第九章 醛和酮 亲和加成反应

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有机化学
第九章 醛和酮 亲核 加成反应
1
基本要求
掌握羰基化合物的结构及命名; 掌握羰基化合物的结构及命名; 掌握醛、酮主要化学性质:亲核加成、 掌握醛、酮主要化学性质:亲核加成、羟醛缩 卤代、卤仿反应,氧化还原反应,Michael 合、卤代、卤仿反应,氧化还原反应 加成 掌握醛、酮的鉴别; 掌握醛、酮的鉴别; 熟悉保护羰基的方法; 熟悉保护羰基的方法;
O CH3CCH3
CH3CH2CH2CH3
CH3CH2CHO
CH3CH2CH2OH
bp(℃): -0.5 ℃:
49
56
97
10
3)水溶性:醛酮的氧原子可以与水形成氢键,因 水溶性:醛酮的氧原子可以与水形成氢键, 水溶性 氢键 此低级醛酮能与水混溶, 此低级醛酮能与水混溶,高级醛酮易溶于有机 溶剂; 溶剂; 4)IR:羰基的红外光谱在1750-1680 cm-1之间有 :羰基的红外光谱在 之间有 一个非常强的伸缩振动吸收峰。 一个非常强的伸缩振动吸收峰。当羰基与双键 共轭,吸收向低波数位移。 中的C-H键在 共轭,吸收向低波数位移。-CHO中的 中的 键在 2720 cm-1和2850 cm-1区域有两个非常特征的 和 区域有两个非常特征的 伸缩振动吸收峰。 伸缩振动吸收峰。
21
由甲苯及适当原料合成下列化合物
CH2CH CH CH3 OH
CH3
22
3、与炔化物的加成 、
O NH3 + NaC CH -35℃ ℃
NaO C CH
H3O+ HO C CH
特点: 特点:
1) 亲核试剂为 HC C- ; 2) 可在有机分子中引入炔基,工业上常用; 可在有机分子中引入炔基,工业上常用;
பைடு நூலகம்
11
12
5) 1H-NMR:醛基 直接和羰基相连,存在去屏 - 直接和羰基相连, :醛基H直接和羰基相连 蔽效应, = ~ ;而羰基旁的甲基和亚甲基, 蔽效应,δ=9~10;而羰基旁的甲基和亚甲基, 若不受其它吸电子基影响, = ~ ; 若不受其它吸电子基影响, δ=2.0~2.5;
去屏蔽区
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O + NaCl + SO2 + H2O
O + Na2SO3 + NaHCO3
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特点: 特点:
1) 加成产物溶于水,但不溶于饱和NaHSO3溶液; 加成产物溶于水,但不溶于饱和 溶液; 2) 硫具有强亲核性,反应不需用催化剂,振荡即可发生; 硫具有强亲核性,反应不需用催化剂,振荡即可发生; 3) 加成产物为白色沉淀,遇稀酸或碱又回到原来的醛酮; 加成产物为白色沉淀,遇稀酸或碱又回到原来的醛酮; 4) 利用该反应可鉴别、分离、提纯一些简单的醛酮; 利用该反应可鉴别、分离、提纯一些简单的醛酮; 5) 通过该反应制备 -羟基腈,可避免直接使用剧毒HCN; 通过该反应制备α-羟基腈,可避免直接使用剧毒 ; 6) 醛、脂肪族甲基酮和八个碳以下的环酮可与 饱和NaHSO3加成 饱和
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2、与格氏试剂的加成 、
H C H O + RMgX H 乙醚 R C H OMgX H2O/H+ RCH2OH
甲醛
R/ C H O + RMgX H 乙醚 R
/
伯醇
C R OMgX H2O/H+ R
/
H C R
OH

