第十章 醛 和 酮( 3)
主要内容:
醛酮的化学性质( Ⅲ )
醛酮的还原反应
醛酮的氧化反应
Cannizzaro反应和卤仿反应一,醛、酮的还原反应
氢化金属还原(第 III主族元素)
LiAlH4,NaBH4,B2H6
催化氢化还原:
H2,加压 / Pt (or Pd,or Ni) / 加热
Meerwein-Ponndorf 还原法:
(i-PrO)3Al / i-PrOH
金属还原法,Na,Li,Mg,Zn
羰基的两种主要还原形式
Clemmensen还原
Zn(Hg) / HCl
Wolff-Kishner还原
NH2NH2 / Na / 200oC
黄鸣龙改良法
NH2NH2 / NaOH/
(HOCH2CH2)2O/?
C O C H O H C O C H 2
[ H ] [ H ]
1,氢化金属还原 见 ppt 010-1
B2H6还原机理,
1,L i A l H 4
C HR
O H
R ' ( H )CR
O
R ' ( H )
o r N a B H 4
2,H 2 O
1,B 2 H 6 / T H F
2,H 2 O
C
O
HC
O
H
B H
2 O
C
O H
H
H 3 B O 3
B
2,催化氢化还原
H 2 ( 0,3 M P a )
P t
CR
O
R ' ( H ) C HR
O H
R ' ( H )
N
O
H 3 C
N i
H 2
N
O H
H 3 C
H
N
O H
H 3 C
H
+
加成的立体化学 ——立体有择反应主要产物位阻大位阻小
3,Meerwein-Ponndorf 还原反应机理逆反应为
Oppenauer
氧化反应
(见 ppt009-2)
( i - P r O ) 3 A l
C H 3 C H O H C H 3 ( 过 量 )CR
O
R ' ( H ) C HR
O H
R ' ( H )
R
C
R '
O
A l
O
R
C
R '
O
A l
O
C
H R
C
R '
O
A l
O
C
H
R
C
R '
O
A l
O
C
H
H
3
C C H
3
H O C H ( C H
3
)
2
R
C H
R '
O H
A l
O C H ( C H
3
)
2
C H
3
C H
3
C H
3
C H
3
C H
3
C H
3
H
六员环过渡态蒸馏除去交换
4,醛酮被金属还原至 醇 或 二醇
N a o r L i
CR
O
R ' ( H ) C HR
O H
R ' ( H )
R C
O H
R '
RC
O H
R '
R C R '
O
2
M g ( H g )
单分子还原
双分子还原醛或酮 醇邻二醇
( 频哪醇,Pinacol)
酮
单分子还原 机理
双分子还原 机理
R C R '
O
e
R C R '
O M
N a
R C R '
O N a
S ( 溶 剂 )
R C
H
R '
O H
e
H 2 O
R C
H
R '
O N a
H
自 由 基 二 聚
R C
O
R '
RC
O
R '
M g
R C
O H
R '
RC
O H
R ' P i n a c o l
H 2 O
R C R '
O
2
e
M g
2
R C
O
R '
RC
O
R '
M g
5,Clemmensen还原醛酮羰基至亚甲基适用于对酸稳定的体系
合成上的应用举例
R C R ' ( H )
O
R C H 2 R ' ( H )
Z n ( H g )
H C l
Clemmensen 还原
A r H
CC l R
O
A l C l 3
A r C R
O Z n ( H g )
H C l
A r C H 2 R
Friedel-Crafts反应 烷基苯
6,Wolff-Kishner还原 酮羰基 至亚甲基
黄鸣龙改良法 ( Huang-Minlon modification)
反应在封管中进行
R C R '
O
R C H 2 R '
N H 2 - N H 2,N a
~ 2 0 0 o C
N 2+
适用于对碱稳定的体系
N H 2 - N H 2,N a O H
( H O C H 2 C H 2 ) 2 O,?R C R '
O
R C H 2 R ' N 2+
Wolff-Kishner还原机理 (了解)
R C R '
O
N H
2
- N H
2
R C R '
O
N H - N H
2
H
R C R '
O H
N - N H
2
H
O H
O H
R
C
R '
N N H H
O H R
C
R '
N N H
R
C
R '
N N H
H
R C H
2
R '
R
C H
R '
N N H
O H
RC
H
R '
N
2
O HH
H
2
O
复习:通过缩硫酮间接还原羰基至亚甲基
