第六章 羰基化合物的反应

O
H+或OH-
OH R' + H2O R C OH R'
R
C
除甲醛、多卤代醛外， 除甲醛、多卤代醛外，其它醛的水合反应平衡偏向 左边。 左边。
（2）与ROH的加成 ） 的加成
H+
OCH2CH3 CH3CH OH
CH3CH=O + CH3CH2OH
半缩醛
CH3CH2OH, H+
CH3CH
OCH2CH3 OCH2CH3
6.5 碳负离子
O R C CH3
-
OH
O R C
CH2
} [
OH
动力学产物
O C CH2
O R C CH2
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
O
Br2
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。 烯醇负离子是一个两位负离子，氧碱性强，碳亲核性强。
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， 羰基质子化后，氧上带有负电荷，很不稳定， 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。 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。
-OH、-NH 、 成 一
H O O
与 加成 克莱姆规则 。
L
S R
Nu-
C2H5 H C6H5
O C C CH3
C2H5 H C6H5
LiAlH4 乙醚
OH H C C CH3
H2 O
+
C2H5 H C6H5
H OH C C CH3
25%
75%
当羰基和一个手性中心连接时，反应符合 当羰基和一个手性中心连接时， 克莱姆规则一。 克莱姆规则一。
克莱姆规则一 如果醛和酮的不对称α 碳原子上结合的三个基团以 碳原子上结合的三个基团以L 如果醛和酮的不对称α-碳原子上结合的三个基团以 ）、M（ ）、S（ 表示， （大）、 （中）、 （小）表示，那末这些非对称的醛和 酮与某些试剂（如格氏试剂）发生加成反应时，总是取R-L 酮与某些试剂（如格氏试剂）发生加成反应时，总是取 重叠构象 反应时，试剂从羰基旁空间位阻较小的基团（ ） 构象， 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 克莱姆规则一. 一边接近分子。这称为克莱姆规则一
6.6 各种重要的缩合反应 缩合） （一）羟醛缩合（Aldol缩合） 羟醛缩合（ 缩合 *1 自身缩合 分子间缩合，分子内缩合 分子间缩合， *2 交叉缩合 甲醛的羟甲基化反应 克莱森-斯密特反应 克莱森 斯密特反应
*1 自身缩合 自身缩合-----分子间缩合和分子内缩合 分子间缩合和分子内缩合
C C, C
HCN
C, Ph
效应， 时，基团具有+C效应， 基团具有 效应
羰基活性降低。 羰基活性降低。
CH3CHO
PhCHO
OH H C CN CH3
OH H C CN Ph
K>104
HCN
K=210
CCl3CHO
H2O Cl3C
OH C OH
H
Cl Cl C Cl H C H O O H
是强吸电子基团， ① Cl3C 是强吸电子基团，使 羰基带有更多的正电荷； 羰基带有更多的正电荷； 产物中形成分子内氢键， ② 产物中形成分子内氢键，使 产物稳定，平衡向右移动。 产物稳定，平衡向右移动。
（3）Mannich反应 Mannich反应
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、 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。 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 O
-
N u
R '
N u C
O
O
O
R
R C H ) > A C H ) (R r (R
CH3CH2CH2CHO + CH2CHO CH2CH3 OH CH3CH2CH2CHCHCHO CH2CH3
I2
-OH
CH3CH2CH2CH=CCHO CH2CH3
醛的自身缩合
酮的自身缩合
O
2CH3CCH3
(CH3)2C=CH C CH3
~
Soxhlex 提取器 Ba(OH)2
O
-H2O I2
O CH3CCH3
N 2 O
2， 硝 苯 ） 4-二 ON （ ， 二 基 肼 2
ON （ ， 二 基 腙 2， 硝 苯 ） 4-二 2
H N-NH -NH（ 基 ） -C 2 2 氨 脲 O
>C=N-NH -C-NH （ 氨 ） 2 缩 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： 丙酮>芳酮 环丁酮>环已酮 羰基化合物反应活性：醛>丙酮 芳酮 环丁酮 环已酮 丙酮 芳酮>环丁酮
O S R L
SR O M L
M
O M
L
S R
(1)交叉式 交叉式
L O S
(2) R-S重叠 重叠
O L S S
(3)交叉式 交叉式
O M
MR
M R
LR
(4) R-M重叠 重叠
(5)交叉式 交叉式
(6) R-L重叠 重叠
R与L、M、S 与 、 、 之间的相互作 用大于羰基氧 与L、M、S 、 、 之间的相互作 所以， 用。所以，三 个交叉式中 （3）最稳定。 ）最稳定。 三个重叠 重叠式中 三个重叠式中 （6）最不稳 ） 定。
Nu
R R'
C
O
R C R'
O Nu
sp2杂化 平面三角型 键角： 键角：120° ° 109°28 ′ °
sp3杂化 四面体
产物中基团拥挤程度增大。 产物中基团拥挤程度增大。 R 越大，妨碍 越大，妨碍Nu:从背后进攻 原子。 从背后进攻C原子 从背后进攻 原子。
6.2 羰基加成反应及产物 a. 与水加成
-OH
HOCH2-CH2CHO
-OH
2CH2O
浓-OH CH2O
(HOCH2)4C + HCOOH
康尼查罗反应
H + CH2O（过量） （过量） CHO
-OH
CH2OH CH2OH
B 克莱森 斯密特反应 克莱森-斯密特反应
