6第六章羰基化合物的反应剖析
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药物合成反应-第六章-氧化反应
另外，二氧化硒毒性非常大，使用极大受限。
位 氧 化
2
选择性的氧化可将烯丙位氧化为醛、酮或醇而不破坏双键。
烯
应用特点： 二氧化硒氧化
CH CH CH2
丙 位
二氧化硒可将烯丙位氧化为醛或酮，但如果想得到醇羟基，需在醋酸溶液中以醋酸酯的形 式分离产物，再水解得羟基。
氧 化
SeO2/C2H5OH heat
高锰酸钾、四氧化鋨及碘&湿羧酸银是常用的氧化条件。反应一般经历环状过渡态。
高锰酸钾需要低浓度及碱性 pH>12低温反应，否则易进
KMnO4
OH
NaOH
OH
一步氧化。
KMnO4 H2O
CHO CHO
CH3 OsO4/Py CH3 Et2O
CH3
OH 两 个 OH在 位 阻 小 的 地 方 生 成
OH
CH3
醇 氧 化
DMSO-Ac2O，能氧化大 位阻的醇；
1
Oppenauer氧化：
三烷氧基铝（如异丙醇铝）和丙酮，氧化仲醇为酮。（伯醇不适合此氧化）
特别适合氧化烯丙位醇为α，β-不饱和酮，普通仲醇也可，但β，γ-双键常移位到α，β。
O
O
O
CH3CCH3
60%
Al(O-ipr)3
HO
HO
H3CO
CH N
N 奎宁
O
CH3
CH (OCCH3)2
CHO
CrO3 / Ac2O / H2SO4
H2SO4 H2O
(65-66%)
NO2
NO2
NO2
苄 位 氧 化
1
非选择性强氧化
使用强氧化剂KMnO4、Na2Cr2O7、Cr2O3或稀硝酸等，将苄甲基氧化为羧基。
羰基化合物的分析(新)1
乙 酰 乙 酸 乙 酯 的 红 外 光 谱 图
乙酰乙酸乙酯的红外光谱分析
乙酰乙酸乙酯具两个羰基，并且这两个羰基碳连接的基团具有不同的性质，在图中这 两 个羰基都有明显的体现，接下来就通过红外光谱图来经行分析。 首先看到1731 1746处有两个最强吸收峰，可判断为羰基的吸收峰，对于为什么两个峰具 有差别，将会通过下面的结合物质结构经行分析，在看到1650于1632处出现了酯羰基与碳碳 双键的伸缩振动吸收，同样下面将通过结合物质结构来经行仔细分析，同时在1163处有一强 吸收峰，出现了酯基的C-O伸缩振动，同时在1042处也出现了C-O-C的伸缩振动，同样为酯基 的特征峰，剩下的峰都为甲基与亚甲基的C-H键伸缩振动吸收峰。 接下里通过结合物质结构来分析具体的峰位置与原因，先看到羰基的两个吸收峰，一个在 1731，一个在1746，在看到结构中，一个羰基为酮羰基，另一个为酯羰基，酯羰基的羰基碳 与氧相连，而氧上的孤对P电子与碳氧的π键产生P-π共轭，导致酯羰基的电子增多，极性增 强，吸收频率升高，而酮羰基的羰基为正常羰基，没有明显的影响，在看到酮羰基，有共振结 构式可以知道具有酮烯互变式异构，所以在图中出现了碳碳双键的吸收峰，再看到酯基的C-O 键，同样由于共轭作用也式其电子增多，导致频率升高，再看到物质中的甲基与亚甲基，可以 看到甲基与亚甲基中的C-H键都有与碳氧的π键产生σ-π超共轭效应，同样为供电子效应，导 致了吸收峰的多重重叠。
苯甲酸的RAMAN光谱图
苯甲酸的拉曼光谱分析
拉曼是通过激光的散射方法来测定化合物的结构信息的，并且可以检测到骨架结构，首 先看到图谱，在196为COOH面内摇摆振动，618 797为苯环的C-H面外弯曲振动，并且1003 为苯环的单取代特征峰，而1400~1800内的几个峰为苯环的环呼吸特征峰，剩下的3000左右 的几个峰都为C-H的伸缩振动，由此得出此物质为单取代苯，再看到1028为C-H的面内摇摆 与CO的伸缩振动，而1291可能为CO伸缩振动+C-OH面内弯曲振动，或者C-H面内摇摆，由 于羰基在拉曼散射中的强度非常弱，通常没法观察出，在结合苯甲酸的红外光谱图一起分析， 可以得出此物质为单取代的羧酸苯，由于拉曼中与红外中没有看出甲基与亚甲基的峰，所以 可以推测此物质为苯甲酸 接下来通过物质结构来分析拉曼谱图的峰位置，化合物中的共轭与诱导效应都会影响分 子偶极距的改变，导致拉曼图谱的改变，但影响都非常小，不同于在红外光谱中非常明显的 影响，所以在激光拉曼中并没有太大的结构导致的误差，而其他的误差出现则为样品的浓度 大小影响。 最后，通过苯甲酸的红外与拉曼光谱分析可得，通过拉曼与红外相结合，可以得出物质 的准确结构信息。
羰基化合物的亲核加成反应
2）肟、苯腙、缩氨脲等，大多数是固体。可用于鉴定、鉴别。 常用的试剂：2，4-二硝基苯肼
57
3）对甲苯磺酰腙
58
4）Beckmann重排 （酮肟在酸作用下重排成酰胺）
59
5）与二级胺（仲胺）反应，可得到烯胺： 烯胺在有机合成上是重要的试剂（中间体）
60
6）、Mannich反应
61
62
8.3 ，－不饱和羰基化合物的亲核加成反应
31
2、Wittig－Horner反应
32
33
34
35
O + Ph3P=CHOCH3
金刚
利用此结构可制醛
CHOCH3 H2O H+
醚水解
CHO
Ph3P
DMSO CHCH2CH2CH2COPh
88% Ph
36
3、醇醛缩合反应
在催化剂的作用下，含有-氢原子的醛或酮相互作用， 生成羟基醛或羟基酮。 这类反应被碱或酸所催化。
3） 如果在反应中加入冠醚，用以捕获Li+, 则反应不能进 行，表明Li+的存在对反应至关重要。
69
各种还原剂对不同底物的还原能力
Hydride donors
LiAlH4
Iminium ion
amine
DIBAL -（ i-
Bu2AlH ）
NaAlH(O- --
t-Bu)3
AlH3
--
Acid halide alcohol alcohol
5、半缩醛或半缩酮的形成反应－－加成机理
C O + H+
C OH
C OH
ROH
slow
C OH HOR
C OH
H+
57
3）对甲苯磺酰腙
58
4）Beckmann重排 （酮肟在酸作用下重排成酰胺）
59
5）与二级胺（仲胺）反应，可得到烯胺： 烯胺在有机合成上是重要的试剂（中间体）
60
6）、Mannich反应
61
62
8.3 ，－不饱和羰基化合物的亲核加成反应
31
2、Wittig－Horner反应
32
33
34
35
O + Ph3P=CHOCH3
金刚
利用此结构可制醛
CHOCH3 H2O H+
醚水解
CHO
Ph3P
DMSO CHCH2CH2CH2COPh
88% Ph
36
3、醇醛缩合反应
在催化剂的作用下，含有-氢原子的醛或酮相互作用， 生成羟基醛或羟基酮。 这类反应被碱或酸所催化。
3） 如果在反应中加入冠醚，用以捕获Li+, 则反应不能进 行，表明Li+的存在对反应至关重要。
69
各种还原剂对不同底物的还原能力
Hydride donors
LiAlH4
Iminium ion
amine
DIBAL -（ i-
Bu2AlH ）
NaAlH(O- --
t-Bu)3
AlH3
--
Acid halide alcohol alcohol
5、半缩醛或半缩酮的形成反应－－加成机理
C O + H+
C OH
C OH
ROH
slow
C OH HOR
C OH
H+
吴指南《基本有机化工工艺学》课件 第六章 羰化反应.
第六章 羰化反应
第一节 概述 第二节 烯烃氢甲酰化反应 第三节 甲醇低压羰化制醋酸
第一节 概述
随着一碳化学的发展，由一氧化碳参与的反 应类型逐渐增多，现在将在过渡金属络合物（主 要是羰基络合物）催化剂的存在下，有机化合物 分子中引入羰基（>CO）的反应，都归入羰化反 应的范畴，统称为羰化反应。其中主要有两大类：
低压氢甲酰化法生产(丁)辛醇有许多优越性， 但因为铑价格昂贵，催化剂制备和回收复杂等因 素，目前正在从开发新催化剂体系和改进工艺两 个方面加以改进。
(一) 均相固相化催化剂的研究 (二) 非铑催化剂的研究
第三节 甲醇低压羰化制醋酸
一、甲醇低压羰化反应的化学 二、甲醇低压羰化制醋酸的工艺流程 三、消耗定额 四、主要优缺点
(二) 热力学分析
氢甲酰化反应，在热力学上是学上也很有利，在热力学上都比主 反应有利，要使反应向生成正构醛的方向进行， 必须使主反应在动力学上占绝对优势，关键在于 催化剂的选择要合适，而且还要控制合适的反应 条件。
(三) 催化剂
1. 羰基钴催化剂 2. 膦羰基钴催化剂 3. 膦羰基铑催化剂
二、丙烯低压氢甲酰化法合成２-乙基己 醇和丁醇
(一) 丁辛醇性质、用途及合成途径 (二) 丙烯低压氢甲酰化法合成正丁醛 (三) 正丁醛缩合制辛烯醛 (四) 辛烯醛加氢制2-乙基己醇
(一) 丁辛醇性质、用途及合成途径
以丙烯原料，用氢甲酰化法生产辛醇，主要 包括下列三个反应过程：
1. 在金属羰基络合物催化剂存在下，丙烯氢 甲酰化法合成丁醛：
1. 反应条件的选择
(1) 温度 (2) 原料的配比 (3) 总压 (4) 催化剂中铑和三苯基膦浓度 (5) 毒物的清除
羰基化合物的亲核加成和亲核取代反应
Nu E
2) 羰基氧被N取代 C O
H2NY
C OE Nu
Y CN
3) 羰基氧被C取代
CO
4) 亲核取代反应
CO Y
Ph3P CR1R2
R1 CC
R2
Nu
CO + Y
Nu
一、羰基的结构及反应特性
4、亲核反应活性 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
4、 亲核反应活性
空间位阻影响
一、羰基的结构及反应特性
MO 位阻较小
Nu
E
L
S
R
OE
M
S
+
R
Nu
L
主要产物
OE
M
S
Nu
R
L
次要产物
二、羰基的亲核加成
2. 含O, S亲核试剂
包括H2O, ROH, RSH, 和NaHSO3 (1) H2O
水合物
酸或碱催化，加快平衡的达到，但不影响平衡移动。
二、羰基的亲核加成
(1) H2O
O +
H3C CH3 99.8%
Et
CH3
1,4-加成 100%
O CH CH C
1.
