羰基的亲核加成.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 + H 2 O C H 3 C H O O H H C H 3 C H = O 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 H + +C R H = O R O H +H H C R H O O R + + H C R H O O R H 半缩醛 (Hemiacetal) 高等有机化学 + +H R C R H O O R + HR O H H C R H O O R H + H C R H O O R 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 + N H 2 X N X H 2 OCOC X = N H 2 R O H C O N H 2 N H A r N H C O N H 2 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 + R N H R OC C H 3 C H 2 C H 3 N R R C C H C H 3 C H 3 （ 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 + N u AOCR R OCR R H N u (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 . N a B H 4O O H H (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 H B ( C H C H 2 C H 3 ) 3 L i C H 3 O ( C H 3 ) 3 C + ( C H 3 ) 3 C O H HH 2 O (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 N a B H 4 H 2 O( C H 3 ) 3 C + O ( C H 3 ) 3 C O H H 高等有机化学 Cram规则一 基团的大小顺序为 L M S，无分子内氢键。 : 11 . 0 1 . 9 C H 3 C H 2 1:2 . 5 C H 3 1:2 4 R + O H C H 3H H R P hP h RH O H HC H 3 2 ） H 3 O + 1 ） C H 3 M g I O H R P h H ( C H 3 ) 2 C H 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。 C O R L R S C O Z R Y (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 2 _O H _ H 2 O H 2 OR C H 2 C O H R C H 2 C H C H C H O H O R R C H 2 C H C C H O R 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 O * RH O O H R C H 2 C C H C H O H * RH R C H 2 C C C H R C H 2 C H O H 2 O S t e p 1 * O R C H 2 C H O * R C H C H S t e p 2 S t e p 3 O * R C H C H S t e p 4 * RH O R C H 2 C C H C H O H 2 O 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 C 6 H 5 C H O C H 3 C H 2 C H O+ O H _ 1 0 C o C 6 H 5 C H C C H O C H 3 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 C H 3 C C H 2 C H 2 C H 2 C H O O O H C O C H 3 (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 : _ H 2 O +H C H O H N ( C H 3 ) 2 H + H C H O H N ( C H 3 ) 2 H C H N ( C H 3 ) 2 + H C H N ( C H 3 ) 2 + R C H 2 C O R R C H C R O H H C H N ( C H 3 ) 2 + R C H C O R C H 2 N ( C H 3 ) 2 + R C H C R O H H C H N ( C H 3 ) 2 + 活泼氢化合物可以是 : 高等有机化学 C H N O 2 H C H C N H C H H C O O R C O R C H H C O O H R C C H C H H R O R SH H O H H H N O 2 C H 2 H 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 H + R S H +H C H O H N ( C H 3 ) 2+ R S C H 2 N ( C H 3 ) 2 R C H 2 N O 2 +H C H O H N ( C H 3 ) 2+ R C H C H 2 N ( C H 3 ) 2 N O 2 +H C H O H N ( C H 3 ) 2+ R C H C H 2 N ( C H 3 ) 2 N O 2 R C H 2 N O 2 H + H + 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 C O - H C N + C O H C C N O - H C O - H H C C N C O - H O - H C C O - H O + C H O C N - C O - H C N C O - H C N 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 C O O C H 2 C H 3 C O O C H 2 C H 3 E t O - E t O H +C H 2 C H 2 C O O C 2 H 5 C H 2 C H C O C O O E t C O O E t （ 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 + E t O - E t O H C H 3 C O C H 3 - C H 2 C O C H 3 C H 3 C O C H 2 C O C O O E t C O O C H 2 C H 3 C O O C H 2 C H 3 C O C H 2 C H 3 C O O C H 2 C H 3 O C H 3 C O C H 2 C O C H 2 C H 3 C O O C H 2 C H 3 O + E t O - E t O H C H 3 C O C H 3 - C H 2 C O C H 3 C H 3 C O C H 2 C H OH C O O E t H C O C H 2 C H 3 O + 完成下列反应 高等有机化学 O H C H O + C H 2 ( C O O C 2 H 5 ) 2 N H 高等有机化学 O H C H O - C H ( C O O C 2 H 5 ) 2+ C O O E t C O O E t O H C H = C C O O E t C O O E t O - C H = C O C H C C O C O O E t 高等有机化学 O H* O R C H 2 C H O * R C H C H O* R C H C H （ 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） O * R C H C H + C H 3 C H 2 I O * C H 2 C H 3 R C H C H 高等有机化学 C H 3 C O C H 2 C O O E t R O - C H 3 C C H C O O E t O + C H 3 C H 2 I C H 2 C H 3 C H 3 C O C H C O O E t 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 H 3 O + H 3 O + C