羰基化合物的亲核加成和亲核取代反应.ppt
第十三章 羰基化合物的亲核加成和亲核取代反应,13.1 羰基的结构与亲核反应的活性 13.2 羰基的亲核加成反应 13.2.1 与含氧/硫亲核试剂的加成 13.2.2 与含氮亲核试剂的加成 13.2.3 与含碳亲核试剂的加成 13.2.4,-不饱和醛酮的亲核加成 13.3 羧酸及其衍生物的亲核取代反应,13.1 羰基的结构与亲核加成/取代反应的活性,羰基碳、氧:sp2 杂化；羰基为平面型极性基团。,(接受亲核试剂),(接受亲电试剂),13.1.1 羰基的结构与亲核反应 P569,一个键、一个键；,(接受亲电试剂),(接受亲核试剂),羧酸/羧酸衍生物发生亲核加成-消除亲核取代反应,羧羰基:,13.1.2 醛酮羰基的亲核加成机理与反应活性 P573,酸性条件催化：反应可逆,碱性条件:(强碱性的亲核试剂),1)醛酮羰基的亲核加成机理,2)醛酮羰基的亲核加成活性 P570,随R基增加,给电子能力增强,羰基碳的电正性减弱；随R基体积增大,试剂进攻的空间位阻增加并且中间体稳 定性降低.亲核加成活性降低。,(),Ar基与羰基碳相连,电子离域,化合物基态焓值降低,使 形成过渡态时活化能增加,反应速率减慢。,醛酮化合物发生亲核加成反应的活性顺序：,讨论,13.1.3 羧酸衍生物中羰基的亲核取代与反应活性 P571,599,与反应物稳定化程度及中间体稳定性化程度有关；,与离去基团(Y)的离去能力有关。,离去基团的离去能力：,羧酸衍生物亲核取代反应活性顺序：,与羧羰基碳的电正性及空间位阻有关；,13.1.4 比较醛酮与羧酸衍生物中羰基的亲核反应活性 P571,酰卤 酸酐 醛 酮 羧酸 酯 酰胺,与羰基相连基团(X OCOR H R OH OR NHR)的电子 效应(I/C)有关 P571,13.2 羰基的亲核加成反应 P571,13.2.1 与含氧/硫亲核试剂的加成反应,亲核试剂：含氧、硫、氮、碳的负离子或中性分子。,1.与含氧亲核试剂的加成,1.1 与醇的加成(可逆反应)P577,(1)半缩醛、缩醛的生成,(无水酸催化),反应机制 P578：,环状半缩醛、缩醛,缩醛对碱、氧化剂稳定；易被稀酸水解成醛和醇。,(2)缩酮的生成,环状缩酮,缩酮在稀酸中水解，生成原来的酮和醇。,（不断除水）,前列腺素E2,(3)保护醛酮羰基,前列腺素E2缩酮,载体前药,提示：1)含碳亲核试剂对酯羰基的加成；2)比较酮与酯羰基 的亲核加成活性：酮 酯。3)先保护酮羰基。,1.2 与水的加成(可逆反应)P574,热力学上,平衡一般偏向反应物.,与吸电子基相连,平衡移向生成物(水合物).,2.与含硫亲核试剂的加成,2.1 与硫醇的加成 P579,缩硫醛(酮),2.2 与亚硫酸氢钠的加成 P579,试剂亲核中心是硫原子。,(羟基磺酸钠),13.2.2 与含氮亲核试剂的加成 P580,2.1 与伯胺、仲胺的加成,1)与伯胺加成-脱水反应,产物:亚胺(西佛碱 Schiff base),(止咳酮),N-乙基丁亚胺,机制,2)与氨衍生物(H2N-Y)的加成-脱水反应,分离提纯醛酮,常用的氨衍生物(H2N-Y):P581,研究药物-DNA作用 N-萘酚醛-D-氨基葡萄糖 Schiff碱及其金属配合物。,具抗肿瘤活性,3)与仲胺加成-脱水反应 P582,含H的羰基化合物与2o胺反应,生成烯胺而不是亚胺。,烯胺是很有用的烷基化与酰基化底物.(见14章),13.2.3 与含碳亲核试剂的加成 P583,1.与氰基负离子(-CN)的加成,产物：-羟基腈,其水解得-羟基酸、还原得-氨基醇.,羰基化合物与氯化铵、氰化钠反应生成-氨基腈,水解 得-氨基酸。P585-Strecker,(-氨基酸),2.与炔基负离子的加成 P585,炔醇,3.与有机金属试剂的加成 P586,格氏试剂与甲醛加成-水解,制备试剂烃基上多一个碳的一级醇。,由格氏试剂制备各类醇,2醇,1醇,3醇,对称2醇,格氏试剂与CO2反应(制备羧酸)P587,格氏试剂与环氧化合物反应(制备醇)P587,4.与磷Ylide试剂的反应Wittig反应 P589,C=O双键转化为C=C双键,？,(邻位两性离子),磷Ylides试剂的制备:(可由三苯基膦与卤代烷制备),Wittig反应机制,(烷基三苯基鏻盐),(三苯基氧膦),(磷内盐),(氧磷杂环丁烷),Wittig反应生成的碳碳双键位置确定,消除反应中：,(烯产物单一),(多个异构体),13.2.4,-不饱和醛酮的亲核加成 P593,C-2(羰基碳)、C-4(-C)是亲核试剂进攻的位点。,1,2-加成:Nu 进攻C-2；1,4-加成(共轭加成):Nu 进攻C-4。,与有机锂加成,产物以1,2-加成为主(试剂碱性强且位阻 较小)P595,与烃基铜锂加成,产物以1,4-为主(试剂位阻较大),与格氏试剂加成,产物:1,2-加成或1,4-加成(空间位阻),1,4-加成产物,1,4-加成,与氢氰酸、胺、醇、硫醇加成,产物以1,4-加成为主.P594,13.3 羧酸及其衍生物的亲核取代反应 P598,羧酸的亲核取代反应,p-共轭,羧酸羰基发生亲核加成活性降低.,亲核加成-消除，总结果：亲核取代。,1.酯化反应(酯的形成),酰氧键断裂,羧羟基被RO-取代,酸或碱催化,亲核加成,消去,反应机制：（羧酸与一级、二级醇的酯化反应）,反应物 mol:1:8,2.酰卤和酸酐的形成,酰卤的形成(羧羟基被X-取代)P604,亚硫酰氯(二氯亚砜)SOCl2，PCl3、PCl5,酸酐的形成(羧羟基被酰氧基取代)p605,1)羧酸盐与酰氯反应,2)羧酸失水,3.酰胺的形成(羧羟基被氨/胺基取代)P602,羧酸衍生物的亲核取代反应,1.水解(形成羧酸),注意：反应活性比较,酯水解反应,键的断裂发生在酰氧键还是烷氧键？,大多数一级和二级醇的羧酸酯水解发生酰氧键断裂；三级醇的羧酸酯水解发生烷氧键断裂。,酸催化：,？,碱催化：,三级醇的羧酸酯水解：SN1机制,试写出化合物(A)和(B)在酸催化下用H2O18水解的产物,并预测产物有否光学活性。,2.醇解(形成羧酸酯),3.氨(胺)解(形成酰胺),头孢噻吩,13.3.3 羧酸衍生物的相互转化 P608,羧酸衍生物的相互转化,讨论,1.用不超过两个碳的原料合成化合物：,逆合成分析：,合成：,2.由苯及不超过三个碳的原料,设计两条合成路线合成 化合物:,或：,合成路线一：,逆合成分析 路线一：,合成路线二：,逆合成分析 路线二：,
