高等有机羰基的加成反应

高等有机羰基的加成反应第1页，共51页，2022年，5月20日，21点37分，星期四一、概论羰基的性质羰基在有机物中是一种极为常见的官能团，这里主要是指醛和酮，它们的反应历程已得到广泛的研究。它们在合成上的应用也是多种多样的，它们自己的极性双键呈现很多加成活性，而且还影响到附近的α—C—H键上，使“碳的氢活化，而使质子发生移变。同时使α碳成为碳负离于。本章将讨论碳负离子的一般活性，羰基的活性，和各种条件对它们的性能的影响，为后面讨论有机合成时提供理论基础。从羰基化合物移变成的碳负离子常以烯醇定名。这是羰基的互变异构形式，在碱性条件下，这一互变异构可以迅速达到平衡：第2页，共51页，2022年，5月20日，21点37分，星期四第3页，共51页，2022年，5月20日，21点37分，星期四烯醇互变的测定方法1氢-氘交换第4页，共51页，2022年，5月20日，21点37分，星期四

2测量羰基化合物的卤代反应速度。

醛、酮以羰基结构与卤素反应是不快的，而它们的烯醇式同卤素的反应却是瞬时完成的。因而测量卤代反应速度等于间接地测量互变的速度：

第5页，共51页，2022年，5月20日，21点37分，星期四第6页，共51页，2022年，5月20日，21点37分，星期四第7页，共51页，2022年，5月20日，21点37分，星期四第8页，共51页，2022年，5月20日，21点37分，星期四在碱性介质中不对称酮的不受位阻的“α—C—H离解最快第9页，共51页，2022年，5月20日，21点37分，星期四羰基的亲核加成反应机理：碱催化：慢①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。②为使亲核试剂的负电荷裸露出来，增加亲核性，常需碱催化：第10页，共51页，2022年，5月20日，21点37分，星期四酸催化：羰基质子化，可以提高羰基的反应活性，羰基质子化后，氧上带有正电荷，很不稳定，π电子发生转移，使碳原子带有正电荷。决定反应速率的一步，是Nu-进攻中心碳原子的一步。第11页，共51页，2022年，5月20日，21点37分，星期四酸除了活化羰基外，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。二.羰基的活性1.底物反应活性取决于羰基的中心碳原子带有正电荷的多少。Cl3C—CHO>Cl2CHCHO>ClCH2CHO>CH3CHO第12页，共51页，2022年，5月20日，21点37分，星期四与硼氢化钠的反应速度1.环酮羰基的碳向外突出，使位阻变小，故速度快2.环戊酮变成醇以后，除了角张力以外，还有很大的扭张力，故速度不快第13页，共51页，2022年，5月20日，21点37分，星期四角张力缓解：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109°28′,角张力得到缓解。这里，角张力缓解程度不大。第14页，共51页，2022年，5月20日，21点37分，星期四第15页，共51页，2022年，5月20日，21点37分，星期四醛酮与氨衍生物反应：第16页，共51页，2022年，5月20日，21点37分，星期四pH:4-8第17页，共51页，2022年，5月20日，21点37分，星期四五、酯的水解和有关反应。酯在酸性或碱性水溶液中都能发生水解反应。在酸性介质中反应是可逆的，平衡点取决于水和醇的相对浓度。水多时发生水解，醇多时发生酯化，质量作用定律起着支配的作用：第18页，共51页，2022年，5月20日，21点37分，星期四三.反应实例1.酯的水解酰氧键的断裂烷氧基的断裂无论是酸催化还是碱催化，一般发生酰氧键断裂。反应机理：酸催化：第19页，共51页，2022年，5月20日，21点37分，星期四当R’为：时，由于发生酰氧键断裂，所以，得到构型保留产物。RO-比ROH不易离去碱催化：羧酸根离子的生成，使碱催化下的酯水解反应不可逆；但酸催化的酯水解反应可逆。第20页，共51页，2022年，5月20日，21点37分，星期四若R’O－中的C原子是三级碳原子时，在酸催化时，发生烷氧键断裂：由于含有三级碳原子基团的空间效应，使得水分子难于进攻羰基，同时也不利于质子转移。Aac1历程(酸性环境下的单分子过程)第21页，共51页，2022年，5月20日，21点37分，星期四Aac2历程第22页，共51页，2022年，5月20日，21点37分，星期四Bac2历程第23页，共51页，2022年，5月20日，21点37分，星期四取代基的效应影响的地方有如下几个方面：例如电负性基团不论在羰基上还是在烷基上都加速水解。为什么？因为给电子基团有助于OR-负离子离去第24页，共51页，2022年，5月20日，21点37分，星期四羧酸苯酯比烷基酯的水解快得多为什么？因为给电子基团有助于OR-负离子离去第25页，共51页，2022年，5月20日，21点37分，星期四酯在一些亲核性强的试剂作用下也能发生置换反应，这些试剂包括氨、羧酸基、烷氧基等，催化剂量的水溶液，碱性咪唑把羧酸苯酯在水溶液中水解：第26页，共51页，2022年，5月20日，21点37分，星期四羧酸负离子也能作为亲核催比剂，在此情况，酸酐是一中间体：第27页，共51页，2022年，5月20日，21点37分，星期四第28页，共51页，2022年，5月20日，21点37分，星期四第29页，共51页，2022年，5月20日，21点37分，星期四酯与氨或胺的置换反应生成酰胺，机理与水解是一样的：第30页，共51页，2022年，5月20日，21点37分，星期四酯的氨解是碱催化的、碱有助于减退质子，而中间体上的负电荷促进了R“O—的离去第31页，共51页，2022年，5月20日，21点37分，星期四酰胺的水解第32页，共51页，2022年，5月20日，21点37分，星期四酸性溶液中：第33页，共51页，2022年，5月20日，21点37分，星期四电荷转移使羰基氧具有一定的碱性,易接受质子。质子化发生在羰基氧上。

