第6章 羰基化合物的反应

胺类化合物是反应常用的催化剂。氨、伯、仲、 叔胺，吡啶甚至铵盐都可以采用。 其α-H的酸性因受两个吸电基团影响，一般 较强，使用弱碱如铵盐就可催化反应。
6.6.2 克诺文葛尔(Knovenagel)反应
反应机理
可以把Knoevenagel反应看作是醇醛缩合的特例， 在这里亲核试剂不是醛（酮），而是活泼亚甲基 化合物。
OH
H +
H3C H
OH
H
H3C C6H11
H C6H11
CH3 C6H11
72%
28%
6.4 羰基化合物加成的立体选择性
O H3C H 1.RMgBr 2.H2O H3C H3C OH H H3C OH H CH3 C6H5
+
R C6H5 R
H3C C6H5
A R： -CH3 A:B 2:1 -C2H5 3:1 -C6H5 5:1
6.6.2 克诺文葛尔(Knovenagel)反应
反应实例
6.6.2 克诺文葛尔(Knovenagel)反应
在合成上，克诺文葛尔反应可用于α，β-不饱 和酸、腈、硝基化合物等的制备。
O CH3CCH 2CH3 + NCCH2CO2Et
CH 3
丙氨酸 - HOAc 苯, 分水
CH 3CH 2C = CCO 2Et CN
是增长碳链的反应之一
=
=
O R-CH2-CH =C-C-H R α,β-不饱和醛
=
β-羟基醛
=
=
6.6.1 羟醛缩合反应
1.羟醛缩合反应的特点: (1)反应可被酸或碱催化。 碱的作用是夺取活泼氢形成碳负离子，提高试剂的 活性，以利于和另一分子醛或酮的羰基进行加成。
碱催化
6.6.1 羟醛缩合反应
1.羟醛缩合反应的特点: (1)反应可被酸或碱催化。 酸催化则使羰基质子化，提高羰基碳的亲电活性，
6.1 羰基化合物的反应机理
醛酮的亲核加成反应
R'
R
C O ＋ A : Nu
- A+
慢
Nu R'
R
Nu O
＋A+ R' 快
C
C
R
OA
6.1 羰基化合物的反应机理
R' R C O ＋ A : Nu -A+ 慢 Nu R' R C O Nu
＋A+ R' 快
C R OA
影响亲核加成反应活性的因素 电性因素 空间因素 Nu的亲核能力
6.6.1 羟醛缩合反应
1.羟醛缩合反应的特点: 生成的β-羟基醛或酮一般在酸性条件下发生 脱水，生成α,β-不饱和醛或酮。
6.6.1 羟醛缩合反应
1.羟醛缩合反应的特点: （2）羟醛缩合反应是可逆反应。
反应过程中包括一系列平衡过程。当酮进行该反应 时，平衡不利于缩合的产物。 如丙酮在平衡状态下其缩合产物只有5%，只有设法 不断移出生成的缩合产物，才能使反应不断进行。
活 性 越 强
产 率 越 高
可见：羰基的活性越强，加成产率越高。
6.2 羰基加成反应及产物
R'
R
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C O ＋ A : Nu
-A+ 慢
Nu R'
R
Nu O
＋A+ R' 快
C
C
R
OA
H CN 氢氰酸 亚硫酸氢钠 Na SO3H 水 H OH 醇 H OR 格氏试剂 XMg R 炔钠 Na C CR 氨的衍生物 H2 NG
简单加成
复杂加成
6.2 羰基加成反应及产物
简单加成：
R' R Nu Nu O ＋ H+ R' 快 C R OH
C O ＋ : Nu
慢
R' R
C
复杂加成：加成-消除
R C O + H N G (R')H H -H2O R C C N G (R')H N H (R')H G R OH
6.3 加成-消除反应
O H O H H
+
O
R''
R C CHR' + H C H + R'' N R''
R C CH CH2 N R'' R'
使用原料的范围
1. 具有α-H的醛、酮、酸、酯、硝基化合物、腈、末端炔烃、含 有活泼氢的芳香环系化合物。
H HO H N CH3
H N H
6.6.3 Mannich反应
Mannich反应实例
6.6.1 羟醛缩合反应
含有α-氢的醛或酮，在碱或酸的催化下生成β羟基醛或酮，或经脱水生成α,β-不饱和醛或酮 的反应称羟醛缩合反应或醇醛缩合反应。
