《羰基的亲核加成》PPT课件.ppt

,第八章 亲核加成反应 一,醛酮的亲核加成 1 亲核加成的机理,高等有机化学,第八章 亲核加成反应 一,醛酮的亲核加成 2 羰基的活性 电子因素*当羰基碳上连有给电子基团(如烷基、芳基等)时，由于中心碳原子的电正性减小，从而降低了它的亲电能力，使反应活性下降。相反，若羰基碳上连有吸电子基团(如F3C-等)时，则会使反应速率加快。 空间因素，由于从反应物到过渡态及产物，羰基碳由sp2 杂化变为sp3杂化，反应中存在着明显的空间特性。在反应过程中，R基会被越来越近地挤在一起，非键张力使过渡态内能增加，不利于反应的进行之故：R基的体积增大时，反应速率迅速下降。Nu体积增大，同样也会降低反应速率。综合上述两方面的影响，可以得出一般醛、酮亲核加成反应的话性次序：,高等有机化学,第八章 亲核加成反应,高等有机化学,Cl3CCHO HCHO RCHO RCOR RCOAr p-N(R)2-ArCOR RCHO ArCHO ArCOCH3,二， 羰基加成反应及产物 (1)羰基与水形成水合物,高等有机化学,A 对于多数醛酮平衡偏向左边，故醛的水合物多不稳定，它们容易脱水而生成醛酮。 B 甲醛在水中可以完全变成水合物，但不易分离。 C 含吸电子基的羰基化合物其水合物比较稳定.如:三氯乙醛,六氯丙酮,茚三酮 D 酸和碱催化能加速水合物的形成,(2)与醇 形成半缩醛与缩醛,半缩醛(Hemiacetal),高等有机化学,高等有机化学,A 酮与简单的醇不易得到缩酮，但与乙二醇或丙三醇作用可得到环状的缩酮 。 B硫醇与醛酮也能起类似的缩合反应，并且比醇与醛酮缩合更容易，这是因为硫的亲核能力比氧大。 C 缩醛和缩酮是一种醚类化合物，暴露在空气中易生成过氧化物，D 缩醛和缩酮在碱性条件下稳定，但在酸性水溶液中易水解成醛酮。 E 在有机合成中常用缩醛和缩酮的生成来保护羰基,高等有机化学,（3）与含氮亲核试剂作用,A 弱酸时对其有催化作用 B 它们的反应产物一般是固体,在酸性条件下能水解还原成原来 的醛酮 C 仲胺与醛酮作用不能生成亚胺,但与含a 氢的醛酮作用得到烯胺,高等有机化学,（4）与其它亲核试剂加成,高等有机化学,三,羰基加成的立体化学,高等有机化学,(1)如果羰基两边空间条件不相同,则进攻试剂从位阻小的一端进攻.,(2) 4-叔丁基环己酮的优势构象为叔丁基在e键上.当进攻试剂体积大时试剂从位阻小的一端进攻.,高等有机化学,(3) 当进攻试剂体积小时,则试剂可从a 键的方向进攻,得到的羟基为 e键,高等有机化学,Cram规则一,基团的大小顺序为LMS，无分子内氢键。,高等有机化学,Cram规则二 羰基邻位的不对称碳原子上有一OH，一NH2等能与羰基氧形成氢键的基团时，亲核试剂从含氢键环的空间阻碍小的 一边对羰基加成。,(3)Cram规则三 当酮的a手性碳原子上连接着卤原子时，由于卤原于与碳基的偶极相互作用，使酮的优势构象是卤原子与碳基在问一平面上处于对位交叉位置，碳基进行反应时试剂优先从空间阻碍最小的一边即小基团一侧进攻碳基碳原子，也称为cornforth规 则。例如：,高等有机化学,第八章 亲核加成反应 四，含碳亲核试剂的加成反应 (1)羟醛缩合 具有H的醛，在碱催化下生成碳负离子，-CH2CHO, 然后 -CH2CHO作为一个亲核试剂对醛酮进行亲核加成，生成-羟基醛，-羟基醛在加热时易脱水变成、不饱合醛。,高等有机化学,碱催化历程可以是烯醇负离子，也可以是碳负离子,高等有机化学,如果用两种不同的具有-H的醛缩合时为混合物，其产物复杂，合成上意义不大。但无-H的醛可以与有-H 的醛发生羟醛缩合。如：甲醛和乙醛缩合，再通过歧化反应可以生成季戊四醇。,羟醛缩合也可在酸件环境下进行,高等有机化学,高等有机化学,2 重要的缩合反应,(1)Claisen-Schmidt reaction 其过程是将酮滴加到无-H的醛中,上述构型中双键碳上所连的两个大的基团处在反位比较稳定（即构型以反式为主）。 