羟醛缩合反应课件.ppt
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1、第 10 章,醛 酮 醌,(Aldehydes、Ketones、Quinones),1.深刻理解羰基官能团的结构特点,了解醛和酮分子极性对沸点的影响。2.深刻理解并掌握醛和酮的制备方法及化学性质.3.掌握醛和酮的亲核加成反应历程、羟醛缩合反应历程和卤仿反应历程。,学习重点,本 章 主要内容,10.1 醛酮的结构和物理性质10.2 醛、酮的化学性质10.3 醛、酮的制备10.4 二羰基化合物10.5,-不饱和醛酮及取代醛酮10.6 酚醛和酚酮10.7 醌(Quinones)类化合物简介,第10章 醛和酮,RR/混合酮,RR/单一酮,羰基:,在醛(Aldehydes)和酮(Ketones)分子中,
2、都含有一个共同的官能团-羰基,故统称为羰基化合物,醛分子中,羰基至少要与一个氢原子直接相连,故醛基一定位于链端。,酮基,10-1 分类、命名和结构,一、分类,1.按含羰基数目分:,一元醛酮,多元醛酮(二羰基化合物),CH3CHO,乙醛,丙酮,OHC-CHO,乙二醛,丁二酮,二苯乙二酮,2,4-戊二酮,-羟基丙酮,-羟基丁醛,一、分类,2.按含羰基的饱和性分,饱 和 醛 酮,不饱和醛酮(,-不饱和醛酮),丙烯醛,3-戊烯-2-酮,一、分类,3.按烃基的类别分,脂肪醛酮,芳香醛酮,Ar-CHO,脂 环 族,环己酮,苯甲醛,-萘乙酮,二、命名,1.普通命名法,简单的醛-烃(基)习惯名称醛(习惯命名法
3、),-甲基戊醛-甲氧基丁醛-苯基丙烯醛,低级支链醛,用 标记取代基位置。,CH2=CHCHO,丙烯醛,异丁醛,Iso-butanal,Propenal acrylaldehyde,3-methylpentanal,4-methoxybutanal,3-phenylpropenal,简单的酮-两个烃基习惯名称酮(与醚命名相似-相当于甲酮的衍生物命名法),1.普通命名法,甲基乙基甲酮(甲乙酮),甲基异丙基酮,甲基乙烯基酮,2.系统命名法(IUPAC命名原则),选主链-含有羰基的最长碳链为主链,编 号-从靠近羰基的一端开始编号,CH3-C-CH=CH-CHO,l,l,CH3,Cl,4-甲基-4-氯-
4、2-戊烯醛,3-丁烯-2-酮,3-氧代戊醛或3-戊酮醛,3-methylbutanal,4-methyl-2-pentanone,3-buten-2-one,4-methyl-4-chloro-2-pentenal,3-oxopentanal,芳香族、脂环族醛酮:一般将芳基或脂环烃基作为取代基,3-苯基丙烯醛-,对甲氧基苯乙酮,3-甲基环己酮,3,3-二甲基环己基甲醛,3-氧代环己基甲醛,CH3-C-CH2-C-CH3,ll,ll,O,O,2,4-戊二酮(-戊二酮),3-烯丙基-2,4-戊二酮(-戊二酮),多元醛酮:标明-C-的位次和个数。,ll,O,3-甲酰基戊二醛,2,4-pentaned
5、ione,三、结构,C,O,s,p,2,羰基为平面型;键角等于或接近120;羰基 C=O:一个键、一个键。,羰基是极性基团,=2.32.8D,羰基碳和氧:sp2杂化,羰基键电子云分布,甲醛结构,-活泼(酸性)H的反应(1)烯醇化(2)-卤代(卤仿反应)(3)醇醛缩合反应,醛的氧化,正电中心:亲核加成,10.3 醛酮的化学性质,结构分析:,负电中心:Lewis碱性,双键:氢化还原,一、羰基上的加成反应,总述 羰基中的碳氧双键由于电负性O C,因此电子云不是对称地分布在碳和氧之间,而是靠近氧的一端,由于碳正电中心的反应性能大于氧负电中心,因此羰基易于与亲核试剂发生加成反应。,Nu:-,反应机理(一
