完整版羰基的亲核加成及相关反应.docx

1、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5.1羰基的结构CO2。C O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。v k CO CN 快OH- + HCN CN- + H2O、f 慢 H2O /OHCNJ / = O /C、b +0H-/ CN / CN反应的平衡位置受电子效应和空间效应的影响。化合物K原因CH 3CHO104PhCHO2 102位阻增大，+C效应P-NO2C6H4CHO1.4 103(-I, -C )p-CH 3C6H4C

2、HO32(+I, +C, +C 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。C=O +C = Oh C+OH碱催化提高亲核试剂的亲核性。Nu H + OHNu- + H2O活性.Nu - Nu H2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-I, -C）使其亲核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（ 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 3CO

3、R RCOOR RCONR 2 RCOO-I +C什C） 什C,空阻）(+C -I) 什 C)RO )活性极低（1）-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.立体效应张力增加OOIIH CH 3C HOIICH3CCH3 O OII IIO CH3CH2-C-CH2CH3 Ph-CPh、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。 OH-H2O, ro-roh。2极性大的分子比极性小的分子亲核性强。 H

4、CNH2O（极性与电负性）。3同周期元素的负离子的亲核性与碱性大小一致；R3C-R2N-RO-F- 4同一主族元素的负离子的亲核性与可极化度大小一致。l-Br-CI-F-5.2.3亲核加成反应的立体化学 一、非手性的羰基化合物的加成R NuR#、o-R NuR/ OH50%dlRR,ZQCxNuRRZOHCNu前（潜）手性分子 结果得外消旋化产物、手性羰基化合物的亲核加成方向遵守 Cram规则，得立体选择性的非对称异构体产物。S OI IIL CCR + RZIMS与M）分处于羰基两侧，体积最大S OZI IL-C-C-RI IM R非对映异构体S RI ILCCRI IM OZ还原含-手性碳

5、的醛酮时，手性碳上两个体积较小的基团（的基团L则与羰基呈反位交叉构象, 规则。还原剂从体积的较小S与M之间进攻羰基占优势，这就是CramRZS重叠式RMSZOR交叉式（主要产物）PhHCH3C(2R)NaBH 4BrMe(2R)PhOHHHBrCH3(1S,2R)赤式(次)PhH HBrPhHOBrCH3(1R,2R)苏式(主)MePh(1S,2R)(1H OH外型冰法 内型冰法98.6% 0.4%86% 14%转位阻大NaBH4LiBH（CHCH 2CH 3）3 I CH3（位阻增大）5.3醛酮的亲核加成5.3.1醛酮的简单加成一、与NaHSO3的加成OHC+ NaHSO3OHIC SO3N

6、a（白色晶体）8的环酮才能反应。亲核中心为硫原子HSOa-体积大，空间效应明显，只有醛、脂肪族甲基酮和碳原子少于 fHC、 + CN-SO3-OH 一 C、CN +好的离去基，避免用 HCN、与水加成OHCOHCOH水的亲核性较小，反应后空阻增大，故不利于水化。若带吸电基时，有利于水化反应。三、与醇的加成+ ROHH-或 0H-OR半缩醛（酮）不稳定K OH C + H +orRoh ,OR&- CHOrOR/、0R缩醛酮-二醇形成环状缩酮。只被酸催化醛与一元醇易形成缩醛，而酮则不易，常用R2C=0 + HOCH 2CH 2OH+ H2O缩醛（酮）对碱、氧化剂、还原剂、碱金属等稳定，可用来保护

7、醛基和酮基。四、与金属有机化合物的反应1、与炔钠加成RC 三 CH Na aRC 三 CNa0II RCR THF OH H3+0R CC 三 CRR炔丙式醇2.与 Grignard 试剂RC= 0 H(R) /+ RMgX干醚 H3+OR OHH(R)/ XR+干醚RMgX H3+O RCH2CH2OHOIIRCOR + RMgX0 -1RMgXRCR2h3+oOHR_C_ RR反应可能停留到酮阶段(C2H5O)2C=O + 3C2H5MgBr桂(C2H5)3COH 82-88%CH(OC 2H5)2 CHOH3+OCH374%CH3经过环状过渡态影响（当二试剂的空阻都很大时）原甲酸酯副反应

