有机化学羰基的反应

O
M
S Nu
E
RL
OE MS
+
R
Nu
L
主要产物
OE
M
S
Nu
R
L
次要产物
二、羰基的亲核加成
2. 含O, S亲核试剂
包括H2O, ROH, RSH, 和NaHSO3 (1) H2O
水合物
酸碱催化，加快平衡的达到，但不影响平衡移动。
二、羰基的亲核加成
(1) H2O
O +
H3C CH3 99.8%
O +
二、羰基的亲核加成
4. 含C亲核试剂
(1) ¯CN
C O + CN
C
O CN
H CN
C
OH CN
+
CN
a-羟基腈
cyanohydrin
C
OH CN
a-羟基腈
H ,H2O
H2 Pt
C
OH COOH
C
OH CH2NH2
a-羟基酸 b-氨基醇
二、羰基的亲核加成
4. 含C亲核试剂
(2) ¯C≡CR
O + HC CR KOH H2O
(1) RNH2 and YNH2
反应物YNH2
基团Y
名称
表13-1 氨基衍生物与醛酮加成反应
R
1°胺
OH
羟胺
结构式 R
CN
OH CN
生成物
名称
席夫碱（shiff base）
肟（oxime）
NH2
肼
NHC6H5
苯肼
NHCONH2 氨基脲
C N NH2
腙（hydrazone）
C N NHC6H5 苯腙（phenylhydrazone）
H3C H 42%
O +
HH 0.1%
O +
Cl3C H
H2O H2O H2O H2O
OH
H3C OCHH3 0.2% OH
Keq 2×10-3
H3C58%OHH OH
H
H OH
99.9%
OH
Cl3C
H OH
1.4 2.3×103
IR中无C=O吸收峰
羰基连有吸电子基团的容易形成水合物
二、羰基的亲核加成
Nucleophiles that are relatively weak bases, such as ¯CN, amines, thiols, and X¯, usually form conjugated addition products.
二、羰基的亲核加成
影响 1,2-和1,4-加成的因素
OH
2.H3O
酮
R
R C R'
O
低温和空间位阻作用 3°醇
R''
R CR' 使用不活泼的金属试剂
3°醇
酮 可能将反应控制在酮的阶段
二、羰基的亲核加成
4. 含C亲核试剂
(4) Ylide试剂 An ylide is a compound that has opposite charges on adjacent, covalently bonded atoms with complete octets of valence electrons, for example, a phosphonium ylide:
R CH 醛
RMgX
R CH R
2°醇
1. O
R
CH2CH2OH
1°醇
2.H3O
OH
1.R'CHO
R CHR' 2.H3O
2°醇
R MgX
O
OH
R Li
R'COOR'' R CR' RMgX R C R'
酮
R
3°醇
1.R'COR''
O
OH
2.H3O
R'COCl
R
RMgX
CR'
R C R'
1. R'CN
一、羰基的结构及反应特性
1. 羰基的结构特点
The carbonyl group is polar and the partial positive charge on the carbonyl carbon causes carbonyl compounds to be attacted by nucleophiles.
(1) 亲核试剂的碱性
CC
Nu
CO H
irreversible 1,4-addition
major
when Nu is a strong base
C
C C
O + NuH
irr1e,v2e-arsdidbilteion
1,2re-avdedrsitiibolne
CC C OH Nu
CC C OH
when Nu is a weak base Nu
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二、羰基的亲核加成
4. 含C亲核试剂
(4) Ylide试剂 Ylide试剂的形成
Wittig reaction
—— the reaction of an aldehyde or a ketone with a phosphonium ylide to form an alkene.
Wittig reaction
Both 1,2-addition and 1,4-addition can happen, they are also called as direct addition and conjugated addition
二、羰基的亲核加成
影响 1,2-和1,4-加成的因素
(1) 亲核试剂的碱性
Nucleophiles that are strong bases, such as RLi and LiAlH4, tend to form direct addition products，for the reaction is irrersible.
