第10章 醛和酮

• Electron-donating resonance effect of aromatic ring makes C=O less reactive
亲核试剂（Nucleophiles）
:Nu
-
HNu
负氢加成——还原反应：
不同亲核试剂反应的个性如何？
含碳亲核试剂：NaCN, RMgX, RCCNa Ph3P=CH2 …… 含氧亲核试剂：ROH, H2O, RO-, OH……
Ketones Oxidize with Difficulty • Undergo slow cleavage with hot, alkaline KMnO4 • C–C bond next to C=O is broken to give carboxylic acids • Reaction is practical for cleaving symmetrical ketones
（2）与醇加成——形成缩醛（酮） Acetal Formation
缩醛（酮） （Acetal）
半缩醛（酮）
缩醛（酮）
自然形成的半缩醛
O HO H
CHO OH H OH OH CH2OH
O
OH H
H OH HO HO H H HO H OH OH
H HO H H
H OH HO HO H H HO OH OH H
（3）与磷叶立德（Phosphorus Ylide）的加成
叶立德
—— The Wittig Reaction
制备环外双键：
BASF Vitamin A1 Synthesis：
Vitamin A1
（4）与硫叶立德（ Sulfur Ylide）的反应
硫叶立德的形成与反应的选择性 ?
Reactions with Phosphorus and Sulfur Ylides
O
MCPBA:
Cl
O
O
H
10.6 醛和酮的还原
（1）用金属氢化物还原 • Convert C=O to CH-OH • LiAlH4 and NaBH4 react as donors of hydride ion • Protonation after addition yields the alcohol
第10章 醛和酮
Chapter 10 Aldehydes and Ketones
一些天然的醛酮类香精
10.1 醛酮的结构和命名
偶极矩: 2.3~2.9 D
首先选择含有羰基的最长碳链为主链，从醛基一端或从靠近羰基一端开始编号， 醛羰基一定在碳链的一端，永远是第一位，故命名时羰基的位次可以不用标出， 但酮羰基的位次必须标出（个别例外）。
OH NaOH H2O-CHCl 3 OH CHO 37-40%
CHO OH CHCl 3,NaOH EtOH,H 2O OH
工业上如何合成一些简单的醛和酮？
10.4 醛和酮亲核加成反应 ——学会从分子的结构出发预测其化学性质的方法学
R C (H)R' R O (H)R'
C
O
Swern氧化的反应活性高，特别适合于有立体位阻的醇的 氧化，但通常都需要在低温下进行。
绿色合成
2. 炔烃和胞二卤代物的水解
3. 烯烃的氧化
CH3
O
Ph 1. O 3 2. Zn,AcOH
CH3
O
Ph CHO
O
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。 工业上用丙烯羰基合成法来制备丁醛：
电子效应
立体效应
(less crowded and lower in energy for an aldehyde)
(more crowded and higher in energy for an ketone)
The transition state for addition
芳香醛与脂肪醛相比，哪个反应活性较高？ Which one is generally more reactive, aromatic aldehyde or aliphatic aldehyde ?
（2）用异丙醇还原——Meerwein-Ponndorf 还原:
逆反应：Oppenauer氧化
（3）Clemmensen还原:
合成应用：
可能机理之一——卡宾机理：
(4) Wolff-Kishner-黄鸣龙 还原
（5）硫代缩醛的氢解（还原）
(6) Cannizzaro反应
仅限于不能烯醇化的醛！
多元醛酮编号时应使羰基的位次尽可能小。若分子中同时含有酮羰基和醛羰基， 可将某一个羰基作为取代基，酮羰基作为取代基时称为羰基，醛羰基作为取代基 时称为甲酰基。
4-氧代戊醛
10.2 醛酮的物理性质
IR：
H
C
O
C O
1H
NMR：
O R H H C H ~9.7 ppm
2.1～2.5 ppm
36.4% a-D-(+)-吡喃葡糖
0.003% 开链式葡糖
63.6% -D-(+)-吡喃葡糖
缩醛（酮）在有机合成中的应用——作为保护基团
10. 4.3 与含氮亲核试剂的加成 Addition of nucleophiles containing N
亚胺（imine） 席夫碱（Schiff base）
亲电性
碱性； 亲核性
质子化
亲核加成
pKa = 16-21
哪一个与亲电试剂更易反应？
哪一个与亲电 试剂更易反应？
机理的第一步相同!