R
C
R ' ( H )
O
R
C
R ' ( H )
S S
H S S H
R C R ' ( H )
H
2
R a n e y N i
H
+
H
H
缩硫酮二,醛、酮的氧化反应氧化剂
i,温和氧化剂:
Ag(NH3)2OH( Tollens 试剂,银镜反应)
Cu(OH)2/NaOH ( Fehling试剂)
应用:
a,醛类化合物的鉴定分析
b,制备羧酸类化合物
(优点:不氧化 C= C)
1,醛的氧化
R C O H
O[ O ]
R C H
O
R C H
O
R C O N H 4
O2 A g ( N H
3 ) 2 O H
+ 2 A g
R C O N a
O
+ C u 2 O
C u ( O H ) 2 / N a O H
银 镜红色沉淀
ii,强氧化剂,KMnO4,K2CrO7,HNO3等
iii,O2(空气) (醛的自氧化)
自由基机理
加入抗氧化剂保存(如:对苯二酚)
R C H
O
R C O O H
O
O 2
R C O H
O
2
R C H
O
2,酮的氧化
i,强氧化剂 (如,KMnO4,HNO3等) ——氧化成羧酸产物复杂,合成应用意义不大
对称环酮的氧化 (制备二酸)
R 1 C O H
O
R 1 C H 2 C C H 2 R 2
O
C C H 2 R 2
O
H O
R 1 C H 2 C
O
O H C R 2
O
H O
强 氧 化 剂
+
++
O
浓 H N O 3
C O O H
C O O H
有合成意义
ii,过氧酸氧化 ——生成酯 ( Baeyer-Villiger反应)
常用过氧酸:
Baeyer-Villiger反应
R 1 C R 2
O R C O O HO
R 1 C O R 2
O
R 1 O C R 2
O
"O" 插入
C O O H
O
H 3 C C O O H
O
F 3 C C O O H
O
C O O H
O
( M C P B A )
C l
Baeyer-Villiger氧化机理 (解释,O”如何插入 C- C健 )
关键,R向缺电子 中心 的迁移缺电子中心
R
1
C R
2
O
R C O O H
O
H
+
R
1
C R
2
O H
H O
R
1
C R
2
O H
O C R
O
H
+
O
R
1
C R
2
O H
O C R
O
~ R
1
O
R
1
C R
2
O H
O C R
O H
H
+
+
O
C O HR
1
O C R
2
O H
H
+
R
1
O C R
2
O
( 来 自 过 氧 酸 )
R
迁 移
复习:烷基向 缺电子中心 的迁移的一些例子:
向缺电子 碳 的重排,如:
碳正离子重排
Pinacol重排
C
R
C
~ R
CC
R
C
R
CR
O H
R
O H 2
R
~ R
CCR
O
R
R
R
H 2 O
向缺电子 氮 的重排
向缺电子 氧 的重排
O
R
B
O H
~ R
H O
OB R R O H B ( O H ) 3
H 2 O
+
R C R 'N
R
C
R '
N
O H 2 ~ R '
H 2 O
R C R 'N H
OH 2 O
烯烃的硼氢化 ——氧化反应
Beckmann重排
不对称酮的 Baeyer-Villiger氧化 —— 不同基团的迁移问题
“O”插入取代基多的基团一边 (取代基多的基团易迁移)
迁移能力,C R 3 C H R 2 C H 2
C H 2 R C H 3
> > >
> > >
C C H 3
O
C C H 3
O
O
O
O
O
P h C O 3 H
C H 3 C O 3 H
Baeyer-Villiger氧化在合成上应用
——合成酯类化合物(特别是内酯)
O
C O O O HH
3
C
C O O E tH
3
C
O
O 己 内 酯
H O C O O H
( 1 ) O H
( 2 ) H
2
O / H
+
R C H
浓 O H
O R C O O R C H 2 O H+
H
+
R C O O H
+ R C H O
三,Cannizzaro 反应(歧化反应)
例:
C H O2 C H 2 O H C O O H
O H
O C H O O C H 2 O H O C O O H
2
O H
R = 无 a-H的基团
( 3o R 或 芳基)
Cannizzaro 反应
Cannizzaro 反应机理关键步骤,负 H迁移
R C
O H
O
H R C
O H
O
H
R
C
O
H
R C O H
O
H
R
C O
H
+
~ H
R C O
O
+H
R
C O H
H
负 H 迁 移
交叉 Cannizzaro 反应
有合成意义的交叉 Cannizzaro 反应甲醛总是被氧化(为什么?)
