高等有机化学第六章羰基化合物反应
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LOGOHERE XXXX大学 化学化工学院
高等有机化学
第六章 羰基化合物反应
授课教师： 日 期：
目录
Contents
羰基化合物的结构与反应特征 醛、酮亲核加成反应的立体化学 α - 氢酸性与烯醇、烯醇负离子形成 α – 卤代反应 Aldol加成和Aldol缩合 酮和酯的烷基化反应 α, β - 不饱和羰基的亲核加成 酮和酯的酰基化反应 β - 二羰基化合物的反应与应用 其他缩合反应
O CH3
O
CH3
B
O CH3 H
OLi
O
80:20
CH3
OH CH3
动力学控制产物
强碱有利于形成动力学控制的少取代烯醇负离子。 酸性条件则有利于形成热力学控制的多取代烯醇 弱碱条件下，影响因素会更多，选择性不高。
的pKa 为25
醛酮RCH2COR’羰基α-H的pKa约为16~20
酯RCH2COOR’羰基α-H的pKa 为25
——可见在适当的碱作用下，醛酮羰基的a-H可以离解，而形成碳负离子
——常用碱有：
OH-，EtONa，t-BuOK，(i-Pro)2NHLi（LDA），PhLi等（RNH2 的pKa 为 35，PhH的pKa 为~44 ，水的pKa 为~15 ）
O
OLi
OLi
LDA
+
THF -78oC
99:1
动力学控制产物 热力学控制产物
14
三 α - 氢酸性与烯醇、烯醇负离子形成
O
LDA THF -78oC
OLi +
low temperature, give kinetic enolate
high temperature, give thermodynamic enolate 酸性条件下将形成烯醇，而不是烯醇负离子
<0.1% pKa=15.7
O +
pKa=17
CH(CH3)2 LiN
CH(CH3)2
OLi +
~100%
CH(CH3)2 HN
CH(CH3)2
pKa=35
13
三 α - 氢酸性与烯醇、烯醇负离子形成
LDA —— lithium diisopropylamide —— a strong base but a poor nucleophile —— all carbonyl compound is converted to enolate —— prepared by BuLi with (CH3)2CHNHCH(CH3)2
次要产物பைடு நூலகம்M
Nu-
O S
主要产物
LR
10
二 醛、酮亲核加成反应的立体化学
Cram规则二：当醛或酮的α-碳原子上连有羟基或氨基等可以和羰基氧原子形
成氢键的基团时，试剂将从含氢键环的空间阻碍较小的一边对羰基进行加成。
H O NCH3
H NCH3
H2
H
OH
H C6H5CH3
H C6H5CH3
Cornforth规则：如果在羰基的α-碳原子上结合着一个卤原子，由于卤原子和羰基氧原
t -Bu
OH 80%
9
二 醛、酮亲核加成反应的立体化学
开链型醛和酮中若羰基与一个不对称碳原子相 连，当羰基发生加成反应形成 第二个不对称碳原子时，所生成的两个非对映体产率不相同----Cram规则
Cram规则一：如果醛或酮的α-碳原子上连有三个大小不同的基团（L、M、S 分别代表大、中、小三个基团）时，其优势构象为羰基键处在两个较小基团 之间的构象，试剂优先从空间阻碍较小的一边进攻羰基。
O CC H
BH2
O
CC
O CC
烯醇负离子
烯醇负离子由于羰基的共轭作用得以稳定
4
一 羰基化合物的结构与反应特征
烯醇中的C-C双键接受亲电试剂进攻，发生a –卤代反应；醛酮、羧酸和酰卤可 以发生该反应 烯醇负离子作为亲核试剂，进攻卤代烃的缺电子碳，则发生亲核取代反应；进 攻羰基碳则发生亲核加成反应；
2
一 羰基化合物的结构与反应特征
羰基化合物的结构特征之一： 羰基C=O，可以接受亲核试剂的进攻，发生亲核加成反应、亲核取代反应。
CO
CO
CO
CO Y
Nu E H2NY
C OE Nu
Y CN
Ph3P CR1R2
R1 CC
R2
Nu
CO + Y
Nu
3
一 羰基化合物的结构与反应特征
羰基化合物的结构特征之二： 羰基C=O的吸电子作用使得α-H具有明显的酸性，在碱性条件下可以离解，生成 烯醇负离子，从而成为亲核试剂，进攻羰基碳或卤代烃，发生亲核加成反应、亲 核取代反应。