H 3 C H 2 C O C l C H 3 C H 2 C H 2 C l N C H 3 N C H 3C H 3 C H 2 C H 2 + O C H 3C H 3 C H 2 C H 2 O C H 3 N C H 3C H 3 C H 2 C H 2 C + C H 3 C H 2 C H 2 C O O 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 C H 3 C H C H C O O E t+ C H 2 ( C O O E t ) 2 + - C H ( C O O E t ) 2C H 3 C H C H C O O E t C 2 H 5 O N a C 2 H 5 O H C 2 H 5 O H C H 3 C H C H C O O E t C H ( C O O E t ) 2 C H 3 C H C H 2 C O O E t C H ( C O O E t ) 2 (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 * C H 3 N O 2 * C H 2 ( C O O E t ) 2 C H 3 C O * C H 2 C O O E t * C H 3 N O 2 N C H 3 * * C H 3 C H 2 C N * (3) 接受体 ,不饱和体为 Michael加成的接受体 C H 3 C C H C H 2 O C H 3 C H C H C O O E t R C H C H C N C H 2 C H N O 2 高等有机化学 (4)反应机理 B - + H C Z C Z C H 3 C H C H C O O E t+ C Z C H 3 C H C H C O O E t C Z B HC H 3 C H C H C O E t C Z O C H 3 C H C H C O E t C Z O H C H 3 C H C H C O O E t C Z C H 3 C H C H 2 C O O E t C Z B H 高等有机化学 C H 3 C H C H C O O E t+ C H 2 ( C O O E t ) 2 + - C H ( C O O E t ) 2C H 3 C H C H C O O E t C 2 H 5 O N a C 2 H 5 O H C 2 H 5 O H C H 3 C H C H C O O E t C H ( C O O E t ) 2 C H 3 C H C H 2 C O O E t C H ( C O O E t ) 2 O C H 2 C H 2 C O O E tH 3 O + 例 1 例 2，合成 O C H 2 C H 2 C O O E t 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 O C H 2 C H 2 C O O E t O C H 2 C H 2 C O O E t Michael加成反应的应用 (1)在合成上的意义 + C H 2 C H C N K O HC H C N C 2 H 5 C H C H 2 C H 2 C N C 2 H 5 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 O C H 2 C H 2 C O O E t O C H 2 C H 2 C O O E t + +C H 3 C C H C H 2 O C H 3 C C H C H 2 O O C 2 H 5 O N a C 2 H 5 O H C 2 H 5 O H O C H 2 C H C O C H 3 O C H 2 C H 2 C O C H 3 O C H 2 C H 2 C O C H 2 O O H O H 2 O O + +C H 3 C C H C H 2 O C H 3 C C H C H 2 O O C 2 H 5 O N a C 2 H 5 O H C 2 H 5 O H O C H 2 C H C O C H 3 O C H 2 C H 2 C O C H 3 O C H 2 C H 2 C O C H 2 O O H O H 2 O O (2)合成子分析 高等有机化学 O C H 2 C H 2 C O O E t O C H 2 C H 2 C O O E t C H 3 C O O O O O C O O E t C 6 H 5 C O O H O O C H 3 C O O O C H 3 C O C H 2 C O O E t + C H 2 C H C O C H 3 高等有机化学 O C H 2 C H 2 C O O E t O O O O + C H 2 C H C O C H 3 C 6 H 5 C O O H C 6 H 5 C O O H + 高等有机化学 O C H 2 C H 2 C O O E t O C H 2 C H 2 C O O E t C H 2 ( C O O E t ) 2 C H 3 C C H C O C H 3 C H 3 + O O C O O E t 高等有机化学 O C H 2 C H 2 C O O E t O C H 2 C H 2 C O O E t C H 3 C O O O C H 3 C O C H 2 C O O E t + C H 2 C H C O C H 3 + + H + H +Y Z Y Z _ Z - H + Y H +- H Y O C H 2 C H 2 C O O E t 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。 O C H 2 C H 2 C O O E t + + H + H +Y Z Y Z _ Z - H + Y H +- H Y + + H + H + Y Z Y Z _ Z - H + Y H + - H Y 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。 M e M e M e M e F C H 2 C H 3 B F 3 M e M e H E t + B F 4 - 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 . N H 2 O H S H 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 . + N R 3 C = O N = O 4 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 C = O N = O C H 3 O C H 3 C H 3 O C H 3 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 . Cl CH 3 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 A l C l 3C H 2 C H 2 C H 2 C H 2 C l 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 + C l C O C H 2 C H 2 C H 2 C l A l C l 3 C O C H 2 C H 2 C H 2 C l A l C l 3 O 在酰化反应中注意选择性反应 + C l C O C H 2 C H 2 C H 3 A l C l 3 C O C H 2 C H 2 C H 3 H 2 S O 4 C H 2 C H 2 C H 2 C H 3 C O C H 2 C H 2 C H 3 S O 3 H A l C l 3 S O 3 H 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 + O C H 3 B r H N O 3 O C H 3 B r N O 2 + O C H 3 N O 2 + A l C l 3 C M e 3 C M e 3C M e 3 B r 2 C M e 3 B rB r 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 2 + C H O A l C l 3 写出下列反应产物 2 + A l C l 3C l C l 3 C C H O 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