12清华大学有机化学李艳梅老师课件chapter-12-1-Nucleophilic-addition.ppt

1、Chapter 12,Aldehyde & Ketone 第十二章 醛和酮,Organic Chemistry A (1) By Prof. Li Yan-Mei Tsinghua University,Content,12.1 Introduction 12.2 Spectrum Data & Physical Properties 12.3 Nucleophilic Addition 12.4 Reactions at the -Carbon of Aldehyde & Ketone 12.5 Other Chemical Reactions 12.6 Preparation,12.1.1

2、 Molecular structure 12.1.2 Classification 12.1.3 Nomenclature (Learn on your own) 12.1.4 Isomerization (Learn on your own),12.1 Introduction,12.1.1 Molecular structure 分子结构,Aldehyde,Ketone,Planar molecule,12.1.2 Classification 分类,按烃基类型：脂肪族、芳香族 按羰基数目：一元、二元、三元 按烃基饱和程度：饱和、不饱和 其它：单酮/混酮，环（内）酮,R=R 单酮 RR

3、混酮,环（内）酮,12.1.3 Nomenclature (Learn on your own) 12.1.4 Isomerization (Learn on your own),12.2.1 IR spectrum 12.2.2 NMR spectrum 12.2.3 Physical properties 12.2.4 Isomerization (Learn on your own),12.2 Spectrum Data & Physical Properties,C=O RCHO 1720-1740 cm-1 ArCHO 1695-1715 cm-1 RCOR 1700-1725 cm

4、-1 ArCOR 1680-1700 cm-1 ArCOAr 1660-1670 cm-1 共轭后降低约 30 cm-1 COH 2665-2880 cm-1,12.2.1 IR spectrum,1HNMR: CHO 9-10 ppm -CO-CH2- 2.0-2.5 ppm -CO-CH3 2.0-2.5 ppm 13CNMR: -CHO 175-205 ppm R-CO-R 200-220 ppm,12.2.2 NMR spectrum,分子极性大，与水可形成氢键。 香型： 低级醛：强烈的刺激味 中级醛：果香味,玫瑰香,香油香味主要成分,樟脑香味,麝香香味,12.2.3 Physical

5、 properties,带部分正电 被亲核试剂进攻 加成,既可被氧化，也可被还原,一定的酸性,12.3.1 General reaction, Reactivity and Stereochemistry 12.3.2 Reaction with oxygen nucleophiles 12.3.3 Reaction with Sulfur nucleophiles 12.3.4 Reaction with Carbon nucleophiles 12.3.5 Reaction with nitrogen nucleophiles,12.3 Nucleophilic Addition,Gene

6、ral Reaction:,(A). Reaction,12.3.1 General reaction, Reactivity and Stereochemistry,碱性条件：,酸性条件：,1、电子效应：超共轭效应，羰基化合物的稳定性,2、空间效应：,(B). Reactivity,1200,109.50,(C) Stereochemistry,羰基平面两侧等价,Cram rule,羰基平面两侧不等价,主要产物,12.3.2 Reaction with oxygen nucleophiles 与含氧亲核试剂的加成,(A) Hydration,偕二醇,(B) Addition of alcoh

7、ols,半缩醛,缩醛,半缩酮,缩酮,注： 1、为醚类化合物 2、简单的醛与过量的醇：反应容易 简单的酮与过量的醇：反应不容易 3、缩醛（酮）碱性条件下稳定，在酸性水溶液中水解：,用途：保护羰基 保护羟基,10.3.3 Reaction with Sulfur Nucleophiles 与含硫亲核试剂的加成,(A) 加NaHSO3,条件： 1、醛、脂肪族甲基酮及C8以下环酮 2、“过量”、“饱和”的NaHSO3,应用： 1、鉴别：产物为白色沉淀 2、分离、纯化：,(B) Addition of RSH,缩硫酮,缩硫酮,特点： 1、直接生成缩硫醛（酮） 2、缩硫醛（酮）很难分解为原酮（醛）：无法用

8、于保护羰基,应用：还原羰基,(C) 与Schiff试剂的反应,品红 SO2(g) 品红醛试剂（Schiff试剂）,酮 甲 醛 Schiff试剂 紫红 不褪色 其它醛 紫红 褪色, H2SO4,用途：鉴别,10.3.4 Reaction with Carbon Nucleophiles 与含碳亲核试剂的加成,(A) 与HCN,条件：醛、脂肪族甲基酮及C8以下环酮 酸碱性的影响（略偏碱）,(B) 与炔化物反应,(C) 与金属有机化合物反应,(D) 与磷ylide的反应Wittig反应,制备：,带有相邻“”“”电荷的分子（内鎓盐）,10.3.5 Reaction with Nitrogen nucl

9、eophiles 与含氮亲核试剂的加成,(A) 与胺反应：10胺,亚胺,注意： 1、亚胺不稳定，尤其是脂肪族亚胺；芳胺相对较稳定，可分离出。 2、书写法：脱水 3、用途：,亚胺,用于保护羰基,与胺反应：20胺,与胺反应：30胺,不反应,烯胺,可水解,当该羰基化合物含有-H时,(B) 与氨及其衍生物反应：,1、与氨的反应,脂肪族亚胺 不稳定,2、与氨的衍生物的反应,可稳定存在,反应特点： 1、产物多为白色固体： 用于鉴别醛酮 2、产物一般有固定的结晶形状及熔点： 可通过测熔点来推测未知的醛酮 3、产物在稀酸作用下水解为原反应物： 可用于分离、提纯,反应类型总结： 1、简单加成：Nu-中带负电荷的

