第十三章第十三章羰基化合物的亲核加成和取代反应
Nucleophilic Additions and Substitutions
of Carbonyl Compounds
本章主要内容一,羰基的结构及反应特性二,羰基的亲核加成
1,概述
2,含 O,S亲核试剂
3,含 N亲核试剂
4,含 C亲核试剂
5,α,β – 不饱和羰基的亲核加成三,羧酸及其衍生物的亲核取代反应一、羰基的结构及反应特性
1,羰基的结构特点
The carbonyl group is polar and the
partial positive charge on the carbonyl
carbon causes carbonyl compounds to
be attacted by nucleophiles.
一、羰基的结构及反应特性
2,各种含羰基的化合物
(1) Class I —— 醛和酮
O
R H
O
R R
an aldehyde
an ketone
(2) Class II —— 羧酸及其衍生物主要发生亲核加成反应主要发生亲核取代反应一、羰基的结构及反应特性
3,发生在羰基上的反应的类型（亲核反应）
CO COE
Nu
Nu E
δ
δ
1) 亲核加成
2) 羰基氧被 N取代
3) 羰基氧被 C取代
4) 亲核取代反应
CO
H
2
NY
CN
Y
CO
Ph
3
P
CC
R
1
R
2
CR
1
R
2
CO
Y
Nu
CO
Nu
+
Y
一、羰基的结构及反应特性
4,亲核反应活性烷基给电子作用一、羰基的结构及反应特性
4,亲核反应活性空间位阻影响一、羰基的结构及反应特性一、羰基的结构及反应特性
4,亲核反应活性
R
C
X R
C
O
C
R' R
C
OH R
C
OR
R
C
N
O O O O O
O
R'
R"
酰卤酸酐羧酸酯酰胺酰卤 > 酸酐 > 醛 > 酮 > 羧酸 ~ 酯 > 酰胺取决于与羰基相连的基团的电子效应二、羰基的亲核加成
1,Summary
(1) Nucleophiles
负离子亲核试剂（碱性条件）：
ˉ
OH、
ˉ
OR、
ˉ
SR、
ˉ
H、
ˉ
C≡ N、
ˉ
C≡ CR、
ˉ
CR
3
、（ M－ R）
中性分子亲核试剂（中性或酸性条件）：
HOH,HOR,HSR,NH
3
,H
2
NR,HNR
2
二、羰基的亲核加成
1,Summary
(2) Mechanism
O
O
Nu
OE
Nu
Nu
ENu
快慢
? 碱性条件下
? 酸性条件下
O OH
OH OH
Nu
OH
Nu
H
H
Nu H
慢快
-H
快二、羰基的亲核加成
1,Summary
(3) Stereochemistry
非手性条件下，得外消旋体二、羰基的亲核加成
1,Summary
(3) Stereochemistry
手性条件下，有立体选择性,Cram法则：
羰基上的 R基团与大的基团 (L) 呈重叠式构象，羰基氧则处于中等基团 (M) 与较小基团 (S) 中间，亲核试剂从小的基团这一方进攻为主要进攻方向。
L
M S
O
R
Nu E
L
M S
OE
NuR
L
M S
OE
RNu
+
主要产物次要产物二、羰基的亲核加成
2,含 O,S亲核试剂包括 H
2
O,ROH,RSH,和 NaHSO
3
(1) H
2
O
水合物酸碱催化，加快平衡的达到，但不影响平衡移动。
二、羰基的亲核加成
(1) H
2
O
Keq
2× 10
-3
1.4
2.3× 10
3
IR中无 C=O吸收峰
H
3
C CH
3
O
+H
2
O
OH
H
3
C
CH
3
OH
99.8% 0.2%
H
3
C H
O
+H
2
O
OH
H
3
C
H
OH
42% 58%
H H
O
+H
2
O
OH
H
H
OH
0.1% 99.9%
Cl
3
C H
O
+H
2
O
OH
Cl
3
C
H
OH
羰基连有吸电子基团的容易形成水合物二、羰基的亲核加成
2,含 O,S亲核试剂
(2) ROH
酸催化：固体酸，如 TsOH
无水酸，如干燥 HCl气体
(2) ROH
例 1
z 可逆反应，通过油水分离器不断除去反应过程中形成的水，使反应完全。