R1 C R2 O + R3MgX R3 乙醚 R1 C R2 OMgX H2O/H+ R1
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(一)羰基与含碳亲核试剂的加成
1、与HCN的加成 、 的加成
R1 C R2 O + H CN R2 R1 C CN OH H2O/H
+
R1 C R2
OH
COOH
特点: 特点:
氰醇) α-羟基腈( α-氰醇) 羟基腈(
1) 反应必须在碱性条件下进行(HCN有剧毒,且是弱酸); 反应必须在碱性条件下进行( 有剧毒,且是弱酸); 有剧毒 2) 亲核试剂是 -; 亲核试剂是CN 3) 氰醇在碱性条件下不稳定,易分解成原来的醛酮,反应可逆; 氰醇在碱性条件下不稳定,易分解成原来的醛酮,反应可逆; 4) 氰醇在酸性条件下稳定,所以反应完成后需加酸除去碱; 氰醇在酸性条件下稳定,所以反应完成后需加酸除去碱; 5) 醛、脂肪族甲基酮和八个碳以下的环酮可与HCN加成; 加成; 脂肪族甲基酮和八个碳以下的环酮可与 加成
HO O HO CH3 5) 分子内含有羟基的醛 O +
H OH
CH3
H+
CH3 O CH3 O
H+
OH OH
28
(四)羰基与含氮亲核试剂的加成
OH C O + HNHR C NHR
西佛碱
HO CHO + H2N H
-HO 2 C NR
CH-N
CH=N
+ H2 O
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羰基试剂
30
特点: 特点:
7
CH3CHCH2CH2CHO CH3
O CH2CCH2CH3
CH=CHCHO
4-甲基戊醛
1-环戊基-2-丁酮 环戊基-
3-苯基-2-丙烯醛 苯基- (肉桂醛) 肉桂醛)
O CH3
O O CH3CH2CCH2CCH3
C6H5 CH3
CH3 CCH2CH3 O
2-甲基环己酮
2,4-己二酮
(E)-4-甲基-5-苯基 甲基- -4-己烯-3-酮 己烯-
8
第二节 物理性质
9
1) 相态:常温下甲醛为气体,其它低级醛酮均为液体; 相态:常温下甲醛为气体,其它低级醛酮均为液体; 2) 沸点:由于羰基具有极性,分子间存在偶极作用力, 沸点:由于羰基具有极性,分子间存在偶极作用力, 故醛酮的沸点比相应分子量的烷烃高, 故醛酮的沸点比相应分子量的烷烃高,但分子间不能 形成氢键,沸点比醇低。 形成氢键,沸点比醇低。
2
定义与分类
分子中含有羰基 的化合物称为 羰基化合物(Carbonyl compounds)。 羰基化合物(Carbonyl compounds)。
O R C R (H)R O C H
O C
1、饱和醛酮:CnH2nO 、饱和醛酮: CH3CH2CHO 丙醛
O O H H3C C
酮 不饱和醛酮 CH2=CHCHO 丙烯醛
5
二、命名
(一)普通命名法
脂肪醛:按含所碳原子数称为“某醛” 脂肪醛:按含所碳原子数称为“某醛”CH3 )
O C H
(乙醛
O 脂肪酮:按所连烃基名称为“某某酮” 小前大后) 脂肪酮:按所连烃基名称为“某某酮”(小前大后) H3C C CH2CH3 (甲乙酮、丁酮) 甲乙酮、丁酮)
芳香醛酮: 芳香醛酮:把苯环作为取代基
C=O

Ar R'
C=O
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电子效应和空间位阻的影响 1) 酮羰基上连有烷基时,由于烷基是给电子基 酮羰基上连有烷基时, 降低了羰基碳的正电性;同时也增大 了羰基碳的正电性 增大了 团,降低了羰基碳的正电性;同时也增大了 空间位阻,不利于亲核加成; 空间位阻,不利于亲核加成; 位阻 2) 对于芳香类羰基化合物,羰基和苯环共轭时 对于芳香类羰基化合物, 电子向羰基离域, 了羰基碳的正电性 ,π电子向羰基离域,降低了羰基碳的正电性 电子向羰基离域 降低了羰基碳的 不利于亲核加成; ,不利于亲核加成; 正电性增强, 3) 烃基上有吸电子基时,羰基碳正电性增强, 烃基上有吸电子基时 羰基碳正电性增强 吸电子基 有利于亲核加成;反之相反; 有利于亲核加成;反之相反;
H+
+ C=OH
ROH
+ OH2 C OR -H+
-H2O
C
+ OR
ROH
OR C OR
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特点: 特点:
1) 酸性催化剂:干燥HCl或对甲苯磺酸; 酸性催化剂:干燥 或对甲苯磺酸; 或对甲苯磺酸 2) 缩醛、酮对碱及氧化剂稳定,在稀酸中易水解原来的醛、酮; 缩醛、酮对碱及氧化剂稳定,在稀酸中易水解原来的醛、 2) 可逆反应,利用特殊装置-油水分离器,除去生成的水,促使 可逆反应,利用特殊装置-油水分离器,除去生成的水, 平衡向右生成缩酮; 平衡向右生成缩酮; 3) 用来保护羰基; 用来保护羰基; 4) 与二元醇反应生成环状缩醛(酮); 与二元醇反应生成环状缩醛(
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第三节 化学性质
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亲核加成
O C H
活泼H的反应 α-活泼 的反应 活泼 (1)烯醇化 ) (2)羟醛缩合反应 ) 卤代( (3)α-卤代(卤仿反应) ) 卤代 卤仿反应)
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C
H(R)
氧化还原
一 、亲核加成反应
(1)反应机理
(2)醛、酮的反应活性 )
H H C=O

