第6章碳杂重键的加1成.ppt

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1、第六章 碳杂重键的加成-羰基化合物的反应,+,-,+,-,+,-,+,-,酸催化机理：,羰基质子化，可以提高羰基的反应活性，也可以用Lewis酸来活化羰基,1 羰基质子化后，氧上带有正电荷，很不稳定，电子发生转移，使碳原子带有正电荷。,2 决定反应速率的一步，是Nu-进攻中心碳原子的一步。,决速步骤,一 羰基的亲核加成反应机理：,碱催化机理：,慢,试剂进攻羰基上C原子，生成氧负离子的一步 是决定反应速率的一步。,为使亲核试剂的负电荷裸露出来，增加亲核性，常需碱催化：产生高浓度的Nu-,四面体,决速步骤,酸除了活化羰基外，还能与羰基形成氢键：,质子性溶剂也起到同样作用：,都使羰基活化。,问题：当

2、用H+质子，有Nu-+H+=NuH 反应，而降低亲核试剂的有效浓度，-要求有最佳的pH值,二.羰基的活性,1.底物的性质,反应活性取决于羰基的中心碳原子带有正电荷的多少。,(1)电子效应,当羰基与具有+I或+C的基团直接相连时，由于增加了中心碳原子的电子云密度，故使反应活性降低。,-I或-C效应的基团使羰基碳原子的正电荷增加，反应活性增强，生成的水合物稳定性也增加。如三氯乙醛和六氟丙酮能和水形成稳定的水合物，能以晶体的形式离析。,或比较中间体的稳定性,(2)空间效应,与羰基相连的基团空间效应越大，越不利于反应进行。,Nu,sp2杂化平面三角型,sp3杂化四面体,R 越大，妨碍Nu:从背后进攻C

3、原子。,角张力缓解：,sp2杂化，键角应为120,实际为60,角张力较大；反应中，键角由60转化为10928,角张力得到缓解。,这里，角张力缓解程度不大。,2.试剂的亲核性,对于同一羰基化合物，试剂的亲核性越强，反应的平衡常数越大。,试剂的亲核性依次减弱,如：,试剂的可极化度越大，则利于亲核加成 反应的进行。,空间效应,具有较小体积的亲核试剂，利于反应进行。,R=烷基时，k以CH2ORCH=OR2C=O2.水对羰基加成反应的平衡常数不利于水化方向，但醛或酮和它们的水化物之间的平衡能迅速地建立起来。,水合反应和酸碱催化,6.2 羰基加成反应及产物,（1）与水的反应,碱和酸都能催化水化反应,由半缩

4、醛生成缩醛只能被酸催化,fast,slow,fast,fast,（2）与醇的反应,半缩醛(酮),半缩醛(酮反应历程,缩醛(酮反应历程,决速步骤,碱?,（3）与其他亲核试剂的反应,Cram规则一：如果醛或酮的-碳原子上连有三个大小不同的基团（L、M、S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，试剂优先从空间阻碍较小的一边进攻羰基。,6.4 羰基加成反应中的立体选择性,1 RMgX2 H2O,+,次要产物,35oC R 主 次CH3 2.5:1C6H5 4:1(CH3)2CH 5:1(CH3)3C 49:1-70oC R 主 次(CH3)3C 499:1 CH3

5、 5.6:1,主要产物,Cram规则二：当醛或酮的-碳原子上连有羟基或氨基等可以和羰基氧原子形成氢键的基团时，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。,Cornforth规则：如果在羰基的-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，两者互相排斥，这时羰基化合物的优势构象是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。,取代基环己酮类的亲核加成反应，Dauben提出不是受立体接近控制就是受产物进展控制。,立体控制,产物控制,a-氢酸性与烯醇、烯醇负离子形成,1、Acidity of a-Hydrogens of Carbonyl Co

6、mpounds醇ROH的pKa约为1518，的pKa 为25醛酮RCH2COR羰基a-H的pKa约为1620酯RCH2COOR羰基a-H的pKa 为25可见在适当的碱作用下，醛酮羰基的a-H可以离解，而形成碳负离子常用碱有：OH-，EtONa，t-BuOK，(i-Pro)2NHLi（LDA），PhLi等（RNH2 的pKa 为35，PhH的pKa 为44，水的pKa 为15）,6.5 碳负离子,2、Formation of Enolate烯醇负离子由于羰基的共轭作用得以稳定弱碱如NaOH，RONa作用下，反应只能达到一定的平衡强碱如LDA作用下，可以定量地转化为烯醇负离子,LDA lithiu