羰基与烷氧基不发生p-共轭，质子化发生在哪个原子上？答：发生在烷氧基的氧原子上，因为烷氧基的氧原子是sp3杂化，给电子的能力强，得到质子的能力强第34页，共51页，2022年，5月20日，21点37分，星期四七、亲核的含氧和含氮基团——酰基化反应第35页，共51页，2022年，5月20日，21点37分，星期四醇的酰基化常用吡啶作溶剂为什么？第36页，共51页，2022年，5月20日，21点37分，星期四第37页，共51页，2022年，5月20日，21点37分，星期四[A]/[B]=K,[A’]/[B’]=ka/kb第38页，共51页，2022年，5月20日，21点37分，星期四甲基环戊酮在非质子性溶剂，如1，2—二甲氧基乙烷中用三苯甲基锂进行烯醇化。第39页，共51页，2022年，5月20日，21点37分，星期四如果上述体系是在碱的水溶液中烯醇化，然后进行酰基化反应得到的乙酰基化产物，反映出[A]和[B]互变的平衡状态，它们中稳定性大者应占较大的比例，受热力学因素控制：第40页，共51页，2022年，5月20日，21点37分，星期四三、C-烷基化和O-烷基化

第41页，共51页，2022年，5月20日，21点37分，星期四有利于C烷基化的因素有三个，它们是互相联系的。1.溶剂化的作用：质子性溶剂和烯醇形成氢键，并与锂离子络合，降低了氧原子的亲核性；非质子极性溶剂如1，2—二乙氧基乙烷，醇氧不能与溶剂形成氢键但金属离子仍可和溶剂的分子络合，加强了烯醇的亲核能力，使烯醇的烷基化速度提高。说明溶剂化对烯醇的影响以不同溶剂而有不同的效果，对烯醇分子中带负电荷两个亲核中心，一般氧原子周围的溶剂化多于碳原子，可以预期，碳的活性大于氧，这是烷基化在碳上发生的机会多于在氧上的一个原因。第42页，共51页，2022年，5月20日，21点37分，星期四2.烷基化反应一个SN2反应：碳的电负性小于氧，也就是碳的可极化度大于氧，所以说碳是一个比氧更好的亲核试剂。第43页，共51页，2022年，5月20日，21点37分，星期四3.成键键能：i)中有2(C—O)键，键能2x79千卡＝158千卡，1个C＝C键，145千卡.ii)中有2(C—C)键，2x80＝160千卡，1个C＝0键，173千卡。成键放出能量总和:(i)158十145＝303千卡／摩尔(ii)160十173＝333千卡／康尔第44页，共51页，2022年，5月20日，21点37分，星期四O-烷基化试剂：硫酸二甲酯、重氮甲烷，乙酰乙酸乙酯非质子极性溶剂如丙酮，醇氧不能与溶剂形成氢键但金属离子仍可和溶剂的分子络合，加强了烯醇的亲核能力，使烯醇的烷基化速度提高。第45页，共51页，2022年，5月20日，21点37分，星期四Wittig反应Wittig试剂：膦的内盐膦的叶立德(ylid)Wittig试剂与羰基发生亲核加成反应，生成烯烃：第46页，共51页，2022年，5月20日，21点37分，星期四1)反应机理甜菜碱氧膦环丁烷中间体三苯基氧膦是非常稳定的。反应向右进行。第47页，共51页，2022年，5月20日，21点37分，星期四Wittig试