第10章 醛、酮及亲核加成反应

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异 铝 丙 CH3 COCH3 (CH3)2 C=CH(CH2)2 CHO
(CH3)2 C=CH(CH2)2 CH2OH
+
+
CH3 CHOHCH3
氧气甚至空气为氧化剂的催化氧化方法已被用来由醇制备醛、酮
OH n-C9H19 5% Pd(OAc)2 。 Py,3A分子筛,PhMe O2, 80oC O n-C9H19
伯醇氧化收率低,易变为羧酸,适合合成沸点低的醛

三氧化铬和吡啶氧化到醛
CH3(CH2)6 CH2OH Cr2O3(C5H5N)2 CH2 Cl2 25℃ 95% CH3(CH2)6 CHO
重铬酸吡啶盐(PDC)
OH
O
PDC DMF, 0oC
O
CHO
92%
二甲基亚砜在多种活化剂存在下可将醇顺利氧化成醛或酮
10.3.4 傅氏酰基化
O Cl O AlCl3
+
OH (CH 3CO) 2O AlCl 3
OCOCH 3 H2O
OH
83% COCH 3 COCH 3
10.3.5 瑞默-梯曼反应
苯酚、氯仿在氢氧化钠溶液中反应可生成邻羟基苯甲醛 (也叫水杨醛),这个反应称为瑞默-梯曼(ReimerTiemann)反应
+ O CH3 RCOCl CH2OH CH COCH O CH3 H3O 3 3 O CH3 O CH3 CHOH CH2 OH CH2 OCOR CH2OH 干 HCl
CH2OH CHOH + CH3COCH 3 CH2OCOR
酮也能与醇生成半缩酮或缩酮,但反应比较困难
CH3 CH3 H
+
C O
10.1 醛、酮的结构和命名
10.1.1 羰基的结构
C O C O
碳原子SP2 杂化轨道与另外三个原子以键结合的,所以 这三个键都处于同一个平面上,键角约为120°。 •碳原子未参与杂化的一个P轨道与氧原子的一个P轨道侧 面重叠(肩并肩)形成一个 键,垂直于这个羰基平面。


