高等有機羰基的加成反應(yīng)

高等有機羰基的加成反應(yīng)第1頁，共51頁，2022年，5月20日，21點37分，星期四一、概論羰基的性質(zhì)羰基在有機物中是一種極為常見的官能團，這里主要是指醛和酮，它們的反應(yīng)歷程已得到廣泛的研究。它們在合成上的應(yīng)用也是多種多樣的，它們自己的極性雙鍵呈現(xiàn)很多加成活性，而且還影響到附近的α—C—H鍵上，使“碳的氫活化，而使質(zhì)子發(fā)生移變。同時使α碳成為碳負離于。本章將討論碳負離子的一般活性，羰基的活性，和各種條件對它們的性能的影響，為后面討論有機合成時提供理論基礎(chǔ)。從羰基化合物移變成的碳負離子常以烯醇定名。這是羰基的互變異構(gòu)形式，在堿性條件下，這一互變異構(gòu)可以迅速達到平衡：第2頁，共51頁，2022年，5月20日，21點37分，星期四第3頁，共51頁，2022年，5月20日，21點37分，星期四烯醇互變的測定方法1氫-氘交換第4頁，共51頁，2022年，5月20日，21點37分，星期四

2測量羰基化合物的鹵代反應(yīng)速度。

醛、酮以羰基結(jié)構(gòu)與鹵素反應(yīng)是不快的，而它們的烯醇式同鹵素的反應(yīng)卻是瞬時完成的。因而測量鹵代反應(yīng)速度等于間接地測量互變的速度：

第5頁，共51頁，2022年，5月20日，21點37分，星期四第6頁，共51頁，2022年，5月20日，21點37分，星期四第7頁，共51頁，2022年，5月20日，21點37分，星期四第8頁，共51頁，2022年，5月20日，21點37分，星期四在堿性介質(zhì)中不對稱酮的不受位阻的“α—C—H離解最快第9頁，共51頁，2022年，5月20日，21點37分，星期四羰基的親核加成反應(yīng)機理：堿催化：慢①試劑進攻羰基上C原子，生成氧負離子的一步是決定反應(yīng)速率的一步。②為使親核試劑的負電荷裸露出來，增加親核性，常需堿催化：第10頁，共51頁，2022年，5月20日，21點37分，星期四酸催化：羰基質(zhì)子化，可以提高羰基的反應(yīng)活性，羰基質(zhì)子化后，氧上帶有正電荷，很不穩(wěn)定，π電子發(fā)生轉(zhuǎn)移，使碳原子帶有正電荷。決定反應(yīng)速率的一步，是Nu-進攻中心碳原子的一步。第11頁，共51頁，2022年，5月20日，21點37分，星期四酸除了活化羰基外，還能與羰基形成氫鍵：質(zhì)子性溶劑也起到同樣作用：都使羰基活化。二.羰基的活性1.底物反應(yīng)活性取決于羰基的中心碳原子帶有正電荷的多少。Cl3C—CHO>Cl2CHCHO>ClCH2CHO>CH3CHO第12頁，共51頁，2022年，5月20日，21點37分，星期四與硼氫化鈉的反應(yīng)速度1.環(huán)酮羰基的碳向外突出，使位阻變小，故速度快2.環(huán)戊酮變成醇以后，除了角張力以外，還有很大的扭張力，故速度不快第13頁，共51頁，2022年，5月20日，21點37分，星期四角張力緩解：sp2雜化，鍵角應(yīng)為120°,實際為60°,角張力較大；反應(yīng)中，鍵角由60°轉(zhuǎn)化為109°28′,角張力得到緩解。這里，角張力緩解程度不大。第14頁，共51頁，2022年，5月20日，21點37分，星期四第15頁，共51頁，2022年，5月20日，21點37分，星期四醛酮與氨衍生物反應(yīng)：第16頁，共51頁，2022年，5月20日，21點37分，星期四pH:4-8第17頁，共51頁，2022年，5月20日，21點37分，星期四五、酯的水解和有關(guān)反應(yīng)。酯在酸性或堿性水溶液中都能發(fā)生水解反應(yīng)。在酸性介質(zhì)中反應(yīng)是可逆的，平衡點取決于水和醇的相對濃度。水多時發(fā)生水解，醇多時發(fā)生酯化，質(zhì)量作用定律起著支配的作用：第18頁，共51頁，2022年，5月20日，21點37分，星期四三.反應(yīng)實例1.酯的水解酰氧鍵的斷裂烷氧基的斷裂無論是酸催化還是堿催化，一般發(fā)生酰氧鍵斷裂。反應(yīng)機理：酸催化：第19頁，共51頁，2022年，5月20日，21點37分，星期四當R’為：時，由于發(fā)生酰氧鍵斷裂，所以，得到構(gòu)型保留產(chǎn)物。RO-比ROH不易離去堿催化：羧酸根離子的生成，使堿催化下的酯水解反應(yīng)不可逆；但酸催化的酯水解反應(yīng)可逆。第20頁，共51頁，2022年，5月20日，21點37分，星期四若R’O－中的C原子是三級碳原子時，在酸催化時，發(fā)生烷氧鍵斷裂：由于含有三級碳原子基團的空間效應(yīng)，使得水分子難于進攻羰基，同時也不利于質(zhì)子轉(zhuǎn)移。Aac1歷程(酸性環(huán)境下的單分子過程)第21頁，共51頁，2022年，5月20日，21點37分，星期四Aac2歷程第22頁，共51頁，2022年，5月20日，21點37分，星期四Bac2歷程第23頁，共51頁，2022年，5月20日，21點37分，星期四取代基的效應(yīng)影響的地方有如下幾個方面：例如電負性基團不論在羰基上還是在烷基上都加速水解。為什么？因為給電子基團有助于OR-負離子離去第24頁，共51頁，2022年，5月20日，21點37分，星期四羧酸苯酯比烷基酯的水解快得多為什么？因為給電子基團有助于OR-負離子離去第25頁，共51頁，2022年，5月20日，21點37分，星期四酯在一些親核性強的試劑作用下也能發(fā)生置換反應(yīng)，這些試劑包括氨、羧酸基、烷氧基等，催化劑量的水溶液，堿性咪唑把羧酸苯酯在水溶液中水解：第26頁，共51頁，2022年，5月20日，21點37分，星期四羧酸負離子也能作為親核催比劑，在此情況，酸酐是一中間體：第27頁，共51頁，2022年，5月20日，21點37分，星期四第28頁，共51頁，2022年，5月20日，21點37分，星期四第29頁，共51頁，2022年，5月20日，21點37分，星期四酯與氨或胺的置換反應(yīng)生成酰胺，機理與水解是一樣的：第30頁，共51頁，2022年，5月20日，21點37分，星期四酯的氨解是堿催化的、堿有助于減退質(zhì)子，而中間體上的負電荷促進了R“O—的離去第31頁，共51頁，2022年，5月20日，21點37分，星期四酰胺的水解第32頁，共51頁，2022年，5月20日，21點37分，星期四酸性溶液中：第33頁，共51頁，2022年，5月20日，21點37分，星期四電荷轉(zhuǎn)移使羰基氧具有一定的堿性,易接受質(zhì)子。質(zhì)子化發(fā)生在羰基氧上。

