有机化学亲核加成机理PPT课件

1、本章主要内容本章主要内容l羰基的结构及反应特性羰基的结构及反应特性l羰基的亲核加成羰基的亲核加成l 1. 概述概述l 2. 含含O, S亲核试剂亲核试剂l 3. 含含N亲核试剂亲核试剂l 4. 含含C亲核试剂亲核试剂l 5. a a, b b 不饱和羰基的亲核加成不饱和羰基的亲核加成l羧酸及其衍生物的亲核取代反应羧酸及其衍生物的亲核取代反应第1页/共55页一、羰基的结构及反应特性一、羰基的结构及反应特性1. 羰基的结构特点 The carbonyl group is polar and the partial positive charge on the carbonyl carbon cau

2、ses carbonyl compounds to be attacted by nucleophiles.第2页/共55页一、羰基的结构及反应特性一、羰基的结构及反应特性2. 各种含羰基的化合物(1) Class I 醛和酮ORHORRan aldehydean ketone(2) Class II 羧酸及其衍生物羧酸及其衍生物主要发生亲核加成反应主要发生亲核加成反应主要发生亲核取代反应主要发生亲核取代反应第3页/共55页C OC OENuNuE C OH2NYC NYC OPh3PC CR1R2CR1R2C OYNuC ONu+Y第4页/共55页一、羰基的结构及反应特性一、羰基的结构及反应

3、特性4. 亲核反应活性亲核反应活性烷基给电子作用烷基给电子作用第5页/共55页一、羰基的结构及反应特性一、羰基的结构及反应特性4. 亲核反应活性亲核反应活性空间位阻影响空间位阻影响第6页/共55页一、羰基的结构及反应特性一、羰基的结构及反应特性RCXRCOCRRCOHRCORRCNOOOOOORR酰卤酸酐羧酸酯酰胺酰卤酰卤 酸酐酸酐 醛醛 酮酮 羧酸羧酸 酯酯 酰胺酰胺取决于与羰基相连的基团的电子效应取决于与羰基相连的基团的电子效应第7页/共55页第8页/共55页OONuOENuNuE Nu快慢OOHOHOHNuOHNuHHNu H慢快-H快n 碱性条件下碱性条件下n 酸性条件下酸性条件下第9

4、页/共55页非手性条件下，得外消旋体非手性条件下，得外消旋体第10页/共55页LMSORNuELMSOENuRLMSOERNu+主要产物次要产物第11页/共55页二、羰基的亲核加成二、羰基的亲核加成2. 含含O, S亲核试剂亲核试剂 包括包括H2O, ROH, RSH, 和和NaHSO3(1) H2O酸碱催化，加快平衡的达到，但不影响平衡移动。酸碱催化，加快平衡的达到，但不影响平衡移动。水合物水合物第12页/共55页 Keq210-31.42.3103IR中无中无C=O吸收峰吸收峰H3CCH3O+H2OOHH3CCH3OH99.8%0.2%H3CHO+H2OOHH3CHOH42%58%HHO+

5、H2OOHHHOH0.1%99.9%Cl3CHO+H2OOHCl3CHOH羰基连有吸电子基团的容易形成水合物羰基连有吸电子基团的容易形成水合物第13页/共55页第14页/共55页例例1l 可逆反应，通过油水分离器不断除去可逆反应，通过油水分离器不断除去反应过程中形成的水，使反应完全。反应过程中形成的水，使反应完全。l 缩醛和缩酮在碱性条件下稳定，酸缩醛和缩酮在碱性条件下稳定，酸性水溶液中加热又回复到醛、酮。性水溶液中加热又回复到醛、酮。因此，可利用这一反应保护醛酮的羰基。因此，可利用这一反应保护醛酮的羰基。第15页/共55页第16页/共55页第17页/共55页第18页/共55页RH(R)O+

6、NaHSO3RONaH(R)SO3HROHH(R)SO3NaROHH(R)SO3NaRH(R)O+NaHSO3HClNa2CO3NaCl + SO2+ H2ONa2SO3+ CO2+ H2O第19页/共55页二、羰基的亲核加成二、羰基的亲核加成3. 含含N亲核试剂亲核试剂(1) RNH2 and YNH2经历经历亲核加成亲核加成和和脱水脱水两个步骤。两个步骤。相当于羰基氧被氮所取代，形成相当于羰基氧被氮所取代，形成亚胺亚胺(imine)。可逆，经酸水解可得回醛酮。可逆，经酸水解可得回醛酮。C NY+H2OHC O+H3NY+C OH2N YC N+H2OYan aldehydeora keto