MgBr
2.H3O
O CH CH2 C
1,4-加成 92%
O
1.
MgBr
CH CH C CH3
2.H3O
O CH CH2 C CH3 +
OH CH CH C H
1,4-加成 12%
1,2-加成 80%
三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应
1.亲核取代反应的机理
4、亲核反应活性
O C RX
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反应式
R H
C=O
R
+
NaHSO3
H
C
OH SO3Na
反应机理
O-Na+ SO2OH
R H
HO C=O + S O
O Na
-
+
亲核加成
R H
C
分子内的 酸碱反应 R
H
C
OH SO3Na
硫比氧有更强的亲核性
生成的加成产物在饱和的亚硫酸氢 钠溶液中不溶，析出白色结晶。
特点
只有醛、脂肪族的甲基酮、环酮能发生此反应。 乙醛（89%） 己酮（~35%）
H
CH-N
CH=N
西佛碱用酸水解可以生成原来的醛和 酮，所以可以利用此反应来保护醛基。
与氨的衍生物加成
Hydroxylamine
H2N OH
C N OH
Oxime
H2N NH2
Hydrazine
C N NH2 C O
Hydrazone
Phenylhydrazine
H2N NHPh O
Phenylhydrazone
醛的正向平衡常数大， 酮的正向平衡常数小。
五元和六元环状缩酮的产率较好。
O
+
2ROH
H+
OR OR
用二元醇与羰基反应直接生成缩醛（酮）产率较好。
CH3 CH3 HO C=O + HO H+ CH3 CH3 O O
反应机理
H
+
酸 催 化
C=O OH C OR
+ C=OH H+ C H OR C + OR
OH HOCH2CH2CHCHO
HO OH O
R H
C=O
R
+
NaHSO3
H
C
OH SO3Na
反应机理
O-Na+ SO2OH
R H
HO C=O + S O
O Na
-
+
亲核加成
R H
C
分子内的 酸碱反应 R
H
C
OH SO3Na
硫比氧有更强的亲核性
生成的加成产物在饱和的亚硫酸氢 钠溶液中不溶，析出白色结晶。
特点
只有醛、脂肪族的甲基酮、环酮能发生此反应。 乙醛（89%） 己酮（~35%）
H
CH-N
CH=N
西佛碱用酸水解可以生成原来的醛和 酮，所以可以利用此反应来保护醛基。
与氨的衍生物加成
Hydroxylamine
H2N OH
C N OH
Oxime
H2N NH2
Hydrazine
C N NH2 C O
Hydrazone
Phenylhydrazine
H2N NHPh O
Phenylhydrazone
醛的正向平衡常数大， 酮的正向平衡常数小。
五元和六元环状缩酮的产率较好。
O
+
2ROH
H+
OR OR
用二元醇与羰基反应直接生成缩醛（酮）产率较好。
CH3 CH3 HO C=O + HO H+ CH3 CH3 O O
反应机理
H
+
酸 催 化
C=O OH C OR
+ C=OH H+ C H OR C + OR
OH HOCH2CH2CHCHO
HO OH O
高等有机化学第6章羰基化合物的反应精品PPT课件
R
H
C2H 5
+
H
OH
Ph
OH
H
C2H 5
H
R
Ph
Ph
H
C 2H 5
HO
H
R
主要产物
Ph
H
C 2H 5
H
OH
R
次要产物35oC源自R主次CH3
2.5 : 1
C6H5
>4 : 1
(CH3)2CH 5 : 1
(CH3)3C
49 : 1
-70oC
R (CH3)3C CH3
主
次
499 : 1
5.6 : 1
Cram规则二：当醛或酮的α-碳原子上连有羟基或氨基 等可以和羰基氧原子形成氢键的基团时，试剂将从含氢 键环的空间阻碍较小的一边对羰基进行加成。
Cram规则一：如果醛或酮的α-碳原子上连有三个大
小不同的基团（L、M、S分别代表大、中、小三个
基团）时，其优势构象为羰基键处在两个较小基团
之间的构象，试剂优先从空间阻碍较小的一边进攻
羰基。
O
次要产物
Nu-
M
S
M O S 主要产物
LR LR
Ph
O
H
H
C 2 H 5
H
O
P hH
C 2H 5 1 RMgX 2 H2O
——羰基C=O的吸电子作用使得a-H具有明显的酸性，在碱
性条件下可以离解，生成烯醇负离子，从而成为亲核试剂， 进攻羰基碳或卤代烃，发生亲核加成反应、亲核取代反应。
O CC H
BH2
O CC
O CC
烯 醇 负 离 子
烯醇负离子由于羰基的共轭作用得以稳定
羰基化合物的α-烷基化和催化烷基化反应_图文
从一些易得的环氧基硅烷基醚开始，合成α，α—二取代α—氨基酸衍 生物：
