高等有机10-羰基的加成反应

为什么？ 为什么？
因为给电子基团有助于 OR-负离子离去
羧酸苯酯比烷基酯的水解快得多 为什么？ 为什么？
因为给电子基团有助于 OR-负离子离去
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、 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， 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： 唑把羧酸苯酯在水溶液中水解：
OH R C OH O
R' H
R C O O H + R 'O H + H
RO - 比ROH 不易离去
当R’为： 为 碱催化： 碱催化： O
*C
R1 R3 R2
时，由于发生酰氧键断裂， 由于发生酰氧键断裂， 所以，得到构型保留产物。 所以，得到构型保留产物。
O 慢 R C OR' OH RC OR' OH 羧酸根离子的生成，使碱催化下 羧酸根离子的生成， 的酯水解反应不可逆 不可逆； 的酯水解反应不可逆；但酸催化 的酯水解反应可逆 可逆。 的酯水解反应可逆。
NO2
， 二 O2N （2，4-二硝基苯肼）
O2N （2，4-二硝基苯腙） ， 二
H2N-NH-C-NH2（氨基脲） O
>C=N-NH-C-NH2（缩氨脲） O
C O + H H2N-Y + H
+
+
C OH （活化羰基）
+
+
H3N-Y （丧 失亲核性）
H+
R C=N-Y + H2O (R')H
R C=O + H2N-Y (R')H
O
酸催化： 酸催化：
A C B O
A C B + H Nu OH
H A
-A
A C OH
B
A C OH
Nu
A
B
Nu H A C B OH
A C B + HA OH
羰基质子化，可以提高羰基的反应活性， 羰基质子化，可以提高羰基的反应活性， 质子化 羰基质子化后， 电荷，很不稳定， 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。 电子发生转移， 电子发生转移 使碳原子带有正电荷。 决定反应速率的一步， 决定反应速率的一步，是Nu -进攻中心碳原子的 一步。 一步。
发生在烷氧基的氧原子上， 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 杂化，给电子的能力强， 子是 杂化
O R C CH2CH2OR' H
+
O R C CH2CH2OR' H
+
sp3 R O R
碱 性 较 强
sp2 R R C O
碱 性 较 弱
七、亲核的含氧和含氮基团——酰基化反应 亲核的含氧和含氮基团 酰基化反应
酰胺的水解
酸性溶液中： 酸性溶液中：
O R C N(CH3)2
+
H+Biblioteka OH C N(CH 3 )2
R
电荷转移使羰基氧具有一定的碱性, 易接受质子。 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。 在羰基氧上。 基与烷氧基不发生 共轭， 不发生p-π 羰基与烷氧基不发生 π共轭， 质子化发生在哪个原子上？
酸除了活化羰基外，还能与羰基形成氢键： 酸除了活化羰基外，还能与羰基形成氢键：
δ
C O H Cl
质子性溶剂也起到同样作用： 质子性溶剂也起到同样作用：
δ δ
δ
都使羰基活化。 都使羰基活化。
C O H Sol
二. 羰基的活性
1. 底物
HCOH > RCHO > RCOCH3 > RCOR > C6H5COR
pH:4-8
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。 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。 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， 发生水解，醇多时发生酯化，质量作用定律起着 支配的作用： 支配的作用：
RCOOH R'O
RCOO + R'OH
Aac1历程(酸性环境下的单分子过程)
中的C原子是三级碳原子时 在酸催化时， 原子是三级碳原子时， 若R’O －中的 原子是三级碳原子时，在酸催化时， 发生烷氧键断裂： 发生烷氧键断裂： OH OH RCOOCR3 H R C O CR3 R C O + CR3
角张力缓解： 角张力缓解：
O
HCN
OH CN
K=10000
sp2杂化，键角应为 杂化，键角应为120°, 实际为 °, 角张力较大； ° 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 反应中，键角由 °转化为 ° 到缓解。 到缓解。
O + HCN
OH CN
K=1000
H2 O
HO CR3
-H
H2O CR3
由于含有三级碳原子基团的空间效应， 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。 分子难于进攻羰基，同时也不利于质子转移。
Aac2历程
Bac2历程
取代基的效应影响的地方有如下几个 方面： 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。 烷基上都加速水解。
醇的酰基化常用吡啶作溶剂 醇的酰基化常用吡啶作溶剂 吡啶
为什么？ 为什么？
[A] / [B] =K,
[A’] /[B’] =ka/kb
甲基环戊酮在非质子性溶剂， 甲基环戊酮在非质子性溶剂，如1，2—二 非质子性溶剂 ， 二 三苯甲基锂进行烯醇化。 甲氧基乙烷中用 三苯甲基锂进行烯醇化。
如果上述体系是在碱的水溶液中烯醇化， 如果上述体系是在碱的水溶液中烯醇化， 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， 然后进行酰基化反应得到的乙酰基化产物， 互变的平衡状态， 反映出 [A]和[B]互变的平衡状态，它们中 和 互变的平衡状态 稳定性大者应占较大的比例 应占较大的比例， 热力学因 稳定性大者应占较大的比例，受热力学因 素控制： 素控制：
三. 反应实例
1. 酯的水解 烷氧基的 断裂 无论是酸催化还是 碱催化， 碱催化，一般发生酰氧 键断裂。 键断裂。 反应机理： 反应机理：
O R C O R'
酰氧键 的断裂
酸催化： 酸催化：
OH RCOOR' H
快 H2O (慢 ) 慢
R C OR'
OH R C OR' OH 2
OH R C OR' O H H
在碱性介质中不对称酮的不受 位阻的“ 位阻的“α—C—H离解最快 离解最快
羰基的亲核加成反应机理： 羰基的亲核加成反应机理：
O 慢 碱催化： 碱催化： A C B A C B Nu Nu OH O H A C B 或E+ A C B Nu Nu
