有机化学第五版第十一章醛和酮.ppt
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1、第十一章 醛和酮 Aldehydes&Ketones,隋 岩,Contents,醛、酮的结构,物理性质和光谱性质,2,重要的醛、酮,6,第一节 醛、酮的分类,同分异构和命名Classification,Isomerism&Nomenclature,一、Classification,脂肪族醛、酮和芳香族醛、酮;一元醛、酮和二元醛、酮;饱和醛、酮和不饱和醛、酮:,第一节 醛、酮的分类,同分异构和命名Classification,Isomerism&Nomenclature,二、Isomerism,同分子量的醛和酮属同分异构体;醛基只能在1位,所以醛只有碳链异构体;酮羰基可以在碳链中间的任何位置,所
2、以酮的同分异构体同时有:碳链异构体和官能团位置异构体。,第一节 醛、酮的分类,同分异构和命名Classification,Isomerism&Nomenclature,三、Nomenclature,1、简单的醛、酮可用普通命名法命名。2、结构复杂的醛、酮主要用系统命名法命名:选择含有羰基的最长碳链作为主链,从醛基一端或靠近羰基一端给主链编号。醛基因处在链端,编号总是1,可以省略,而酮羰基的位次必须标出。,3、命名不饱和醛、酮时,除羰基的编号应尽可能小以外,还要表示出不饱和键所在的位置。,4、含有芳香环的醛、酮,可把芳基作为取代基来命名。,甲基苯基酮(1-苯基-1-乙酮),酮的两种命名方法:2丁
3、酮甲基乙基酮,5、多元醛、酮命名时,应选取含羰基尽可能多的碳链为主链,并注明羰基的位置和羰基的数目。,6、脂环酮命名时,编号从羰基碳原子开始,仅在名称前多加一个“环”字。,7、许多天然醛、酮都有俗名。,Exercise,3-羟基苯甲醛,1,2萘二甲醛,对甲酰基苯乙酸,用两种方法命名:,甲基苄基酮;1苯基2丙酮,丙基-萘基酮;1(1-萘基)1丁酮,第二节 醛、酮的结构,物理性质和光谱性质Structure,Physical Properties&Spectrum,一、Structure,羰基是sp2杂化的平面型结构;羰基是极化的、极性的共价键,羰基碳上带有部分正电荷。,醛、酮羰基的结构,乙醛的键
4、参数,第二节 醛、酮的结构,物理性质和光谱性质Structure,Physical Properties&Spectrum,二、Physical Properties,沸点:由于羰基的极化,醛酮属极性分子,其沸点比非极性分子高得多;但因羰基之间不能形成氢键,醛酮的沸点比能形成氢键的醇、酸低得多;溶解性:羰基可以与水分子形成氢键,故低分子量的醛酮能与水混溶,分子量增大后,水溶性下降;气味:低级醛具有强烈刺激性气味,低级酮具有令人愉快的气味;中级醛、酮具有果香味,是重要的香料;高级醛、酮是固体,无味。,第二节 醛、酮的结构,物理性质和光谱性质Structure,Physical Propertie
5、s&Spectrum,三、Spectrum,UV:羰基氧上的孤对电子可发生n*和*跃迁,所以羰基显示特征的紫外吸收。当羰基与烯键发生共轭时,羰基的特征吸收将向长波方向位移。C=O 有n*跃迁,200400nm有弱吸收,=20;C=C-C=O有*跃迁,200400nm有强吸收,1000。,Acetaldehyde,(2)IR:C=O在17501680cm-1之间有强吸收峰(鉴别羰基);2720cm-1对应CHO中CH伸缩振动,区别是否为醛基。羰基上连有共轭基团时,该吸收向低波数方向移动。环烷酮类的频率受环大小的影响。,(2)IR:C=O在17501680cm-1之间有强吸收峰(鉴别羰基);272
6、0cm-1对应CHO中CH伸缩振动,区别是否为醛基。羰基上连有共轭基团时,该吸收向低波数方向移动。,(2)IR:C=O在17501680cm-1之间有强吸收峰(鉴别羰基);2720cm-1对应CHO中CH伸缩振动,区别是否为醛基。羰基上连有共轭基团时,该吸收向低波数方向移动。,HNMR:醛基氢(CHO)的=9-10 羰基-H(-COCH2-)的,第三节 醛、酮的化学性质Chemical Properties,羰基作为一种不饱和键,与碳碳双键一样,主要的化学反应是加成。但羰基C=O与C=C在结构上有着重要的差别。,碳碳双键的加成是亲电加成,那么试剂对羰基的加成情况如何呢?是亲电的,还是亲核的?,