子的电负性都很大，两者互相排斥，这时羰基化合物的优势构象是卤原子与羰基处于
对位交叉位。反应时，试剂也是从空间位阻较小的一边进攻羰基。
O
CH3
H
1)n- C4H9MgBr
CH3
C4H9-n H
ClCH3
2) H2O
HO
CH3
Cl
11
三 α - 氢酸性与烯醇、烯醇负离子形成
醇ROH的pKa约为15~18，
5
一 羰基化合物的结构与反应特征
烯醇负离子作为亲核试剂，发生亲核加成的产物可以脱水缩合形成α, β-不饱和 羰基化合物；烯醇负离子还可以与α, β-不饱和羰基化合物反应生成1, 5-二羰基 化合物。 1, 5-二羰基化合物进一步发生分子内缩合就形成环状结构。
6
一 羰基化合物的结构与反应特征
羰基的亲核加成反应机理
8
二 醛、酮亲核加成反应的立体化学 小
CO
o 几率大
环状化合物羰基平面两边的空间条件不同时，亲核试剂主要从空间位阻小的一 边进攻。
取代基环己酮类的亲核加成反应，不是受立体接近控制就是受产物进展控制。
CH3 LiBH(CHCH2CH3)3
H OH H
H
H
O
t -Bu
H 93%
t -Bu
NaBH4
HH H
12
三 α - 氢酸性与烯醇、烯醇负离子形成
Formation of Enolate
O CC H
BH2
O
CC
O CC
烯醇负离子
烯醇负离子由于羰基的共轭作用得以稳定 弱碱如NaOH，RONa作用下，反应只能达到一定的平衡 强碱如LDA作用下，可以定量地转化为烯醇负离子
O + OH
pKa=17
O + H2O
碱性条件下 酸性条件下
7
一 羰基化合物的结构与反应特征
羧酸及其衍生物的亲核取代（加成—消去）反应机理:
O R C Z + Nu
O RC Z
Nu
O R C Nu + Z
Nu(亲核试剂) = H2O、ROH、NH3等 Zˉ(离去基团) =―X、―OR、―OCOR、 ―NH2等
羧酸衍生物的亲核取代(加成-消去)反应一般分为两步，首先是亲核试剂进 攻羰基碳原子,发生亲核加成反应，形成一个带负电荷的四面体中间体。然 后,中间体消去一个负离子,恢复碳-氧双键,形成另一个羧酸衍生物。
高等有机化学
第六章 羰基化合物反应
授课教师： 日 期：
目录
Contents
羰基化合物的结构与反应特征 醛、酮亲核加成反应的立体化学 α - 氢酸性与烯醇、烯醇负离子形成 α – 卤代反应 Aldol加成和Aldol缩合 酮和酯的烷基化反应 α, β - 不饱和羰基的亲核加成 酮和酯的酰基化反应 β - 二羰基化合物的反应与应用 其他缩合反应
O CH3
O
CH3
B
O CH3 H
OLi
O
80:20
CH3
OH CH3
动力学控制产物
强碱有利于形成动力学控制的少取代烯醇负离子。 酸性条件则有利于形成热力学控制的多取代烯醇 弱碱条件下，影响因素会更多，选择性不高。
的pKa 为25
醛酮RCH2COR’羰基α-H的pKa约为16~20
酯RCH2COOR’羰基α-H的pKa 为25
——可见在适当的碱作用下，醛酮羰基的a-H可以离解，而形成碳负离子
——常用碱有：
OH-，EtONa，t-BuOK，(i-Pro)2NHLi（LDA），PhLi等（RNH2 的pKa 为 35，PhH的pKa 为~44 ，水的pKa 为~15 ）
O
OLi
OLi
LDA
+
THF -78oC
99:1
动力学控制产物 热力学控制产物
14
三 α - 氢酸性与烯醇、烯醇负离子形成
O
LDA THF -78oC
OLi +
low temperature, give kinetic enolate
high temperature, give thermodynamic enolate 酸性条件下将形成烯醇，而不是烯醇负离子
<0.1% pKa=15.7
O +
pKa=17
CH(CH3)2 LiN
CH(CH3)2
OLi +
~100%
CH(CH3)2 HN
CH(CH3)2
pKa=35
13
三 α - 氢酸性与烯醇、烯醇负离子形成
LDA —— lithium diisopropylamide —— a strong base but a poor nucleophile —— all carbonyl compound is converted to enolate —— prepared by BuLi with (CH3)2CHNHCH(CH3)2