具有张力的氨基醇衍生的酮酯或酰胺与格氏试剂反应，制备对映体 纯叔-α -羟基酸 ：
2.6 双内酰亚胺体系
甘氨酸和其它氨基酸经过二酮哌嗪，进行O—甲基化得到六元杂环产 物，水解以后以高对映体过量获得了α－甲基氨基酸。
2.7 用于羰基化合物的α-烷基化的手性辅剂一览表
图2．10所示的反应是anti －1,3—不对称诱导的一个实例。
2.3.4 降冰片体系
许多烷基化反应的例子涉及降冰片环系，在此环系中烯醇可以是环 内的或是环外的。由于是刚性的环系，无论是环内的或环外的烯醇 都显现出高度的不对称诱导(图2．11)。
2.4 配位型的环内手性传递
配位型的手性烯醇体系，金属离子在固定原有的手性和烯醇部分之 间的立体化学关系至关重要。
二取代羧酸的制备：
2.4.7 酰基磺内酰胺体系 Oppolzer发展的酰基磺内酰胺50。合成α，α-二取代羧酸衍生物：
制备对映选择性纯的氨基酸：50用N-[二（甲硫基）次甲基]甘氨酸甲 酯酰化。
磺内酰胺50是优良的手性辅剂。例，氯化亚铜(I)催化的氯化烷基镁 对α,β—二取代E—烯磺内酰胺57的1,4—加成的不对称诱导。
双环脯氨酸类似物衍生的光学活性β-氨基128，催化二乙基锌对醛的 对映选择性加成，光学产率高达100％。比(S)-脯氨酸衍生物(S)-129 效果好。
在同环桥键羟基氨基二茂铁(—)—130存在下，11种芳族和脂族醛与 Et2Zn进行烷基化反应。生成的醇具有67％一97％的e．e．值。这种 二茂铁催化剂成功地用于使芳族醛和直链或支链脂族醛的烷基化，
2.2 手性传递 手性烯醇：环内烯醇、环外烯醇和配位型环内烯醇
中药化学-6第六章--黄酮类化合物
红色（pH <7） 紫色（pH= 8.5） 蓝色（pH>8.5）
OO
++
OO
无
二氢黄酮 二氢黄酮
二氢查耳 黄烷醇类 异黄酮（无或微黄色）
二氢异黄酮
二．旋光性：
旋光性 取决于
不对称碳原子的有无
有
无
所有黄酮苷（糖） 游离黄酮 二氢黄酮 二氢黄酮醇 二氢异黄酮 黄烷醇类
O2*
O
（2-位）
O* *
OH O
TLC、PPC
5．与五氯化锑反应
五氯化锑 (SdCl5)： 查耳酮特征性显色反应 (红或紫红色沉淀) 黄酮、二氢黄酮、黄酮醇类呈橙色。
6．其他显色反应
Gibbˊs反应：酚羟基对位活泼质子的特征（蓝 或蓝绿色）
第三节 黄酮类化合物的提取、分离 一．提取方法 —— 溶剂法
溶剂法 关键 溶剂的选择 选择依据 黄酮类成分的存在状态（游离、苷）及溶解性
五．显色反应
1．还原显色反应
反应类型
鉴别特征
鉴别意义
备注
盐酸-镁粉 黄酮、二氢黄酮、 红~紫红 黄酮类特征性 假阳性
反应
黄酮醇、二氢黄酮醇 红~紫红 鉴别反应
（花色素
）
（最常用）
查耳酮、橙酮、 （-）
儿茶素类、异黄酮 （-）
四氢硼钠 还原反应
二氢黄酮、二氢黄酮醇 红~紫红 二氢黄酮类特有
其它黄酮类
23 4
HO
5'
HO
65
OH
OH
6'
glc O O
O
红花苷
二氢查耳酮（+）儿茶素
OH
HO
OH
OH
高等有机 第六章 羰基化合物的反应
子效应。 子效应。如： (3) 应用： 应用：
O 2N
CHO ＞
CHO ＞ CH3
CHO
羰基与HCN加成，不仅是增加一个碳原子的增长碳 羰基与 加成， 加成 链方法，而且其加成产物 羟基腈又是一类较为活泼的 链方法，而且其加成产物α-羟基腈又是一类较为活泼的 化合物，在有机合成上有着重要的用处。 化合物，在有机合成上有着重要的用处。如：
R (R)H C =O R + HCN (R)H C CN OH
α - 羟基腈(又称氰醇) 又
实 验 事实 ： 2 min 完成反应
一滴 OH
HCN
H
+
H
+
+ CN
3~4 h 原料的50%起反应 起
加 H+，反应 υ↓， 大量 加 H+ 则难反应 ， 12
实验事实证明：该加成反应起决定性作用的是 实验事实证明：该加成反应起决定性作用的是CN ， CN ↑，有利于反应的进行。 ，有利于反应的进行。 (1) 反应机理： 反应机理：
CH3 C CX3 OH
CH3 C O 缩合反应: 1. 自身缩合: R RCH2CH =O + H CHCH=O
dil. OH
=
CH3 C OH + CX3 O + CHX3 卤仿
OH R RCH2CH CHCH=O R
△ H2O
=
O
O
O
β -羟基醛 羟
RCH2CH =CCH =O
α,β-不饱和醛 不
① NaBH4 或 LiAlH4 ② H3O +
RCH=CH (R')H
OH C H
B. Al[OCH(CH3)2]3 / (CH3)2CHOH还原法 还 RCH=CH (R')H (3) 金属还原法:
第 六章羰基化合物的反应(共137张PPT)
与亚硫酸氢钠的加成
O CH3 + NaHSO3
O CH3 SO3Na
O
O