亲电加成 亲电取代 反应
a-卤代 反应
a-碳上 的反应 卤仿反应 a-烷基化 反应 羟醛缩合 反应
① ② ③ ④ ⑤ ⑥
醛、酮的亲核加成 醛、酮的a-烷基化 醛、酮的a-卤代 醛、酮的羟醛缩合 醛、酮的还原反应 醛、酮的氧化反应
10. 4.4 与含硫亲核试剂的加成 Addition of nucleophiles containing S
+ O
HS
ZnCl2, Et2 O SH 25 C 95%
o
S
S
缩硫酮 Thioacetal
S R
S R
S R'
HgCl2 H2O-CH3CN
H2
O R R'
S R'
Raney 镍
R
含硫亲核试剂：NaHSO3, RSH …… 含氮亲核试剂：RNH2, R2NH, NH2NH2, NH2OH ……
10. 4.1 与含碳亲核试剂的加成 Addition of nucleophiles containing C
（1） 与氢氰酸加成
a-羟基腈 (a-氰醇)
合成应用
（2）与有机金属试剂加成
R'
饱和水溶液
a-羟基磺酸钠
合成应用
C6H5CHO
NaHSO3 H2O
C6H5CHSO3Na OH
NaCN C6H5CHCN H2O OH
a-腈醇
10. 5 醛和酮的氧化
• CrO3 in aqueous acid oxidizes aldehydes to carboxylic acids efficiently • Silver oxide, Ag2O, in aqueous ammonia (Tollens’ reagent) oxidizes aldehydes (no acid)
烯胺 （enamine）
Imines in Biological Transformations
吡哆醛 ( Pyridoxal phosphate， PLP) ——Vitamin B6（一种辅酶）的衍生物
肟（oximes）
腙（hydrazones）
肟的合成应用
——Beckmann Rearrangement
Co2(CO) 8 CH3CH CH2 + CO + H 2 19-29MPa 140-180 oC CH3CH2CH2CHO + (CH 3)2CHCHO ~70% ~17%
4. 傅氏酰基化
OH (CH 3CO) 2O AlCl 3
OCOCH 3 H2O
OH
83% COCH 3 COCH 3
5. 瑞默-梯曼（Reimer-Tiemann）反应
——有机合成、生物化学、制药工业中的重要反应!
亲核加成反应（Nucleophilic Addition Reactions）
醛与酮相比，哪个反应活性较高？ Which one is generally more reactive, aldehyde and ketone?
芳香醛与脂肪醛相比，哪个反应活性较高？ Which one is generally more reactive, aromatic aldehyde or aliphatic aldehyde ?
O
O
(R)-Carvone (R)-香芹酮 薄荷味
(S)-Carvone (S)-香芹酮 蒿子味
10.3 醛酮的制备
1. 醇的氧化 最常用的氧化剂: (1) 高锰酸钾 (2) 铬氧化剂 铬酸(适合于将仲醇氧化为酮 ) Collins试剂 氯铬酸吡啶盐（PCC） 重铬酸吡啶盐（PDC）
Swern试剂: 二甲基亚砜-二环己基碳二亚胺（DMSO-DCC） 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
Grignard Reagents
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
RMgBr
+
H2C O
1. Et2O 2. H3O+
RCH2OH
O
1. CH3CH2MgBr Et2O 2. H3O+ 74%
HO
O
1. HC C Na 液氨 2. H3O+
-
+
OH
65%~75%
——Reformatsky Reaction
O +
Br
HO 1. Zn, Et2O CO2Et 2. H3O+ CO2Et
化合物中含有不饱和键时，编号依然是从靠近羰基一端开始，标明双键的位次， 碳原子的数目在不饱和键的前面表示。
如果碳链上连有芳基或环烷基，把它们作为取代基。
如果醛羰基直接与碳环相连，这个化合物命名为环烷甲醛或芳甲醛， 碳环上与羰基相连的碳编号为1。
羰基在环上时，则命名为环某酮，编号时羰基为第一位。
Baeyer-Villiger氧化：
区域选择性 立体选择性
Mechanism:
Oxidants: peracids, such as MCBPA, or with H2O2 and a Lewis acid; The relative migratory ability of R: tert. alkyl > cyclohexyl > sec. alkyl > phenyl > prim. alkyl > CH3 Aldehydes preferably gives carboxylix acid——H优先迁移
10. 4.2 与含氧亲核试剂的加成 Addition of nucleophiles containing O
（1） 与水加成——形成水合物（Hydration）
偕二醇
Base-Catalyzed Addition of Water
Acid-Catalyzed Addition of Water