产物复杂,一般无合成意义
R 1 C H
浓 O H
O R 1 C O O R 2 C H 2 O H
R 2 C H O
+
R 2 C O O R 1 C H 2 O H
+
+
+
R C H
浓 O H
O H C O OR C H 2 O HC H 2 O+ +
分析:甲醛的空间位阻较小,优先与碱反应
应用举例:季戊四醇的合成
R C H O H C O OR C H 2 O HC H 2 O+ +
O H位阻小,有利位阻大,不利
C H 3 C H O
O H
C
C H 2 O H
C H 2 O H
H O H 2 C C H O
C H 2 O
C
C H 2 O H
C H 2 O H
H O H 2 C C H 2 O H
O H
3 C H 2 O
季戊四醇羟醛缩合(p480,10.20节 ) Cannizzaro反应
思考题:写出下列两个反应的机理
P h C C H
O O O H
P h C C O
O H O
H
P h C C P h
O O O H
P h C C O
O H O
P h
分子内 Cannizzaro 反应二苯乙醇酸重排
p716 第 15.13节参考答案四,卤仿反应(甲基酮的特殊氧化)
应用:
有机分析,鉴定甲基酮(碘仿试验)
有机合成,通过甲基酮合成少一碳的羧酸
O H
C H 3C
O
R
3 X 2
C X 3C
O
R C H X 3C
O
R O +
O H
卤仿卤仿反应
C H
2
C
O
R
H O
C X
3
C
O
R
C
O
R O HC X
3
C
O
R
O H
C
O
R O C H X
3
+
H O
C H
2
C
O
R
X X
C HC
O
R
X
C X
3
H
H O
H
C HC
O
R
X
C HC
O
R
X
X
X X
+
卤仿反应机理
a?H有弱酸性 烯醇负离子亲核加成消除课后习题,10-20,10-21,10-22(i,v),10-30,10-34(i,ii)
本次课小结:
几种类型的还原试剂及其对醛酮还原反应和反应的选择性
不同类型氧化剂对醛酮的氧化、氧化反应的选择性及在合成上的应用
Cannizzaro反应
卤仿反应思考题参考答案:
P h C C
H
O O
O H
P h C C O
O H
O
H
P h C C
H
O O
O H P h C C O H
O O
H
负氢迁移
主要内容:
醛酮的化学性质( Ⅲ )
醛酮的还原反应
醛酮的氧化反应
Cannizzaro反应和卤仿反应一,醛、酮的还原反应
氢化金属还原(第 III主族元素)
LiAlH4,NaBH4,B2H6
催化氢化还原:
H2,加压 / Pt (or Pd,or Ni) / 加热
Meerwein-Ponndorf 还原法:
(i-PrO)3Al / i-PrOH
金属还原法,Na,Li,Mg,Zn
羰基的两种主要还原形式
Clemmensen还原
Zn(Hg) / HCl
Wolff-Kishner还原
NH2NH2 / Na / 200oC
黄鸣龙改良法
NH2NH2 / NaOH/
(HOCH2CH2)2O/?
C O C H O H C O C H 2
[ H ] [ H ]
1,氢化金属还原 见 ppt 010-1
B2H6还原机理,
1,L i A l H 4
C HR
O H
R ' ( H )CR
O
R ' ( H )
o r N a B H 4
2,H 2 O
1,B 2 H 6 / T H F
2,H 2 O
C
O
HC
O
H
B H
2 O
C
O H
H
H 3 B O 3
B
2,催化氢化还原
H 2 ( 0,3 M P a )
P t
CR
O
R ' ( H ) C HR
O H
R ' ( H )
N
O
H 3 C
N i
H 2
N
O H
H 3 C
H
N
O H
H 3 C
H
+
加成的立体化学 ——立体有择反应主要产物位阻大位阻小
3,Meerwein-Ponndorf 还原反应机理逆反应为
Oppenauer
氧化反应
(见 ppt009-2)
( i - P r O ) 3 A l
C H 3 C H O H C H 3 ( 过 量 )CR
O
R ' ( H ) C HR
O H
R ' ( H )
R
C
R '
O
A l
O
R
C
R '
O
A l
O
C
H R
C
R '
O
A l
O
C
H
R
C
R '
O
A l
O
C
H
H
3
C C H
3
H O C H ( C H
3
)
2
R
C H
R '
O H
A l
O C H ( C H
3
)
2
C H
3
C H
3
C H
3
C H
3
C H
3
C H
3
H
六员环过渡态蒸馏除去交换
4,醛酮被金属还原至 醇 或 二醇