CH3 CH2 CHCH CH CHO CH3 CH3CH
CH3 C C CH3
O CCH 2CH3
2,3-二甲基-4-戊烯醛
O
4,5-二甲基-5-庚烯-3-酮
CH 3 O
CH3 C CH2 CH2 CHCH CCH 2 3
4-甲基-2,7-辛二酮
10.2醛、酮的物理性质和光谱性质
物理性质
羰基是极性基团,因此醛酮分子一般都是极性分子, 羰基中的氧原子可以与水形成氢键,低分子量的醛酮 可溶于水,也可溶于有机溶剂。 醛或酮分子间不能形成氢键,不存在缔合现象。
O + + Na C CH NH3
o
HC -33 C
C
ONa H3 O
+
HC
C
OH
65%~75%
10.4.2 与含氧亲核试剂的加成
醛在干燥氯化氢气体的存在下,可与醇发生加成反应,生成半 缩醛,半缩醛不稳定,会分解为原来的醛,若有另一分子醇存
在,半缩醛将与之失水生成缩醛.
R R 干 HCl C O + HOR 醇 R R OH C OR 半 醛 缩 干 HCl HOR R C R 缩 醛 OR + H2O OR
烯烃经臭氧化、还原水解可生成醛或酮
CH3 O Ph 1. O 3 2. Zn,AcOH O CH3 O Ph CHO
烯烃的羰基化法是制备醛的重要方法。反应一般需要高 压和过渡金属催化,最常用的催化剂为羰基钴
Co2(CO) 8 CH3CH CH2 + CO + H 2 19-29MPa 140-180 oC CH3CH2CH2CHO + (CH 3)2CHCHO ~70% ~17%
R (R')H C O + H CN
+ -
R (R')H
C
OH CN
加入碱促进反应进行.
在有机合成上,这是一种常用的增长碳链的方法 进一步水解得-羟基酸
OH H3C H3C OH CH3 OH CN H SO 2 4 CH3 H2C CH3 C CO2CH3 CH2 C CO2CH3 n OH H3C C CO2CH3 H3C
(Z)-苯甲醛肟
(E)-苯甲醛肟
mp 35oC
mp 132oC
仲胺与醛、酮反应时,其加成产物也脱去一分子水,但脱水产物 不是亚胺,而是含C-C双键的烯胺(enamines)
O RCH2CR' + R"2NH OH RCH2CR' NR"2 H2O
RCH CR' NR"2
烯胺
这个反应也是一个可逆反应,在稀酸水溶液中, 可将烯胺水解,又得到羰基化合物和仲胺
第10章 醛、酮及亲核加成反应
本章内容
10.1醛、酮的结构和命名
10.2醛、酮的物理性质和光谱性质
10.3醛、酮的制备 10.4醛、酮的亲核加成反应 10.5 羰基的还原反应 10.6 醛酮的氧化反应
、酮的分子中都含有羰基(>C=O)
O R H R O R'
醛 源自文库CHO 醛基
酮 >C=O 酮基
分子中的烃基(R)可以相同也可以不相同。醛、酮分子 中的烃基可以是直链的或是环状的,脂肪的或芳香的
CH3 COCH + HCN 3
C
有机玻璃
(2)与有机金属试剂加成
格氏试剂(RMgX)、金属炔化物(RCCNa)和有机锂 (RLi)等能与绝大多数醛、酮进行加成,其中最重要的 是格氏试剂与醛、酮的加成,加成物经水解后生成醇,这 是由格氏试剂制备醇的重要方法。
R' (R")H
C O
+
R Mg X
-
C12以下的醛酮是脂肪族醛酮的密度小于1,芳香族醛 酮的密度大于1。
光谱性质
1680-1750cm-1
O R H
2750 cm-1
O R R1
1680-1750cm-1
红外光谱
苯甲醛的红外光谱
CO-H
CO
1H-NMR谱
1H-NMR谱中,与C=O基相连的碳上的氢的化学位移在
2.1~2.5ppm范围内。由于羰基的去屏蔽作用,醛氢 (-CHO)的化学位移在低场,约在9.7ppm处,常用于 鉴别醛。
O CH3(CH2)5CH + NH2OH NOH CH3(CH2)5CH
正庚醛肟 (81%~93%)
肟的氮原子上还有一孤电子对,在C-N双键的平面上相当于一个取 代基。因此肟有Z、E两种异构体,Z构型一般不稳定,容易转 化为E构型。
C6H5CHO NH2OH HCl Na2CO3 H C N C6H5 OH HCl H C N C6H5 OH
催化剂可以是Pd(AcO)2、Pd或Cu的配合物
10.3.2 炔烃的水合和胞二卤代物的水解
炔烃的水合可制备醛和酮
HC CH H 2O HgSO 4, H 2SO4
同碳二卤化合物水解
CH3 CH3 Br2 hν Br2CH CHBr2 OHC H2O - H2SO4 72% CHO
CH3CHO
10.3.3 烯烃的氧化
R H SO3Na OH
R H
C O
+
H O
S O
O Na
-
+
鉴别醛及某些酮
在酸或碱存在下加水稀释,产物又可分解为原来的醛或 酮
R H SO3Na OH HCl H2 O R H C O + NaCl + SO2 + H2O

