羰基化合物的亲核加成反应.pdf

1、第八章第八章羰基化合物的亲核加成及相关反应羰基化合物的亲核加成及相关反应1内容提要内容提要一、羰基化合物的结构及反应活性一、羰基化合物的结构及反应活性1.11.1羰基化合物的结构及分类羰基化合物的结构及分类1.21.2羰基化合物参与的主要反应类型羰基化合物参与的主要反应类型1.31.3简单亲核加成反应的机理简单亲核加成反应的机理1.41.4羰基化合物反应的立体化学羰基化合物反应的立体化学二、羰基化合物的亲核加成（消除）反应二、羰基化合物的亲核加成（消除）反应2.12.1以碳原子为亲核试剂以碳原子为亲核试剂2.22.2以硫原子为亲核试剂以硫原子为亲核试剂2.32.3以氮原子为亲核试剂以氮原子为亲

2、核试剂三、金属氢化物对羰基的亲核加成三、金属氢化物对羰基的亲核加成四、四、，不饱和羰基化合物的亲核加成反应不饱和羰基化合物的亲核加成反应五、五、其他有机金属化合物与羰基化合物的反应其他有机金属化合物与羰基化合物的反应28.1 羰基化合物的结构及反应活性羰基化合物的结构及反应活性1)极性加成极性加成2)烷基化烷基化R1OR2HR1OHR2潜在的不对称中心，潜在的不对称中心，广泛应用于不对称广泛应用于不对称合成反应中合成反应中8.1.1 羰基化合物的结构及分类羰基化合物的结构及分类羰基化合物的结构羰基化合物的结构3（一）醛和酮（一）醛和酮（二）羧酸及其衍生物（二）羧酸及其衍生物羰基化合物的分类羰基

3、化合物的分类CHO(R)CH+-受亲核试剂进攻亲核加成反应-H的反应易被氧化 48.1.2 羰基上的反应类型羰基上的反应类型亲核加成亲核加成羰基氧被氮取代羰基氧被氮取代羰基氧被碳取代羰基氧被碳取代亲核取代亲核取代58.1.3 羰基参与反应机理羰基参与反应机理R1CR2(H)ONu_R1CR2(H)O-NuH+R1CR2(H)OHNuR1CLONu_R1CLO-NuH+R1CNuOL-+（1）加成反应机理）加成反应机理（2）加成消除反应机理）加成消除反应机理共同点共同点：经历四面体的中间体：经历四面体的中间体6 简单亲核加成反应（简单亲核加成反应（simple addition）COR2R1HX

4、COHX+COR2R1H2OCOHOH+水合反应及缩醛（酮）形成反应水合反应及缩醛（酮）形成反应71、酸催化酸催化水合反应加成反应机理水合反应加成反应机理COR2R1HACOHR1R2OH+H2OCOR2R1HACOR2R1HA+COHR1R2OH2+A-A-HA+COHR1R2OH2+Problem:哪一步是决速步？如何判别？哪一步是决速步？如何判别？82、碱催化水合反应历程加成反应机理碱催化水合反应历程加成反应机理Problem:哪一步是决速步？如何判别？哪一步是决速步？如何判别？9主要考察亲核试剂的强弱主要考察亲核试剂的强弱1）亲核试剂的）亲核试剂的亲核能力强，第一步为决速步亲核能力强，

5、第一步为决速步，表现，表现为为无酸催化反应无酸催化反应；2）亲核试剂的）亲核试剂的亲核能力弱亲核能力弱，则形成的中间体不够稳，则形成的中间体不够稳定，定，第二步为决速步第二步为决速步，表现为，表现为普通酸催化反应普通酸催化反应；3)亲核试剂的亲核能力一般亲核试剂的亲核能力一般，则亲核进攻和质子转移则亲核进攻和质子转移速率相同，表现为普通酸催化反应，有可能发生速率相同，表现为普通酸催化反应，有可能发生协同协同效应效应。10COR2R1HA+COR1R2OH2+H2OSlowHACOHR1R2OH2+A-H+COHR1R2OH3、酸催化下协同反应机理、酸催化下协同反应机理4、碱催化下协同反应机理、