z 缩醛和缩酮在碱性条件下稳定，酸性水溶液中加热又回复到醛、酮。
因此，可利用这一反应保护醛酮的羰基。
二、羰基的亲核加成
(2) ROH
羰基的保护，例 1
(2) ROH
羰基的保护，例 2
二、羰基的亲核加成
2,含 O,S亲核试剂
(3) RSH
二、羰基的亲核加成
2,含 O,S亲核试剂
(4) NaHSO
3
产物为盐，溶于水用于将醛酮同不溶于水的有机物分开
R H(R')
O
+NaHSO
3
R
ONa
H(R')
SO
3
H
R
OH
H(R')
SO
3
Na
R
OH
H(R')
SO
3
Na
R H(R')
O
+NaHSO
3
H
Cl
Na
2
C
O
3
NaCl + SO
2
+H
2
O
Na
2
SO
3
+CO
2
+H
2
O
二、羰基的亲核加成
3,含 N亲核试剂
(1) RNH
2
and YNH
2
经历 亲核加成 和 脱水 两个步骤。
相当于羰基氧被氮所取代，形成 亚胺 (imine)。
可逆，经酸水解可得回醛酮。
+
C O
H
2
N Y
C N +
H
2
O
Y
an aldehyde
or
a ketone
a primary amine
or
other derivative
of ammonia
an imine
C NY
+H
2
O
H
C O
+
H
3
NY
(1) RNH
2
and YNH
2
表 13-1 氨基衍生物与醛酮加成反应反应物 YNH
2
生成物基团 Y
名称 结构式 名称
R 1°胺 席夫碱（ shiff base）
OH
羟胺肟（ oxime）
NH
2
肼腙（ hydrazone）
NHC
6
H
5
苯肼苯腙
（ phenylhydrazone）
NHCONH
2
氨基脲缩氨脲
（ semicarbazone）
C N
R
C N
OH
C N
NH
2
C N
NHC
6
H
5
C N
NHCONH
2
二、羰基的亲核加成
3,含 N亲核试剂
(2) R
2
NH
经历 亲核加成 和 脱水 两个步骤脱水发生在羰基的 α -C上而非 N上，形成烯胺
(enamine)
C O
NHR
2
C
O
NHR
2
C
OH
NHR
2
C
C
NR
2
C
OH
NR
2
C
OH
2
NR
2
C
C
NR
2
an enamine
neutral tetrahedral
intermediate
H
-H
-H
2
O
H
-H H
H
-H
+
二、羰基的亲核加成
3,含 N亲核试剂
(2) R
2
NH
反应可逆，经酸水解可得回醛酮。
N
+H
2
O
H
O
N
H H
+
醛酮可以通过烯胺进行 α -烷基化和 α -酰基化反应，合成上应用广泛（见第十四章）
二、羰基的亲核加成
4,含 C亲核试剂
(1)
ˉ
CN
C O
C
O
CN
+
CN
HCN
C
OH
CN
+
CN
α-羟基腈
cyanohydrin
C
OH
CN
α-羟基腈
H,H
2
O
H
2
Pt
C
OH
COOH
C
OH
CH
2
NH
2
α-羟基酸
β-氨基醇
二、羰基的亲核加成
4,含 C亲核试剂
(2) ˉC≡ CR
C
OH
C
O
+
HC CR
KOH
H
2
O
CR
CH
3
COCH
3 KC CH
KOH
一缩二乙二醇二甲醚
(H
3
C)
2
C
OH
C CH
+
H
2
Lindlar cat (H
3
C)
2
CCH
OH
Al
2
O
3
H
2
C
C CH
CH
3
CH
2
CH
2
二、羰基的亲核加成
4,含 C亲核试剂
(3) 有机金属试剂 ——格氏试剂,有机锂 试剂等广泛用于合成各级醇，也可用于合成醛酮。
O
RMgBr
OMgBr
R
H
2
O
OH
R
Y
O
RMgBr
OMgBr
Y
R
-YMgBr
R
O
RMgBr
H
2
O
OH
R
R
其中：Y=X or OR
C N
RMgBr
NMgBr
R
H
2
O
O
R
格氏试剂的应用
RMgX
RLi
R'COOR''
COR'
O
H
R'COCl
1.CO
2
2.H
2
O
1.