10、部分加在羰基碳原子上，另一部分加在氧原子上。 2、先加成后取代酸催化下 如：与ROH，RSH 3、先加成后消去酸或碱催化 如：胺、氨及氨的衍生物,注意： 以上反应除与有机金属化合物的反应之外， 均为平衡过程 讨论参数：平衡常数,12.4.1 Acidity of the -hydrogens 12.4.2 Keto-Enol Tautomerization 12.4.3 Application,12.4 Reactions at the -Carbon of Aldehyde & Ketone,Nucleophilic Addition to the Carbonyl Group,Oxygen

11、 Nucleophiles Sulfur Nucleophiles Carbon Nucleophiles Nitrogen Nucleophiles,Reactions at the -Carbon of Carbonyl Compounds,Acidity of the -hydrogens Keto-Enol tautomerization Applications,12.4.1 Acidity of the -hydrogens -H的酸性,Keto,Enol,12.4.2 Keto-Enol Tautomerization 醛（酮）烯醇式互变异构,A. Interconversion

12、 转化过程,B. Keto-enol tautomers in equilibrium 平衡,Monocarbonyl compounds 单羰基化合物,以醛（酮）式为主,-dicarbonyl compounds -二羰基化合物,24%,76%,烯醇式含量增大,Phenol 酚,K 1014,烯醇式含量几乎为100,C. Detection 检测,Purple or blue,D. Formation of enolate 烯醇盐的形成,Which “Base”? 用什么碱来形成烯醇盐？,enolate,E. Regioselective Formation of Enolate Anion

13、s 形成烯醇盐的区域选择性,?,?,Kinetic enolate,Thermodynamic enolate,Generally: 1. Low temperature gives the kinetic enolate. 2. High temperature, relatively weak base in a protic solvent gives the thermodynamic enolate.,LDA,Two special examples: 两个特殊情况 1. The kinetically favored enolate can be formed cleanly th

14、rough the use of diisopropylamide (LDA). 采用LDA作为碱时易生成动力学控制的烯醇盐 2. In acid condition, the thermodynamic enol is formed predominantly. 酸性条件下易生成热力学控制的烯醇,thermodynamic enol,kinetically favored enolate,F. Racemization 异构化,Nucleophilic center C-亲核中心（试剂）,Nucleophilic center O-亲核中心（试剂）,Ambident nucleophile

15、“两可亲核试剂” “两可离子”,Carbanion 碳负离子,alkoxide anions 烷氧基负离子,12.4.3 Application 应用,Keto,Enol,Which makes a greater contribution to the hybrid?,两个极限式，哪个贡献大？,A. React as an alkoxide anions 作为烷氧基负离子,trapped,烯醇式含量很高的结构易发生O-烷基化反应，如：酚,或采用氯硅烷来捕获,React as a carbanion 1: Halogenation 作为碳负离子之一：卤代反应,B. React as a car

16、banion 作为碳负离子,iodoform reaction 碘仿反应,鉴 别 ！,React as a carbanion 2: Alkylation 作为碳负离子之二：烷基化反应,side reaction 可能的副反应：,solution 解决办法： 利用烯胺：,烯 胺,React as a carbanion 3: Aldol Reaction 作为碳负离子之三：羟醛缩合反应,Reversible,醛的羟醛缩合反应,酮的羟醛缩合反应,可继续脱水,easy,difficult,Soxhlet Extractor,catalyst,acetone,How does it work? 如何

17、实现酮的羟醛缩合反应,哪一个-碳参与反应？,Crossed Aldol Reaction 交叉的羟醛缩合反应,产物复杂，无实用价值,Practical Crossed Aldol Reaction 具有实用价值的羟醛缩合反应,策略一：其中一个醛无 -H,策略二：利用酮不易发生羟醛缩合反应的性质,React as a carbanion 4: 作为碳负离子之四：Macheal加成反应,Similar Reaction: Perkin Condensation 类似的反应：Perkin缩合反应,Reactants: Aromatic aldehyde & anhydride 芳醛与酸酐 Condi

18、tions: sodium or potassium carboxylate 与酸酐对应的羧酸钠盐或钾盐,Cinnamic acid 肉桂酸,glycolysis,生化反应中的烯醇结构,12.5.1 Oxidation 12.5.2 Reduction 12.5.3 Cannizaro reaction 12.5.4 Benzoin condensation 12.5.5 Polymerization,12.5 Other Chemical Reactions,氧化,还原,歧化,12.5.1 Oxidation 氧化,A. General Reactions 常规方法,O: H2CrO4, K

19、MnO4, RCOOOH, Ag2O, H2O2,Baeyer-Villiger Reaction,Mechanism：Baeyer-Villiger反应机理,烷基迁移,The ability of migration: 基团的迁移能力,The migrating group keeps its configuration 如迁移基团为手性碳时，则手性构型保持不变,B. Self oxidation 自氧化,Aldehyde 在空气中可被氧化,Ketone ,Free radical Chain reaction,C. Fehling reagent & Tollens reagent,Feh

20、ling reagent:,CuSO4 + 酒石酸钾钠 OH -,深蓝色络离子溶液,RCHO + Cu2+ + NaOH + H2O RCOONa + H2O + Cu2O,红色沉淀,Tollens reagent:,Ag(NH3)2+,硝酸银的氨水溶液，银氨络离子，无色,RCHO + 2Ag(NH3)2OH RCOONH4 + NH3 + H2O + Ag,黑色沉淀 “银镜反应”,Application: 应用,Identification 鉴别 Weak oxidant 弱的氧化剂 只氧化醛羰基，而不氧化双键 Usage in clinical 检测糖尿病病人尿液中葡萄糖的含量,12.5.2 Reduction,1、 催化加氢 H2 / Cat Cat: