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1、第五章羰基的亲核加成及相关反应,1,课堂优质,羰基的结构与极化：,醛、酮、羧酸及其衍生物及二氧化碳都含有羰基 羰基有一个键和一个键；由于氧的电负性（3.5）比碳（2.5）大，所以羰基产生极化,2,课堂优质,羰基的结构与极化：,羰基碳带有部分电荷为亲电中心，容纳正电荷能力差很不稳定，易受攻击发生亲核加成反应 羰基氧为亲核中心具有容纳负电荷能力比较稳定,3,课堂优质,亲核试剂：,含氧试剂：H2O、ROH、RO- 含碳试剂：RCC-，CN-，R- 含氮试剂：NH3，NH2，NH2NH2及NH2OH等,4,课堂优质,醛与酮：,醛与酮是较强的亲电试剂，易进行亲核加成，醛可与弱亲核试剂反应（如NH3，CN
2、-） 羧酸及其衍生物： 较弱的亲电试剂（+C） 只与强亲核试剂反应（如：R-，RO-等） 不与弱亲核试剂（如氨）反应,5,课堂优质,亲核加成反应的历程,碱催化羰基的亲核加成：碱夺取亲核试剂（H-Nu）中的H+，生成亲核性更强的Nu- 酸催化羰基的亲核加成：羰基被质子化 许多亲核加成反应是可逆的,6,课堂优质,与氨基衍生物的亲核加成,Y：H，R，OH（羟氨），NHR（肼），NHCONH2（氨基脲）,7,课堂优质,影响羰基亲核加成反应活性的因素,反应物的结构影响 取代基的电子效应：羰基碳原子上的电子云密度小（-C，-I）利于亲核试剂进攻，亲核反应易于进行。,8,课堂优质,芳香醛：,羰基碳原子上的电
3、子云密度大（+C）的化合物趋稳定 亲核加成造成共轭体系的破坏也不易加成 芳基上的推电子基（+I）及拉电子基（-I）也改变羰基活性。,9,课堂优质,空间位阻降低羰基亲核加成活性,基本上不发生亲核取代反应,10,课堂优质,试剂的亲核性越强越易反应,带负电荷的亲核试剂，比其共轭酸亲核性强：OH-H2O 极性大的分子比极性小的分子亲核性强：HCN H2O （pH） 同一周期元素负离子碱性越强亲核性越强：R3C-R2N-RO-F- 同一主族元素负离子亲核性与其可极化度一致：I-Br-Cl-F-,11,课堂优质,亲核加成反应中的立体化学,透视式：任意两个基团交换位置后为对映异构体 亲核试剂可从醛（酮）所在
4、平面的上面或下面进攻，新形成一个手性中心，产物为外消旋体（对映异构体各占50%）。,12,课堂优质,亲核试剂从空阻小的一边进攻羰基,换用仲丁基硼氢化锂，内侧进攻产物99.6%，外侧产物0.4%,13,课堂优质,醛酮的简单亲核加成,强酸强碱 仅限醛、脂肪甲基酮及8个碳原子的环酮,14,课堂优质,可极化性及亲核性：,硫大于氧 两可试剂 生成碳一硫键,15,课堂优质,醛酮与醇的加成：,生成半缩醛（酮）或缩醛（酮） 历程：酸催化,16,课堂优质,17,课堂优质,醛酮与醇的加成：,酮反应较为困难 空间位阻效应 反应可逆，生成缩醛不与碱、氧化剂和碱金属反应可保护羰基（用乙二醇）,18,课堂优质,醛酮与金属
5、有机化合物反应：,金属有机化合物含碳-金属键 为极性共价键。 烷基锂或格氏试剂都是强亲核试剂 (失去MgXCl生成酮）,19,课堂优质,20,课堂优质,Reformasky反应,21,课堂优质,醛酮与含氮亲核试剂的加成-消去反应,加成产物发生-消去形成新的双键醛酮与氨衍生物的反应 烯胺（enamine）为中间体可用于合成，酸性条件下水解生成胺及酮,22,课堂优质,曼尼希（Mannich）反应,具有-氢的醛酮或其它含活泼氢的化合物与甲醛及胺（或氨）反应生成含胺甲基的化合物 活泼氢被胺甲基化后，加热失去氨，生成-不饱和羰基化合物（PhCOCH=CH2） 含活泼氢的化合物。 CHCOR，CHCO2R