6、般亲核加成按两种方式进行),慢,快,碱性条件下,亲核试剂(Nu-)亲核性很强,按碱催化的机理进行:,三角形平面分子,四面体中间体-氧负离子,四面体产物,酸性条件下,亲核试剂(:Nu-H)亲核性较弱,按酸催化的机理进行:,质子化的羰基,即氧鎓离子,氧鎓正离子中的碳原子比起始状态的羰基碳原子更易受到亲核试剂的进攻,加成反应的活性决定于试剂亲核性强弱、羰基碳原子的正电性-亲电性强弱、羰基所连 R 基大小,即受电子效应、立体效应等因素影响,1.决定于羰基碳上的正电性 电子效应(供电子诱导、共轭、超共轭使正电性降低),2.决定于羰基碳上R产生的空间效应(空间位阻),醛、酮亲核加成反应活性,C,则反应活性
7、,空间位阻,则反应活性,HCHO RCHO ArCHO RCOR RCOAr,主要电子效应的影响,电子效应和立体效应的影响,+I,+C,-I,+I,醛、酮亲核加成反应活性,亲核试剂,Na CCR,1.与氢氰酸加成,产物:-羟基腈;制备-羟基酸,*(1)反应式,(CH3)2C=O+HCN,-OH溶液,H+H2O,-H2O,CH2=C-COOH,CH3,,-不饱和酸,-羟腈(或-氰醇),-羟基酸,*(2)反应机理,(可逆),慢,H+,H,*(3)反应条件,反应必须在弱碱性条件下进行,碱性有利于反应,但反应不能在强碱性条件下 进行。强碱性将引发另外的反应。,实验证明:反应是可逆的,实际反应条件:,无
8、机酸氰化钠水溶液,控制溶液pH=8,*(4)反应活性,醛、甲基脂肪酮、C8以下环酮,*(5)应用范围:,例如:,1,2,3,4,.,.,.,.,*(6),*1反应式,2.与亚硫酸氢钠的反应,*2 反应机理,硫比氧有更强的亲核性,(CH3),(CH3),NaHSO3对不同羰基化合物的加成产率,醛、甲基脂肪酮、C8以下环酮,应用范围:,-羟基磺酸钠如果在酸或碱存在下,加水稀释,产物又可分解成原来的醛或酮。,鉴别醛酮,分离、提纯醛、酮化合物,与NaCN反应制取羟腈化合物,应用,反应体系须维持弱酸性,绿色化学:美国总统绿色化学挑战奖,制取羟腈化合物的好方法,避免了用毒性很大的氢氰酸,分离3-戊酮和2-
9、戊酮的混合物,NaHSO3,滤液,沉淀,3.与醇加成,反应机理:反应可逆,水+酸,反应机理:反应可逆,酮与醇的反应很慢,生成缩酮比较困难,半缩酮,缩酮,缩酮的生成,醛的正向平衡常数大酮的正向平衡常数小,A 用油水分离器除去反应中的水,移动正向平衡B 应用原甲酸酯或二元醇代替醇进行反应C 五元和六元环状缩酮的产率较好,移动平衡的方法,(不断除水),平衡主要正向,原甲酸三乙酯,缩醛(酮)对碱、氧化剂、还原剂等稳定,但在稀酸溶液中,室温下可水解,生成原来的醛(酮)和醇,形成缩醛或缩酮在合成中的应用,羰基的保护,解1:,解2:?,BrCH2CH2CHO+HOCH2CH2OH,H+,BrCH2CH2,C
10、H3CH2CCLi,CH3CH2CCCH2CH2,H3O,+,CH3CH2CCCH2CH2CHO+HOCH2CH2OH,例三:,BrCH2CH2CHO,CH3CH2CCCH2CH2CHO,4.与格氏试剂加成,+,*Cram rule,当羰基与一个手性中心连接时,进攻试剂主要从空间位阻小的方向进攻.,主要产物,次要产物,主要产物2.5,次要产物:1,与炔钠加成反应,5.与氨及其衍生物加成,(1)与氨的加成-亚胺、Schiffs base和烯胺的生成,CH3CH=O+NH3,CH3CH-NH,HO,H,-H2O,CH3CH=O+RNH2,CH3CH=NH,CH3CH-NR,HO,H,-H2O,CH
11、3CH=NR,亲核加成,亲核加成,亚胺,亚胺 西佛碱,西佛碱一般是不稳定的,但是当碳氮双键与苯环共轭时,产物是稳定的,CH3CH=O+R2NH,CH2CH-NR2,OH,H,-H2O,CH2=CH-NR2,亲核加成,烯胺,西佛碱用酸水解可以生成原来的醛和酮,所以可以利用此反应来保护醛基,苯亚基苯胺(8487),保护羰基,+H2NR,稀酸,参与反应,(2)与氨的衍生物加成,H2NY,羟胺,肼,苯肼,氨基脲,肟,腙,苯腙,缩氨脲,(3)应用,绝大多数醛酮都可以与氨的衍生物反应生成产物肟、腙、苯腙、缩胺脲等,一般都是棕黄色固体,很容易结晶,并有一定的熔点,故可鉴别醛酮。,鉴别醛酮,醛酮与氨的衍生物的