8、：（1 ）还原反应，格利亚试剂作为还原剂,CHOgC-O C MgOMgXH3+OT” H CIIC/ 转移H(2)烯醇化，不存在 -H，且位阻大时。RMgXC C = OHJC-OMgX +RH TH： (tBu)3COH H30 +烷基锂活性高，高位阻的酮仍然发生加成反应。OIIt Bu CBut + t- BuLi而格氏试剂却不能反应3. Reformatsky 反应RCHCOzEt +Zn XZnCHCO 2Et81%OIIRCR” AH3+0-H2OOHR . ICCHCO 2Et/ IRRC= CCO2EtRzR R用此反应来合成 -羟基酸酯和，-不饱和酸酯，同时可使醛酮的碳键增加

9、。OHPhCHO + RCHCOOEtZnPhCHCHCO 2EtPhH,Et 2O-H2OBrPhCH=CCO 2Et PhCH2CHCH 2OHRCr23 吡呢PhCH2fHCHOR5.3.2醛酮与含氮亲核试剂的加成一消除反应 一、与胺衍生物的反应 R OHC = 0+ :NH2-Z C2 C加成 / hz-h2oC=NZ消除存在p- n共轭而稳定Z=R, Ar, OH, PhNH, NH 2CONH仲胺与醛酮加成后不能形成亚胺，如果 -碳上有氢则可脱水得烯胺。R2NH+RCH2CORC：NR 2 + H2OR烯胺的 碳原子具有较强的亲核性能与卤代烃 ，卤代酮，卤代酸酯等作用，在烯胺 碳上

10、引入烃基或与产物经水解及到相应的醛酮。酰卤作用在碳上引入酰基，+CH 2CH=CH 2增加醛酮二、Mannich 反应具有a - H的醛酮或其他含活泼氢的化合物与甲醛及胺或氨作用, 胺甲基化反应或 Mannich反应。-碳活性生成胺甲基化产物的反应称H+ 或 OH-HCHO + NH3 + CH3COR H2NCH2CH2COR含活泼氢的化合物有； RCH2COR,RCH 2COOR,RCH 2COOH,RCH 2CN 和 RCH2NO2等。 氨和1o胺可进一步发生 Mannich反应CH3COCH 3OH+ II+ HCHO + CH 3NH 2 CH 3CCH 2CH 2NHCH 3HCH

11、O, CH 3C0CH 3O OII IICH 3cch 2ch 2nch 2ch 2cch区域选择性OCH3邙不饱和羰基化合物CH2NMe2氨甲基化产物对热不稳定，易分解为a厂 PhCOCH2CH2NMe2 PhCOCH=CH 20IIPhCCH3 + HCHO +Me2NH托品酮的合成,MezCHCH 2CHO + HCHO +Me2NH I CHCCHO+ HCHO + PhNH2CH (CH3)2CH21963年从环庚酮出发经十几步来合成。活泼氢3 氧代1 , 4 戊二醇543 Wittig 反应R3 zR2C二 O + Ph3P=CZ 、R1R4RR4/C= CRR2/ + Ph3P

12、=O11. Wittig 试剂二烃代亚甲基 三苯基膦Wittig试剂r1 十Ph3P + CHCH 2X Ph3PR2/R1CH X-R2强碱LiBu-n 或PhLi等4-Ph3P空3d轨道R1-/C、R2V R2p电子对R1Ph3P=C”ylide内鎓盐（盐，磷叶立德）（主要贡献）d- p共轭 ylene （烯，叶立因）（1）活泼的wittig试剂，此时 不活泼的 Wittig试剂OIICRC三N 一R1,R2=H或烷基。与O2,H2O,HX或醇均能反应。OIICOROIICH等吸电子与带负电荷的a碳相连时， 因-1,-C负电荷分散，Wittig试剂比较稳定。0十Ph3C CH CN十 II

13、如 Ph3PCHCR与醛反应活性低，与酮作用慢或不反应。（3）稳定的Wittig试剂位连有苯基或乙烯基时，Wittig试剂不与醛酮反应。如:Ph3P2.Wittig反应历程PhsP-CR2R+ C二 Or2/3hp c pR RPh3PR1甜菜碱R3C二 C+ Ph3P二 0氧磷环丁烷（非常稳定）3.立体化学活泼Wittig试剂的反应产物以顺式烯为主。Ph3P CH-CH3 + PhCHOCH 3、CH3 HC=C/ xH Ph13%中间体以反应动力学有利的赤式为主。HPh3P-jr Me OC Ph、H十 -Ph3P CH CH3+PhCHO+ . HPh3Pcf MeO C HPh苏式（次

