第十三章羰基化合物的亲核加成和亲核取代反应(07)PPT课件

1、 13.1 羰基的结构与亲核反应的活性羰基的结构与亲核反应的活性 13.2 羰基的亲核加成反应羰基的亲核加成反应 13.2.1 与含氧与含氧/硫亲核试剂的加成硫亲核试剂的加成 13.2.2 与含氮亲核试剂的加成与含氮亲核试剂的加成 13.2.3 与含碳亲核试剂的加成与含碳亲核试剂的加成 13.2.4 , -不饱和醛酮的亲核加成不饱和醛酮的亲核加成 13.3 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 13.1 羰基的结构与亲核加成羰基的结构与亲核加成/取代反应的活性取代反应的活性 羰基碳羰基碳、氧氧: : sp2 杂化；杂化； 羰基为平面型羰基为平面型极性基团。极性基团。( (接

2、受亲核试剂接受亲核试剂) )( (接受亲电试剂接受亲电试剂) )CORH(R) +-亲电中心亲核中心13.1.1 羰基的结构与亲核反应羰基的结构与亲核反应 P569 一个一个 键、一个键、一个 键；键；RRsp2CO.sp2.CRRNuO-CO RRE+Nu-CRRNuOECOCORL +-亲电中心亲核中心(接受亲电试剂接受亲电试剂)(接受亲核试剂接受亲核试剂)RCOL （-X、-OR、-NHR .）sp2 羧酸羧酸/羧酸衍生物发生亲核加成羧酸衍生物发生亲核加成-消除消除亲核取代反应亲核取代反应RCOCl-OCH3RCOOCH3 Cl-RCOOCH3 + Cl-亲核加成消除反应 羧羰基羧羰基:

3、 13.1.2 醛酮羰基的醛酮羰基的亲核加成机理与反应活性亲核加成机理与反应活性 P573P573C O + Nu-RRCRRNuO-E+CRROENu慢快 酸性条件催化酸性条件催化： 反应可逆反应可逆碱性条件碱性条件: (强碱性的亲核试剂强碱性的亲核试剂)CORRH+COHRR+快COHRR+Nu HCOHRRNuH+-H+快COHRRNu慢 1) 醛酮羰基的醛酮羰基的亲核加成机理亲核加成机理 2) 醛酮羰基的醛酮羰基的亲核加成亲核加成活性活性 P570P570 随随R基增加基增加, ,给给电子能力增强电子能力增强, ,羰基碳的电正性减弱；羰基碳的电正性减弱； 随随R基体积增大基体积增大,

4、,试剂进攻的试剂进攻的空间位阻空间位阻增加并且中间体稳增加并且中间体稳 定性降低定性降低. .亲核加成活性降低。亲核加成活性降低。 CH3CCH3OCHCCH3OCH3CH3COR(Ar)() Ar基与羰基碳相连基与羰基碳相连, 电子离域电子离域, 化合物基态焓值降低化合物基态焓值降低,使使 形成过渡态时活化能增加形成过渡态时活化能增加, 反应速率减慢。反应速率减慢。 CRHO CRROCORR+ - 醛酮化合物发生亲核加成反应的活性顺序：醛酮化合物发生亲核加成反应的活性顺序： NO2COCH3COCH3CH3O(A) (B)2.OO (A) (B) 3.CHOCOCH3(A) (B) (C)

5、1.CHOHCHO RCHO R2CO ArCHO ArCOR Ar2CO 13.1.3 羧酸衍生物中羰基的羧酸衍生物中羰基的亲核取代亲核取代与反应活性与反应活性 P571, 599 与反应物稳定化程度及与反应物稳定化程度及中间体稳定性化程度有关；中间体稳定性化程度有关； 与离去基团与离去基团(Y)(Y)的的离去能力离去能力有关。有关。 离去基团的离去能力：离去基团的离去能力：羧酸衍生物亲核取代反应活性顺序：羧酸衍生物亲核取代反应活性顺序： 与羧羰基碳的与羧羰基碳的电正性电正性及及空间位阻空间位阻有关；有关；RCOY + Nu-RCO-NuYRCONu + Y- RCX RCOCR OO OR