一种无α 的芳香醛和一种有α 的脂肪 的芳香醛和一种有 的脂肪醛或 一种无α-H的芳香醛和一种有α-H的脂肪醛或 和乙醇的混合体系内， 酮 ，在NaOH和乙醇的混合体系内，进行混合 和乙醇的混合体系内 的缩合反应，得到产率很高的α 不饱和醛酮， 的缩合反应，得到产率很高的α、β-不饱和醛酮， 不饱和醛酮 这一反应称为克莱森 斯密特反应。 克莱森-斯密特反应 这一反应称为克莱森 斯密特反应。
H

C2H5
PhH
Ph H H C2H5 O
R H H Ph C2H5 OH
≡
+
H
O
C2H5
1 RMgX 2 H2 O
PhH
OH H H Ph C2H5 R
35oC R CH3 C 6 H5 (CH3)2CH (CH3)3C -70oC R (CH3)3C CH3
主 2.5 > 4 5 49
: : : :
H+
O
~
(CH3)2C=CH C CH=C(CH3)2
CH3
互变异构
H O H
CH3 CH2-H CH3 CH3
~
CH3
1,4加成 加成
HO CH3 CH3
O CH3 CH3
插烯系规则
分子内缩合
*2 交叉羟醛缩合反应 两种不同的醛、酮之间发生的羟醛缩 两种不同的醛、 合反应称为交叉的羟醛缩合反应。 合反应称为交叉的羟醛缩合反应。
(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。 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
(CH 3)3 (CH 3)3 C O HCN (CH 3)3 (CH 3)3 OH C CN K<<1
C 3 H C 3 H
NH3(液) 液 或乙醚
C
O H
H N N C 3 aC C 3 H
C C
C
O H C N
C 3 H
SO N 3 a
（3） ）
R-C≡C-Na+ + ≡
C C ONa
C=O
CR H O 2
CR
OH
炔醇
+ 水 醚 H C =O 无 乙 R -O gX -C M gX （4） RM + ）
O CHO + CH3CC(CH3)3
NaOH
H2O-C2H5OH
H
C=C
H CC(CH3)3 O
E 构型为主 88 % -93%
（2） Knoevenagel-Doebner缩合 ） Knoevenagel-Doebner缩合
醛类或酮类化合物和活性含有活性亚甲基的化 合物在少量弱碱性的催化剂（如胺类、吡啶等） 合物在少量弱碱性的催化剂（如胺类、吡啶等） 存在下发生缩合反应得到α,β-不饱和化合物，称 不饱和化合物， 存在下发生缩合反应得到 不饱和化合物 反应。 反应 为脑文格(Knoevenagel-Doebner )反应。
6.1 羰基化合物的反应机理
N u C O+ N u [ C
O ]
E+
N u C O E
负 子 间 氧 离 中 体
第一步(亲核)决定反应速率。 第一步(亲核)决定反应速率。 由亲核试剂进攻而发生的加成反应称为亲核加成反应。 由亲核试剂进攻而发生的加成反应称为亲核加成反应。
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
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。 分子内形成半缩醛、缩醛。
（3）与其它亲核试剂的加成 ）
（1） ）
O H C O+H N C C C N
HO 2
+ H orO H
O H C C O O H
（2） ）
C 3 H C O+ N SO aH 3
O H R -O + M -C H g X HO 2
（5） ）
C O + 2C 3Li O H H
无水醚
O
H2O
C H C 3
制备不对称酮
6.3 加成 消除反应 加成-消除反应
C O
H N-O （ 胺 H 羟 ） 2 H N-NH （ ） 肼 2 2 C O+ H N-NH 2
NO 2
C N
>C=N-O （ ） H 肟 >C=N-NH （ ） 2 腙 >C=N-NH
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
O
酸催化： 酸催化：
A C B O
有两种情况 （1）一种醛或酮有α-H，另一种醛或酮无α-H。 ）一种醛或酮有α ， 一种醛或酮无α 。 。（在定向 （2）两种醛酮都有α-H。（在定向羟醛缩 合反应中讨论。） ）两种醛酮都有α 。（在定向羟醛缩 合反应中讨论。）
A 甲醛的羟甲基化反应
CH2O + H-CH2CHO (HOCH2)3CCHO
ON 2 A C O H C 3 H B C O H C C O H
(1) 电子效应
Y
当羰基与具有+I或 的基团直接相连时 的基团直接相连时， 当羰基与具有 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 由于增加了中心碳原子的电子云密度， 使反应活性降低。 使反应活性降低。 当Y:
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
的加成也符合克莱姆规则一。 醛、酮与HCN的加成也符合克莱姆规则一。 酮与 的加成也符合克莱姆规则一
较 稳 定
O L
M
S
O L
较 不 稳 定
-CN
S R M R
醛、酮的α 醛、酮的α-C 成 S
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 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 分子内催化作用
随R基的体积增大和给电子能力增加，中间体稳定性降低。 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： 羰基化合物发生亲核加成反应的活性顺序：
H H > R H > R C > A O > A 2C C O C O rC R r O 2 O
比较下列化合物发生亲核加成反应的活性大小： 试比较下列化合物发生亲核加成反应的活性大小：