试剂进攻羰基上C原子 原子， ① 试剂进攻羰基上 原子，生成氧负离子的一步 是决定反应速率的一步。 是决定反应速率的一步。 为使亲核试剂的负电荷裸露出来，增加亲核性， 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： 常需碱催化： HNu + B Nu + HB
羧酸负离子也能作为亲核催比剂，在此情况， 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： 酸酐是一中间体：
酯与氨或胺的置换反应生成酰胺，机理与水解是一样的： 酯与氨或胺的置换反应生成酰胺，机理与水解是一样的：
酯的氨解是碱催化的、碱有助于减退质子， 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 电荷促进了
2. 烷基化反应一个 烷基化反应一个SN2反应： 反应： 反应
碳的电负性小于氧，也就是碳的可极化度 碳的电负性小于氧，也就是碳的可极化度 大于氧， 大于氧，所以说碳是一个比氧更好的亲核 试剂。 试剂。
3.成键键能： 成键键能： 成键键能
i)中有 中有2(C—O)键，键能 79千卡＝158千卡， 千卡＝ 千卡， 中有 键 键能2x 千卡 千卡 1个C＝C键，145千卡 千卡. 个 ＝ 键 千卡 ii)中有 中有2(C—C)键，2x 80＝160千卡，1个C＝0键， 千卡， 个 ＝ 键 中有 键 ＝ 千卡 173千卡。 千卡。 千卡 成键放出能量总和: 千卡／ 成键放出能量总和 (i) 158十145＝303千卡／摩尔 十 ＝ 千卡 (ii) 160十173＝333千卡／康尔 千卡／ 十 ＝ 千卡
烷基化和O-烷基化 三、C-烷基化和 烷基化 烷基化和
H C C
O + B
HB +
C
-
C
O
C
C
OH
+ BO
HB
+
O
C
C
O-
O
CH3ONa CH3OH
n-C4H9
H C4H9 (C一烷基化) O OC4H9
O On-C4H9
O O
(O一烷基化) O
有利于C烷基化的因素有三个，它们是互相联系的。 有利于 烷基化的因素有三个，它们是互相联系的。 烷基化的因素有三个 1.溶剂化的作用：质子性溶剂和烯醇形成氢键，并与锂 溶剂化的作用： 和烯醇形成氢键， 溶剂化的作用 质子性溶剂和烯醇形成氢键 离子络合，降低了氧原子的亲核性；非质子极性溶剂如 ， 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 二乙氧基乙烷， 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， 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。 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， 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， 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， 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。 氧上的一个原因。
羰基的加成反应
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， 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， 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， 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， 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， 键上， 碳的氢活化， 影响到附近的 键上 而使质子发生移变。 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， 碳负离子的一般活性 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， 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。 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。 碳负离子常以烯醇定名。这是羰基的互变异构形 在碱性条件下， 式，在碱性条件下， 这一互变异构可以迅速达到 平衡： 平衡：
烯醇互变的测定方法 1 氢-氘交换 氘交换
2 测量羰基化合物的卤代反应速度。 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。 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： 间接地测量互变的速度 度等于间接地测量互变的速度：
这里，角张力缓解程度不大。 这里，角张力缓解程度不大。
• 醛酮与氨衍生物反应： 醛酮与氨衍生物反应：
C O
C N
OC O + H2N Y
-H2O
OH H
+
[ Y
C NH2 Y ]
C N Y
C
N
H2N-OH （羟胺） H2N-NH2 （肼） C O + H2N-NH
NO2
>C=N-OH （肟） >C=N-NH2 （腙） >C=N-NH
O -烷基化试剂：硫酸二甲酯、重氮甲烷，乙酰乙酸乙酯 烷基化试剂： 烷基化试剂 硫酸二甲酯、重氮甲烷，
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 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 如丙酮 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。 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。
Cl3C—CHO > Cl2CHCHO > ClCH2CHO > CH3CHO
反应活性取决于羰基的中心碳原子带有 电荷的多少。 正电荷的多少。
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 环酮羰基的碳向外突出，使位阻变小， 环酮羰基的碳向外突出 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 环戊酮变成醇以后，除了角张力以外，还有很大的扭张力， 环戊酮变成醇以后 速度不快