7、设想有两种可能:,因为氧原子可以形成比较稳定的氧负离子,它比带正电荷的碳原子稳定得多,因此反应的活性中心是带正电荷的碳,羰基加成是按亲核加成途径进行的反应。羰基上的亲核加成是醛、酮化学性质的主要内容。,第三节 醛、酮的化学性质Chemical Properties,此外还有以下两点需要注意:C=O是一个强吸电子基团,受其影响,-H的酸性较大,导致:-H易被碱夺去,而形成-碳负离子;-H易被卤素(X)取代而形成卤代醛、酮;醛羰基有H,而酮羰基无H,导致醛、酮在性质上有些不同,醛H很容易被氧化剂氧化,而酮则相对难被氧化。,一、亲核加成反应Nucleophilic Addition Reaction
8、,反应分两步完成,第一步亲核试剂进攻带正电荷的羰基碳,形成氧负离子;第二步氧负离子与试剂的正性部分(亲电试剂)结合。,醛、酮亲核加成反应的难易除了与亲核试剂的性质有关外,主要取决于醛、酮的结构,即取决于羰基碳上连接的原子或基团的电子效应和空间效应。,Question,判别下列各组羰基化合物发生亲核加成反应的速率。,1、,2、,空间位阻大、给电子或芳香取代基使反应活性降低,因此总体上说醛的反应活性大于酮,脂肪族羰基化合物比芳香族羰基化合物活性高。,1、与HCN的加成反应,HCN是一种亲核试剂,亲核离子是CN-离子;HCN是一种弱酸,少量碱的存在能促进HCN的电离,亲核离子CN-浓度增加,反应速度
9、加快,适量酸也可以起到正催化作用。HCN剧毒,使用时应特别注意,并设法避免。反应范围:所有醛、脂肪族甲基酮和C7以下环酮。ArCOR和ArCOAr难反应。,Try:以丙酮为原料制取合成有机玻璃的单体a甲基丙烯酸甲酯,一、与含碳亲核试剂的反应,2.与炔化物的加成反应,进一步应用,a炔基醇,cis烯基醇,trans烯基醇,a羟基酮,a,b不饱和酮,3.与格氏试剂的加成反应,格氏试剂(RMgX)中的R是碳负离子,具有强的亲核性,是重要的亲核试剂,由它进攻碳正离子是碳-碳结合的重要方法;格氏试剂与醛酮反应后再经水解得一系列的醇,是醇的重要制备方法;,Example:,注意:格氏试剂与醛酮加成产物水解制
10、取醇时,遇到生成的醇对酸敏感时要使用氯化铵溶液。,二、与含氧亲核试剂的加成1.与水加成形成水合物。由于水是一种较弱的亲核试剂,生成的偕二醇不稳定,容易失水,反应平衡主要偏向反应物一方:,当羰基与强吸电子基团连接时,由于羰基碳的正电性增大,可以生成稳定的水合物,其中一些有重要用途。例如:,2.与醇的加成反应,为使平衡右移,可分离除去生成的水。对难直接生成缩醛的醛、酮,可用原甲酸三乙酯与之反应生成缩醛,环状半缩醛:,合成上的应用:保护醛基,醛或酮的羰基可以与许多氨的衍生物(如羟胺、肼、苯肼、2,4-二硝基苯肼等)加成,并进一步失水,产物是含有CN-结构的N-取代亚胺类化合物。若用G代表不同氨的衍生
11、物的取代基,该反应通式如下:,3.与含氮亲核试剂的加成,上述反应的特点:醛、酮与氨衍生物反应的范围比较广,在结构上几乎没有什么限制,即绝大多数醛、酮可发生这类反应。所生成的产物一般都是白色或棕黄色固体,很容易结晶,并有一定的熔点,所以常用于鉴别醛、酮。,如氨的衍生物为仲氨,则当有-H存在时,醛、酮可与之反应生成烯胺,烯胺在有机合成上是个重要的中间体。,4 与含硫亲核试剂的加成,可逆,醛、脂肪族甲基酮、7个碳以下环酮。,应用。可用于鉴别、分离、提纯醛和酮。,(1)与NaSO3H加成,白色晶体,不溶于饱和NaSO3H中,加成物与氰化钠作用也可生成羟基腈。,柠檬醛a,好处:避免了使用剧毒物HCN,一