N a o r L i
CR
O
R ' ( H ) C HR
O H
R ' ( H )
R C
O H
R '
RC
O H
R '
R C R '
O
2
M g ( H g )
单分子还原
双分子还原醛或酮 醇邻二醇
( 频哪醇,Pinacol)
酮
单分子还原 机理
双分子还原 机理
R C R '
O
e
R C R '
O M
N a
R C R '
O N a
S ( 溶 剂 )
R C
H
R '
O H
e
H 2 O
R C
H
R '
O N a
H
自 由 基 二 聚
R C
O
R '
RC
O
R '
M g
R C
O H
R '
RC
O H
R ' P i n a c o l
H 2 O
R C R '
O
2
e
M g
2
R C
O
R '
RC
O
R '
M g
5,Clemmensen还原醛酮羰基至亚甲基适用于对酸稳定的体系
合成上的应用举例
R C R ' ( H )
O
R C H 2 R ' ( H )
Z n ( H g )
H C l
Clemmensen 还原
A r H
CC l R
O
A l C l 3
A r C R
O Z n ( H g )
H C l
A r C H 2 R
Friedel-Crafts反应 烷基苯
6,Wolff-Kishner还原 酮羰基 至亚甲基
黄鸣龙改良法 ( Huang-Minlon modification)
反应在封管中进行
R C R '
O
R C H 2 R '
N H 2 - N H 2,N a
~ 2 0 0 o C
N 2+
适用于对碱稳定的体系
N H 2 - N H 2,N a O H
( H O C H 2 C H 2 ) 2 O,?R C R '
O
R C H 2 R ' N 2+
Wolff-Kishner还原机理 (了解)
R C R '
O
N H
2
- N H
2
R C R '
O
N H - N H
2
H
R C R '
O H
N - N H
2
H
O H
O H
R
C
R '
N N H H
O H R
C
R '
N N H
R
C
R '
N N H
H
R C H
2
R '
R
C H
R '
N N H
O H
RC
H
R '
N
2
O HH
H
2
O
复习:通过缩硫酮间接还原羰基至亚甲基
R
C
R ' ( H )
O
R
C
R ' ( H )
S S
H S S H
R C R ' ( H )
H
2
R a n e y N i
H
+
H
H
缩硫酮二,醛、酮的氧化反应氧化剂
i,温和氧化剂:
Ag(NH3)2OH( Tollens 试剂,银镜反应)
Cu(OH)2/NaOH ( Fehling试剂)
应用:
a,醛类化合物的鉴定分析
b,制备羧酸类化合物
(优点:不氧化 C= C)
1,醛的氧化
R C O H
O[ O ]
R C H
O
R C H
O
R C O N H 4
O2 A g ( N H
3 ) 2 O H
+ 2 A g
R C O N a
O
+ C u 2 O
C u ( O H ) 2 / N a O H
银 镜红色沉淀
ii,强氧化剂,KMnO4,K2CrO7,HNO3等
iii,O2(空气) (醛的自氧化)
自由基机理
加入抗氧化剂保存(如:对苯二酚)
R C H
O
R C O O H
O
O 2
R C O H
O
2
R C H
O
2,酮的氧化
i,强氧化剂 (如,KMnO4,HNO3等) ——氧化成羧酸产物复杂,合成应用意义不大
对称环酮的氧化 (制备二酸)
R 1 C O H
O
R 1 C H 2 C C H 2 R 2
O
C C H 2 R 2
O
H O
R 1 C H 2 C
O
O H C R 2
O
H O
强 氧 化 剂
+
++
O
浓 H N O 3
C O O H
C O O H
有合成意义
ii,过氧酸氧化 ——生成酯 ( Baeyer-Villiger反应)
常用过氧酸:
Baeyer-Villiger反应
R 1 C R 2
O R C O O HO
R 1 C O R 2
O
R 1 O C R 2
O
"O" 插入
C O O H
O
H 3 C C O O H
O
F 3 C C O O H
O
C O O H
O
( M C P B A )
C l
Baeyer-Villiger氧化机理 (解释,O”如何插入 C- C健 )
关键,R向缺电子 中心 的迁移缺电子中心
R
1
C R
2
O
R C O O H
O
H
+
R
1
C R
2
O H
H O
R
1
C R
2
O H
O C R
O
H
+
O
R
1
C R
2
O H
O C R
O
~ R
1
O
R
1