6、COORRCOOH RCNH2OX- RO- H2N-RCOO- 13.1.4 比较醛酮与羧酸衍生物中羰基的亲比较醛酮与羧酸衍生物中羰基的亲核核反应活性反应活性 P571 酰卤酰卤 酸酐酸酐 醛醛 酮酮 羧酸羧酸 酯酯 酰胺酰胺 RCOXRCOOCORCOHR CR O RRCO OHRCO ORRCO NR2 与羰基相连基团与羰基相连基团(X OCOR H R OH OR NHR)的电子的电子 效应效应( I/C )有关有关 P571 13.2 羰基的亲核加成反应羰基的亲核加成反应 P57113.2.1 与含氧与含氧/硫亲核试剂的加成反应硫亲核试剂的加成反应氧负离子中间体C O + RRCR

7、RNuO-E+CRROENuslowfastNu-亲核试剂：含氧、硫、氮、碳的负离子或中性分子。亲核试剂：含氧、硫、氮、碳的负离子或中性分子。 1. 与含氧亲核试剂的加成与含氧亲核试剂的加成 1.1 与醇的加成与醇的加成 (可逆反应可逆反应) P577 (1) 半缩醛、缩醛的生成半缩醛、缩醛的生成(无水酸催化无水酸催化)（半缩醛,不稳定）CH3CH2CH2CHO + CH3CH2OH(干) HClCH3CH2CH2CHOHOC2H5 反应机制反应机制 P578 ：CH3CH2OHH+CH3CH2CH2CHOCH2CH3OCH2CH31,1-二乙氧基丁烷丁醛缩二乙醇(缩醛)CORHH+COHRH

8、+HORH+OHCRHOR-H+CRHOROH-H+ORCRHOR(缩醛) (半缩醛)+H+-H2ORC ORH+HORH+ORCRHORCRHOROH2环状半缩醛、缩醛环状半缩醛、缩醛HOCH2CH2CH2CHOOOH HCH3CH2CHO + CH2OHCH2OHH+OCH3CH2COH缩醛对碱、缩醛对碱、氧化剂氧化剂稳定；易被稳定；易被稀酸稀酸水解成醛和醇。水解成醛和醇。H+RCHOROR+ H2ORCHO + 2ROHOH-no reactionRCHOROR+ H2O(2) 缩酮的生成缩酮的生成 环状缩酮环状缩酮 缩酮在稀酸中水解，生成原来的酮和醇。缩酮在稀酸中水解，生成原来的酮和醇

9、。 （不断除水）（不断除水）CCH3CH3O + 2CH3CH2OHCCH3CH3OCH2CH3OCH2CH3+ H2O无水 HClCH2CCH3O+ HOCH2CH2OHP-CH3C6H4SO3HC6H6 CH2CCH3OOOO+ H2OH+O + HOCH2CH2OH前列腺素前列腺素E2(3) 保护醛酮羰基保护醛酮羰基前列腺素前列腺素E2缩酮缩酮载载体体前前药药HOOOHOOHOOHOHOHOOCH2CHCHOCH2CHCHOOHOHCH3CCH2COC2H5OOCH3CCH2CphphOHOCH3CCH2COOC2H5OHOCH2CH2OH 无水HClCH3CCH2COOC2H5OOph

10、MgBr提示：提示：1)含碳亲核试剂对酯羰基的加成；含碳亲核试剂对酯羰基的加成；2)比较酮与酯羰基比较酮与酯羰基 的亲核加成活性：的亲核加成活性：酮酮 酯酯。3)先保护酮羰基。先保护酮羰基。CH2CHCHO无水 HCl+ 2CH3CH2OHCHCHOC2H5OC2H5CH2CHCHOC2H5OC2H5CH2OHOHH+H2OKMnO4 冷CHCHOCH2OHOH 1.2 与水的加成与水的加成(可逆反应可逆反应) P574CO + H2O COHOH( 偕二醇 ) 热力学上热力学上, 平衡一般偏向反应物平衡一般偏向反应物. 与吸电子基相连与吸电子基相连, 平衡移向生成物平衡移向生成物(水合物水合