应用：a 鉴别化合物（2-戊酮和3-戊酮） b 分离和提纯醛、酮
分离3-戊酮和2-戊酮的混合物
=
= =
=
= =
O
C H3 C H2 C C H2 C H3
b p ：102℃
O
NaHSO3
C H3 C H2 C H2 C C H3
O 2 N
O 2 N
CO + H 2 N NHN 2O H 2 O CN NHN 2O 2,4-二硝基苯腙
O
O
CO + H 2 NNC H N 2H H 2 O
缩氨脲
CNNC H N 2H
应用：鉴别醛酮
与格氏试剂的加成
加成产物水解后生成醇，用于制备各种醇。
δ- δ+
δ+δ-
R M g X+ CO
RCO M g XH 2O
Nu
R CO
R'
sp2杂化 平面三角型
键角：120° 109°28 ′
产物中基团拥挤程度增大。
R 越大，妨碍Nu:进攻C原子。
R
O
C Nu
R'
sp3杂化 四面体
缓解角张力
OH C N
O H C NK = 1 0 0 0 0
O + H C N
C O N HK = 1 0 0 0
角张力缓解程度不大
醛、酮羰基碳原子所连的基团空间位阻或空间张力愈大， 则羰基的反应活性愈小。这一方面是由于大的位阻会阻 碍亲核试剂的进攻；另一方面醛、酮羰基碳原子为sp2杂 化，键角为1200，而加成产物原羰基碳原子变成了sp3杂化， 键角接近109028’，基团体积大，加成后必然张力增加 也大，使亲核加成难以发生。
第6章 羰基化合物的反应
6.1 羰基化合物的反应机理
醛酮的亲核加成反应
R'
R
C O ＋ A : Nu
- A+
慢
Nu R'
R
Nu O
＋A+ R' 快
C
C
R
OA
6.1 羰基化合物的反应机理
R' R C O ＋ A : Nu -A+ 慢 Nu R' R C O Nu
＋A+ R' 快
C R OA
影响亲核加成反应活性的因素 电性因素 空间因素 Nu的亲核能力
希夫碱 肟 腙 苯腙
C=N-R C=N-OH C=N-NH2
H2N-NH-CONH2
6.4 羰基化合物加成的立体选择性
Nu
a a
R1 C R2 O
b
Nub
R1 R2
* C OH
R1 R2 C* Nu
OH
1. R1=R2 无手性碳，得同一化合物 2. R1R2, 且R1, R2无手性碳，产生新手性碳，外消旋体 3. R1R2, 但R1, R2有手性碳，产生新手性碳， 立体化学复杂，Nu的进攻方向遵守“Cram 规则”
高等有机化学
第6章 羰基化合物的反应
第6章 羰基化合物的反应
6.1 羰基化合物的反应机理 6.2 羰基加成反应及产物 6.3 加成-消除反应 6.4 羰基化合物的反应活性和加成的立体选择性 6.5 碳负离子 6.6 各种重要的缩合反应 6.7 羰基与叶子立德的反应 6.8 羧酸衍生物的亲核加成 6.9 亲核性碳 6.10 特殊和普遍的酸碱催化 6.11 分子内催化作用
85 %
(CH 3)2CHCHO + CH 2(COEt) 2
6第六章羰基化合物的反应剖析
PhCHO
OH H C CN CH3
OH H C CN Ph
K>104
K=210
HCN
CCl3CHO
H2O Cl3C
H
C
OH
三氯乙醛水合物 OH （安眠药）
Cl Cl C Cl H C H O O H
① Cl3C 是强吸电子基团，使 羰基带有更多的正电荷； ② 产物中形成分子内氢键，使 产物稳定，平衡向右移动。
} [
OH
动力学产物
O C CH 2R C NhomakorabeaO CH 2
R
]
烯醇负离子 H+
碳负离子
烯醇负离子
O
热力学产物
R C CH3 + R C CH2
Br2
O R C CH2Br
烯醇负离子是一个两位负离子，氧碱性强，碳亲核性强。
• 在许多情况下是以烯醇式负离子结构形式存在。 为了满足合成的需要，常常需要形成单一部位的 烯醇盐。这就需要从形成碳负离子时的条件加以 控制：动力学控制，一般在较低温度下和体积 较大的碱时，易使碳负离子在位阻较小部位的碳 氢键处形成；热力学控制，一般在较高温度、 体积较小的碱条件下，取代基较多部位的碳氢键 易于形成碳负离子。如：
加成反应的活性与试剂亲核性强弱、羰基碳原子亲电性强弱、 羰基所连R基大小，即电子效应、立体效应等因素有关。
H C R Nu O
-
R'
Nu C O
-
O R C H(R) > Ar
O C H(R)
R
随R基的体积增大和给电子能力增加，中间体稳定性降低。
羰基化合物发生亲核加成反应的活性顺序：
HCHO > RCHO > R2CO > ArCOR > Ar2CO
OH H C CN CH3
OH H C CN Ph
K>104
K=210
HCN
CCl3CHO
H2O Cl3C
H
C
OH
三氯乙醛水合物 OH （安眠药）
Cl Cl C Cl H C H O O H