7、nea primary amineor other derivativeof ammoniaan imine第20页/共55页(1) RNH2 and YNH2表表13-1 氨基衍生物与醛酮加成反应氨基衍生物与醛酮加成反应C NRC NOHC NNH2C NNHC6H5C NNHCONH2第21页/共55页二、羰基的亲核加成二、羰基的亲核加成3. 含含N亲核试剂亲核试剂(2) R2NH 经历亲核加成和脱水两个步骤 脱水发生在羰基的 a a - C上而非N上，形成烯胺(enamine)C ONHR2CONHR2COHNHR2CCNR2COHNR2COH2NR2CCNR2an enamineneu

8、tral tetrahedral intermediateH-H-H2OH-HHH-H+第22页/共55页二、羰基的亲核加成二、羰基的亲核加成3. 含含N亲核试剂亲核试剂(2) R2NH 反应可逆，经酸水解可得回醛酮。N+H2OHONHH+醛酮可以通过烯胺进行醛酮可以通过烯胺进行-烷基化和烷基化和-酰基化反酰基化反应，应，合成上应用广泛（见第十四章）合成上应用广泛（见第十四章）第23页/共55页二、羰基的亲核加成二、羰基的亲核加成4. 含含C亲核试剂亲核试剂(1) CNC OCOCN+CNHCNCOHCN+CNa a-羟基腈cyanohydrinCOHCNa a-羟基腈H ,H2OH2PtCO

9、HCOOHCOHCH2NH2a a-羟基酸b b-氨基醇 第24页/共55页二、羰基的亲核加成二、羰基的亲核加成4. 含含C亲核试剂亲核试剂(2) CCRCOHCO+HC CRKOHH2OCRCH3COCH3KC CHKOH一缩二乙二醇二甲醚(H3C)2COHC CH+H2Lindlar cat(H3C)2C CHOHAl2O3H2CC CHCH3CH2CH2第25页/共55页二、羰基的亲核加成二、羰基的亲核加成4. 含含C亲核试剂亲核试剂(3) 有机金属试剂格氏试剂、有机锂试剂等 广泛用于合成各级醇，也可用于合成醛酮。OR MgBrOMgBrRH2OOHRYOR MgBrOMgBrYR-YM

10、gBrROR MgBrH2OOHRR其中：Y=X or ORC NRMgBrNMgBrRH2OOR第26页/共55页R MgXR LiRCOORCOROHRCOCl1.CO22.H2O1.1.RCHO1.RCOROR COOHR CH2OHR CH2CH2OHR CR CRR CHR CRR CHROHOHROOO羧酸1醇1醇2醇3醇醛酮酮RMgXRMgXRMgXRCHOHRR CR COHRROHRR3醇3醇2醇2.H3O2.H3O2.H3O2.H3O1.HCHO1. RCN2.H3O酮R CROR格氏试剂的应用格氏试剂的应用l低温和空间位阻作用低温和空间位阻作用l使用不活泼的金属试剂使用不

11、活泼的金属试剂l可能将反应控制在酮的阶段可能将反应控制在酮的阶段第27页/共55页第28页/共55页二、羰基的亲核加成二、羰基的亲核加成4. 含含C亲核试剂亲核试剂(4) Ylide试剂试剂 An ylide is a compound that has opposite charges on adjacent, covalently bonded atoms with complete octets of valence electrons, for example, a phosphonium ylide:第29页/共55页第30页/共55页 Wittig reaction the rea

12、ction of an aldehyde or a ketone with a phosphonium ylide to form an alkene. 第31页/共55页Ph3P CH+ H3CO2589%HH唯一产物NO2CHOOCH3O2N顺反烯烃的生成受条件和顺反烯烃的生成受条件和Ylide试剂的结构、活性等影响很大试剂的结构、活性等影响很大第32页/共55页The use of Wittig reaction in industry第33页/共55页关于亲核加成的小结关于亲核加成的小结2. 含含O, S亲核试剂亲核试剂4. 含含C亲核试剂亲核试剂影响因素：影响因素：(1) 亲核试剂的