11、物).H+H2OCH3CCH2CphphOOHCH3CCH2COOphOMgBrOC2H5CH3CCH2COOOphphMgBrCH3CCH2COOOMgBrphphCl3CCOH+ H2OCl3CCHOHOH三氯乙醛水合物(安眠药)(100%)+ H2ORCOCHORCOCHOHOH+ H2O水合茚三酮OOOOOHHOO 2. 与含硫亲核试剂的加成与含硫亲核试剂的加成 2.1 与硫醇的加成与硫醇的加成 P579 缩硫醛缩硫醛(酮酮) 2.2 与亚硫酸氢钠的加成与亚硫酸氢钠的加成 P579 试剂亲核中心是硫原子。试剂亲核中心是硫原子。CO + 2CH3CH2SHR(R)HH+CR(R)HSCH

12、2CH3SCH2CH3CRSSRaney NiH2CH2 RRRRaney NiH2CH3CH2CCH2CH3 2CH3CH2SHO+H+CH3(CH2)3CH3 (羟基磺酸钠羟基磺酸钠)COR(CH3)H+SOHOONaCR(CH3)HONaSO3HCR(CH3)HOHSO3NaCH3CCH2CH2O+ KHSO3CH2CH2CSO3KCH3OH13.2.2 与含氮亲核试剂的加成与含氮亲核试剂的加成 P580 2.1 与与伯胺、仲胺的加成伯胺、仲胺的加成 1) 与伯胺加成与伯胺加成-脱水反应脱水反应 产物产物: 亚胺亚胺 (西佛碱西佛碱 Schiff base) CHOH+H2N N +(止

13、咳酮止咳酮)N-乙基丁亚胺乙基丁亚胺(亚胺)羟胺CO + H2NRCO-NHRH+COHNRH-H2OCNR机制机制 2) 与与氨衍生物氨衍生物(H2N-Y)的加成的加成-脱水反应脱水反应CONCYCO + H2NYCOHNHY-H2OCNY-H2ONNHNO2O2N环环己己酮酮- -2 2, ,4 4- -二二硝硝基基苯苯腙腙O + H2NNH NO2O2NCH3CH3CO +NH2H+CH3CH3CN+ H2O分离提纯醛酮分离提纯醛酮CHONH2OHCNHHOCNHOHHClC6H6 , hv( (Z Z) )- -苯苯甲甲醛醛肟肟( (E E) )- -苯苯甲甲醛醛肟肟C=N-Y + H

14、2OR (R)H H+C=O + H2N-Y R (R)H H2NNHH2NNHO2NNO2(苯肼) 2,4-二硝基苯肼H2NNH2(肼) H2NOH(羟胺)H2NNHCONH2(氨基尿)常用的氨衍生物常用的氨衍生物 (H2N-Y): P581CH=NOMON=CHOHOHOCH2OHOH,OHH,OHOHOHCH2OHM:ZnNiFe Co . 研究药物研究药物-DNA作用作用 N-萘酚醛萘酚醛-D-氨基葡萄糖氨基葡萄糖 Schiff碱及其金属配合物。碱及其金属配合物。 CuO2NOCHNRClOHCRN具抗肿瘤活性具抗肿瘤活性NNHCCH3O具杀菌活性NH2R+NNHCCH3NR 3) 与

15、仲胺加成与仲胺加成-脱水反应脱水反应 P582 含含H的羰基化合物的羰基化合物与与2o胺反应胺反应, 生成生成烯胺烯胺而不是亚胺。而不是亚胺。 羟胺CHCO+ NR2HCHCOHNR2-H2OCCNR2烯胺+CH3CH2CCH2CH3ONH-H2OCH3CHCCH2CH3N(90%)N COHCH2CH3CH3CH2+H2O 烯胺是很有用的烷基化与酰基化底物烯胺是很有用的烷基化与酰基化底物. . (见见14章章)13.2.3 与含碳亲核试剂的加成与含碳亲核试剂的加成 P5831. 与氰基负离子与氰基负离子(-CN)的加成的加成 产物：产物： -羟基腈羟基腈, 其水解得其水解得 -羟基酸、还原得

