完整版羰基的亲核加成及相关反应.docx

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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。

CO

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

5.2.1HCN的加成

反应为碱催化。

vk[CO][CN]

快

OH-+HCNCN-+H2O

、f慢\H2O\/OH

CNJ/=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

CH3CHO

>104

PhCHO

2102

位阻增大，+C效应

P-NO2C6H4CHO

1.4103

（-I,-C）

p-CH3C6H4CHO

32

（+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+OH

Nu-+H2O

活性.Nu->Nu—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

-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>CH3COR>RCOOR'>RCONR'2>RCOO

-I>+C

什C）什C,空阻）

（+C>-I）什C）

R

O）

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

O

O

II

H>CH3—C—H

O

II

>CH3—C—CH3>

OO

IIII

O>CH3CH2-C-CH2CH3>Ph-C—Ph

、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。

HCN>H2O（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

RNu

R#、o-

RNu

R'/OH

50%

dl

R

R,Z

Q

C

x

Nu

R

R'Z

OH

C・

Nu

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。

SO

III

L—C—C—R+R'Z

I

M

S与M）分处于羰基两侧，体积最大

SOZ

II

■L-C-C-R

II

MR'

非对映异构体

SR'

II

■L—C—C—R

II

MOZ

还原含-手性碳的醛酮时，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Cram

R'Z

S

重叠式

R'

M

S

ZO

R

交叉式（主要产物）

Ph

H

CH3

C

（2R）

NaBH4

Br

Me

（2R）

Ph

OH

H

H

Br

CH3

（1S,2R）

赤式（次）

Ph

HH

Br

Ph

HO

Br

CH3

（1R,2R）

苏式（主）

Me

Ph

（1S,2R）

（1

HOH

外型冰法内型冰法

98.6%0.4%

86%14%

转位阻大

NaBH4

LiBH（CHCH2CH3）3ICH3

（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

+NaHSO3

OH

I

C—SO3Na

（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

\fH

C、+CN--

SO3-

OH一C、CN+

好的离去基，避免用HCN

、与水加成

OHC

OH

C—OH

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

+ROH

H-或0H-

OR

半缩醛（酮）不稳定

KOHC‘+H+

'or

Roh,OR

&-CHOr

—OR

/、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+HOCH2CH2OH

+H2O

缩醛（酮）对碱、氧化剂、还原剂、碱金属等稳定，可用来保护醛基和酮基。

四、与金属有机化合物的反应

1、与炔钠加成

RC三CHNaaRC三CNa

0

II

①R'CR''THF

■

OH

②H3+0

R'—C—C三CR

R''

炔丙式醇

2.与Grignard试剂

R

C=0H（R'）/

+R''MgX

干醚

②H3+O

ROH

H（R'）/XR"

+

①干醚

R''MgX②H3+OR''CH2CH2OH

O

II

RCOR'+R''MgX

0-

1R''MgX

RCR''

2h3+o

OH

R_C_R''

R''

反应可能停留到酮阶段

（C2H5O）2C=O+3C2H5MgBr

桂（C2H5）3COH82-88%

CH（OC2H5）2CHO

H3+O

CH3

74%

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：

（1）还原反应，格利亚试剂作为还原剂,

C

H

O\g

C-

OC■■■

Mg

O\

^MgX

H3+O

T

”HC

II

C

/\

转移—H

（2）烯醇化，不存在-H，且位阻大时。

RMgX

CC=O

H

J>C-OMgX+RH

①TH：

（t—Bu）3COH

②H30+

烷基锂活性高，高位阻的酮仍然发生加成反应。

O

II

t—Bu—C—Bu—t+t-BuLi

而格氏试剂却不能反应

3.Reformatsky反应

RCHCOzEt+Zn—>XZnCHCO2Et

81%

O

II

R'CR”

A

H3+0

△

-H2O

OH

R'.I

CCHCO2Et

/I

R

R'

C=CCO2Et

R"z

RR

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。

OH

PhCHO+RCHCOOEt

Zn

PhCHCHCO2Et

PhH,Et2O

-H2O

△

Br

PhCH=CCO2Et

■PhCH2CHCH2OH

R

Cr2°3吡呢》PhCH2fHCHO

R

5.3.2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

\ROH

C=0+:

NH2-ZC

2C

加成/\hz

-h2o

C=N—Z

消除•

存在p-n共轭而稳定

Z=R,Ar,OH,PhNH,NH2CONH

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。

R''2NH+RCH2COR'C：

NR''2+H2O

R'