6、， CHCO2H，CHCN，CHNO2，RCCH，ROH，RSH及苯酚羟基邻、对位的H,23,课堂优质,醛、酮羰基的烯化Wittig（维荻许）反应,1954年 G.Wittig发现该反应 1979年 获 Nobel Price 醛与酮与磷叶立德（ylide）反应生成烯,24,课堂优质,Wittig试剂（磷叶立德）：,内鎓（Onium）正盐（中性分子） （碳的电负性大于磷），具有相反的电荷在相邻两个原子上。,25,课堂优质,硫叶立德：,26,课堂优质,磷酸 膦酸 氨 胺(C-N) 铵 磷 膦(C-P) 鏻 硫（ ）锍 季鏻盐 与季铵盐 相似,27,课堂优质,磷叶立德：,由强碱夺取季鏻盐中质子制备
7、 季鏻盐酸性较弱，要强碱(C6H6Li)才能夺取其中的质子,28,课堂优质,季鏻盐的-位有强吸电子基，则酸性增强，用普通碱可制备磷叶立德:,29,课堂优质,叶立德与羰基反应：引入碳-碳双键,反应历程：四元环过渡态,30,课堂优质,含碳亲核试剂的反应,羟醛缩合（生成- 羟基醛酮或-不饱和醛酮）,31,课堂优质,羟醛缩合反应,一些含活泼亚甲基（酸性-氢）的化合物（-二羰基化合物 醛、酮等）在强碱下可形成-碳负离子（强亲核试剂），然后与羰基进行亲核加成反应生成-羟基醛（酮）（也称醇醛） -羟基醛（酮）脱水生成，-不饱和醛酮,32,课堂优质,羟醛缩合反应,pKa酸式离解常数： 丙烯38、乙炔25、丙酮
8、20 CH3CH=CH2-超共轭效应及+I效应利于亲电加成 CH3CH=O -超共轭效应及+I效应不利于亲核加成,33,课堂优质,碱催化历程 至少要有两个-氢才可失水，失水后形成共轭体系，-不饱和酮稳定,羟醛缩合反应历程,34,课堂优质,羟醛缩合反应历程,酸催化历程 酸:AlCl3 、HF、HCl、H3PO4 酸催化，促进烯醇式的生成也提供活化的羰基,35,课堂优质,交叉羟醛缩合,当两个醛（或酮）分子都含有-氢时可得到四种不同产物，无合成价值,36,课堂优质,选择一个反应物为醛、甲基酮或环酮提供亲核试剂（含-氢）：另一个不含-氢的反应物（醛）提供羰基（H2CO，R3CCHO，ArCHO，ArC
9、OAr等）,交叉羟醛缩合,37,课堂优质,交叉羟醛缩合,苄基酮中-亚甲基，由于羰基及芳基双重活化，易反应,38,课堂优质,Claisen-Schmidt反应：,含-氢的脂肪醛、酮与芳醛的交叉缩合,39,课堂优质,分子内羟醛缩合,40,课堂优质,不对称酮缩合,酸催化发生在甲基上，碱催化发生在亚甲基上,41,课堂优质,柏金（Perkin）反应：,生成-苯丙烯酸（肉桂酸）（60%） 历程如下：,42,课堂优质,43,课堂优质,克诺文纳格尔（Knoevenage）反应,不含-氢的醛（酮）和含活泼氢的ZCH2Z（或ZCHRZ）化合物的缩合。,44,课堂优质,Knoevenage反应历程与羟醛缩合相同,4
