【最新】第五章 羰基的亲核加成及相关反应[1].doc
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第五章 羰基的亲核加成及相关反应羰基化合物包括醛、酮、羧酸及衍生物和 CO25.1 羰基的结构 C O 亲电中心羰基碳的活性较大，易被亲核试剂进攻而发生亲核加成反应和亲核取代反应5.2 亲核加成反应的历程及影响因素5.2.1 HCN 的加成反应为碱催化 ]CN[OkvOH- +HCN CN- + H2O低CN- + CO 低 CO-CNH2O低 COHCN+OH-反应的平衡位置受电子效应和空间效应的影响化合物 K 原因CH3CHO >104PhCHO 2102 位阻增大，+C 效应p-NO2C6H4CHO 1.4103 （-I, -C）p-CH3C6H4CHO 32 （+I，+C, +C’）酮正向反应的趋势较小（空阻大） 二、亲核加成反应的一般特点1．反应可以被酸或碱催化酸催化可提高羰基的亲电活性CO+H+ COH C+ OH碱催化提高亲核试剂的亲核性 NuH+OH- Nu-+H2O活性： NuHNu->2．多数醛酮的亲核加成为可逆反应，用于分离与提纯5.2.2 影响羰基亲核加成反应活性的因素一、羰基化合物的结构1．电子效应羰基碳的正电性越大，亲核加成速度越大，反应活性越大。
羰基碳所连的吸电基（-I，-C）使其亲核加成反应的活性增加，而供电基（+I，+C）则使其活性降低活泼顺序：ClCHO > HCHO > RCHO > CH3COR > RCOOR' > RCONR'2 > RCOO--I > +C (+C) (+C,低低) ( +C > -I) (+C)CORR' 低低低低（1）- 共轭效应（增加其稳定性） ；（2）+C 效应（降低羰基碳的正电性） ；（3）加成产物失去共轭能，反应活化能高；（4）产物的张力大幅增加2．立体效应CO O-sp2 sp3低低低低活性： OCH H OCCH3 H OCCH3 CH3 O OCCH3CH2 CH2CH3 OCPh Ph> > >> >二、试剂的亲核性对同一羰基化合物，试剂的亲核性越大，平衡常数越大，亲核加成越容易1．带负电荷的亲核试剂比起共轭酸（中性分子）的亲核性强OH ->H2O, RO->ROH2．极性大的分子比极性小的分子亲核性强HCN>H 2O(极性与电负性) 3．同周期元素的负离子的亲核性与碱性大小一致；R3C->R2N->RO->F-4．同一主族元素的负离子的亲核性与可极化度大小一致I->Br->Cl->F-5.2.3 亲核加成反应的立体化学一、非手性的羰基化合物的加成 CR'O+Nu-¢Ù¢Ú¢Ù¢ÚCR'NuO-H+CR'NuOH50%CR'O-NuH+CR'Nu50%dl前（潜）手性分子 结果得外消旋化产物二、手性羰基化合物的亲核加成方向遵守 Cram 规则，得立体选择性的非对称异构体产物。
CSLMRO+'ZCSLMR'OZCSLM'ROZ非 对 映 异 构 体还原含- 手性碳的醛酮时，手性碳上两个体积较小的基团（S 与 M）分处于羰基两侧，体积最大的基团 L 则与羰基呈反位交叉构象，还原剂从体积的较小 S 与 M 之间进攻羰基占优势，这就是Cram 规则´Î)R'Z¢Ù¢Ú SMLZOR'RSMORL SMLR'RZO¢Ú¢ÙSMLOZRR' SMLOZRR'重 叠 式 ½»²æÊ(Ö÷Òª²úÎï)HBrCC3PhONaBH4 OHBrPhCH3+OHHBrPhC3(2R) (1S,2R) (1R,2)苏 式 主赤 式 次MeHOPhBr优 MeHBrOHPh MeBrHPhO+(ÓÅ)B4- 1R,2(1S,2R)(2R)OHHO+OÕÁÄÔ（ 刚 性 桥 环 不 能 翻 转 ） 外 型 冰 法 内 型 冰 法[H]转位阻大 98.6% 0.4% 86 14NaBH4Li(C2C3)H3（位阻增大）5.3 醛酮的亲核加成5.3.1 醛酮的简单加成一、与 NaHSO3 的加成 CO+NaHSO3 COHS3Na(白 色 晶 体 ）亲核中心为硫原子HSO3-体积大，空间效应明显，只有醛、脂肪族甲基酮和碳原子少于 8 的环酮才能反应。