关于亲核加成的小结 1. 概述 —— 结构、机理、反应活性、立体化学 2. 含O, S亲核试剂 包括H2O, ROH, RSH, 和NaHSO3
羰基的保护 醛酮的分离纯化
3. 含N亲核试剂 (1) RNH2 and YNH2 (2) R2NH
亚胺及其衍生物的形成 烯胺的形成
4. 含C亲核试剂 —— C-C键的形成
—— it is completely regioselective, unlike E2 —— it is also stereoselective
Ph3P CH
NO2 + H3CO
O2N
CHO 25℃
H H
89%
唯一产物
OCH3
顺反烯烃的生成受条件和Ylide试剂的结构、活性等影响很大
The use of Wittig reaction in industry
major miner
(1) 亲核试剂的碱性
O
CN+HCl
O CH CHCH
CH3SH
O
CN
O CH CH2CH SCH3
影响 1,2-和1,4-加成的因素
(2) 空间位阻
O CH3
1.EtMgBr
CH CH C C CH3
CH3
2.H3O
O CH3
CH CH2 C C CH3
Et
CH3
1,4-加成 100%
The less basic the substituent (Y), the more reactive the carboxylic acid derivative
C
OH C CR
CH3COCH3 + KC CH
KOH 一缩二乙二醇二甲醚
(H3C)2C
OH C CH
H2 Lindlar cat
OH (H3C)2C CH CH2
Al2O3
H2C C CH CH2 CH3
二、羰基的亲核加成
4. 含C亲核试剂
(3) 有机金属试剂——格氏试剂、有机锂试剂等 广泛用于合成各级醇，也可用于合成醛酮。
二、羰基的亲核加成
1. Summary (1) Nucleophiles
负离子亲核试剂（碱性条件）： ¯OH、 ¯OR、 ¯SR、 ¯H、 ¯C≡N、 ¯C≡CR、 ¯CR3、（M－R） 中性分子亲核试剂（中性或酸性条件）： HOH、HOR、HSR、NH3、H2NR、HNR2
二、羰基的亲核加成
1. Summary (1) Mechanism
(1) ¯CN
α -羟基腈、α-羟基酸和β-氨基醇
(2) ¯C≡CR
炔醇的合成
(3) 有机金属试剂
各级醇的合成、醛酮的合成
(4) Ylide试剂
C=C的形成
5. a, b – 不饱和羰基的亲核加成——1，2和1，4加成
影响因素：(1) 亲核试剂的碱性；(2) 空间位阻
二、羰基的亲核加成
5. a, b – 不饱和羰基的亲核加成
第7章
羰基化合物的亲核加成和取代反应
Nucleophilic Additions and Substitutions of Carbonyl Compounds
本章主要内容
一．羰基的结构及反应特性 二．羰基的亲核加成
1. 概述 2. 含O, S亲核试剂 3. 含N亲核试剂 4. 含C亲核试剂 5. a, b – 不饱和羰基的亲核加成 三．羧酸及其衍生物的亲核取代反应
C N NHCONH2 缩氨脲（semicarbazone）
二、羰基的亲核加成
3. 含N亲核试剂
(2) R2NH 经历亲核加成和脱水两个步骤
脱水发生在羰基的 a - C上而非N上，形成烯胺
(enamine)
C O + NHR2
C
O NHR2
H -H
C
OH NHR2
-H H
C NR2 -H C
an enamine
一、羰基的结构及反应特性
2. 发生在羰基上的反应的类型（亲核反应）
1) 亲核加成
CO
2) 羰基氧被N取代 C O
Nu E H2NY
C OE Nu
Y CN
3) 羰基氧被C取代
CO
4) 亲核取代反应
CO Y
Ph3P CR1R2
R1 CC
R2
Nu
CO + Y
Nu
一、羰基的结构及反应特性
3. 亲核反应活性
烷基给电子作用
一、羰基的结构及反应特性
3. 亲核反应活性
空间位阻影响
一、羰基的结构及反应特性
3. 亲核反应活性
O C RX
酰卤
OO CC R O R'
酸酐
O C R OH
羧酸
O C R OR
酯
O C R' RN
R"
酰胺
酰卤 > 酸酐 > 醛 > 酮 > 羧酸 ~ 酯 > 酰胺 取决于与羰基相连的基团的电子效应
O CH CH C
1.