16、羟基酸、还原得 -氨基醇氨基醇.H2OH+orOH-COHCOOHCO + HCNH2PtCOHCNCOHCH2NH2+ NaCNH2SO410o20oCCH3CCNOHCH3CH3CCH3OH+H2OCH3CCOOHOHCH3NaCNCH2CHOCH2CHCNOHH2PtCH2CHCH2NH2OHH2SO4羰基化合物与氯化铵、氰化钠反应生成羰基化合物与氯化铵、氰化钠反应生成 - -氨基腈氨基腈, ,水解水解 得得 - -氨基酸氨基酸。P585 -StreckerP585 -Strecker( -氨基酸氨基酸) CO + NH4Cl + NaCNC NH2 CNH+or OH-H2OC NH2

17、 COOHCH2CHCOOHNH2CH3 CH2CHO CH2CHCNNH2CH2CH2OHLiAlH4PCCCH2Cl2KCNNH4ClCH2COOHCH2BrCH2CNCH3NBSHCNKCNH+H2OH+H2OCH2CHCOOHNH2 2. 与炔基负离子的加成与炔基负离子的加成 P585H2OCO + HCCRKOHCOHCCR炔醇炔醇CC羰基碳原子上引入 , 生成炔醇 COCH3+ CH3CCNaLindlar cat.H2Al2O3-H2OCCH3CCCH3OHCCHCH3HCHOCH3CCHCH3HCH2CH2OHOCCHO+ HCCNa 3. 与有机金属试剂的加成与有机金属试剂的

18、加成 P586 格氏试剂与甲醛加成格氏试剂与甲醛加成- -水解水解, ,制备试剂烃基上多一个碳的一级醇。制备试剂烃基上多一个碳的一级醇。 由格氏试剂制备各类醇由格氏试剂制备各类醇2醇醇1醇醇无水乙醚亲核加成RMgX + C ORCOMgXH+H2ORCOH + MgOH X MgCl + HCHO无水乙醚H2OH+CH2OH无水乙醚RMgX + RCOHRCHOMgXRH+H2ORCHOHRH+H2O无水乙醚RMgX + HCHORCOMgXHHRCH2OH3醇醇对称对称2醇醇CH2MgCl + CH3CHO无水乙醚H2OH+ CH2CHOHCH3 CH3CHMgBrCH3+ 无水乙醚CH3C

19、HCHO CH3HCOC2H5OOMgBrCH3CHCH CH3OC2H5甲酸酯CH3CHCHO CH3(CH3)2CHMgBrCH3CHCHCHCH3 CH3OMgBrCH3H+H2OCH3CHCHCHCH3 CH3CH3OHC-CH3O+ CH3CH2MgBr1) Et2O2) H3O+C-CH2CH3OHCH3 H3CMgBr + COOC2H5H3CCOMgBrphOC2H5Et2OH+H2ORMgX + ORCH2CH2OMgXRCH2CH2OH 1o醇Et2OH+H2OMgBrOCH3H+CH2CHCH3OH2o醇COORMgBr +EtOHRCOMgBrOH3O+RCOOH 格氏

20、试剂与格氏试剂与CO2反应反应(制备羧酸制备羧酸) P587 格氏试剂与环氧化合物反应格氏试剂与环氧化合物反应(制备醇制备醇) P587H3CCOH3CMgBr1)2) H3O+H3CCOHCH3 4. 与磷与磷Ylide试剂的反应试剂的反应Wittig反应反应 P589 C=O双键转化为双键转化为C=C双键双键CO(C6H5)3PCRRCCRR(C6H5)3PCRR-+( Wittig试剂 )XCOOH？1) -CN 2) H3O+1) Mg 2) CO2 3) H3O+路线一:路线二:Ph3PCH2Ph3PCH2+ -(邻位两性离子邻位两性离子) 磷磷Ylides试剂的制备试剂的制备: (

