第五章 羰基的親核加成與相關(guān)的反應(yīng)

第五章羰基的親核加成及相關(guān)反應(yīng)羰基化合物包括醛、酮、羧酸及衍生物和CO2。5.1羰基的結(jié)構(gòu)親電中心羰基碳的活性較大，易被親核試劑進(jìn)攻而發(fā)生親核加成反應(yīng)和親核取代反應(yīng)。5.2親核加成反應(yīng)的歷程及影響因素5.2.1反應(yīng)歷程一、HCN的加成反應(yīng)可被堿催化反應(yīng)的平衡位置受電子效應(yīng)和空間效應(yīng)的影響化合物K原因CH3CHO>104PhCHO2102位阻增大，+Cp-O2NC6H4CHO1.4103（-I,-C）p-CH3C6H4CHO32（+I，+C,+C’）酮發(fā)生正向親核加成反應(yīng)的趨勢(shì)較?。兆璐螅┒?、親核加成反應(yīng)的一般特點(diǎn)1．反應(yīng)可以被酸或堿催化酸催化可提高羰基的親電活性堿催化可提高親核試劑的親核性活性：2．多數(shù)醛酮的親核加成為可逆反應(yīng)。5.2.2影響?hù)驶衔镉H核加成反應(yīng)活性的因素一、羰基化合物的結(jié)構(gòu)1．電子效應(yīng)羰基碳的正電性越大，親核加成速度越大，反應(yīng)活性越大。羰基碳所連的吸電基（-I，-C）使其親核加成反應(yīng)的活性增加，而供電基（+I，+C）則使其活性降低。活潑順序：（1）-共軛效應(yīng)（增加其穩(wěn)定性）；（2）+C效應(yīng)（降低羰基碳的正電性）；（3）加成產(chǎn)物失去共軛能，反應(yīng)活化能高；（4）過(guò)渡態(tài)和產(chǎn)物的張力大幅增加。2．立體效應(yīng)sp2sp3活性：二、試劑的親核性對(duì)同一羰基化合物，試劑的親核性越大，平衡常數(shù)越大，親核加成越容易。1．帶負(fù)電荷的親核試劑比其共軛酸（中性分子）的親核性強(qiáng)。OH->H2O,RO->ROH2．極性大的分子比極性小的分子親核性強(qiáng)。HCN>H2O(極性與電負(fù)性)3．同周期元素的負(fù)離子的親核性與堿性大小一致.R3C->R2N->RO->F-4．同一主族元素的負(fù)離子的親核性與可極化度大小一致。I->Br->Cl->F-5.2.3親核加成反應(yīng)的立體化學(xué)一、非手性的羰基化合物的加成前(潛)手性分子二、手性羰基化合物的親核加成加成方向遵守Cram規(guī)則，得立體選擇性的非對(duì)映異構(gòu)體產(chǎn)物。大基團(tuán)中基團(tuán)小基團(tuán)手性碳上兩個(gè)體積較小的基團(tuán)（S與M）根據(jù)其構(gòu)型分處于羰基兩側(cè)，體積最大的基團(tuán)L則與羰基呈反位交叉構(gòu)象，還原劑（或親核試劑）從S與M之間位阻較小的一側(cè)進(jìn)攻羰基占優(yōu)勢(shì)，這就是Cram規(guī)則。

優(yōu)勢(shì)剛性橋環(huán)，不能翻轉(zhuǎn)

位阻增大5.3醛酮的親核加成5.3.1醛酮的簡(jiǎn)單加成一、與NaHSO3的加成HSO3-體積大，空間效應(yīng)明顯，只有醛、脂肪族甲基酮和碳原子少于8的環(huán)酮才能反應(yīng)。SO32-為好的離去基，可避免用HCN親核中心為硫原子二、與水加成水的親核性較小，反應(yīng)后空阻增大，故不利于水化。若帶吸電基時(shí)，有利于水化反應(yīng)。三、與醇的加成半縮醛（酮）不穩(wěn)定只被酸催化