12、反应是可逆的,缩合产物肟、腙等在稀酸或稀碱作用下,又可水解为原来的醛酮,故可利用该反应分离提纯醛酮。,分离提纯醛酮,6.与魏蒂希(Wittig)试剂的加成,魏悌希(Wittig)试剂:,加成反应:,反应特点:,可用于合成特定结构的烯烃(因卤代烃和醛酮的结构可以多种多样);醛酮分子中的 C=C、CC对反应无影响;分子中若含有-COOH对反应也无影响;反应过程中不发生分子重排,产率高;能合成指定位置的双键化合物。,二、-氢的活泼性,-H以正离子离解下来的能力称为-H的活性或-H的酸性,R-CH2-Y,R-CH-Y+H+,判断-H活性的方法:pKa值,pKa:,酸性增强,16,35,25,pKa:,
13、17,20,影响-H活性的因素:Y的吸电子能力;-H 周围的空间环境;负碳离子的稳定性。,醛酮分子中羰基旁-碳原子的氢原子由于受羰基的影响使酸性增强,由于氧的电负性很强,在乙醛分子中,这种超共轭和诱导作用使-H更活泼。,R-CH2-Y,酸或碱,1.酮式、烯醇式的互变异构,烯醇式在平衡体系中的含量是比较少的,但随着-H活性 的增强,烯醇式也可能成为平衡体系中的主要形式。,当两个羰基连在一个 CH2上,烯醇含量增大,平衡主要偏向烯醇式。,烯醇式与酮式组成平衡体系而存在,是可以测定的,例如烯醇式中存在着C=C双键,能使Br2/CCl4褪色,使FeCl3变成紫红色等。,碱催化下形成碳负离子-碳负离子;
14、酸催化下形成烯醇,(1)酸催化卤代(一卤代产物),生成烯醇决定反应速度,2.醛酮的-卤代,酸性催化可以控制生成卤素一取代、二取代和三取代,(2)碱催化卤代及卤仿反应(haloform reaction),-反应通过烯醇负离子进行,形成烯醇负离子决定反应速率,碱催化-卤代难停留在一元取代,鉴别,用卤仿反应制少一个碳的羧酸:,3.羟醛缩合反应(aldol condensation),-增长碳链的反应,(1).在稀碱催化下,一分子醛的碳对另一分子醛的羰基加成,形成-羟基醛(羟醛反应),后者经加热失水生成,-不饱和醛(缩合反应)。,-羟基醛,-不饱和醛,反应机理:,自身羟醛缩合,分子内羟醛缩合,交叉羟
15、醛缩合,羟醛缩合的应用:,酮与酮的缩合反应,含有-H的酮也能起类似的缩和反应,但只是建立起产物和原料的平衡,反应的平衡常数较小,只能得到少量的-羟基酮。为了使反应进行完全,必须在反应过程中不断移走产物,从而使反应向产物方向移动,提高产率。例如:丙酮可以在索氏提取器中用不溶性的碱催化,进行羟醛缩合反应,收率可达70,(2)柏琴(Perkin)反应(Perkin Reaction),芳醛与脂肪族酸酐在相应酸的碱金属盐存在下共热,发生缩合反应,称为Perkin反应。,反应历程:,(3)Mannich反应(Mannich Reaction),含有-H的醛、酮与伯胺或仲胺之间也能发生缩合反应.,一个a-
16、活泼氢被胺甲基取代,因此这个反应又叫胺甲基化反应.,Mannich反应在有机合成上非常有用,抗疟疾药常洛林,(4)安息香缩合(Benzoin Condensation),芳醛在含水乙醇中,以氰化钠(钾)为催化剂,加热后发生双分子缩合,生成-羟基酮。,反应机理,(5)达尔森反应(Darzens Reaction),-卤代酸酯在强碱存在下与醛酮缩合生成,-环氧酯。,治疗风湿的药物布洛芬 合成,缩合反应在有机合成中是增长碳链的重要方法,可以合成各种结构的羟醛类化合物、,-不饱和羰基化合物以及醇类。,10.2.3醛酮的氧化和还原(Oxidation and Reduction),1.氧化反应,醛、酮的
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