6、碱催化下协同反应机理COR2R1+CO-R1R2NuSlowNuBH+fastCOHR1R2Nu11125、半缩醛或半缩酮的形成反应加成机理、半缩醛或半缩酮的形成反应加成机理CO+H+COHCOHROHCOHHORH+COHORslow6、缩醛或缩酮的转化机理加成消除反应机理、缩醛或缩酮的转化机理加成消除反应机理COROHH+FastCOROH2COR-H2OslowCORHOR-H+fastCORORHORfast13Note:缩醛缩醛(缩酮缩酮)生成后又可水解成原来化合物生成后又可水解成原来化合物故可利用缩醛故可利用缩醛(缩酮缩酮)的生成来保护醛的生成来保护醛(酮酮)基基CH2BrCH2C

7、HOC2H5OH,H+CH2BrCH2CH(OC2H5)2OH-CH2=CHCH(OC2H5)2H3O+CH2=CHCHO14other simple additionCOR2R1HCN+COHR1R2CNBaseHCN+B-fastHB+CN-COR2R1+CN-slowCO-R1R2CNCO-R1R2CNHB+fastCOHR1R2CN+B-mechanism15substitutesrateC6H5HR1R2p-MeC6H4Hp-MeOC6H4p-NO2C6H4HHCH3CH3OO22011032.718233SubstratesPhMeOrateC2H5CH338t-BuCH3320.

8、77OO4810007.81.17Table:the reactivity of different aldehydes and ketonesWhy?1617环酮的环酮的k值相差较大，其中环己酮的值相差较大，其中环己酮的k值最大，值最大，这是由这是由于环己酮加成反应后，形成最稳定的椅式构像，而其他于环己酮加成反应后，形成最稳定的椅式构像，而其他酮加成时，由于空间位阻较大，酮加成时，由于空间位阻较大，k值变小。值变小。特点：特点：（1）+I，+C 效应使效应使k值减小；值减小；-I,-C效应使效应使k值增大；值增大；（2）亲核加成反应中，醛比酮更活泼；）亲核加成反应中，醛比酮更活泼；（3）环酮

9、的）环酮的k值相差较大值相差较大反应活性反应活性：RCHO RCOCH3 RCOR C6H5COR 18为什么苯乙酮的活性极低？为什么苯乙酮的活性极低？198.1.3 羰基参与反应的立体化学羰基参与反应的立体化学StereochemistryCram规则一：规则一：如果醛或酮的如果醛或酮的-碳原子上连有三个大小不同碳原子上连有三个大小不同的基团（的基团（L、M、S分别代表大、中、小三个基团）时，其分别代表大、中、小三个基团）时，其优势构象为羰基键处在两个较小基团之间的构象，试剂优优势构象为羰基键处在两个较小基团之间的构象，试剂优先从空间阻碍较小的一边进攻羰基。先从空间阻碍较小的一边进攻羰基。M

10、SLRONu-主要产物次要产物2021228.1.3 羰基参与反应的立体化学羰基参与反应的立体化学Cram规则二：规则二：当醛或酮的当醛或酮的-碳原子上连有碳原子上连有羟基或胺基等羟基或胺基等可以和羰基氧原子形成氢键的基团可以和羰基氧原子形成氢键的基团时，试剂将从含氢键时，试剂将从含氢键环的空间阻碍较小的一边对羰基进行加成。环的空间阻碍较小的一边对羰基进行加成。HNCH3HCH3C6H5OH2CH3NCH3HHC6H5OHH23Cornforth规则：规则：如果在羰基的如果在羰基的-碳原子上结合着一个卤原碳原子上结合着一个卤原子，由于卤原子和羰基氧原子的电负性都很大，两者互相子，由于卤原子和羰

11、基氧原子的电负性都很大，两者互相排斥，这时的优势构象是排斥，这时的优势构象是卤原子与羰基处于对位交叉位卤原子与羰基处于对位交叉位。反应时，试剂也是从空间位阻较小的一边进攻羰基。反应时，试剂也是从空间位阻较小的一边进攻羰基。OCH3CH3HCl1)n C4H9MgBr2)H2O-ClHCH3CH3C4H9 nHO-248.2 8.2 羰基化合物的亲核加成（消除）反应羰基化合物的亲核加成（消除）反应8.2.1 8.2.1 碳原子作为亲核试剂的加成（消除）反应碳原子作为亲核试剂的加成（消除）反应8.2.2 8.2.2 硫原子作为亲核试剂的加成（消除）反应硫原子作为亲核试剂的加成（消除）反应8.2.3