21、 (可由三苯基膦与卤代烷制备可由三苯基膦与卤代烷制备) ) Wittig反应机制反应机制 (烷基三苯基鏻盐)CO(C6H5)3PCHR-+(C6H5)3PCHRC-O+(C6H5)3PCHROC(C6H5)3PO + RCHC(三苯基氧膦)(磷内盐)(氧磷杂环丁烷)(C6H5)3P+ RCH2XSN2(C6H5)3P+CHRHX-n-C4H9Li(C6H5)3PCHR + LiX + C4H10( 磷Ylide 叶立德 )-HX(C6H5)3PCHR-+Wittig反应生成的碳碳双键位置确定反应生成的碳碳双键位置确定CH3CH2CCH2CH2CH3 + CH2OP(C6H5)3CH3CH2CC

22、H2CH2CH3CH2消除反应中：消除反应中：CH3CH2CCH2CH2CH3CH3BrB-CH3CHCCH2CH2CH3 + CH3CH2CCH3CHCH2CH3CH3+ CH3CH2CCH2CH2CH3CH2 (烯产物单一烯产物单一)C6H5CH=P(C6H5)3 + OC6H5CHC6H5CHCHCH3C6H5CHPPh3 + OCHCH3C6H5CHO + Ph3PCHCH3( (多个异构体多个异构体) )OOHHPh3PCH2H2COHH13.2.4 , -不饱和醛酮的亲核加成不饱和醛酮的亲核加成 P593COCC4 3 2 1CCOC+ -CCOC+ - C-2(羰基碳羰基碳)、C

23、-4( -C)是是亲核亲核试剂进攻的位点。试剂进攻的位点。 1,2-加成加成: Nu 进攻进攻C-2 ；1,4-加成加成(共轭加成共轭加成): Nu 进攻进攻C-4。CCCO4 3 2 1+ Nu-1,2-1,4-(共轭加成)CCCO-NuH+CCCOHNuCCCO-NuH+CCCOHNuCCCOHNu互变异构CCCOHNu 与有机锂加成与有机锂加成, 产物以产物以1,2-加成为主加成为主 (试剂碱性强且位阻试剂碱性强且位阻 较小较小) P595CH3CH=CH-C-CH3OCH3LiH2OCH3CH=CH-C-CH3OHCH31,2-加成 与与烃基铜锂加成烃基铜锂加成, 产物以产物以1,4-

24、为主为主 (试剂位阻较大试剂位阻较大)(CH3)2C=CHCCH3O 1) (CH2=CH)2CuLi 2) H2OCH2=CH-C-CH2-C-CH3CH3CH3O 与格氏试剂加成与格氏试剂加成,产物产物: 1,2-加成或加成或1,4-加成加成 (空间位阻空间位阻)1,2-加成C6H5MgBrH3O+CHCHCOHCHCHCOHHC6H51) C6H5MgBr2) H3O+CHCHCOCH(CH3)2CHCH2COCH(CH3)2C6H51,4-加成产物加成产物CHCHCOKCNCH3COOHCHCH2COCNOHCH3SHOHCH3SO+OHOOCH2CHCOCH3NH(CH3)2CH2C

25、H2COCH3(CH3)2N1,4-加成加成 与氢氰酸、胺、与氢氰酸、胺、醇、硫醇醇、硫醇加成加成, ,产物以产物以1,4-1,4-加成为主加成为主. P594 . P594 13.3 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 P598P59813.3.1 羧酸的亲核取代反应羧酸的亲核取代反应 p- 共轭共轭, 羧酸羰基发生亲核加成活性降低羧酸羰基发生亲核加成活性降低.CROL + Nu-RCO-NuLRCONu + L-L: OH X OCOR OR NHR. 亲核加成亲核加成- -消除，总结果：消除，总结果：亲核取代亲核取代。 1. 酯化反应酯化反应(酯的形成酯的形成) 酰