当分子中含有两个羰基时（二醛、二酮、或一种醛与一种酮），在碱催化作用下，也可发生分子内羟醛缩合生成五元环或六元环的不饱和醛酮。,高等有机化学,(2)Knoevenagel缩合 不含a氢的醛酮与含活泼的a氢的化合物的合成,高等有机化学,(3)Mannich反应 醛、胺和含活泼氢化合物缩合，使全部活泼氢都进行胺甲基化得到氨是酮。,高等有机化学,Mannich反应常在弱酸性介质中进行,因反应中必须有一定浓 度的质子才有利于形成氨甲基阳碳离子. Mannich反应在酸性溶液中的历程可能是:,活泼氢化合物可以是:,高等有机化学,如,高等有机化学,（4）安息香缩合 苯甲醛在氰离子作用下生成二苯羟乙酮的反应,高等有机化学,（5）Claisen缩合 含a-H的酯在碱的作用下得到酮酸酯,高等有机化学,（6）Darzen反应 ( 环氧酯合成) 醛酮在碱作用下与“a卤代酸酯反应生成 环氧酯。,高等有机化学,Darzen反应在合成上的应用是基于环氧酯能以当量的氢氧化钠水解为钠盐，然后用酸中和时发生脱羧和开环过程，最后互变异构为一个在羰基碳原于上增长一个碳的醛。因此，从苯乙酮经Darzen反应可方便合成2苯基丙醛。,高等有机化学,如维生素A合成中间体的制备,高等有机化学,（7）混合酯缩合,（8）酮酯缩合 酮的a碳进攻酯的羰基的缩合：即酮在碱的作用下生成烯醇负离子，进攻酯的羰基发生的缩合反应，产物为-二酮,高等有机化学,完成下列反应,高等有机化学,高等有机化学,高等有机化学,（9）Perkin缩合 五，烯醇的烷基化反应 1， 烯醇负离子 (1)烯醇负离子 从碳基化合物中移去一个质子得到的碳负离子是烯醇负离子,烯醇负离子碳与氧均具有亲核性，但亲电试剂进攻一般主要发生在 碳上。（氧负离子电荷较集中，易溶剂化，此外，碳原子的核外电 子云变形大）,高等有机化学,当乙酰乙酸乙酯在烷氧基碱的作用下与1，3-二溴丙烷作用，产物中有下列化合物出现,试提出其反应机理,高等有机化学,（2）烯胺的烷基化与酰基化应 仲胺与醛酮在酸催化下缩合得到烯胺 它与卤代物反应生成烷基化(或酰基化)产物，不对称酮和胺反应时，主要生成双键上取代最少的烯胺。如：,高等有机化学,高等有机化学,高等有机化学,六， Michael 加成,(1)定义 活泼次甲基的阴碳离子向,不饱和羰基或不饱和羧酸衍生物等共轭体系进行的共轭加成称为Michael加成,(2)供电体 形成阴碳离子的活泼次甲基化合物称为Michael供电体,高等有机化学,(3) 接受体 ,不饱和体为Michael加成的接受体,高等有机化学,(4)反应机理,高等有机化学,例1,例2，合成,为什以不直接在碱性条件下生成碳负离子，然后再进行加成,高等有机化学,Michael加成反应的应用 (1)在合成上的意义,导眠能中间体,利用Michael加成与Robinsen关环合成环关化合物,高等有机化学,(2)合成子分析,高等有机化学,高等有机化学,高等有机化学,高等有机化学,3 取代反应实验的证实,通过中间体的分离和捕获等方法，巳证明了芳香亲电取代反应中络合物的存在。 例如，在低温下用硝酰氟和氟化硼硝化三氟甲苯的反应，其中间体络合物已被分离出来，结构也为核磁共振所证实。,3 取代反应实验的证实,通过中间体的分离和捕获等方法，巳证明了芳香亲电取代反应中络合物的存在。 例如，在低温下用硝酰氟和氟化硼硝化三氟甲苯的反应，其中间体络合物已被分离出来，结构也为核磁共振所证实。,再例；,这些中间体都以用核磁进行检定,高等有机化学,络合物系一种活性中间体，在某些情况下，可由亲核试剂捕获再根据捕获生成物推论络合物的存在，以证明芳烃正离子机理。