① Cl3C 是强吸电子基团，使 羰基带有更多的正电荷； ② 产物中形成分子内氢键，使 产物稳定，平衡向右移动。
} [
OH
动力学产物
O C CH 2R C NhomakorabeaO CH 2
R
]
烯醇负离子 H+
碳负离子
烯醇负离子
O
热力学产物
R C CH3 + R C CH2
Br2
O R C CH2Br
烯醇负离子是一个两位负离子，氧碱性强，碳亲核性强。
• 在许多情况下是以烯醇式负离子结构形式存在。 为了满足合成的需要，常常需要形成单一部位的 烯醇盐。这就需要从形成碳负离子时的条件加以 控制：动力学控制，一般在较低温度下和体积 较大的碱时，易使碳负离子在位阻较小部位的碳 氢键处形成；热力学控制，一般在较高温度、 体积较小的碱条件下，取代基较多部位的碳氢键 易于形成碳负离子。如：
加成反应的活性与试剂亲核性强弱、羰基碳原子亲电性强弱、 羰基所连R基大小，即电子效应、立体效应等因素有关。
H C R Nu O
-
R'
Nu C O
-
O R C H(R) > Ar
O C H(R)
R
随R基的体积增大和给电子能力增加，中间体稳定性降低。
羰基化合物发生亲核加成反应的活性顺序：
HCHO > RCHO > R2CO > ArCOR > Ar2CO
(06) 第六章 配合物的结构与性质-2
Cr(CO)6 Mn2(CO)10 Fe(CO)5 Co2(CO)8 Ni(CO)4
例 Mn2(CO)10是典型的双核羰基化合物，
•其中 Mn—Mn 直接成键。每个 Mn与5 个 CO 形成八面体 其中 直接成键。 与 个配位， 构型中的 5 个配位，第六个配位位置通过 Mn—Mn 键相互 提供一个电子， 个价电子。 提供一个电子，使每个 Mn原子周围满足 18 个价电子。 原子周围满足 •为了减少空间阻碍引起的排斥力，羰基基团互相错开。 为了减少空间阻碍引起的排斥力，羰基基团互相错开。 为了减少空间阻碍引起的排斥力
b) Pt2＋的充满电子的 d 轨道和 C2H4 的π*轨道叠加成键，由Pt2＋提供 d 电子成π配键。 * 以上成键方式的作用： 1. 防止由于形成σ配键使电荷过分集中到金属原子上； 2.促进成键作用。
过渡金属(M)和烯烃 和烯烃( 过渡金属 和烯烃
C
C
) 间形成 配键的情况 间形成σ-π配
★ 除乙烯外，其他的烯烃和炔烃也能和过渡金属形成配位化合物。
Co2(CO)8 的情况和 Mn2(CO)10相似。
CO的等电子体与过渡金属形成的配位化合物： ● CO的等电子体与过渡金属形成的配位化合物：
N2、NO+、CN－等和 CO 是等电子体，由于结构的相似性，它们也可 和过渡金属形成 配位化合物。 例如，在1965年，人们得到了第一个N2分子配位化合物[Ru(NH3)5N2]Cl3 ★ NO与过渡金属形成的配位化合物： NO比CO多一个电子，这个电子处在π* 轨道上，当NO和过渡金属配 位时，由于π* 轨道参与反馈π键的形成，所以每个NO分子有3个电子参 与成键。 当按照18电子结构规则计算时，由NO分子与CO分子可形成下列化 合物： V(CO)5NO ， Mn(CO)4NO，Mn(CO)(NO)3， Fe(CO)2(NO)2，[Fe(NO)(CO)3]－， Co(CO)3(NO)，Co(NO)3
羰基化合物的反应
(79%)
醛、酮的混合缩合（又称交叉缩合），即克莱森-施密特缩合，要得到单一的产物，
其中一个组分应无 α-H。
C6H5CHO + CH3CHO 羰基组分 α-H组分
NaOH 20oC
OH
C6H5CH CH2CHO ∆
C6H5CH=CHCHO
由于大共轭体系的形成，使乙醛的自缩合反应成为次要的
O C6H5CHO +
R1CH H
OH
C NR2 R2
-H2O
R1CH C NR2 R2
R1CH C NR2 β R2
烯胺是重要的有机合成中间体，其 β-C 有很强的亲核性，具有碳负离子的性
质。
O
+ N H
N β
RX
NX R
H3O
O R
+ N
HH
RX 可以是 α-卤代酮，α-卤代酯，卤代苄，酰氯等。
烯胺的烃基化产物水解后即脱去仲胺，恢复原来的羰基。
CN O + H2C
NH4OAc
COOH
CN
C
+ H2O
COOH
CH3NO2 NaOH
CH=CHNO2 + H2O
CHO
CH3COCH2COOEt Et3N
COCH3 CH=C
COOEt
+ H2O
CHO + CH2(COOH)2 吡啶
CH=CHCOOH + CO2 + H2O
O2N
O2N
4．柏金反应，芳香醛与酸酐在相应的羧酸盐（钾盐或钠盐）催化下缩合生成 α，
H
O H3C
H
B
(过量 )
3．克诺文诺盖尔反应，醛酮与其它含活泼氢化合物的缩合。反应历程和羟醛缩
第六章羰基化合物的反应27
31%
H
a H3C H O + b