12、 8.2.3 氮原子作为亲核试剂的加成（消除）反应氮原子作为亲核试剂的加成（消除）反应25CO+Ph3PCR2CCR2Ph3PO+Ph3PCR2Ph3PCR21、Wittig反应反应反应通式反应通式:8.2.1 碳原子作为亲核试剂的加成（消除）反应碳原子作为亲核试剂的加成（消除）反应反应机理反应机理:CO+Ph3PCCCPh3PO+Ph3PCCOPh3PCCORRRRRRRR氧磷环丁烷Ph3P=CH2,Ph3P=CHC2H5,Ph3P=CHCN 26272829影响因素影响因素 醛、酮和酯醛、酮和酯都可反应，但都可反应，但醛最快醛最快而而酯最慢酯最慢。底物分子中。底物分子中的烯、炔、羟基、芳香

13、族硝基、卤素、酰胺基等的烯、炔、羟基、芳香族硝基、卤素、酰胺基等官能团官能团不受影响不受影响。Wittig试剂上的试剂上的吸电子基吸电子基,如酯基、氰基和磺酰基等可如酯基、氰基和磺酰基等可提高其稳定性提高其稳定性，但反应，但反应活性降低活性降低。使用的碱可以是丁基锂、氨基钠、氢化钠、醇钠和叔胺使用的碱可以是丁基锂、氨基钠、氢化钠、醇钠和叔胺等。等。非质子极性溶剂利于反应进行非质子极性溶剂利于反应进行，常用的有，常用的有THF、DMSO、DMF等。等。30Wittig反应的特点：反应的特点：羰基被碳羰基被碳-碳双键代替形成碳双键代替形成立体专一性立体专一性的烯类的烯类和和_不饱和醛或酮反应，不饱

14、和醛或酮反应，一般不发生一般不发生1,4-加成加成，可，可利用此性质来合成共轭多烯化合物，如叶红素、利用此性质来合成共轭多烯化合物，如叶红素、维生素维生素A等的合成等的合成合成的双键能位于在能量不利的位置合成的双键能位于在能量不利的位置(环外双键）环外双键）31立体化学立体化学 Wittig反应反应得到的烯烃可有得到的烯烃可有Z、E两种构型两种构型，分别由苏式，分别由苏式和赤式和赤式(在在Fischer投影式中，两个相邻的手性碳原子上投影式中，两个相邻的手性碳原子上如有相同的原子或基团，它们不在同一边的称为苏式，如有相同的原子或基团，它们不在同一边的称为苏式，在同一边的称为赤式，在同一边的称为

15、赤式，)中间体消除得到。中间体消除得到。2、WittigHorner反应反应3233343536OCHOCH3CHO+H2OH+金金刚刚利利用用此此结结构构可可制制醛醛醚醚水水解解Ph3P=CHOCH3Ph3PCHCH2CH2CH2COPhPhDMSO88%在催化剂的作用下，含有在催化剂的作用下，含有-氢原子的醛或酮相互作用，氢原子的醛或酮相互作用，生成羟基醛或羟基酮。生成羟基醛或羟基酮。这类反应被碱或酸所催化这类反应被碱或酸所催化。HCCOOH-CCO+COCCCOOH2OCCCOOHH2O碱催化碱催化3、醇醛缩合反应醇醛缩合反应37H3CCCH3O+H+H3CCCH3OHH2CCCH3OH

16、H3CCH2COHCH3CH3OHH3CCH2COHCH3CH3OH+酸催化酸催化Note:-羟基醛或酮，一般在酸性条件下脱水，生成羟基醛或酮，一般在酸性条件下脱水，生成,-不饱和羰基化合物。不饱和羰基化合物。3839404142为什么呢？为什么呢？434、Michael加成反应加成反应4445465、Knoevenagel反应反应4748496、Dieckmman缩合缩合反应反应50518.2.2 硫原子作为亲核试剂的加成硫原子作为亲核试剂的加成（消除）反应（消除）反应缩硫醇的形成缩硫醇的形成缩硫醇在缩硫醇在RaneyRaney镍催化下，氢化还原成烃。镍催化下，氢化还原成烃。52醛酮与加饱和醛酮与加饱和NaHSO3 的反应的反应NaHSO3 是一种含硫的亲核试剂是一种含硫的亲核试剂可逆反应可逆反应-羟基磺酸钠羟基磺酸钠53-羟基磺酸钠一般为白色晶体，遇酸或碱被分解成羟基磺酸钠一般为白色晶体，遇酸或碱被分解成原来的醛酮。（可逆反应）原来的醛酮。（可逆反应）应用：用于分离提纯醛、脂肪族甲基酮和应用：用于分离提纯醛、脂肪族甲基酮和8个碳原子以下的环酮。个碳原子以下的环酮。例如：例如：548