例：
O α O 稀 OH R-CH2-C-H + H-CH-C-H R 羰基组分 亚基组分
OH O -H2O R-CH2-CH-CH-C-H R
OH O -H2O R-CH2-CH-CH-C-H R
B
6.4 羰基化合物加成的立体选择性
Cram规则2：羰基邻位的不对称碳原子上有-OH,NH2等能与羰基氧形成氢键的基团时。亲核试剂 从含氢键环的空间阻碍小的一边对羰基加成。
6.4 羰基化合物加成的立体选择性
Cornforth规则：当酮的α-手性碳上连接卤原子 时，由于卤原子与羰基的偶极相互作用，使酮的 优势构象是卤原子与羰基在同一平面处于对位交 叉位置，羰基进行反应时，试剂优先从空间阻碍 小的一边对羰基加成。
6.4 羰基化合物加成的立体选择性
设α-手性碳上所连的三个基团分别用L、M、S 代表其大、中、小， Cram 规则1： 稳定构象，羰基处于中小基团之间的构象； 优势产物，亲核试剂沿小基团一侧进攻的产物；
M O S + NuR RL L Nu OH M S
H3C
O H LiAlH4 H
+
H3C H 3C
CH3SCH2[(CH3)3Si]2NLi (LHMDS)
LDA,LHMDS的亲核性很弱，但碱性很强 ，称为非亲核性强碱
6.5
碳负离子
碳负离子在反应中是一个亲核试剂，在许多情况 下是以烯醇负离子形式存在。 合成时，常常需要形成单一部位的烯醇盐，这就 需要从形成碳负离子时的条件上加以控制： 1.动力学控制 一般温度较低，体积较大的碱， 易在位阻较小部位形成碳负离子。 2.热力学控制 一般温度较高，体积较小的碱， 易在取代较多部位形成碳负离子
6.6.4 Claisen 酯缩合反应
在醇钠的作用下，含有α-H的酯可与另一分子 酯失去一分子醇，生成β-酮酸酯的反应，称为 Claisen酯缩合反应。
CH3COOC2H5 +H-CH2COOC2H5
-丁酮酸乙酯
C2H5ONa
CH3COCH2COOC2H5 + C2H5OH CH3COCH2COOC2H5 + C2H5OH
6.6 各种重要的缩合反应
两分子反应物结合成一个较大分子，同时失去一个小分子 的反应称为缩合反应。是形成分子骨架的重要反应类型。 一．羟醛（Aldol）缩合反应 二．克诺文葛尔（Knovenagel）缩合反应 三．曼尼希（Mannich）反应 四．克莱森（Claisen）酯缩合反应 五．达参（Darzen）反应 六．麦克尔 （Michael）加成反应. 七．（Reformatsky）反应 八．柏琴（Perkin）缩合反应 九．安息香（Benzoin）缩合反应
*6.6.4 Claisen 酯缩合反应
如异丁酸乙酯在醇钠催化下就得不到缩合产物。 这种情况下，用碱性更强的三苯甲基钠，氨基钠 等代替醇钠，由于生成的乙醇能基本上被除去， 从而使缩合反应正常进行。
CH3CHCOOC2H5 CH3 C2H5O( )
6.6.4 Claisen 酯缩合反应
高等有机化学
第6章 羰基化合物的反应
第6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 特殊和普遍的酸碱催化 6.11 分子内催化作用
希夫碱 肟 腙 苯腙
C=N-R C=N-OH C=N-NH2
H2N-NH-CONH2
6.4 羰基化合物加成的立体选择性
Nu
a a
R1 C R2 O
b
Nub
R1 R2
* C OH
R1 R2 C* Nu
OH
1. R1=R2 无手性碳，得同一化合物 2. R1R2, 且R1, R2无手性碳，产生新手性碳，外消旋体 3. R1R2, 但R1, R2有手性碳，产生新手性碳， 立体化学复杂，Nu的进攻方向遵守“Cram 规则”
乙酰乙酸乙酯
（2）反应机理
O
O CH3COC2H5
C2H5ONa
O -CH2COC2H5
C2H5O-
CH3COC2H5
-O
OC2H5
O
CH3CCH2COC2H5
O O CH3CCH2COC2H5
C2H5ONa