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，

+

CH2CH=CH2

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+CH3CORH2NCH2CH2COR

含活泼氢的化合物有；RCH2COR,RCH2COOR,RCH2COOH,RCH2CN和RCH2NO2等。

氨和1o胺可进一步发生Mannich反应

CH3COCH3

O

H+II

+HCHO+CH3NH2CH3CCH2CH2NHCH3

HCHO,CH3C0CH3

OO

IIII

CH3cch2ch2nch2ch2cch

区域选择性

O

CH

3

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=CH2

0

II

PhCCH3+HCHO+Me2NH

托品酮的合成,

MezCHCH2CHO+HCHO+Me2NH①ICH^C—CHO

②△

+HCHO+PhNH2

CH（CH3）2

CH2

1963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

543Wittig反应

R3zR2

C二O+Ph3P=CZ、R1

R4

R\

R4/

C=C

\

R

R2

/+Ph3P=O

1

1.Wittig试剂

二烃代亚甲基三苯基膦

Wittig试剂

r1\十

Ph3P+CHCH2X——Ph3P

R2/

‘R1

CHX-

\

R2

强碱

LiBu-n或PhLi等

4-

Ph3P

空3d轨道

R1

-/

C

、R2

VR

2p电子对

R1

Ph3P=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⑵不活泼的Wittig试剂

O

II

CR——C三N一

R1,R2=H或烷基。

与

O2,H2O,HX或醇均能反应。

O

II

COR

O

II

CH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

如Ph3P—CH—CR

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:

Ph3P

2.Wittig反应历程

PhsP-CR^2

R'

+C二O

r2/

3

h

pcp

RR

Ph3P

R1

甜菜碱

R3

C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+PhCHO

CH3、

CH3H

C=C

/x

HPh

13%

中间体以反应动力学有利的赤式为主。

H

Ph3P-jrMeO」CPh

、H

十-

Ph3P—CH—CH3

+

PhCHO

+...H

Ph3P—cfMe

O—CH

Ph

苏式（次）

Ph、

C二C

/

H

Me

Me

、C=C“

、

Ph

共轭稳定的wittig试剂反应产物以反式烯烃为主。

+-

Ph3P—CH—Ph+PhCHO

PhPh

xc=c7

/\

HH

25%

C二C

/\

Ph

75%

中间体以热力学稳定的苏式为主

十•“Ph

Ph3P—C、HO」C•H、Ph

苏式（主）

Ph3PCH—Ph

+

PhCHO

+

Ph3P-Ci

Ph

■H

0」C.■Ph

、H

赤式（次）

PhH

\/

C=C

\

Ph

O+Ph3P-CH0CH3

CHPPh

（2）

（2）烯

烃（环内烯5—16元环，环外烯）

CHPPh

3

Ph丫Ph'c二C

H^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—CHCH=CH

天然有机物（如维生素A）

CO2R

CHO

+Ph3P

CO2R

CH2OH

维生素A

534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（aldolcondensation）。

（1）反应可被酸或碱作催化

OH-+C—C=O―

C-C二0+h2o

亲核试剂

\c—C—C=0

c^0+c—C

0-

CC—C二0

H20

I丨0

c—C-C

0-

-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

OOH

H+

CH3CCH3CH3CCH3

0H

CH歹C一CH3

亲电性提高

0

II

CH3CCH

0H

+-HCH3_C—CH3

OOH

III

CH3CCH2C（CH3）2

2.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。

O

II

O

OOH-O

OHHCH…

⑵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）3C—CHC（CH2OH）4+HCOOK

KOH

a-H组分羰基组分

交叉岐化

II

PhCH+CH3CHO

O

II

2PhCH

O

II

+CH3CCH3

50C

——PhCH=CHCHO

OH

O

OH-

PhCH=CCCH=CHPh

两种酮的交叉缩合，至少有一种为甲基酮或环酮，位阻小的甲基酮或环酮在反应中作羰基组分。

CH3O

CH3ONa

PhCOCH3+PhCH2COPh

-Ph—C二C—CPh

I

Ph

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

OO

IIII

ch3cch2ch2ch2ch2ch

不对称酮的反应区域选择性

OOO

OH-

PhCH+CH3CCH2CH3PhCH=CH一CCH2CH3直链产物

（主要）

O

H+

PhCH二C—CCH3支链产物

1

CH3

（主要）

O

II

OH-

CH3CCH2CH3

ch2-cch2ch3

I

II

T

O

酸性大空阻小

（主）

O

H+

CH3—C—CH2—CH3-CH3-C=CH—CH3+CH2=CCH2CH3

II

OHOH

更稳定，主要

CH=CHCOOH

Knovenagel反应。

COOR'

RCH

XCOOR'

OO

IIII

RCCHCOR''

R'

OO

IIII

RCCHCR”NCCH2COORPhCHzCN

I

R'