OH H 反 3 甲基环戊醇 40% H3C OH
H H 顺 3 甲基环戊醇 60%
樟脑
CH 3 CH 3
CH3
CH3
(2)外
CH3
CH3
LiAlH4
OH +
O
H OH
(2)冰片(内型) (10%)
(1)内
空阻差别 不大时， 主要得稳 定产物。
H
(1)异冰片(外型) (90%)
6.6羰基与叶立德（ylide）的反应 1.维蒂希（Witting）反应 2. 季磷盐与维蒂希试剂 3.Wittig试剂在有机合成中应用 4.硫叶立德与羰基的反应 6.7 羧酸极其衍生物的亲核取代 1.BAc2机理 3.AAl1机理 2.AAc2机理 4.AAc1机理 6.8亲核性碳 1.烯醇负离子和硅醚 2.仲胺与醛酮缩合成烯胺 3.噁唑啉衍生物的α-碳负离子
①反应条件：稀碱， 含有α氢的醛或酮； ②产物：β-羟基醛（酮） 或αβ-不饱和醛（酮）。
醇(alcohol) 醛(aldehyde) aldol condensation 羟醛缩合、醇醛缩合
⑴反应机理：
O C + H C OH H C C O C
-H2O C C O C
O R' C CHR H B R'
O C CHR R'
O C CHR
烯醇负离子 (enolate) （较稳定的共振式）
OH R' C CHR
碳负离子
烯醇 (enol)
其它类型烯醇负离子
O R'O C CHR H B
O
O R'O C CHR
羰基化合物的亲核加成和取代反应
OH
2.H3O
酮
R
R C R'
O
低温和空间位阻作用 3°醇
R''
R CR' 使用不活泼的金属试剂
3°醇
酮 可能将反应控制在酮的阶段
二、羰基的亲核加成
4. 含C亲核试剂
(4) Ylide试剂 An ylide is a compound that has opposite charges on adjacent, covalently bonded atoms with complete octets of valence electrons, for example, a phosphonium ylide:
O CH CH C
1.
MgBr
2.H3O
O CH CH2 C
1,4-加成 92%
O
1.
MgBr
CH CH C CH3
2.H3O
O CH CH2 C CH3 +
OH CH CH C H
1,4-加成 12%
1,2-加成 80%
三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应
1. Mechanism for nucleophilic substitution
关于亲核加成的小结 1. 概述 —— 结构、机理、反应活性、立体化学 2. 含O, S亲核试剂 包括H2O, ROH, RSH, 和NaHSO3
羰基的保护 醛酮的分离纯化
3. 含N亲核试剂 (1) RNH2 and YNH2 (2) R2NH
亚胺及其衍生物的形成 烯胺的形成
4. 含C亲核试剂 —— C-C键的形成
第十三章
羰基化合物的亲核加成和取代反应
Nucleophilic Additions and Substitutions of Carbonyl Compounds
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6.1 羰基化合物的反应机理
（1）碱催化：
O 慢 A C B A C B Nu Nu OH O H A C B 或E+ A C B Nu Nu
O
① 试剂进攻羰基上C原子，生成氧负离子的一步
是决定反应速率的一步。
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： HNu + B Nu + HB
无水醚
H2O
O CCH3
制备不对称酮
6.3 加成-消除反应
C O
H2N-OH （羟胺） H2N-NH2 （肼） C O + H2N-NH
NO2
C N
>C=N-OH （肟） >C=N-NH2 （腙） >C=N-NH
NO2
O2N （2，4-二硝基苯肼）
O2N （2，4-二硝基苯腙）
H2N-NH-C-NH2（氨基脲） O
H O O
L
R
S
Nu-
C2H5 H C6H5
第六章 羰基化合物的反应
6.1 羰基化合物的反应机理 6.2 羰基加成反应及产物 6.3 加成-消除反应 6.4 羰基化合物的反应活性和加成的立体选择性 6.5 碳负离子 6.6 各种重要的缩合反应 6.7 羰基与叶立德的反应 6.8羰基衍生物的亲核反应 6.9亲核性炭 6.10特殊和普通的酸碱催化 6.11分子内催化作用
(2) 空间效应
与羰基相连的基团空间效应越大，越不利于反应进行。 CH3 OH CH3 C O HCN K>1 C CH3CH2 CH3CH2 CN