羰基與烷氧基不發(fā)生p-共軛，質(zhì)子化發(fā)生在哪個原子上？答：發(fā)生在烷氧基的氧原子上，因為烷氧基的氧原子是sp3雜化，給電子的能力強，得到質(zhì)子的能力強第34頁，共51頁，2022年，5月20日，21點37分，星期四七、親核的含氧和含氮基團——酰基化反應(yīng)第35頁，共51頁，2022年，5月20日，21點37分，星期四醇的酰基化常用吡啶作溶劑為什么？第36頁，共51頁，2022年，5月20日，21點37分，星期四第37頁，共51頁，2022年，5月20日，21點37分，星期四[A]/[B]=K,[A’]/[B’]=ka/kb第38頁，共51頁，2022年，5月20日，21點37分，星期四甲基環(huán)戊酮在非質(zhì)子性溶劑，如1，2—二甲氧基乙烷中用三苯甲基鋰進行烯醇化。第39頁，共51頁，2022年，5月20日，21點37分，星期四如果上述體系是在堿的水溶液中烯醇化，然后進行酰基化反應(yīng)得到的乙?；a(chǎn)物，反映出[A]和[B]互變的平衡狀態(tài)，它們中穩(wěn)定性大者應(yīng)占較大的比例，受熱力學(xué)因素控制：第40頁，共51頁，2022年，5月20日，21點37分，星期四三、C-烷基化和O-烷基化

第41頁，共51頁，2022年，5月20日，21點37分，星期四有利于C烷基化的因素有三個，它們是互相聯(lián)系的。1.溶劑化的作用：質(zhì)子性溶劑和烯醇形成氫鍵，并與鋰離子絡(luò)合，降低了氧原子的親核性；非質(zhì)子極性溶劑如1，2—二乙氧基乙烷，醇氧不能與溶劑形成氫鍵但金屬離子仍可和溶劑的分子絡(luò)合，加強了烯醇的親核能力，使烯醇的烷基化速度提高。說明溶劑化對烯醇的影響以不同溶劑而有不同的效果，對烯醇分子中帶負電荷兩個親核中心，一般氧原子周圍的溶劑化多于碳原子，可以預(yù)期，碳的活性大于氧，這是烷基化在碳上發(fā)生的機會多于在氧上的一個原因。第42頁，共51頁，2022年，5月20日，21點37分，星期四2.烷基化反應(yīng)一個SN2反應(yīng)：碳的電負性小于氧，也就是碳的可極化度大于氧，所以說碳是一個比氧更好的親核試劑。第43頁，共51頁，2022年，5月20日，21點37分，星期四3.成鍵鍵能：i)中有2(C—O)鍵，鍵能2x79千卡＝158千卡，1個C＝C鍵，145千卡.ii)中有2(C—C)鍵，2x80＝160千卡，1個C＝0鍵，173千卡。成鍵放出能量總和:(i)158十145＝303千卡／摩爾(ii)160十173＝333千卡／康爾第44頁，共51頁，2022年，5月20日，21點37分，星期四O-烷基化試劑：硫酸二甲酯、重氮甲烷，乙酰乙酸乙酯非質(zhì)子極性溶劑如丙酮，醇氧不能與溶劑形成氫鍵但金屬離子仍可和溶劑的分子絡(luò)合，加強了烯醇的親核能力，使烯醇的烷基化速度提高。第45頁，共51頁，2022年，5月20日，21點37分，星期四Wittig反應(yīng)Wittig試劑：膦的內(nèi)鹽膦的葉立德(ylid)Wittig試劑與羰基發(fā)生親核加成反應(yīng)，生成烯烴：第46頁，共51頁，2022年，5月20日，21點37分，星期四1)反應(yīng)機理甜菜堿氧膦環(huán)丁烷中間體三苯基氧膦是非常穩(wěn)定的。反應(yīng)向右進行。第47頁，共51頁，2022年，5月20日，21點37分，星期四Wittig試