1.R'CHO
1.R'COR''
O
R COOH
R CH
2
OH
R CH
2
CH
2
OH
R C
R CR'
R CH
R CR'
R CHR'
OH
OH
R''
O
O
O
羧酸
1
°醇
1
°醇
2
°醇
3
°醇醛酮酮
RMgX
RMgX
RMgX
R CH
OH
R
R C
R C
OH
R
R'
OH
R
R'
3
°
醇
3
°
醇
2°醇
2.H
3
O
2.H
3
O
2.H
3
O
2.H
3
O
1.HCHO
1,R'CN
2.H
3
O
酮
R CR'
OR'
低温和空间位阻作用使用不活泼的金属试剂可能将反应控制在酮的阶段
二、羰基的亲核加成
4,含 C亲核试剂
(4) Ylide试剂
An ylide is a compound that has opposite
charges on adjacent,covalently bonded
atoms with complete octets of valence
electrons,for example,a phosphonium ylide:
二、羰基的亲核加成
4,含 C亲核试剂
(4) Ylide试剂
Ylide试剂的形成
Wittig reaction
—— the reaction of an aldehyde or a ketone
with a phosphonium ylide to form an alkene.
Wittig reaction
—— it is completely regioselective,unlike E2
—— it is also stereoselective
Ph
3
PCH
+H
3
CO
25℃
89%
H
H
唯一产物
NO
2
CHO
OCH
3
O
2
N
顺反烯烃的生成受条件和 Ylide试剂的结构、活性等影响很大
The use of Wittig reaction in industry
5,α,β – 不饱和羰基的亲核加成 ——1,2和 1,4加成关于亲核加成的小结
2,含 O,S亲核试剂
4,含 C亲核试剂影响因素,(1) 亲核试剂的碱性；(2) 空间位阻
(4) Ylide试剂
(3) 有机金属试剂
(2) ˉC≡ CR
(1)
ˉ
CN
3,含 N亲核试剂
(1) RNH
2
and YNH
2
包括 H
2
O,ROH,RSH,和 NaHSO
3
1,概述 —— 结构、机理、反应活性、立体化学
(2) R
2
NH
—— C-C键的形成羰基的保护 醛酮的分离纯化亚胺及其衍生物的形成 烯胺的形成
α -羟基 腈,α -羟基酸和 β -氨基醇炔醇的合成
C=C的形成各级醇的合成、醛酮的合成二、羰基的亲核加成
5,α,β – 不饱和羰基的亲核加成
Both 1,2-addition and 1,4-addition can happen,
they are also called as direct addition and
conjugated addition
二、羰基的亲核加成影响 1,2-和 1,4-加成的因素
(1) 亲核试剂的碱性
Nucleophiles that are strong bases,such as
RLi and LiAlH
4
,tend to form direct addition
products,for the reaction is irrersible.