这种加成物在稀酸或稀碱中可分解为原来的醛或酮, 因此可以用此方法来提纯分离醛或某些酮。
OH NaOH H2O-CHCl 3 OH CHO 37-40%
10.4 醛、酮的亲核加成反应
负电子的亲核试剂首先进攻羰基上的碳原子,然后正性 基团加到氧上,完成亲核加成反应。
C O
+
Nu A
C OA Nu
10.4.1 与含碳亲核试剂的加成
(1) 与氢氰酸加成
醛及多种活泼的酮(脂肪族甲基酮及少于8个碳原子的脂环酮)与 氰基负离子的碳原子发生加成反应,生成-羟基睛.
NaHSO3 H2O C6H5CHSO3Na OH NaCN C6H5CHCN H2O OH
C6H5CHO
10.4.4 与含氮亲核试剂的加成
含氮亲核试剂如伯胺和仲胺(见第13章)、肼、羟胺等可与醛、 酮的羰基可发生亲核加成反应。醛、酮与伯胺反应,其加成产 物 脱 去 一 分 子 水 , 形 成 含 C-N 双 键 的 产 物 , 叫 做 亚 胺 (imines),又称为席夫碱(Schiff base)。
+
R' (R")H
C
R OMgX
H3 O
+
R' (R")H
C
R OH
C6H5 CH3CHO + C6H5MgBr CH3CHOMgBr
H2O
C6H5 CH3CHOH + Mg(OH)Br
74%
O + CH3CH2MgBr 1. Et2O 2. H3O+
HO
CH2CH3
74%
(3)与炔钠加成
醛、酮与炔钠反应,经水解生成炔醇
10.5 羰基的还原反应
10.5.1 金属氢化物还原
醛、酮可被LiAlH4、NaBH4等金属氢化物还原为醇
(CH3)3CCCH3 O LiAlH4 H3 O
+
(CH3)3CCCH3 OH
85%
MeO
CHO
NaBH4 MeOH
MeO
CH2OH
反应机理:
H H H Li Al H R O C R H H Al H O Li R
乙 醇 CH3 CH=CHCH 2 CHO + NaBH 4 2 CH H2 O
CH3 CH=CHCH 2 CH2 OH 2 CH
10.5.2 催化氢化
醛、酮可在铂、镍等催化剂存在下加氢还原为醇,分子中的碳-碳 双键和三键、氰基(-CN)和硝基(-NO2)等基团都容易被还原
10.3 醛、酮的制备
10.3.1 10.3.2 10.3.3 10.3.4 10.3.5 醇的氧化 炔烃的水合和胞二卤代物的水解 烯烃的氧化 傅氏酰基化 瑞默-梯曼反应
10.3.1 醇的氧化
伯醇和仲醇通过氧化和脱氢反应,叔醇在相同条件下不被氧化.
H R-C-R' OH K2 Cr2O7 H2SO4 R-C-R' O
OH DMSO-(CF 3CO)2O CH2Cl2, -30oC O
常用的氧化剂有二甲基亚砜-二环己基碳二亚胺(DMSODCC)、二甲基亚砜-乙酸酐(DMSO-Ac2O)、二甲基亚砜三氟乙酸酐[DMSO-(CF3CO)2O]、二甲基亚砜-草酰氯等。
二氧化锰、异丙醇铝-丙酮也是常用的氧化剂,具有较好的选择性
O RCR' + R"NH2 OH RCR' HNR" NR" RCR' + H2O
肼(NH2NH2)和羟胺(NH2OH)与伯胺相似,它们与醛、酮加成, 分别生成腙(hydrazones)和肟(oximes)。
O C6H5CCH3 + H2NNHC6H5 NNHC6H5 C6H5CCH3
苯乙酮苯腙 (87%~91%)
+ HC(OC2H5)3
CH3 CH3
C
OC2H5 OC2H5 +
O HCOC2H5
O MeC CO2H
HOCH2CH2OH H+,
O O Me CO2H
1. LiAlH4 2. H2O
O O Me CH2OH
O H2O HCl MeC CH2OH
10.4.3 与含硫亲核试剂的加成
醛或活泼的酮(脂肪族甲基酮及少于8个碳原子的脂环酮)在室温 下与过量的饱和亚硫酸氢钠(40%水溶液)溶液一起振荡,不 需加任何催化剂反应即可生成-羟基磺酸钠盐 .
醛 =H) ( R
整个反应的机理如下
R H C O H
+
R H
+ C OH
HOR'
+ HOR' R C OH H + HOR' R C OR' H
OR' R H
+ -H2O C OH2
R + C OR' H
HOR'
-H
+
OR' R C OR' H
缩醛具有醚的结构,对氧化剂、还愿剂不敏感,对碱不敏感,对 酸因此敏感,在有机合成中常将醛酮做成缩醛来保护羰基,也 可以反过来利用醛酮保护羟基
+
H C R
H Li H Al O H H C R R
O 3 R C R R
R C O Al Li H
4
H3 O
+
R 4 R C OH + AlCl +LiCl 3 H
NaBH4 的还原能力不如LiAlH4的强,但具有较高的选择性. NaBH4还原醛、酮的羰基时,分子中的酯基(-CO2R)、羧基(CO2H)、腈基(-CN)和硝基(-NO2)等基团可不受影响. NaBH4和LiAlH4都不能将分子中的碳-碳双键和三键还原

羰基是由一个键和一个键组成的碳氧双键,类似于 烯烃的碳碳双键。 由于氧的电负性比碳大,吸电子能力比碳强,因此, 羰基中电子密度分布是不均匀的,流动性较大的 电 子云偏向于电负性强的氧原子。所以羰基是一个极性 基团,氧原子上带部分负电荷,碳原子上带部分正电 荷。
10.1.2 醛、酮的命名
系统命名法: *是以含有羰基的最长碳链为主链,醛从醛基的碳原子开 始编号,酮从靠近羰基的一端开始编号,把羰基的位 号写在名称前面。 *如主链上有取代基,则将取代基的位号及名称写在醛酮 的名称前。 *如有两个以上的羰基,可以用二醛、二酮等命名。 *编号可用阿拉伯数字,也可以用希腊字母。与醛酮的羰 基(官能团)直接相连的碳原子为,依此为、等。
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