7、m diisopropylamide a strong base but a poor nucleophile all carbonyl compound is converted to enolate prepared by BuLi with(CH3)2CHNHCH(CH3)2,LDA,low temperature,give kinetic enolate high temperature,give thermodynamic enolate,动力学控制产物,热力学控制产物,例如,强碱有利于形成动力学控制的少取代烯醇负离子。酸性条件则有利于形成热力学控制的多取代烯醇弱碱条件下，影响因素会

8、更多，选择性不高。,酸性条件下将形成烯醇，而不是烯醇负离子,3、KetoEnol Tautomerism(互变异构)中性条件下，羰基化合物存在酮式和烯醇式互变体现了a-H的活性,酸和碱均可催化这一互变异构平衡的达到碱性条件下，碱夺取a-H形成烯醇负离子,酸催化条件下，羰基氧首先质子化，吸电子作用进一步增强，然后脱去a H形成烯醇,例题与习题1.预测下列每组化合物，哪一个烯醇负离子是主要的（动力学控制产物）,2.预测下列每组化合物中，哪一个烯醇结构较稳定，即为热力学控制烯醇？,4、烯醇硅醚的形成LDA作用下形成的负离子与三甲基氯硅烷反应生成烯醇硅醚,（1）羟醛缩合(Aldol Condensat

9、ion),氢的醛或酮,在酸或碱的催化下,缩合反应,-羟基醛或酮,-不饱和羰基化合物,反应机理,碱催化,Step 1,烯醇负离子,6.6 各种重要的缩合反应,Step 2,An alkoxide ion,Step 3,酸催化：,羰基质子化及烯醇的生成,烯醇进攻质子化的羰基,酮的缩合反应常在酸催化下进行。,The mixed aldol addition,C6H5CHO+CH3COCH3 NaOH C6H5CH=CHCOCH3 77%,C6H5（E-式）69%,C6H5CHO+C6H5CH2CHO NaOH C6H5CH=CCHO,醛与不对称酮发生的Claisen-Schmidt缩合在碱性条件与酸

10、性条件下会得到不同的产物。例如2-丁酮与苯甲醛的反应，碱催化主要得到直链缩合物，而酸催化则主要得到支链缩合物。,CH3,C6H5CHO+CH3COCH2CH3 OH-C6H5CH=CH2COCH2CH3,C6H5CHO+CH3COCH2CH3 H+C6H5CH=CCOCH3,机理,base,acid,例题与习题请写出下列反应的产物,(2)Perkin反应,由于酸酐的-氢比羧酸盐的-氢要活泼，更容易被碱夺去形成碳负离子，所以一般地认为在Perkin反应中与芳醛作用的是酸酐而不是羧酸盐。用碳酸钾、三乙胺、吡啶等代替乙酸钠时，苯甲醛与乙酸酐照样能发生Perkin反应；但在同样的碱性催化条件下，苯甲醛

11、与乙酸钠却不发生缩合反应，表明确实是酸酐与芳醛发生作用。,PhCHO+(CH3CO)2O PhCH=CHCOOH 55%60%,CH3COOK 1700C,(3)Knoevenagel反应,CH3CHO+CH2(COOH)2 CH3CH=CCOOH 60%,吡啶六氢吡啶,PhCHO+CH2(COOCH2CH3)2 六氢吡啶 PhCH=C(COOCH2CH3)2 91%,CH3CHO+CH2(COOH)2 CH3CH=CCOOH 60%,吡啶六氢吡啶,PhCHO+CH2(COOCH2CH3)2 六氢吡啶 PhCH=C(COOCH2CH3)2 91%,(4)Reformastsky reactio

12、n（a-卤代酸酯的缩合）在锌粉的还原作用下，-卤代酸酯可以优先形成烯醇盐，并进攻醛或酮羰基而得到-羟基酯,(5)Darzen reaction（a-卤代酸酯的缩合）在碱作用下，-卤代酸酯优先形成烯醇盐，并进攻醛或酮羰基，伴随着X-的消去，得到 a,-环氧酯,实例：由环己酮转化成其他化合物,合成环氧酸酯，合成比原料醛、酮多一个碳的醛、酮。,(6)安息香缩合反应,从安息香缩合历程可知，CN在这里起了三种作用。(1)CN首先作为亲核试剂，进攻一分子醛；由于CN的吸电子作用，质子发生交换，生成碳负离子，使 醛基成为亲核基团，即羰基发生极性反转；(3)CN同时也是一个较好的离去基团，因而最后可以离去。,

13、受体(给体),给体(受体),实 例,(7).Dieckmann condensation intramolecular condensation to form a cyclic b-keto ester a 1,7-diester may form a six-member ring b-keto ester,(8).Michael addition,(9)Claisen 酯缩合反应及相关反应,两个酯分子至少有一个酯分子是含有氢,在强碱的作用下，相互缩合成羰基酯,反应机理：,第一步,第二步：,第三步：,由于是可逆反应，至少需要2分子的酯分子作为亲核试剂，使平衡向右移动。,反应需要过量的强碱,

14、含一个-氢原子的酯缩合反应,两种,不同,酯,仅一个含-氢,Diethyl malonate,含氢的醛、酮、腈都能酯发生缩合反应。,一般选用无氢的酯作为底物：,分子内也能发生酯缩合反应Dieckmann反应：,例题与习题 完成下列反应，写出主要产物：,3个不同的a-H,6.6 加成消除反应,与胺类的反应,醛和酮与氨基加成-消除生成亚胺（西夫碱）或烯胺,碱酸,NH2NH2,NH2OH,伯氨：,胺衍生物若使用羟胺NH2OH、肼NH2NHR、氨基脲NH2NHCONH2所得的亚胺衍生物也较稳定，分别称为 RR”C=NOH、腙RR”C=N-NHR和缩胺 RR”C=NNHCONH2。它们的稳定性是由于与氮相

15、邻的原子上为共用电子对与C=N双键的p-共轭稳定作用的结果。这些亚胺衍生物都具有一定的熔点、颜色、晶型，过去常用来鉴别醛、酮。,仲胺只能生成烯胺,亚胺和烯胺均不稳定，遇酸即水解：,Scheme 1.Reagents and conditions:(i)pyrrolidine,C6H6,(ii)Methyl Vinyl ketone,C6H6,(iii)(a)Li,NH2CH2CH2NH2,(b)CrO3,H2SO4,H2O,CH3COCH3,(iv)dry THF,LiAlH4.,Mannich 反应,Mannich 反应的适用范围：,醛，胺：氨、伯胺、仲胺,至少含一个活泼氢的化合物：,含有a

16、-活泼氢的醛、酮与甲醛及胺(伯胺、仲胺或氨)反应，结果一个a-活泼氢被胺甲基取代，此反应又称为胺甲基化反应，所得产物称为Mannich碱。,例,叔氨,离子型化合物,6.7 Wittig反应,醛或酮与磷叶立德(phosphorous ylide)作用生成烯的反应称为Wittig反应。由于Witting反应产率高，立体选择性好，并且反应条件温和，是合成碳-碳双键的重要方法。,磷叶立德是一种内鎓盐，其结构为：,磷叶立德是强碱夺去季鏻盐中的质子而制得。,磷叶立德和醛、酮反应的通式为：,R3 P=CHR+R2C=O R2C=CHR+R3P=O,Ph3+-CH2-,3PhH+PCl3,Ph3P,Ph3P+

17、CH3X,Ph3P+-CH3X-,C6H5Li,Ph3P+XCH2COOC2H5,Ph3P+-CH2COOC2H5 X-,K2CO3,Na2CO3,NaOH,NaOR,NaNH2,NaH,RLi,Wittig试剂制备,反应机理,反应实例,不稳定的Yield试剂,稳定的Yield试剂,main,1 硫叶利德的结构,2 硫叶利德的制备,-HI,NaH,(CH3)2SO,3d-p共轭,CH3SCH3+CH3I,(CH3)3S+I-,NaNH2,-HCl,6.7.1硫叶利德的反应,硫叶利德与醛、酮反应可制备环氧化合物或环丙烷衍生物。,与非共轭醛、酮反应可制备环氧化合物,R2C=O+,+(CH3)2S=

18、O,3 硫叶利德的反应,与、不饱和醛、酮发生共轭加成反应时，可制备环丙烷衍生物,分子内亲核取代,共轭加成,分子内亲核取代,其他加成反应,与 CN-和 MSO3的加成反应,由于SO32-的体积大，在四面体中的空间效应更明显，故其 K 值小于CN-的反应只与醛、甲基酮和少量的酮发生反应，生成晶体，故可以用该方法来纯化羰基化合物,6.8 羧酸及其衍生物的亲核取代反应,碱催化条件下的酯水解,*,外消旋化,酸催化条件下的酯水解,例,金属氢化物与羰基的加成反应,络合金属氢化物：,LiAlH4,NaBH4,NaBH4的选择性强,金属有机化合物 和金属氢化物的加成,选择性还原：,1.反应物,6.9 影响1，4亲核加成反应的因素,2 亲核试剂,3 温度,例,补充：,