R H
C=O

R R'
31
二、α-活泼氢的反应
以正离子离解下来的能力称为α 的活性或 的活性或α 的酸性 的酸性。 α-H以正离子离解下来的能力称为α-H的活性或α-H的酸性。 以正离子离解下来的能力称为
CH3CH3 CH2 CH2 CH CH O CH3CCH3
pKa
50
O C H C R(H)
38
O C C
25
20
O
酮式和烯醇式的互变异构
R(H)
C
酮式
共轭碱
C H OH
R(H)
BC
烯醇式
C H
R(H) + B32
酸催化机理
碱催化机理
1) 反应历程均是亲核加成-消除; 反应历程均是亲核加成-消除; 2) 多数羰基试剂可用来检验羰基(因为产物为很好的结晶, 多数羰基试剂可用来检验羰基(因为产物为很好的结晶, 色多为黄棕色),常用来鉴别羰基的试剂为2, - ),常用来鉴别羰基的试剂为 颜 色多为黄棕色),常用来鉴别羰基的试剂为 ,4- 二硝基苯肼; 二硝基苯肼; 3) 可用来分离、提纯醛酮(因为产物在稀酸条件下均可 可用来分离、提纯醛酮( 分解成反应物); 分解成反应物);

O CH3 CHO C CH3
2、 3 、CH
C
脂肪醛
脂肪酮
芳香醛酮
3
第一节 结构和命名
4
一、醛酮的结构
1 羰基 和O均是 2杂化; 羰基C和 均是 杂化; 均是sp 2 C=O双键是由一个σ键和一个π键组成的; 双键是由一个σ键和一个π键组成的; 双键是由一个 3 C=O是一 个极性不饱和基团,具有偶极矩; 是一 个极性不饱和基团,具有偶极矩;
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(二)羰基与含硫亲核试剂的加成
R C=O H(R/) + NaHSO3 H R C SO3Na
+
OH
R NaCN (R/)H C
OH
CN
机 理
R H
HO C=O + S O R H C OH
O Na
R H
O-Na+ C SO2OH
SO3Na
OH C SO3Na Na2CO3/H2O
HCl/H2O
仲醇
R3 C R2 OH

叔醇
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特点: 特点:
1) 制备醇的常用方法; 制备醇的常用方法; 2) 亲核试剂是 -; 亲核试剂是R 3) 甲醛制备伯醇,醛制备仲醇,酮制备叔醇; 甲醛制备伯醇,醛制备仲醇,酮制备叔醇; 4) 一般酮均可反应,但若连有大基团时,对羰基有屏蔽作用; 一般酮均可反应,但若连有大基团时,对羰基有屏蔽作用; 5) 与格氏试剂加成需在无水乙醚中; 与格氏试剂加成需在无水乙醚中; 6) 第二步水解时在稀酸条件下; 第二步水解时在稀酸条件下;
25
(三)羰基与含氧亲核试剂的加成
1、与水的加成 、
OH C O + HOH C OH
偕(胞二醇) 胞二醇)
a. 偕二醇不稳定,易脱水生成醛酮; 偕二醇不稳定,易脱水生成醛酮; b. 羰基与强吸电子基团相连(- 羰基与强吸电子基团相连(-COOH、—CHO、- 、 、-COR、 、 (- 、- 羰基碳正电性增大,可形成稳定的水合物; -CCl3)时,羰基碳正电性增大,可形成稳定的水合物;
CHO
O C CH3
苯甲醛
苯乙酮(乙酰苯) 苯乙酮(乙酰苯)
6
(二)系统命名法
1) 选择含有
O C
在内的最长碳链作为主链; 在内的最长碳链作为主链;
称“某醛或某酮” 某醛或某酮” 2) 编号:醛类从醛基碳开始编号;酮类从靠近羰基 编号:醛类从醛基碳开始编号; 最近端开始编号,并标出羰基的位次; 最近端开始编号,并标出羰基的位次; 3) 芳基和脂环总是作为取代基; 芳基和脂环总是作为取代基; 4) 环酮的编号从羰基碳开始; 环酮的编号从羰基碳开始; 5) 多元醛酮同样选择含羰基最多的最长碳链作为主链; 多元醛酮同样选择含羰基最多的最长碳链作为主链; 使羰基位次尽可能最小,并标明羰基的位次与数目, 使羰基位次尽可能最小,并标明羰基的位次与数目, 其它作为取代基; 其它作为取代基; 6) 不饱和醛酮选择同时含有不饱和键和羰基在内的最 长碳链作为主链; 长碳链作为主链;
O O H O O + H2O O O O H
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水合茚三酮
2、与醇的加成 、
干HCl C O + ROH
OH 干HCl C OR
ROH
OR C OR + H2 O
半缩醛( 半缩醛(酮) 反 应 机 理
C OH OR H OR C + OR H
+
缩醛( 缩醛(酮)
OH C + OR H -H+
C=O
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