O O CH3CCHCOC2H5 Na+ C2H5OH
CH3COOH
O O CH3CCH2COC2H5 + CH3COONa
H H R C=O H
羰基碳正电性强活性高 空间位阻小者活性高 试剂亲核能力强活性高
R R C=O C=O R C6H5
CH3 R C=O C=O C=O CH3 CH3
亲核加成反应活性减小
6.1 羰基化合物的反应机理
一些羰基化合物与亚硫酸氢钠的加成产率如下： （反应1h,%） 羰基化合物 CH3CHO 88.7 RCHO 70.9 CH3COCH3 56.2 CH3CH2COCH3 36.4 (CH3)2CHCOCH3 12.3 (CH3)3CCOCH3 5.6 C6H5COCH3 1
不含-H
含-H
(trans-form)
6.6.2 克诺文葛尔(Knovenagel)反应
含活泼亚甲基的化合物与醛或酮在弱碱性催化 剂(氨、伯胺、仲胺、吡啶等有机碱)存在下缩合 得到α,β-不饱和化合物, 称为克诺文葛尔反应。
Z,Z’ = -CHO、-COR、-COOH、-COOR、-CN、-NO2、 -SOR 、 -SO2OR等。
+
*6.6.4 Claisen 酯缩合反应
酯缩合反应的每一步反应都是可逆的，反应之所以能 向产物一方移动，是由于在乙氧基负离子作用下， β-酮酸酯被转变成稳定的钠盐使平衡破坏之故。
CH3COCH2COOC2H5 C2H5OCH3COCHCOOC2H5
如果缩合产物中不再含α-氢，产物得不到这种 稳定化作用，则缩合就很难进行。
6.6.1 羟醛缩合反应
1.羟醛缩合反应的特点: （3）交叉羟醛缩合 同种含-氢的醛、酮 无-氢的醛、酮
交叉醇醛缩合反应 2种不同的含-氢的醛、酮
-羟基醛(酮)
不反应
4种可能产物
-羟基醛(酮)
含-氢的醛、酮 ＋ 无-氢的醛、酮
6.6.1 羟醛缩合反应
（3）交叉的羟醛缩合 含-氢的醛、酮 ＋ 无-氢的醛、酮 转变成碳负离子 称为亚基组分 提供羰基 称为羰基组分
6.4 羰基化合物加成的立体选择性
但是当α-手性碳上连接烃基较大，产生的空间 效应与卤原子相差不多时， Cornforth规则的 适用性受到限制。例如：
6.5
碳负离子
碳负离子是带有负电荷的含碳离子，极其活泼， 除很少数情况外，至今尚未分离成功。然而大 量实验事实已证明了它的存在。 具有一对孤对电子，占有sp3杂化轨道。 在许多有机反应中，C－H键在碱的作用下发生 异裂，质子转移到碱上，形成负碳离子
负碳离子的主要反应是与正性分子或基团的结合， 也就是广义的路易斯酸-碱反应,或者与具有空轨 道的基团结合。有时负碳离子参与加成反应、重 排反应，或者本身被氧化成自由基。
6.5
碳负离子
碳氢键的碳原子上存在吸电子基时易形成碳负离子
O
常用的强碱 (CH3)3CO[(CH3)2CH]2NLi
NH2(LDA)
-羟基醛(酮)
6.6.1 羟醛缩合反应
交叉醇醛缩合反应举例：
C6H5CHO + CH3CHO OHOH-
C6H5CH=CHCHO (trans-form)
C6H5CH=CHCOCH3
C6H5CHO + CH3COCH3
(trans-form)
C6H5CHO + CH3COC6H5 OHC6H5CH=CHCOC6H5
R C O + H N G (R')H H -H2O R C C N G (R')H N H (R')H G R OH
胺 羟胺 肼 苯肼
2,4-二硝基 H2N-NH 苯肼 氨基脲
H2N-R H2N-OH H2N-NH2 H2N-NHC6H5 NO2
C=N-NHC6H5 NO2 NO2 NO2 2,4-二硝 C=N-NH 基苯腙 缩氨脲 C=N-NH-CONH2
85 %
(CH 3)2CHCHO + CH 2(COEt) 2
- HOAc N H 苯, 分水
(CH3)2CHCH = C(CO 2Et) 2
90 %
6.6.3 Mannich反应
含有a-活泼氢的醛、酮与甲醛及胺(伯胺、仲 胺或氨)反应，结果一个a-活泼氢被胺甲基取 代，此反应又称为胺甲基化反应，所得产物 称为Mannich碱。