26、氧键断裂酰氧键断裂, ,羧羟基被羧羟基被RO-取代取代酸或碱催化酸或碱催化RCOOH + HORH+RCOOR + H2O*亲核加成亲核加成 消去消去 反应机制：反应机制：（羧酸与一级、二级醇的酯化反应）（羧酸与一级、二级醇的酯化反应） 反应物反应物 mol: 1 : 8 RCOOHH+RCOHOH+ROH*RCOHOHHOR+*RCOHOH2OR+*-H2ORCOHOR*+-H+RCOOR*+ CH3CH2OHH2SO4回流+ H2OCH2CH2COOHCH2CH2COOCH2CH3 2. 酰卤和酸酐的形成酰卤和酸酐的形成 酰卤的形成酰卤的形成 (羧羟基被羧羟基被X-取代取代) P604 亚

27、硫酰氯亚硫酰氯(二氯亚砜二氯亚砜) SOCl2，PCl3、PCl5 酸酐的形成酸酐的形成 (羧羟基被酰氧基取代羧羟基被酰氧基取代) p605 1) 羧酸盐与酰氯反应羧酸盐与酰氯反应+ SOCl2+ SO2 + HClCOOHCOCl3 CH3CH2CH2COH + PCl3O3 CH3CH2CH2CCl + H3PO3OCH3(CH2)6CClO+ POCl3 + HClCH3(CH2)6COHO + PCl5CH3COONa + CH3CH2CClOCH3COCCH2CH3O O+ NaCl 2) 羧酸失水羧酸失水 3. 酰胺的形成酰胺的形成 (羧羟基被氨羧羟基被氨/胺基取代胺基取代) P6

28、02 P602+ RNH2COOHRRCO-NH2ROH+RCO-NHROH2+RCNHRO+ H2ORCOOHRCOOHP2O5RCORCOO + H2OCH2COOHCOOH CH3COCCH3O OOOO13.3.2 羧酸衍生物的亲核取代反应羧酸衍生物的亲核取代反应 1. 水解水解 (形成羧酸形成羧酸)CH3COOH + (CH3)2NHDCC/THF0oCCH3CON(CH3)2PhCOOH + PhNH2-H2O180190oCPhCONHPh (84%)CH3CClO+ H2O-20oC1min.CH3COOH(CH3CO)2O + H2OCH3COOHCH3COOC2H5 + H

29、2OOH-CH3COOH + C2H5OHCH2CONH235% HCl回流CH2COOH + NH4Cl 酯水解反应酯水解反应, 键的断裂发生在酰氧键还是烷氧键？键的断裂发生在酰氧键还是烷氧键？ 大多数一级和二级醇的羧酸酯水解发生大多数一级和二级醇的羧酸酯水解发生酰氧键酰氧键断裂；断裂； 三级醇的羧酸酯水解发生三级醇的羧酸酯水解发生烷氧键烷氧键断裂。断裂。 酸催化：酸催化：RCORORCORORCOROH+RCOR+OHH2ORCOROH+OH2RCOROHOH+H-ROHRCOH+OH-H+RCOOH 碱催化：碱催化： 三级醇的羧酸酯水解：三级醇的羧酸酯水解：SN1机制机制 试试写出化合物

30、写出化合物(A)和和(B) 在酸催化下用在酸催化下用H2O18水解的产物水解的产物, 并预测产物有否光学活性。并预测产物有否光学活性。RCORO+ OH-RCORO-OHRCOHO+ -ORRCOO- + ROHCOOCHCH2CH3CH3COOCCH2CH2CH3CH2CH3CH3(A) (B)(S)(R)RCOC(CH3)3OH+RCO + C(CH3)OH+C(CH3)3+ H2OH2OC(CH3)3+-H+(CH3)3COHRCOC(CH3)3OH 2. 醇解醇解 (形成羧酸酯形成羧酸酯)(CH3)3CCOHOSOCl2(CH3)3CCClOC2H5OH吡啶(CH3)3CCOC2H5O+ NHClOOO+ 2 CH3OCH2CH2OHH2SO4COOCH2CH2OCH3COOCH2CH2OCH3COOCH3 + CH2OHCH2OCOCH3OH (大量 )CH3ONa (少量)CH3COOCOCH3OHOCOCH3O酯酯交交换换反反应应COOHCOOHCOOC4H9-nCOOC2H5COO