羰基的亲核加成及相关反应

1. LiAlH4 2. H2O
1. NaBH4 2. H2O
H OH
CH2OH H OH
两个基团均 可被还原
C O OMe
只还原酮羰基
LiAlH4和NaBH4还原羰基的立体选择性
位阻较小
1. NaBH4 or LiAlH4
O
位阻较大
2. H2O
NaBH4: LiAlH4:
H+
OH 86% 89%
• 可逆型（一般亲核试剂的加成）
O
亲核加成
O
H2O
OH
C
C
C
可逆
Nu
Nu
Nu
Nu
NaCN, NaHSO3
一、 醛酮羰基的亲核加成
1.1 醛酮与 RMgX 或 RLi 的加成
O
MgX
C
R
OMgX
OH
H2O
C
C
R
R
CH2O
RMgX
R'CHO
O C R' R''
RMgX RMgX
H2O H2O H2O
R CH2 OH
反应可逆
O
O
HO S O
HO S O
NaHSO3的亲核性
ONa C SO3H
H+（酸处理）
OH C SO3Na 白色结晶物
醛（芳香醛、脂肪醛） 脂肪族甲基酮
应用：醛或甲基酮的 分析、纯化
1.6 醛酮与 H2O 加成
O
H+
C
+
H2O
例
O
HCH
O H3C C H
O
H3C C CH3
•给电子基 •位阻
H2O H2O H2O
OCH3 OCH3 + H2O
HO OH O
TsOH
O
环状缩醛（酮）
+ H2O
较易生成
O
例2：环状半缩醛（酮）
O R
OH
OH
H
OH
CH2OH
R'
CH2OH
H OH
H
O
OH H
HO
H
H OH
•环状半缩醛（酮）较稳定，易生成 •环状半缩醛仍有醛的特性
HO R O
R'
环状半 缩醛酮
CH2OH
C
逆向为缩醛（酮）
的水解机理
OR 缩醛（酮）
➢ 制备缩醛（酮）的其它方法 —— 交换法
•交换酮
O
C
R
R'
OCH3 H C OCH3
OCH3
原甲酸三甲酯
H+ H3CO OCH3 C
R R'
HCOOCH3
蒸馏除去
O
C
R
R'
EtO OEt
H+
C
H3C CH3
丙酮缩二乙醇
EtO OEt C
OH C CN
a-羟基腈
CN + H2O
O C
CN
O H CN C CN
OH C CN + CN
合成上进一步应用
HO CC
HCN NaOH
H OH C C CN
H2O H+
H OH C C COOH
a-羟基酸
95% H2SO4
COOH CC
Strecker反应
a, b-不饱和酸
O NaCN
NH2
C
H
Al O
CH
H2O
1o醇 2o醇
OH CH
理论用量: LiAlH4（NaBH4） : 醛酮 = 1 : 4 实际用量: 过量
LiAlH4 与 NaBH4 的比较：
试剂要求
反应速度
还原能力
反应选择性
LiAlH4
无水
快
强
较差
NaBH4
可有水
较慢
较弱(温和)
较好
•例：
O
C O OMe
有两个可被 还原基团
OH R' CH R
OH R' C R
R''
1o醇 2o醇 3o醇
1.2 醛酮与炔化物的加成
O M C C R(H)
C
H2O
M = Na, K, MgX等
OH C C C R(H)
a－炔基醇
•进一步应用
H OH C CC CR
炔基醇
H2 Lindlar催化剂
Na / NH3
H2O / Hg++
H
C
H H
O
OH
OH H HO
H
H OH
吡喃葡萄糖
> 99%
Ag(NH3)2+
CH2OH
H OH
H
O
OH H
HO
OH
+
Ag
H OH
银镜反应
缩醛（酮）的形成机理
亲电性增强
H
O
OH
OH －H
C
C
C
OH H
C
RO
H
HOR
H
HOR
OH2
－ H2O
C
C
OR
－H
OR
OR
半缩醛（酮）
H OR
－H
C
OR
H
OR
•提示：
OH
H 14% 11%
H3C
位阻较大
CH3
H3C
CH3 1. NaBH4 or LiAlH4
CH3 CH3
H3C
+ H
O 2. H2O
OH
位阻较小
NaBH4: LiAlH4:
14% 8%
CH3 CH3
OH
H 86% 92%
1.4 醛酮与与NaCN 的加成
O C
•机理：
HCN + OH
HCN / NaOH（微量） 或 NaCN / H2SO4（滴入）
Et
OH
H
Et
H Ph
位阻大
Cram规则：羰基氧在S与M 之间，试剂从S一边进攻。
H3C
H
Ph
主要产物
1.3 醛酮与LiAlH4 或 NaBH4 还原反应
R'CHO
LiAlH4 or NaBH4
O R' C R
LiAlH4 or NaBH4
H2O
R CH2 OH
OH H2O
R' CH R
•机理
O Al
Cl OH Cl C C H
Cl OH 水合三氯乙醛
O OH RCC H
OH
O WCH
1.7 醛酮与醇的加成 —— 缩醛（酮）的形成
不断 除去
O
ROH / 干HCl
C
OH
ROH / 干HCl
C
OR
C
+ H2O
OR
OR
半缩醛（酮）
缩醛（酮）
一般不稳定
例1：生成缩醛（酮）
CHO
2 CH3OH HCl
碱性和中性中稳定
R=H
OH
C
R
CC
H
H
cis－烯基醇
OH
C
H
CC
trans－烯基醇
H
R
OH O
H+
C C CH3
O
C
CC
CH3
a－羟基酮
a, b－不饱和酮
醛酮与金属试剂加成的立体化学 —— Cram规则
手性碳
2.5
1
•Cram的解释
Small
H
Medium
O Et CH3MgBr
H Ph
Large
Br
Mg
O
H3C H
H2O / H+
C
C CN
NH4Cl
or OH
NH2 C COOH
a-氨基腈
a-氨基酸
Strecker反应机理
O
H NH3
OH
OH
C
C
C
CN C
NH2
亚胺正离子
NH3 NH2 C CN
NH3
H2O / H+ or OH
OH2 C NH2
NH2 C COOH
1.5 与NaHSO3 加成
O C + NaHSO3
OH
C
OH
偕二醇
H2C(OH)2
100%
CH3CH(OH)2
~ 58%
(CH3)2C(OH)2
0%
•不能分离 •含量与羰基亲电性有关
➢ 一些稳定的偕二醇（水合羰基化合物）举例
Cl O
Cl C C H
吸
Cl
电
子
基
OO
+ H2O
R C C H + H2O
➢ 水合醛的脱水
OH
W CH
吸电子基
OH
H2SO4 － H2O
羰基的亲核加成及相关反应
羰基碳带部分正电荷 易受亲核试剂的进攻
一些常见的与羰基加成的亲核试剂
亲核试剂
相应试剂
亲核能力
负离子型 Nu
强 较强
分子型 NuH
不强
羰基与负离子型亲核试剂加成的两种形式
• 不可逆型（强亲核试剂的加成）
O
亲核加成
O
H2O
OH
C
不可逆
C
C
Nu
Nu
Nu
Nu
RMgBr, RLi, R C CMgBr , R C CNa , LiAlH4, NaBH4