COHS3-+CN- COHN+SO32-好的离去基，避免用 HCN二、与水加成 CO+H2OCOH水的亲核性较小，反应后空阻增大，故不利于水化若带吸电基时，有利于水化反应三、与醇的加成 CO+ROH-»òOH-COHR半缩醛（酮）不稳定-H+CORCOHR+COH2RCORHCOR只被酸催化 缩醛酮醛与一元醇易形成缩醛，而酮则不易，常用-二醇形成环状缩酮 R2C=O+HC2H2OCOR+H2O缩醛（酮）对碱、氧化剂、还原剂、碱金属等稳定，可用来保护醛基和酮基四、与金属有机化合物的反应1、与炔钠加成RCHNaRCNa¢ÙÚR'C'OH3+OTHFCOHR''CR炔 丙 式 醇2.与 Grignard 试剂 CORH(')+R'MgX¢Ù¢Ú¸ÉÃÑH3+OCROH(')'O+R'MgXR'CH22OH¢ÙÚ¸ÉÃÑH3+ORCO'+R'MgXRC'¢ÙR'MgXCR'R'ÚH3+O反应可能停留到酮阶段 (C2H5O)2C=+3C2H5MgBrH3O+(C2H5)3O 82-%(25)2CH3H3+OCCH374HC(O2H5)3+ClCH3原甲酸酯副反应：（1）还原反应，格利亚试剂作为还原剂，经过环状过渡态影响（当二试剂的空阻都很大时）COCHMgX MgXCOHCOHMgXH3+OCOH+C转移－H（2）烯醇化，不存在-H，且位阻大时。
RMgX+COHCOMgX+RH烷基锂活性高，高位阻的酮仍然发生加成反应 tBuCBuOt+tBuLi¢ÙÚTHF3O+(tBu)3COH81%而格氏试剂却不能反应3．Reformatsky 反应 +RCHO2EtXZnXZnCHO2EtRR'C'OH3+OCHO2EtR'' ¡÷-H2OC'R' O2EtR用此反应来合成-羟基酸酯和 ,-不饱和酸酯，同时可使醛酮的碳键增加PhCHO+RCHOEtBrZnPhH,Et2OPhCHO2EtR-H2O¡÷PhCH=O2EtRH2/NiPhC2C2HRCr2O3 吡 啶 PhCH2COR5.3.2 醛酮与含氮亲核试剂的加成—消除反应一、与胺衍生物的反应CO+NH2ZCROHNZ-2O加 成 消 除 C=NZ存 在 p-π 共 轭 而 稳 定Z=R, Ar, OH, PhNH, NH2CONH仲胺与醛酮加成后不能形成亚胺，如果－碳上有氢则可脱水得烯胺 R'2NH+RCH2OR'TiCl4 CR'N'2RH¦Ä-¦++H2O烯胺的碳原子具有较强的亲核性能与卤代烃,卤代酮，卤代酸酯等作用，在烯胺碳上引入烃基或与酰卤作用在碳上引入酰基，产物经水解及到相应的醛酮。
O+NH¢ÙÚCH2=CH2Br2OOCH2=CH2增加醛酮－碳活性二、Mannich 反应具有 α－H 的醛酮或其他含活泼氢的化合物与甲醛及胺或氨作用，生成胺甲基化产物的反应称胺甲基化反应或 Mannich 反应HCO+NH3+C3ORH+»òO-H2NC2H2COR含活泼氢的化合物有；RCH 2COR,RCH2COOR,RCH2COOH,RCH2CN 和 RCH2NO2 等氨和 1º 胺可进一步发生 Mannich 反应CH3OC3+HCO+CH3N2H+C3H2C2NHC3OHO, 33CH32CH2N2CH23O3区域选择性 OCH3CO, Me2NH2.