10、5,课堂优质,苯偶姻缩合（Acyloin Condensation）,也称为安息香缩合(Benzoin Condensation) 两分子芳香醛在氰根离子作用下，缩合成-羟基酮（偶姻）的反应。,46,课堂优质,氰根离子与芳醛首先发生羰基的亲核加成 产物氰醇负离子脱去-氢生成- 碳负离子。-碳负离子再与另一分子苯甲醛进行羰基碳上的亲核加成,47,课堂优质,总结：,羟醛缩合 Knoenenage反应 醛酮提供羰基，酯提供-氢，反应中失去水,48,课堂优质,羧酸及其衍生物的亲核加成,此类反应与醛酮的反应相似，也是亲核试剂进攻羰基中带部分正电荷的碳原子而发生亲核加成 缩合反应：两个分子通过失去小分子（
11、如水或醇等）而生成较大分子量的分子,49,课堂优质,Claisen及Dieckmann酯缩合：,酯与酯的缩合失去一分子醇生成-酮酸酯,酯酮缩合：,含-氢的酮和不含-氢的酯缩合失去一分子醇生成-二酮,50,课堂优质,Claisen酯缩合反应,在强碱（醇钠等）催化下，失去一分子醇两分子酯自身缩合（也称为酯的酰化）,51,课堂优质,Claisen酯缩合反应,其中一个酯常选为不含-氢的甲酸酯、苯甲酸酯、草酸酯等,52,课堂优质,Claisen酯缩合反应历程,53,课堂优质,Claisen酯缩合反应历程,54,课堂优质,Dieckman酯缩合反应：,Claisen酯缩合的特例，分子内关环，合成五元或六元
12、环,55,课堂优质,Dieckman酯缩合反应：,当可能生成两种产物时，较稳定的烯醇优先生成，即失去酸性较大的-氢生成较稳定的碳负离子,56,课堂优质,酯酮缩合,酮的-碳进攻酯羰基开始，通过缩合失去一分子醇而生成-二酮 烷基的+I效应和空间位阻都可降低酮或酯的活性 酮：甲基酮，环已酮活性较大,57,课堂优质,酯的活性顺序如下：,甲基酮甲基上的氢易失去，形成亚甲基碳负离子（CH2-） 非甲基（亚甲基或次甲基）酮上的氢不易失去，因其形成的碳负离子不如亚甲基碳负离子稳定,58,课堂优质,含碳亲核试剂的反应,一种反应物为：有活泼氢的化合物（醛、酮、酯或Z-CH2-Z,其中：Z,Z=NO2,CO2H,C
13、N,CO2R） 另一反应物如为酯并无活泼氢则脱ROH，如为醛酮则脱H2O。 催化剂为RO-或OH-,59,课堂优质,迈克尔加成（Michael Addition）,碳负离子与、-不饱和羰基化合物（醛、酮、酯）或、-不饱和腈的碳-碳双键进行共轭加成。 可形成碳负离子的试剂（Z-CH2-Z）称为Michael供体,60,课堂优质,Michael供体如：,61,课堂优质,Michael（接）受体：亲电的共轭体系,、-不饱和醛、酮、酯或腈,62,课堂优质,Michael受体为、-不饱和酯（y=CO2R）产物为1，5-二羰基化合物 Michael受体为、-不饱和醛酮（y=COR或CHO） Michael
14、受体为、-不饱和腈,63,课堂优质,Michael加成的历程：,具有-氢的Michael供体生成羰基负离子（烯醇式氧负离子）,64,课堂优质,羰基负离子进攻Michael受体有两条途径：其中形成负电荷比较分散的中间体较稳定 所以生成1，5-二羰基化合物、质子化产物,65,课堂优质,Michael加成反应的应用：,合成1，5-二羰基化合物,66,课堂优质,Robinson关环：,Michael加成产物通过分子内羟醛缩合关环合成六元环 Michael受体 Michael供体 羟醛缩合,67,课堂优质,Robinson关环：,用Mannich碱与含活泼氢化合反应进行Michael加成 因为，-不饱和羰基化合物（Michael受体）可由Mannich碱消去制备,68,课堂优质,