有机化学课件 第十三章.ppt

第十三章第十三章羰基化合物的亲核加成和亲核取代反应羰基化合物的亲核加成和亲核取代反应本章主要内容本章主要内容一、一、羰基的结构及反应特性羰基的结构及反应特性二、羰基的亲核加成二、羰基的亲核加成 1. 概述概述 2. 含含O, S亲核试剂亲核试剂 3. 含含N亲核试剂亲核试剂 4. 含含C亲核试剂亲核试剂 5. , b b不饱和羰基的亲核加成不饱和羰基的亲核加成三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应一、羰基的结构及反应特性一、羰基的结构及反应特性1、 羰基的结构特点羰基的结构特点 亲核试剂对缺电子羰基碳的亲核进攻！亲核试剂对缺电子羰基碳的亲核进攻！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各种含羰基的化合物(1) Class I 醛和酮醛和酮(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主要发生亲核取代反应应一、羰基的结构及反应特性一、羰基的结构及反应特性3、发生在羰基上的亲核反应类型、发生在羰基上的亲核反应类型1) 亲核加成亲核加成2) 羰基羰基氧氧被被N取代取代3) 羰基羰基氧氧被被C取代取代4) 亲核取代反应亲核取代反应一、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、亲核反应活性烷基给电子作用和体积位阻效应烷基给电子作用和体积位阻效应一、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取决于与羰基相连的基团的电子效应电子效应二、羰基的亲核加成二、羰基的亲核加成(1)亲核试剂亲核试剂负离子亲核试剂（碱性条件）负离子亲核试剂（碱性条件）： OH、 OR、 SR、 H、 CN、 CCR、 CR3、（、（MR，有机金属试剂），有机金属试剂）中性分子亲核试剂（中性或酸性条件）中性分子亲核试剂（中性或酸性条件）： HOH、HOR、HSR、NH3、H2NR、HNR2二、羰基的亲核加成二、羰基的亲核加成1、Summary(2) Mechanismn碱性条件下碱性条件下n 酸性条件下酸性条件下二、羰基的亲核加成二、羰基的亲核加成1、Summary(3) 立体化学立体化学 （简单了解简单了解）非手性条件下，得外消旋体非手性条件下，得外消旋体Re 面面Si 面面潜手性面潜手性面二、羰基的亲核加成二、羰基的亲核加成1、Summary(3)立体化学（立体化学（手性诱导手性诱导-简单了解简单了解）手性条件下，有立体选择性，手性条件下，有立体选择性，Cram法则：法则： 羰基上的羰基上的R基团与大的基团基团与大的基团 (L) 呈重叠式构象，羰呈重叠式构象，羰基氧则处于中等基团基氧则处于中等基团 (M) 与较小基团与较小基团 (S) 中间，亲中间，亲核试剂从小的基团这一方进攻为主要进攻方向。

核试剂从小的基团这一方进攻为主要进攻方向二、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酸或碱催化，加快平衡的达到，但不影响平衡移动酸或碱催化，加快平衡的达到，但不影响平衡移动水合物水合物Keq210-31.42.3103IR中无中无C=O吸收峰吸收峰二、羰基的亲核加成二、羰基的亲核加成(1) H2O 羰基连有羰基连有吸电子基团吸电子基团的容易形成水合物的容易形成水合物二、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(2) ROH只有酸催化：固体酸，如只有酸催化：固体酸，如TsOH 无水酸无水酸，如干燥，如干燥HCl气体气体(2) ROH例例1l 可逆反应，通过可逆反应，通过油水分离器油水分离器不断除去反应过程中不断除去反应过程中形成的水，使反应完全形成的水，使反应完全l 缩醛和缩酮在碱性条件下稳定，缩醛和缩酮在碱性条件下稳定，酸性水溶液中酸性水溶液中加热又回复到醛、酮加热又回复到醛、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二、羰基的亲核加成二、羰基的亲核加成(2) ROH羰基的保护，例羰基的保护，例1(2) ROH保护一个更活泼的羰基，例保护一个更活泼的羰基，例2二、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(3) RSH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(4) NaHSO3 位阻影响活性位阻影响活性产物为盐，溶于水产物为盐，溶于水用于将醛酮与不溶于水的有机物分开用于将醛酮与不溶于水的有机物分开醛、脂肪族甲基酮和八个碳以下的环酮醛、脂肪族甲基酮和八个碳以下的环酮二、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 （机理自学机理自学） 经历亲核经历亲核加成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)可逆反应，经可逆反应，经酸酸水解可重新分解为醛酮水解可重新分解为醛酮1) RNH2 and YNH2氨基衍生物与醛酮加成反应氨基衍生物与醛酮加成反应反应物反应物YNH2生成物生成物基团基团Y名称名称结构式结构式名称名称R1胺胺席夫碱（席夫碱（shiff base）OH羟胺羟胺肟（肟（oxime）NH2肼肼腙（腙（hydrazone）NHC6H5苯肼苯肼苯腙苯腙（phenylhydrazone）NHCONH2氨基脲氨基脲缩氨脲缩氨脲（semicarbazone）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 （仲胺）（仲胺）（了解机理了解机理） 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脱水发生在羰基的脱水发生在羰基的 a C原子原子上而非上而非N原子上，原子上，形成烯胺形成烯胺(enamine)叔胺呢？叔胺呢？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（氰基负离子试剂、炔基负离子、有机金属试剂、（氰基负离子试剂、炔基负离子、有机金属试剂、ylide试剂）试剂）(1) CN（弱碱条件）（弱碱条件）二、羰基的亲核加成二、羰基的亲核加成(2) CCRStrecker合成合成 -氨基腈氨基腈 -氨基酸氨基酸炔醇炔醇二、羰基的亲核加成二、羰基的亲核加成( (3) ) 有机金属试剂有机金属试剂格氏试剂、有机锂格氏试剂、有机锂试剂等试剂等广泛用于合成各级醇，也可用于合成醛酮。