13、碱性；亲核试剂的碱性；(2) (2) 空间位阻空间位阻(4) Ylide试剂试剂(3) 有机金属试剂有机金属试剂(2) CCR(1) CN3. 含含N亲核试剂亲核试剂(1) RNH2 and YNH2包括包括H2O, ROH, RSH, 和和NaHSO31. 概述概述 结构、机理、反应活性、立体化学结构、机理、反应活性、立体化学(2) R2NH C-C键的形成键的形成羰基的保护羰基的保护醛酮的分离纯化醛酮的分离纯化亚胺及其衍生物的形成亚胺及其衍生物的形成烯胺的形成烯胺的形成 -羟基羟基腈腈、- -羟基酸和羟基酸和- -氨基醇氨基醇炔醇的合成炔醇的合成C=C的形成的形成各级醇的合成、醛酮的合成各

14、级醇的合成、醛酮的合成第34页/共55页二、羰基的亲核加成二、羰基的亲核加成5. a a, b b 不饱和羰基的亲核加成不饱和羰基的亲核加成 Both 1,2-addition and 1,4-addition can happen, they are also called as direct addition and conjugated addition第35页/共55页第36页/共55页二、羰基的亲核加成二、羰基的亲核加成影响影响 1,2-和和1,4-加成的因素加成的因素(1) 亲核试剂的碱性 Nucleophiles that are strong bases, such as RL

15、i and LiAlH4, tend to form direct addition products，for the reaction is irrersible. Nucleophiles that are relatively weak bases, such as CN, amines, thiols, and X, usually form conjugated addition products. 第37页/共55页二、羰基的亲核加成二、羰基的亲核加成影响影响 1,2-和和1,4-加成的因素加成的因素(1) 亲核试剂的碱性C CNuCHOirreversible1,4-additi

16、onC CC O+ NuHreversible1,2-additionC CC OHNuwhen Nu is a weak baseirreversible1,2-additionwhen Nu is a strong baseC CC OHNumajorminermajor第38页/共55页(1) 亲核试剂的碱性亲核试剂的碱性OCN+HClCNOCH3SHCH CHCHOCHSCH3CH2CHO第39页/共55页CH CH C COCH CH2C CO1.EtMgBr1,4-加成100%CH3CH3CH3EtCH3CH3CH32.H3OCH CH COCH CH2CO1,4-加成 92%1.

17、MgBr2.H3OCH CH C CH3OCH CH C H2.H3O1.MgBrCH CH2CO1,4-加成12%1,2-加成 80%+CH3OH第40页/共55页三、羧酸及其衍生物的亲核取代反三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应应1. Mechanism for nucleophilic substitutionRYOORYNuRNuO+YNuRYORYOHOHRYNuHHNuHOHRYNuOHRYHNu-YHRNuOHRNuO-H-H+H第41页/共55页三、羧酸及其衍生物的亲核取代反三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应应2. Reaction activitylThe weaker the b

18、ase, the better it is as a leaving grouplThe less basic the substituent (Y), the more reactive the carboxylic acid derivative第42页/共55页三、羧酸及其衍生物的亲核取代反三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应应 碱性强弱顺序为： X RCOO RO HO R2N 反应活性顺序为：2. Reaction activity第43页/共55页2. Reaction activity第44页/共55页2. Reaction activity第45页/共55页三、羧酸及其衍生物的亲核

19、取代反三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应应3. Interconvertion of carboxylic acid derivatives(1) hydrolysis(水解)R COOHH2OH2O(RCO)2ORCOClRCONHRR CNRCOORH or OH H or OHHor OHH2O, H2O, H2O,第46页/共55页RCOOR orRCONRR(RCO)2ORCONH2NRCRCOORRCOOHRCOCl第47页/共55页三、羧酸及其衍生物的亲核取代反三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应应4. Preparation of acyl halideRCOOHRCOCl+HCl+

20、SO2RCOCl+1/3H3PO3RCOCl+POCl3+HClbp107SOCl2(bp79)1/3PCl3(bp75)PCl5(bp166)第48页/共55页三、羧酸及其衍生物的亲核取代反三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应应5. Preparation of acid anhydrideCORCl+CORONaCORO CORCOROHP2O5ROROO2 P2O5OOOOOOHOH第49页/共55页三、羧酸及其衍生物的亲核取代反三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应应羧酸衍生物的相互转化CRXOR COCROOCROHOCROROCRNR2O-OCROROHRNH2H2OROHRNH2H2OROH,H+RNH2RNH2H2OH2O*SOCl2第50页/共55页本章主要内容本章主要内容l羰基的结构及反应特性羰基的结构及反应特性l羰基的亲核加成羰基的亲核加成l 1. 概述概述l 2. 含含O, S亲核试剂亲核试剂l 3. 含含N亲核试剂亲核试剂l 4. 含含C亲核试剂亲核试剂