12、、膦叶立德的结构及性质,叶立德(ylide)是碳负离子的内鏻盐,(ylide,可以译为邻位两性离子或内鎓盐,其中yl是有机基团的字尾,如methyl,ide是盐的字尾,如chloride。)(i)写成(ii)的形式,叫作叶林(ylene),ene是烯的字尾。膦叶立德是一个黄色固体,一般对水和空气都不稳定,因此合成时,一般不分离出来,而是直接进行下一步反应。,(i),(ii),5.与磷叶立德的加成Witting反应(维狄希反应),三、Wittig反应:Wittig试剂与醛、酮的反应。,四级鏻盐在强碱作用下,失去一分子卤化氢。,二、膦叶立德的制备,如:,膦叶立德是一类强亲核试剂,可以与醛或酮的羰基
13、进行亲核加成,生成烯烃,该反应称为Wittig反应或羰基烯化反应。,可能机理:,Example:,反应的特点:,1、高度的位置专一性。产物中所生成的双键位于原来双键的位置,可以制得能量上不利的环外双键化合物。,2、与,不饱和羰基化合物作用,不发生1,4加成,因此双键位置比较固定。适合用于多烯类和萜类化合物的合成。,3、缺点:原料叔膦较贵、产物烯烃和氧化膦不易分离、非原子经济性、有些磷叶立德稳定性差。1958年,Horner对Wittig反应进行了改进,称为维蒂希-霍纳Wittig-Horner反应,改进后的反应,产物磷酸盐溶于水从而克服了分离上的困难,副反应也少。,6、与西佛试剂(品红醛试剂)
14、的反应,品红是一类三苯甲烷类的红色染料;Schiff试剂,又名品红醛试剂,是经二氧化硫处理过的无色溶液;所有的醛能与Schiff试剂作用,形成紫红色溶液,且很灵敏,用于醛的鉴定,(酮与Schiff试剂不反应,不呈红色);醛与Schiff试剂作用所形成的红色,除甲醛以外,其它醛都在加硫酸以后红色褪去。此法也是鉴别甲醛与其它醛的重要方法。在做本实验时,不能加强酸、强碱和高温加热,否则会使品红醛试剂变红。,二、还原反应(Reduction Reaction),C=O象C=C双键一样,能在一定条件下加氢,即发生还原反应;C=O既可以被催化加氢,也可以被一些化学还原剂还原;C=O既可以被还原形成醇,也可
15、以被还原形成烃(一)还原成醇(C=O CH-OH),1、催化氢化,醛酮催化加H产率高,后处理简单,但催化剂较贵,不饱和键都被还原。,外型方向,内型方向,催化氢化的立体化学,1、,2、,Question,二、还原反应(Reduction Reaction)2.用还原剂(金属氢化物)还原(1)LiAlH4还原,LiAlH4是强还原剂,但选择性差,除不还原C=C、CC外,其它不饱和键都可被还原;LiAlH4不稳定,遇水剧烈反应,通常只能在无水醚或THF中进行反应。,空阻差别大时,主要得从空阻小的方向进攻的产物。空阻差别不大时,主要得稳定产物。,还原,+,2,1,1 空阻大,产物稳定。2 空阻小,产物
16、不稳定。,LiAlH4 86-90%10-12%LiAl(s-BuO)3H 7%93%,空阻大,空阻小,LiAlH4,+,从外侧进攻得内型产物。产物不稳定。,(1)内,(2)外,樟脑,(1)异冰片(外型)(2)冰片(内型)(90%)(10%),从内侧进攻得外型产物。产物稳定。,空阻差别不大时,主要得稳定产物。,二、还原反应(Reduction Reaction)2.用还原剂(金属氢化物)还原(1)LiAlH4还原,(2)NaBH4还原,NaBH4还原的特点:1 选择性强(只还原醛、酮、酰卤中的羰基,不还原其它基团)。2 稳定(不受水、醇的影响,可在水或醇中使用)。,NaBH4,(CH3)2CH
17、OH,H2O,+,69%31%,空阻差别大时,主要得从空阻小的方向进攻的产物。空阻差别不大时,主要得稳定产物。,Question:如果只想还原烯键,而不还原羰基,怎么办?,二、还原反应(Reduction Reaction),3.用乙硼烷还原,有不饱和键存在时也同时被还原,二、还原反应(Reduction Reaction),机理,异丙醇铝也是一个选择性很高的醛酮还原剂。,交换,4.用异丙醇铝还原,麦尔外因-庞多夫维尔莱还原,该反应是一个可逆反应。正向反应称为麦尔外因-庞多夫维尔莱(MeerWein-PonndorfVerley)还原反应。逆向反应称为奥本奥尔(Oppenauer)氧化反应。反
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