这些物质的a

H活性大，NH3,RCOONH4等都可催化此反应

CH

C=O+Nh4/4

二C二nH2

C—NH2

CH—X

3.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。

O

K2CO3

PhCH+（CH3CO）2OPhCH=CHCO2H

120-180°C

AcOK

+（CH3CO）2O

CHO

4.Knovenagel反应

醛酮与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

-NH3

c二C\（X,丫为吸电子）

/丫

PhCHO+CH2（COOH）2

cT

PhCH=CHCOOH

反应同时脱羧，反应较Perkin反应温和

历程:

-CO

N

H

2

CH（COOH）2PhCHOP™H

CH—COOH

COOH

PhCH=CHCOOH

-H2O

5.stobbe反应

COOR

t-BuOK、I

+（CH2COOR）2C=CCH2COOH

22t-BuOH/

a,3-不饱和羧酸酯

历程:

CH2COOR

I

CH2COOR

-BH

CHCOOR—CP

1>-

CH2COOR

O

III

——c—CH—COR

II

O-CH2

C

OOR

cl

CHCOOR

ZCH・

c

-OR

■O

-II

CCOR

I

CH

/

cl—o

H

c

/cJo

o

COOR

\I

C—CCH2COOH

O

II

Ph—C—Ph+（CH2CO2Et）2

-丁内酯

COzEt

I

Ph2C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_CH2_COORX_Ch_COOR

O-

R‘一CH—CH—COOR

PhCH=O

t-BuOK

PhCHCOOC2H5-

Cl

O

H,/、.COOC2h5

Ph"、Ph

75%

应用于合成多一个碳的醛

PhCOCH3

C2H5ONa

+ClCH2COOC2H5—

CH3

NaOH

CH3

PhCCH—CO2C2H5

x/

O

HCl

Ph—C、CHCOONa

\〉/

O

-CO2

CH3

CH3

（Ph—C二CHOH）

Ph—CHCH

II

O

5.3.5苯偶姻缩合（安息香缩合，acyloincondensation）

两分子芳醛在CN-存在下，缩合生成a-羟酮的反应。

历程

OH

CHCN

_o——c--CN

-CN

H

OOH

III

Ar—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

ONa

O

EtONa

1

H+

2RCH2COOR'J

RCH2C=CCOOR'-

RCH2CCHCOOR'

R

R

历程

2COR'

RCH2COOR'R'°Na.RCHCOOR'

O-R

RCH2C—CHCOOR'

O

II

»RCH2CCHCOOR'+R'O-

OR'

O

11-

»RCH2CCCOOR'

R

酸性强于醇

Rh+

+R'OH

O

II

RCH2CCHCOOR'

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

①EtONa||

②H3+O

HCOOC2H5+PhCH2CO2C2H5HCCHCOOC2H5

Ph

①EtONaPhCO2C2H5+CH3COOC2H5

O

II

PhCCH2COOC2H5

②H3+O

COOC2H5①EtONa

COOC2H5+2CH3COOC2H5

COCH2CO2C2H5

H3+O

COCH2CO2C2H5

OC2H5

O二C+CH3COOC2H5

OC2H5②H3+o

①EtONa

O

II

EtOCCH

2COOEt

活性较差

这时采用不断除去乙醇的方法提高产率

Y18%

EtONa

PhCH（CO2Et）2

除EtOH

O二C（OEt）2+PhCH2COOEt

86%

5.4.2Dieckmann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。

CH2CH2COOC2H5

CH2CH2COOC2H5

COOC2H5

81%

O

CH2CH2COOC2H5

CH2

CH2CH2COOC2H5

-CO2Et

CO2Et

CO2Et

CO2Et

CO2C2H5

only

CH2CH2COOC2H5

CH2

CH2CHCOOC2H5

CH3

O

CO2C2H5

（cannotbeconvertedtoastableenolate）

CH2CH2CH2CO2EtEtO

CH3CHCO2Et

CH2CHCO2Et

CH2CH2CHCO2Et

CH3

CO2Et

O

CH3

CH3

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氢，亚甲基氢的空间位阻小于次甲基氢。

CO2Et

CHCH2—CO2Et

CH2CH2CH2CO2Et

CO2Et

・CO2Et

EtO-

——CHCH—CO2Et

CO2Et

CH2CH2CH2CO2Et

5.4.2酯—酮缩合

酮的—H酸性大于酯的—H，首先酮形成a—C负离子

OO

CH3CRC2H5^RCCH2

R''COR'

O

II

O

II

RCCH2CR''

B—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。

OO00

CH3CH2COC2H5+CH3CH2CCH3Na0HCH3CH2CCH2CCH2CH3

HCOOC2H5

CHO

O

II

OCPh

KOH

CPh

O-

CCH

II

O

II

O

O

II

CCH2CPh

II

O

Ph

5.5Michael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