縮醛酮（穩(wěn)定）醛與一元醇易形成縮醛，而酮?jiǎng)t不易，常用-二醇形成環(huán)狀縮酮。縮醛（酮）對(duì)堿、氧化劑、還原劑、堿金屬等穩(wěn)定，可用來(lái)保護(hù)醛基和酮基。2.與Grignard試劑四、與金屬有機(jī)化合物的反應(yīng)1、與炔鈉加成反應(yīng)可以停留在酮階段原甲酸酯縮醛31）還原反應(yīng)當(dāng)二試劑的空阻都很大時(shí)，格利亞試劑作為還原劑，經(jīng)環(huán)狀過(guò)渡態(tài)進(jìn)行還原副反應(yīng)轉(zhuǎn)移-H

2）烯醇化。不存在-H，且位阻大時(shí)。烷基鋰活性高，高位阻的酮仍然發(fā)生加成反應(yīng)相應(yīng)的格氏試劑卻不能反應(yīng)堿3.Re-format-sky(雷福爾馬茨基)反應(yīng)合成-羥基酸酯和,-不飽和酸酯，同時(shí)可使醛酮的碳數(shù)增加5.3.2醛酮與含氮親核試劑的加成-消除反應(yīng)一、與胺衍生物的反應(yīng)Z=R,Ar,OH,PhNH,NH2CONH仲胺與醛酮加成后不能形成亞胺，如果-碳上有氫，則可脫水得烯胺。親核中心烯胺能與鹵代烴、鹵代酮、鹵代酸酯等作用，在烯胺碳上引入烴基或與酰鹵作用在碳上引入?；a(chǎn)物經(jīng)水解及到相應(yīng)的醛酮。

形成的烯胺可增加醛酮-碳的親核活性

二、Mannich反應(yīng)具有-H的醛酮或其他含活潑氫的化合物與甲醛及胺或氨作用，生成氨甲基化產(chǎn)物的反應(yīng)稱(chēng)氨甲基化反應(yīng)或Mannich反應(yīng)。含活潑氫的化合物有：RCH2COR,RCH2COOR,RCH2COOH,RCH2CN和RCH2NO2等。氨和1o胺可進(jìn)一步發(fā)生Mannich反應(yīng)