¡÷ CH32NMe2O+OCH2NMe2CH370%30%氨甲基化产物对热不稳定，易分解为 α,β－不饱和羰基化合物PhCH3O+CHO+Me2NH+PhCOH2C2NMe2¡÷PhCOH=C2Me2CH2CO+HCO+Me2NH¢ÙÚH+¡÷C2=CHO£¨3)2OCH2O+HCO+PhNH2¢ÙÚCF3OH¡÷托品酮的合成，1963 年从环庚酮出发经十几步来合成HOO+2NCH3+OCHCH ONCH3活泼氢 托品酮（一步合成）3—氧代－1，4－戊二醇5.4.3 Wittig 反应 CR34O+Ph3=CR21 CR34R2R1+Ph3O二烃代亚甲基三苯基膦Wittig 试剂1. Wittig 试剂 Ph3+CH2XR12 Ph3CHR1R2X-Ç¿¼îLiBu-n»òPhiµÈPh3CR12¿Õ3d¹ìµÀ2pµç×Ó¶ÔPh3C1R2内鎓盐（主要贡献） d－p 共轭ylide（盐，磷叶立德） ylene（烯，叶立因）(1) 活泼的 wittig 试剂，此时 R1,R2=H 或烷基。
与 O2,H2O,HX 或醇均能反应2) 不活泼的 Wittig 试剂当 等吸电子与带负电荷的 α 碳相连时，因-I,-C 负电荷分CROCNCORCHO散，Wittig 试剂比较稳定 Ph3CHROÈç Ph3CHCN与醛反应活性低，与酮作用慢或不反应3）稳定的 Wittig 试剂位连有苯基或乙烯基时，Wittig 试剂不与醛酮反应如: Ph3 Ph32.Wittig 反应历程 Ph3CR12+CR'2OCR12 R34Ph3O-CR12 R3R4Ph3OCR12R3R4+Ph3OÑõÁ×»·¶¡Íé Ìð²Ë¼î（非常稳定）3. 立体化学活泼 Wittig 试剂的反应产物以顺式烯为主Ph3CH3+PhCHOCH3PhH+C3HPh87%13%中间体以反应动力学有利的赤式为主CPh3O-HMePhHPh3CH3+OPh3CHMePhO-ËÕʽ£¨´Î© ³àʽ£¨Ö÷©CPhHHMe CMeHPhH共轭稳定的 wittig 试剂反应产物以反式烯烃为主Ph3CHPh+ CPhHPhH25%+CPhPh75%PhCHO中间体以热力学稳定的苏式为主 Ph3CPhHPhO-ËÕʽ£¨Ö÷© ³àʽ£¨´Î©CPhHHPh CPhHPhHPh3CHPh+OPh3CPhHO-另外醛酮的结构和溶剂的极性将影响其立体选择性。
4. Wittig 试剂的应用(1)合成醛（2） （2）烯O+Ph3CHO3 H+ CHOCHO3烃（环内烯 5－16 元环，环外烯） CHPh3h3£«CHOOHC9H1£«Ph3CHCH2 HC9H1天然有机物（如维生素 A） »¹Ô-CHO£« CO2RPh3 DMF CO2RCH2O维生素 A5.3.4 羟醛缩合及类似反应1．羟醛缩合在催化剂作用下，含有 α－H 的的醛或酮相互作用，生成 β－羟基醛（酮）或 α,β－不饱和醛酮的反应叫羟醛缩合（aldol condensation） 1)反应可被酸或碱作催化 OH-£«CHOCO£«H2OÇ׺ËÊÔ¼ÁCO£«COCO-COCO-COCOHCH2O--碱先夺取 α－H，产生碳负离子，酸催化提高羰基碳的正电性 CH33OCH33OCH3CH3O+亲电性提高CH33OCH3CH3OCH32C(H3)2O+ -+(2)反应为可逆反应，醛倾向于正向，而酮则逆向倾向大，这时可用索氏提高正向进行2．交叉羟醛缩合无－H 的醛酮，自身不能发生羟醛缩合，但可以与另一分子含－H 的醛酮发生交叉羟醛缩合 CH3O£«HCO(HOC2)3CHOCHO(CH2O)4HCOKO- KO+α－H 组分 羰基组分 交叉岐化PhCHO£«3CHOPhCH=CHO50¡æH-2Ph£«3C3-Ph==PhO两种酮的交叉缩合，至少有一种为甲基酮或环酮，位阻小的甲基酮或环酮在反应中作羰基组分。
PhCOH3£«PhCH2OPhPhCH3CPhOCH3ONa羰基组分 亲核活性大 分子内的羟醛缩合产物为五元或六元 。