C R
2
O H
O C R
O H
H
+
+
O
C O HR
1
O C R
2
O H
H
+
R
1
O C R
2
O
( 来 自 过 氧 酸 )
R
迁 移
复习:烷基向 缺电子中心 的迁移的一些例子:
向缺电子 碳 的重排,如:
碳正离子重排
Pinacol重排
C
R
C
~ R
CC
R
C
R
CR
O H
R
O H 2
R
~ R
CCR
O
R
R
R
H 2 O
向缺电子 氮 的重排
向缺电子 氧 的重排
O
R
B
O H
~ R
H O
OB R R O H B ( O H ) 3
H 2 O
+
R C R 'N
R
C
R '
N
O H 2 ~ R '
H 2 O
R C R 'N H
OH 2 O
烯烃的硼氢化 ——氧化反应
Beckmann重排
不对称酮的 Baeyer-Villiger氧化 —— 不同基团的迁移问题
“O”插入取代基多的基团一边 (取代基多的基团易迁移)
迁移能力,C R 3 C H R 2 C H 2
C H 2 R C H 3
> > >
> > >
C C H 3
O
C C H 3
O
O
O
O
O
P h C O 3 H
C H 3 C O 3 H
Baeyer-Villiger氧化在合成上应用
——合成酯类化合物(特别是内酯)
O
C O O O HH
3
C
C O O E tH
3
C
O
O 己 内 酯
H O C O O H
( 1 ) O H
( 2 ) H
2
O / H
+
R C H
浓 O H
O R C O O R C H 2 O H+
H
+
R C O O H
+ R C H O
三,Cannizzaro 反应(歧化反应)
例:
C H O2 C H 2 O H C O O H
O H
O C H O O C H 2 O H O C O O H
2
O H
R = 无 a-H的基团
( 3o R 或 芳基)
Cannizzaro 反应
Cannizzaro 反应机理关键步骤,负 H迁移
R C
O H
O
H R C
O H
O
H
R
C
O
H
R C O H
O
H
R
C O
H
+
~ H
R C O
O
+H
R
C O H
H
负 H 迁 移
交叉 Cannizzaro 反应
有合成意义的交叉 Cannizzaro 反应甲醛总是被氧化(为什么?)
产物复杂,一般无合成意义
R 1 C H
浓 O H
O R 1 C O O R 2 C H 2 O H
R 2 C H O
+
R 2 C O O R 1 C H 2 O H
+
+
+
R C H
浓 O H
O H C O OR C H 2 O HC H 2 O+ +
分析:甲醛的空间位阻较小,优先与碱反应
应用举例:季戊四醇的合成
R C H O H C O OR C H 2 O HC H 2 O+ +
O H位阻小,有利位阻大,不利
C H 3 C H O
O H
C
C H 2 O H
C H 2 O H
H O H 2 C C H O
C H 2 O
C
C H 2 O H
C H 2 O H
H O H 2 C C H 2 O H
O H
3 C H 2 O
季戊四醇羟醛缩合(p480,10.20节 ) Cannizzaro反应
思考题:写出下列两个反应的机理
P h C C H
O O O H
P h C C O
O H O
H
P h C C P h
O O O H
P h C C O
O H O
P h
分子内 Cannizzaro 反应二苯乙醇酸重排
p716 第 15.13节参考答案四,卤仿反应(甲基酮的特殊氧化)
应用:
有机分析,鉴定甲基酮(碘仿试验)
有机合成,通过甲基酮合成少一碳的羧酸
O H
C H 3C
O
R
3 X 2
C X 3C
O
R C H X 3C
O
R O +
O H
卤仿卤仿反应
C H
2
C
O
R
H O
C X
3
C
O
R
C
O
R O HC X
3
C
O
R
O H
C
O
R O C H X
3
+
H O
C H
2
C
O
R
X X
C HC
O
R
X
C X
3
H
H O
H
C HC
O
R
X
C HC
O
R
X
X
X X
+
卤仿反应机理
a?H有弱酸性 烯醇负离子亲核加成消除课后习题,10-20,10-21,10-22(i,v),10-30,10-34(i,ii)
本次课小结:
几种类型的还原试剂及其对醛酮还原反应和反应的选择性
不同类型氧化剂对醛酮的氧化、氧化反应的选择性及在合成上的应用
Cannizzaro反应
卤仿反应思考题参考答案:
P h C C
H
O O
O H
P h C C O
O H
O
H
P h C C
H
O O
O H P h C C O H
O O
H
负氢迁移