广泛用于合成各级醇，也可用于合成醛酮格氏试剂的应用格氏试剂的应用低温和空间位阻作用低温和空间位阻作用使用不活泼的金属试剂使用不活泼的金属试剂可能将反应控制在酮的阶段可能将反应控制在酮的阶段增长一个碳的羧酸增长一个碳的羧酸二、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) 磷磷Ylide试剂试剂具有稳定的碳负离子具有稳定的碳负离子二、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Ylide试剂的形成试剂的形成Wittig reaction 与醛、酮反应生成烯烃与醛、酮反应生成烯烃Wittig reaction -具有绝对的区域选择性具有绝对的区域选择性顺反烯烃的比例受顺反烯烃的比例受反应条件反应条件和和Ylide试剂的结构、活性试剂的结构、活性等影响很大等影响很大产物一般以产物一般以反式烯烃反式烯烃为主！为主！Wittig-Horner reaction （自学）（自学）用亚磷酸酯代替三苯基膦制备磷叶立德用亚磷酸酯代替三苯基膦制备磷叶立德如：如：硫硫Ylide试剂及其反应试剂及其反应 （自学）（自学）硫硫Ylide试剂的形成试剂的形成硫硫Ylide试剂与非共轭的醛酮发生加成反应形试剂与非共轭的醛酮发生加成反应形成成1，2-环氧类化合物，与共轭醛酮的加成反应得环氧类化合物，与共轭醛酮的加成反应得到环丙烷类化合物。

到环丙烷类化合物 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(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 结构结构、机理、反应活性、立体化学、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-羟基腈羟基腈、-羟基酸羟基酸、 - -氨基醇氨基醇、 -氨基腈氨基腈、 -氨基酸氨基酸炔醇的合成炔醇的合成C=C的形成的形成各级醇的合成、醛酮的合成各级醇的合成、醛酮的合成二、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 1,2-加成加成和和1,4-加成都有可能发生，分别是：直加成都有可能发生，分别是：直接加成和共轭加成接加成和共轭加成1,2-加成，直接加成，速度快加成，直接加成，速度快1,4-加成，共轭加成，速度慢加成，共轭加成，速度慢二、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) 亲核试剂的碱性亲核试剂的碱性亲亲核核试试剂剂是是强强碱碱如如：RLi 和和 LiAlH4等等倾倾向向于于1,2-加成，直接加成。

加成，直接加成亲亲核核试试剂剂是是弱弱碱碱如如：CN, amines, thiols, and X等倾向于等倾向于1,4-加成，共轭加成加成，共轭加成二、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) 亲核试剂的碱性亲核试剂的碱性可逆可逆不可逆不可逆不可逆不可逆1,2-加成，速度加成，速度快快1,4-加成，速度加成，速度慢慢(1) 亲核试剂的碱性亲核试剂的碱性1,2-加成加成1,4-加成加成二烷基铜锂试剂二烷基铜锂试剂空间位空间位阻阻- -格氏试剂（强碱）格氏试剂（强碱）1,2-加成加成环状环状a a, , b b 不饱和酮，不饱和酮，a a, , b b 不饱和醛不饱和醛1,4-加成加成(2) 空间位空间位阻阻- -格氏试剂（强碱）格氏试剂（强碱）三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应碱性条件碱性条件酸性条件酸性条件1.亲核取代反应的机理亲核取代反应的机理三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应2. 反应活性反应活性 碱性越弱的亲核试剂，离去倾向越大，反应活性碱性越弱的亲核试剂，离去倾向越大，反应活性越高。

越高 在羧酸及其衍生物的在羧酸及其衍生物的亲核取代反应亲核取代反应中，一般只中，一般只有反应活性有反应活性高高的可以转化为反应活性的可以转化为反应活性低低的三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应碱性强弱顺序为：碱性强弱顺序为： X RCOO RO HO R2N 反应活性顺序为：反应活性顺序为：2. 反应活性反应活性三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应Acyl halide and acid anhydrides are not found in nature because of their high reactivityThe R- and H- in aldehydes and ketones are the strongest base, so they cannot take place the nucleophilic substitution reaction.2. Reaction activity三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应3. 羧。