如：,二，亲电试剂,高等有机化学第一章有机反应总论,下面为常见的亲电试剂及其生成的形式,以上亲电试剂是强亲电体，既可取代含致活定位基的劳环也可取代含致钝基团的芳环,高等有机化学第一章有机反应总论,以上亲电试剂只能取代含致活取代基团的芳环,高等有机化学第一章有机反应总论,三, 定位效应与取代活性 1 带有负电荷或孤对电子的原子和基团连接在苯环上时,它们一 般是邻对位定位基,较强的至活基团.,高等有机化学第一章有机反应总论,2 卤素是一种邻对位定位基但是至钝基团. 3 带正电荷的基团或不饱和键直接与苯环相连的基团是至钝基, 一般是间位定位基.,ph- , RO-, R 一般是邻对位定位基,至活基团,常见的致活基团有：,高等有机化学第一章有机反应总论,5 当苯环上有两个不同的定位基时,第三个基团进入的位置主要 以邻对位定位基决定.,高等有机化学第一章有机反应总论,6 当苯环上连有取代基都属邻对位定位基时,第三个基团进入 强的基团的定向位置.,高等有机化学第一章有机反应总论,7 当苯环上连有两个间位定位基时,第三个基团很难进入,即便进入其位置以间位强的定向为主.,为了定量表示基团的定位效应，引入分速度因子(或因数)的概念，它以苯的六个位置之为比较标难(规定其值为1)衡量取代苯中某个取代位置的反应活性的数值。其值大于1的，说明该位置的反应活性大于苯，小于1者则反应活性小于苯。其计算式为：,高等有机化学第一章有机反应总论,高等有机化学第一章有机反应总论,四，典型的亲电取代反应实例 1 付克烷基化 烯醇卤代烃都可作为烷基化剂 烷基化一般会发生重排 环上的烷基化也可发生重排 如果烷基化能成环时尽是以五元环或六元环为宜 如果环上有OH- , NH2- , OR- ,反应不易进行？,高等有机化学第一章有机反应总论,2 酰化反应 酰化反应一般不重排 在合成上可以通过合成酮然后得到不重排的烃,如合成间丁基苯磺酸钠是一种较好的缓蚀剂，如何合成该物质,高等有机化学第一章有机反应总论,在酰化反应中注意选择性反应,高等有机化学第一章有机反应总论,酰 胺在POCl3作用下,也可得到苯环上含羰基的反应 Gatterman Koch 反应 Reimer-tiemann反应 主要是在芳环上引入甲酰基。 重氮盐的偶联 酚与胺中有吸电子基使反应难进行 芳香重氮盐中芳环上有吸电子基反应加快. 3 影响邻/对位取代产物的比例因素 (1)空间效应 (2)电子效应 （3）试剂与苯环上原有基团作用的影响,高等有机化学第一章有机反应总论,高等有机化学第一章有机反应总论,4 离去基团效应（或自位取代）,高等有机化学第一章有机反应总论,高等有机化学第一章有机反应总论,写出下列反应产物,解释下列反应,高等有机化学第一章有机反应总论,高等有机化学第一章有机反应总论,第二节， 芳香化合物的亲核取代反应 1 SNAr机理 其过程示意如下：,该络合物已被子分离出，紧接着乙氧基离开,高等有机化学第一章有机反应总论,第二节， 芳香化合物的亲核取代反应 2 分子内亲核取代的转位反应(Smile reaction),如：,高等有机化学第一章有机反应总论,第二节， 芳香化合物的亲核取代反应 2 分子内亲核取代的转位反应(Smile reaction),高等有机化学第一章有机反应总论,芳香环的亲核取代机理与亲电取代反应机理非常相似，属于SN2型，芳环上的SN2称SNAr 3, SN1机理 某些重氮盐发生亲核取代反应时按SN1机理进行。,高等有机化学第一章有机反应总论,4, 苯炔机理 卤代芳烃在强碱作用下，取代反应按苯炔机理进行。,高等有机化学第一章有机反应总论,思考题： 1 写出下列反应的机理,高等有机化学第一章有机反应总论,高等有机化学第一章有机反应总论,由指定原料合成下列化合物,高等有机化学第一章有机反应总论,高等有机化学第一章有机反应总论,高等有机化学第一章有机反应总论,试写出下列反应的机理,高等有机化学第一章有机反应总论,高等有机化学第一章有机反应总论,