MgBr
2.H3O
O CH CH2 C
1,4-加成 92%
O
1.
MgBr
CH CH C CH3
2.H3O
O CH CH2 C CH3 +
OH CH CH C H
1,4-加成 12%
1,2-加成 80%
三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应
1. Mechanism for nucleophilic substitution
碱性条件下
O
酸性条件下
O
Nu
OE
E Nu
慢
Nu
快
Nu
OH
OH
快
OH
OH
Nu H
OH
-H
慢
Nu H 快
Nu
二、羰基的亲核加成
1. Summary (2) Stereochemistry
非手性条件下，得外消旋体
二、羰基的亲核加成
1. Summary
(2) Stereochemistry
手性条件下，有立体选择性，Cram法则： 羰基上的R基团与大的基团 (L) 呈重叠式构象，羰 基氧则处于中等基团 (M) 与较小基团 (S) 中间，亲 核试剂从小的基团这一方进攻为主要进攻方向。
相当于羰基氧被氮所取代，形成亚胺(imine)。 可逆，经酸水解可得回醛酮。
CO
+ H2N Y
Y CN
+ H2O
an aldehyde or
a ketone
a primary amine or
other derivative of ammonia
an imine
C NY + H2O H
C O + H3NY
C NR2 C
H
-H2O
C
OH2 NR2
H
C
OH NR2
neutral tetrahedral intermediate
二、羰基的亲核加成
3. 含N亲核试剂
(2) R2NH 反应可逆，经酸水解可得回醛酮。
N
+ H2O
H
O
+
N
HH
醛酮可以通过烯胺进行α-烷基化和α-酰基化反 应，合成上应用广泛（见第十四章）
2. 含O, S亲核试剂
(2) ROH 酸催化：固体酸，如TsOH 无水酸，如干燥HCl气体
(2) ROH 羰基的保护，例1
(2) ROH 羰基的保护，例2
二、羰基的亲核加成
2. 含O, S亲核试剂 (3) RSH
二、羰基的亲核加成
2. 含O, S亲核试剂
(4) NaHSO3 产物为盐，溶于水 用于将醛酮同不溶于水的有机物分开
O + NaHSO3
R H(R')
ONa
R
H(R') SO3H
OH
R
H(R') SO3Na
OH
R
H(R') SO3Na
O +
R H(R')
HCl
NaHSO3
Na2
CO
3
NaCl + SO2 + H2O Na2SO3+ CO2 + H2O
二、羰基的亲核加成
3. 含N亲核试剂
(1) RNH2 and YNH2 经历亲核加成和脱水两个步骤。
O
Nu
RY
O
H
RY
O
-H
R Nu
O RY
Nu
OH RY
Nu H
OH -YH R Nu
O +Y
R Nu
OH
RY NuH -H OH
OH
+H
RY Nu
R YH Nu
三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应
2. Reaction activity
The weaker the base, the better it is as a leaving group
O
R MgBr
OMgBr
H2O
OH
R
R
O R MgBr Y
其中：Y=X or OR
OMgBr Y
R
-YMgBr
O
R MgBr H2O
R
OH R
R
CN
R MgBr
NMgBr
H2O
R
O R
格氏试剂的应用
R CH2OH
1°醇
1.HCHO 2.H3O
R COOH 羧酸
1.CO2 2.H2O
O
O
OH
HCOR'