14、）Ph、C 二 C/HMeMe、C=C“、Ph共轭稳定的wittig试剂反应产物以反式烯烃为主。+ -Ph3PCH Ph+ PhCHOPh Phxc=c7/ H H25%C二 C/ Ph75%中间体以热力学稳定的苏式为主十“PhPh3PC、H OC H 、Ph苏式（主）Ph3P CHPh+PhCHO+Ph3P-CiPh H0C. Ph、H赤式（次）Ph H /C=CPhO + Ph3P-CH0CH 3CHPPh（2）（ 2）烯烃（环内烯5 16元环，环外烯）CHPPh3Ph 丫 Ph c二 CH H另外醛酮的结构和溶剂的极性将影响其立体选择性。4.Wittig试剂的应用（1）合成醛+ Ph3P

15、CHCH =CH天然有机物(如维生素 A )CO2RCHO+ Ph3PCO2RCH 2OH维生素A534羟醛缩合及类似反应1羟醛缩合,3-不饱和醛在催化剂作用下，含有a- H的的醛或酮相互作用，生成3 羟基醛(酮)或a酮的反应叫羟醛缩合(aldol con de nsation )。(1)反应可被酸或碱作催化OH - + CC=O C-C 二 0 + h2o亲核试剂cCC=0,c0 + cC0-C CC二0H20I丨0c C- C0-0H 0H碱先夺取a- H，产生碳负离子，酸催化提高羰基碳的正电性。十O OHH +CH3CCH 3 CH3CCH30HCH 歹 C一 CH 3亲电性提高0IIC

16、H3CCH0H+ -H CH3_CCH 3O OHII ICH3CCH2C(CH3)22.交叉羟醛缩合 无一H的醛酮，自身不能发生羟醛缩合，但可以与另一分子含 H的醛酮发生交叉羟醛缩合。OIIOO OH- OOH HCH 反应为可逆反应，醛倾向于正向，而酮则逆向倾向大，这时可用索氏提高正向进行。CH3CH + HCH _(HOCH2)3CCH C(CH2OH)4 + HCOOKKOHa- H组分羰基组分交叉岐化IIPhCH + CH3CHOOII2PhCHOII+ CH3CCH350 CPhCH=CHCHOOHOOH-PhCH=CCCH=CHPh两种酮的交叉缩合，至少有一种为甲基酮或环酮，位阻

17、小的甲基酮或环酮在反应中作羰基组分。CH3 OCH3ONaPhCOCH 3 + PhCH 2COPh- PhC 二 CCPhIPh羰基组分 亲核活性大分子内的羟醛缩合产物为五元或六元a,3 -不饱和醛酮O OII IIch3cch2ch2ch2ch2ch不对称酮的反应区域选择性O O OOH -PhCH + CH 3CCH 2CH 3 PhCH=CH 一 CCH 2CH 3 直链产物(主要)OH +PhCH二C CCH 3支链产物1CH3（主要）OIIOH- CH3CCH2CH3ch2-cch2ch3IIITO酸性大空阻小（主）OH +CH3CCH2CH3 -CH3-C=CH CH3 + CH

18、2=CCH2CH3I IOH OH更稳定，主要CH=CHCOOHKnovenagel 反应。COORRCHXCOORO OII IIRCCHCORRO OII IIRCCHCR” NCCH 2COOR PhCHzCNIR这些物质的aH活性大，NH 3, RCOONH 4等都可催化此反应CHC=O + Nh4 / 4二 C二 nH2C NH 2CH X3.Perkim 反应芳香醛和乙酐或取代乙酐在相应羧酸的钠盐或钾盐存在下发生的缩合反应。OK2CO3PhCH + (CH3CO)2O PhCH=CHCO 2H120-180 CAcOK+ (CH3CO)2OCHO4.Knovenagel 反应醛酮与

19、被两个吸电基活化的亚甲基或次甲基化合物的缩合反应称为 亚甲基组分有：X-NH 3c二C （ X, 丫为吸电子）/ 丫PhCHO + CH2(COOH)2cTPhCH=CHCOOH反应同时脱羧，反应较 Perkin反应温和历程:-CONH2CH(COOH) 2 PhCHO PHCH COOHCOOHPhCH=CHCOOH-H2O5.stobbe 反应COORt-BuOK 、 I+ (CH 2COOR) 2 C=CCH 2COOH2 2 t-BuOH /a , 3 -不饱和羧酸酯历程:CH 2COORICH 2COOR-BHCHCOOR CP1 -CH 2COOROI IIcCH CORI IO-