次要产物பைடு நூலகம்M
Nu-
O S
主要产物
LR
10
二 醛、酮亲核加成反应的立体化学
Cram规则二：当醛或酮的α-碳原子上连有羟基或氨基等可以和羰基氧原子形
成氢键的基团时，试剂将从含氢键环的空间阻碍较小的一边对羰基进行加成。
H O NCH3
H NCH3
H2
H
OH
H C6H5CH3
H C6H5CH3
Cornforth规则：如果在羰基的α-碳原子上结合着一个卤原子，由于卤原子和羰基氧原
t -Bu
OH 80%
9
二 醛、酮亲核加成反应的立体化学
开链型醛和酮中若羰基与一个不对称碳原子相 连，当羰基发生加成反应形成 第二个不对称碳原子时，所生成的两个非对映体产率不相同----Cram规则
Cram规则一：如果醛或酮的α-碳原子上连有三个大小不同的基团（L、M、S 分别代表大、中、小三个基团）时，其优势构象为羰基键处在两个较小基团 之间的构象，试剂优先从空间阻碍较小的一边进攻羰基。
O CC H
BH2
O
CC
O CC
烯醇负离子
烯醇负离子由于羰基的共轭作用得以稳定
4
一 羰基化合物的结构与反应特征
烯醇中的C-C双键接受亲电试剂进攻，发生a –卤代反应；醛酮、羧酸和酰卤可 以发生该反应 烯醇负离子作为亲核试剂，进攻卤代烃的缺电子碳，则发生亲核取代反应；进 攻羰基碳则发生亲核加成反应；
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一 羰基化合物的结构与反应特征
羰基化合物的结构特征之一： 羰基C=O，可以接受亲核试剂的进攻，发生亲核加成反应、亲核取代反应。
CO
CO
CO
CO Y
Nu E H2NY
C OE Nu
Y CN
Ph3P CR1R2
R1 CC
R2
Nu
CO + Y
Nu
3
一 羰基化合物的结构与反应特征
羰基化合物的结构特征之二： 羰基C=O的吸电子作用使得α-H具有明显的酸性，在碱性条件下可以离解，生成 烯醇负离子，从而成为亲核试剂，进攻羰基碳或卤代烃，发生亲核加成反应、亲 核取代反应。
子的电负性都很大，两者互相排斥，这时羰基化合物的优势构象是卤原子与羰基处于
对位交叉位。反应时，试剂也是从空间位阻较小的一边进攻羰基。
O
CH3
H
1)n- C4H9MgBr
CH3
C4H9-n H
ClCH3
2) H2O
HO
CH3
Cl
11
三 α - 氢酸性与烯醇、烯醇负离子形成
醇ROH的pKa约为15~18，
5
一 羰基化合物的结构与反应特征
烯醇负离子作为亲核试剂，发生亲核加成的产物可以脱水缩合形成α, β-不饱和 羰基化合物；烯醇负离子还可以与α, β-不饱和羰基化合物反应生成1, 5-二羰基 化合物。 1, 5-二羰基化合物进一步发生分子内缩合就形成环状结构。
6
一 羰基化合物的结构与反应特征
羰基的亲核加成反应机理
8
二 醛、酮亲核加成反应的立体化学 小
CO
o 几率大
环状化合物羰基平面两边的空间条件不同时，亲核试剂主要从空间位阻小的一 边进攻。
取代基环己酮类的亲核加成反应，不是受立体接近控制就是受产物进展控制。
CH3 LiBH(CHCH2CH3)3
H OH H
H
H
O
t -Bu
H 93%
t -Bu
NaBH4
HH H
12
三 α - 氢酸性与烯醇、烯醇负离子形成
Formation of Enolate
O CC H
BH2
O
CC
O CC
烯醇负离子
烯醇负离子由于羰基的共轭作用得以稳定 弱碱如NaOH，RONa作用下，反应只能达到一定的平衡 强碱如LDA作用下，可以定量地转化为烯醇负离子
O + OH
pKa=17
O + H2O
碱性条件下 酸性条件下
7
一 羰基化合物的结构与反应特征
羧酸及其衍生物的亲核取代（加成—消去）反应机理:
O R C Z + Nu
O RC Z
Nu
O R C Nu + Z
Nu(亲核试剂) = H2O、ROH、NH3等 Zˉ(离去基团) =―X、―OR、―OCOR、 ―NH2等
羧酸衍生物的亲核取代(加成-消去)反应一般分为两步，首先是亲核试剂进 攻羰基碳原子,发生亲核加成反应，形成一个带负电荷的四面体中间体。然 后,中间体消去一个负离子,恢复碳-氧双键,形成另一个羧酸衍生物。