區(qū)域選擇性氨甲基化產(chǎn)物對(duì)熱不穩(wěn)定，易分解為,-不飽和羰基化合物托品酮:1963年從環(huán)庚酮出發(fā)經(jīng)十幾步來(lái)合成。現(xiàn)用3-氧代-1,4-戊二酸發(fā)生Mannich反應(yīng)一步合成托品酮有活潑氫5.4.3Wittig反應(yīng)二烴代亞甲基三苯基膦Wittig試劑1.Wittig試劑空3d軌道2p電子對(duì)d-p共軛ylene（烯，葉立因）內(nèi)鎓鹽（主要貢獻(xiàn)）ylide（鹽，葉立德）(1)活潑的wittig試劑R1,R2=H或烷基。與O2,H2O,HX或醇均能反應(yīng)。(2)不活潑的Wittig試劑等吸電子與帶負(fù)電荷的碳相連時(shí)，因-I,-C負(fù)電荷分散，Wittig試劑比較穩(wěn)定。與醛反應(yīng)活性低，與酮作用慢或不反應(yīng)。（3）穩(wěn)定的Wittig試劑位連有苯基或乙烯基時(shí)，Wittig試劑一般不與醛酮反應(yīng)。2.Wittig反應(yīng)歷程3.立體化學(xué)（1）活潑Wittig試劑的產(chǎn)物以順式烯為主。中間體以動(dòng)力學(xué)有利的赤式為主majorminor（2）共軛穩(wěn)定的wittig試劑，產(chǎn)物以反式烯烴為主。中間體以熱力學(xué)穩(wěn)定的蘇式為主minormajor另外醛酮的結(jié)構(gòu)和溶劑的極性將影響其立體選擇性。4.Wittig試劑的應(yīng)用(1)合成醛（2）烯烴（環(huán)內(nèi)烯5-16元環(huán)，環(huán)外烯）天然有機(jī)物維生素A的合成5.3.4羥醛縮合（aldolcondensation）1.羥醛縮合在催化劑作用下，含有-H的醛或酮相互作用，生成-羥基醛（酮）或,-不飽和醛酮的反應(yīng)叫羥醛縮合(1)反應(yīng)可被酸或堿作催化堿先奪取-H，產(chǎn)生碳負(fù)離子酸催化提高羰基碳的正電性(2)反應(yīng)為可逆反應(yīng)，醛傾向于正向；而酮逆向傾向大，可用索氏提取器促使正向進(jìn)行。Claisen-Schmidtcondensation交叉岐化-H組分羰基組分2．交叉羥醛縮合（MixedAldolCondensation）無(wú)-H的醛酮，自身不能發(fā)生羥醛縮合，但可以與另一分子含-H的醛酮發(fā)生交叉羥醛縮合。兩種酮的交叉縮合，至少有一種為甲基酮或環(huán)酮，位阻小的甲基酮或環(huán)酮在反應(yīng)中作羰基組分。親核活性大羰基組分分子內(nèi)的羥醛縮合產(chǎn)物一般為五元或六元,-不飽和醛酮產(chǎn)物不太穩(wěn)定親核進(jìn)攻的位阻大不對(duì)稱(chēng)酮的反應(yīng)區(qū)域選擇性majormajor酸性較強(qiáng)，空阻較小majorminormajor更穩(wěn)定3.Perkin反應(yīng)芳香醛和乙酐或取代乙酐在相應(yīng)羧酸的鈉鹽或鉀鹽存在下發(fā)生的縮合反應(yīng)。trans4.Knovenagel反應(yīng)醛酮與被兩個(gè)吸電基活化的亞甲基或次甲基化合物的縮合反應(yīng)稱(chēng)為Knovenagel反應(yīng)。-H活性大，NH3,RCOONH4等都可催化此反應(yīng)亞甲基組分有：反應(yīng)同時(shí)脫水脫羧，反應(yīng)較Perkin反應(yīng)溫和5.Stobbe反應(yīng)醛酮與1,4-丁二酸酯在堿性條件下，催化生成亞叉基丁二酸單酯的反應(yīng)叫stobble反應(yīng)。大位阻

Y94%6.Darzen反應(yīng)Darzen反應(yīng)是由-鹵代羧酸酯在醇鈉催化下與醛酮反應(yīng)得,-環(huán)氧酸酯。5.3.5苯偶姻縮合(安息香縮合,acyloincondensation)兩分子芳醛在CN-存在下，縮合生成-羥酮的反應(yīng)。5.4羧酸及衍生物的親核加成5.4.1Claisen縮合含-H的羧酸酯在強(qiáng)堿作用下得β-羰基酸酯的反應(yīng)酸性強(qiáng)于醇反應(yīng)發(fā)生的動(dòng)力：要加酸后才能得到產(chǎn)物不含-H的羧酸酯不發(fā)生自身Claisen酯縮合，但可與另一含-H的酯發(fā)生交叉Claisen酯縮合。活性較差Y18％采用不斷除去乙醇的方法提高產(chǎn)率5.4.2Dieckmann縮合1,6或1,7-二元羧酸酯發(fā)生分子內(nèi)酯縮合得五或六元環(huán)的β-環(huán)酮酸酯的反應(yīng)兩分子的二次Claisen縮合反應(yīng)受熱力學(xué)控制,主要形成較穩(wěn)定的烯醇鹽。酸性：-H>’-H空阻：-H<’-H’酸性：-H>’-H>’’-H5.4.2酯-酮縮合酮的-H酸性大于酯的-H，酮形成-C負(fù)離子如果酯羰基活性過(guò)低，酮?jiǎng)t主要發(fā)生羥醛縮合，反之若酯的-H活性大于酮（如丙二酸酯）則發(fā)生酯自身縮合或Knovenagel反應(yīng)。酸性較強(qiáng)，空阻較小，活性較強(qiáng)5.5Michael加成碳負(fù)離子對(duì),β-不飽和羰基化合物的加成叫Michael加成。,β-不飽和羰基化合物叫