(CH3)3 (CH3)3 C O HCN (CH3)3 (CH3)3 C OH CN K<<1
Nu
R R'
C
O
R R'
C
O Nu
sp2杂化 平面三角型 键角：120° 109°28 ′
加成反应的活性与试剂亲核性强弱、羰基碳原子亲电性强弱、 羰基所连R基大小，即电子效应、立体效应等因素有关。
H C R Nu O
-
R'
Nu O
-
O R C H(R) > Ar
O C H(R)
R
随R基的体积增大和给电子能力增加，中间体稳定性降低。
羰基化合物发生亲核加成反应的活性顺序：
HCHO > RCHO > R2CO > ArCOR > Ar2CO
H
O
C2H5
PhH
Ph H H C2H5 O
R H H Ph C2H5 OH
+
H
O
C2H5
1 RMgX 2 H2O
PhH
OH H H Ph C2H5 R
35oC R CH3 C6H5 (CH3)2CH (CH3)3C -70oC R (CH3)3C CH3
主 2.5 > 4 5 49
: : : :
(6) R-L重叠
R与L、M、S 之间的相互作 用大于羰基氧 与L、M、S 之间的相互作 用。所以，三 个交叉式中 （3）最稳定。 三个重叠式中 （6）最不稳 定。
克莱姆规则一
如果醛和酮的不对称-碳原子上结合的三个基团以L （大）、M（中）、S（小）表示，那么这些非对称的醛和 酮与某些试剂（如格氏试剂）发生加成反应时，总是取R-L 重叠构象，反应时，试剂从羰基旁空间位阻较小的基团（S） 一边接近分子。这称为克莱姆规则一.
半缩醛
CH3CH2OH, H+
CH3CH
OCH2CH3 OCH2CH3
缩醛
OH
HOCH2CH2CHCHO
HCl
HO
OH O
半缩醛
CH3OH
HO
OCH3 O
缩醛
分子内形成半缩醛、缩醛。
（3）与其它亲核试剂的加成
（1）
C O + HCN C OH CN
H2O H+orOH-
C
OH COOH
（2）
CH3
CH3
C O + NaHSO3
CH3 CH3
NH3(液) 或乙醚
C
OH
NaCN
CH3 CH3
C C
SO3Na
C CR
C
OH CN
（3）
R-CC-Na+ +
C=O
C
ONa
H2O
CR
OH
炔醇
（4） RMgX +
C=O
无水乙醚
R-C-OMgX
H+ H2O
OH R-C-OH + Mg X
（5）
COOH + 2CH3Li
次 1 1 1 1
Ph H HO R C2H5 H H H
Ph C2H5 OH R
主 499 : 5.6 :
次 1 1
主要产物
次要产物
醛、酮与HCN的加成也符合克莱姆规则一。
O O L M R
较 稳 定
M
S
L R S
-CN
较 不 稳 定
当醛、酮的-C上有-OH、-NH时，由于这些基团能与羰基 形成氢键，所以形成如下构象（见图），若发生加成，亲 核试剂主要从S基团一侧进攻，这称为克莱姆规则二。
试比较下列化合物发生亲核加成反应的活性大小：
O2N A CHO CH3 B CHO C CHO
(1) 电子效应
Y
当羰基与具有+I或+C的基团直接相连时， C O 由于增加了中心碳原子的电子云密度，故 使反应活性降低。 当Y:
C C, C C, Ph
HCN
时，基团具有+C效应，
羰基活性降低。
CH3CHO
>C=N-NH-C-NH2（缩氨脲） O
黄色或橙色晶体
6.4 羰基化合物的反应活性和加成的 立体选择性
羰基化合物反应活性：醛>丙酮>芳酮>环丁酮>环已酮
O S R L
M
M
O
L
M
O
L
SR
R
S
(1)交叉式
L O S
(2) R-S重叠
O L S S
(3)交叉式
O M
MR
R
M
LR
(4) R-M重叠
(5)交叉式
（2）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 羰基质子化后，氧上带有负电荷，很不稳定， π电子发生转移，使碳原子带有正电荷。
决定反应速率的一步，是Nu -进攻中心碳原子的 一步。
PhCHO
OH H C CN CH3
OH H C CN Ph
K>104
K=210
HCN
CCl3CHO
H2O Cl3C
H
C
OH
三氯乙醛水合物 OH （安眠药）
Cl Cl C Cl H C H O O H
① Cl3C 是强吸电子基团，使 羰基带有更多的正电荷； ② 产物中形成分子内氢键，使 产物稳定，平衡向右移动。
sp3杂化 四面体
产物中基团拥挤程度增大。
R 越大，妨碍Nu:从背后进攻C原子。
6.2 羰基加成反应及产物
（1）与水加成
O
H+或OH-
OH R' + H2O R C OH R'
R
C
除甲醛、多卤代醛外，其它醛的水合反应平衡偏向 左边。
（2）与ROH的加成
H+
OCH2CH3 CH3CH OH
CH3CH=O + CH3CH2OH