grignard试剂加成 R (R)H C =O R + R' MgX C (R)H O MgX H3O+ R' R C (R)H R' OH
2. 与炔烃的加成 R (R)H C =O + HC C Na
liq. NH3
R C (R)H