20、 CH 2CO ORclCHCOORZCHc-OR O-IIC CORICH/cl oHc/c JooCOOR ICCCH 2COOHOIIPhCPh + (CH 2CO 2Et) 2-丁内酯COzEtIPh2C 二 CCH2COO大位阻 Y94%6. Darzen 反应Darzen反应是由a -卤代羧酸酯在醇钠催化下与醛酮反应及a , 3 -环氧酸酯。历程：RONa _X_ CH 2_ COOR X_Ch _COORO-R一 CHCH COORPhCH=Ot-BuOKPhCHCOOC 2H5 -ClOH , / 、 . COOC 2h 5Ph 、Ph75%应用于合成多一个碳的醛PhCOCH

21、3C2H5ONa+ ClCH 2COOC 2H5 CH 3NaOHCH 3PhC CHCO2C2H5x /OHClPh C 、 CH COONa/O-CO 2CH 3CH 3(Ph C 二 CHOH)PhCHCHIIO5.3.5苯偶姻缩合（安息香缩合， acyloin con de nsation ）两分子芳醛在 CN-存在下，缩合生成a -羟酮的反应。 历程OHCH CN_oc-CN-CNHO OHII IAr C-CH-Ar + CN-5.4羧酸及衍生物的亲核加成5.4.1Claisen 缩合含a -H的羧酸酯在强碱作用下得B-羰基酸酯的反应ONaOEtONa1H +2RCH 2COOR

22、JRCH2C=CCOOR-RCH 2CCHCOORRR历程2C ORRCH 2COOR RNa. RCHCOORO- RRCH2CCHCOOROII RCH 2CCHCOOR +RO-ORO11 - RCH 2CCCOORR酸性强于醇Rh+ ROHOIIRCH2CCHCOOR反应发生的动力：要加酸后才能得到产物不含a - H的羧酸酯不发生自身 Claisen酯缩合，但可与另一含a- H的酯发生交叉 Claisen酯缩合。O EtONa | H3+OHCOOC 2H5 +PhCH 2 CO2C2H5 HCCHCOOC 2H5Ph EtONa Ph CO2C2H5 + CH3COOC2H5OIIP

23、hCCH2COOC2H5 H3+OCOOC2H5 EtONaCOOC2H5+2CH3COOC2H5COCH 2CO2C2H5H3+OCOCH 2CO2C2H5OC2H5O二C + CH3COOC2H5OC2H5 H3+o EtONaOIIEtOCCH2COOEt活性较差这时采用不断除去乙醇的方法提高产率Y 18 %EtONaPhCH(CO 2Et)2除 EtOHO 二 C(OEt) 2 + PhCH 2COOEt86%5.4.2 Dieckmann 缩合1,6或1,7-二元羧酸酯发生分子内酯缩合得五或六元环的B-环酮酸酯的反应。CH 2CH 2COOC 2H5CH 2CH 2COOC 2H5C

24、OOC 2H 581%OCH2CH2COOC 2H5CH2CH2CH2COOC2H5-CO 2EtCO2EtCO 2EtCO 2EtCO 2C2H 5onlyCH 2CH 2COOC 2H5CH 2CH 2CHCOOC 2H5CH3OCO 2C 2H 5(cannot be con verted to a stable eno late)CH 2CH 2CH 2CO2Et EtOCH 3CHCO 2EtCH 2CHCO 2EtCH2CH 2CHCO 2EtCH 3CO2EtOCH3CH 3两分子的二次Claisen缩合。 反应受热力学控制，主要形成较稳定的烯醇盐。CH3亚甲基氢的酸性大于次甲基

25、氢，亚甲基氢的空间位阻小于次甲基氢。CO2EtCHCH 2CO2EtCH 2CH 2CH 2CO 2EtCO2Et CO2EtEtO -CHCH CO2EtCO 2EtCH 2CH 2CH 2CO 2Et5.4.2酯酮缩合酮的H酸性大于酯的 H，首先酮形成a C负离子O OCH3CR C2H5 RCCH2RC OROIIOIIRCCH 2CRB二酮如果酯羰基活性过低，酮则主要发生羟醛缩合，反之若酯的 -H活性大于酮（如丙二酸酯）则发生酯自身缩合或 Knovenagel反应。O O 0 0CH 3CH 2COC 2H5 + CH 3CH 2CCH 3 Na0H CH 3CH 2CCH 2CCH 2CH 3HCOOC 2H5CHOOIIOCPhKOHCPhO-CCHIIOIIOOIICCH2CPhIIOPh5.5 Michael 力口成碳负离子对a , 3 -不饱和羰基化合物的加成叫 Michael受体，其活泼亚甲基化合物的碳负离子叫Mich