Nucleophiles that are relatively weak bases,
such as ˉCN,amines,thiols,and Xˉ,usually
form conjugated addition products,
二、羰基的亲核加成影响 1,2-和 1,4-加成的因素
(1) 亲核试剂的碱性
CC
Nu
C
H
O
irreversible
1,4-addition
CC
C O
+ NuH
r
e
v
e
r
s
i
b
l
e
1
,
2
-
a
d
d
i
t
i
o
n
CC
C OH
Nu
when Nu is a weak base
i
r
r
e
v
e
r
s
i
b
l
e
1
,
2
-
a
d
d
i
t
i
o
n
when Nu is a strong base
CC
C OH
Nu
major
miner
major
(1) 亲核试剂的碱性
O
CN+HCl
CN
O
CH
3
SH
CH CHCH
O
CH
SCH
3
CH
2
CH
O
影响 1,2-和 1,4-加成的因素
(2) 空间位阻
CH CH C C
O
CH CH
2
C C
O
1.EtMgBr
1,4-加成100%
CH
3
CH
3
CH
3
Et
CH
3
CH
3
CH
3
2.H
3
O
CH CH C
O
CH CH
2
C
O
1,4-加成92%
1.
MgBr
2.H
3
O
CH CH C CH
3
O
CH CH C H
2.H
3
O
1.
MgBr
CH CH
2
C
O
1,4-加成12%
1,2-加成80%
+
CH
3
OH
三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应
1,Mechanism for nucleophilic substitution
R Y
O
O
R Y
Nu
R Nu
O
+
Y
Nu
R Y
O
R Y
OH
OH
R Y
NuH
H
Nu H
OH
R Y
Nu
OH
R YH
Nu
-YH
R Nu
OH
R Nu
O
-H
-H
+H
三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应
2,Reaction activity
The weaker the base,the better it is as a
leaving group
The less basic the substituent (Y),the more
reactive the carboxylic acid derivative
三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应碱性强弱顺序为：
Xˉ < RCOOˉ < RO ˉ ~ HO ˉ < R
2
N ˉ
反应活性顺序为：
2,Reaction activity
三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应
For a carboxylic acid derivative to undergo a
nucleophilic acyl substitution reaction,the
incoming nucleophile must not be a much
weaker base than the group that is to be
replaced.
A carboxylic acid derivative can be
converted into a less reactive carboxylic acid
derivative,but not into one that is more
reactive.
2,Reaction activity
三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应
The R
-
and H
-
in aldehydes and ketones,
are the strongest base,so,they cannot
take place the nucleophilic substitution
reaction.
Acyl halide and acid anhydrides are not
found in nature because of their high
reactivity
2,Reaction activity
三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应
3,Interconvertion of carboxylic acid
derivatives
(1) hydrolysis(水解 )
R COOH
H
2
OH
2
O
(RCO)
2
ORCOCl
RCONHR
RCN
RCOOR'
Hor OH
H or OH
H
or OH
H
2
O,
H
2
O,
H
2
O,
三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应
3,Interconvertion of carboxylic acid
derivatives
(2) Alcoholysis (醇解 ) and aminolysis (氨解 )
RCOOR'
or
RCONR'R"
(RCO)
2
O
RCONH
2
NRCRCOOR"RCOOH
RCOCl
三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应
4,Preparation of acyl halide
RCOOH
RCOCl + HCl
+ SO
2
RCOCl
+
1/3H
3
PO
3
RCOCl
+
POCl
3
+HCl
bp107℃
SOCl
2
(bp79℃)
1/3PCl
3
(bp75℃)
PCl
5
(bp166℃)
三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应
5,Preparation of acid anhydride
C
O
R Cl
+
C
O
R' ONa C
O
R O C
O
R'
C
O
R OH
P
2
O
5
R O R
O O
2
P
2
O
5
O
O
O
O
O
OH
OH
三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应羧酸衍生物的相互转化
CR X
O
R C
O
CR
O
O
CR OH
O
CROR'
O
CR NR
2
O
-
O
C
R
O
R
'
O
H
R
'
N
H
2
H
2 O
R
'
O
H
R '
N
H
2
H
2
O
R
' O
H
,
H
+
R
'
N
H
2
R
'
NH
2
H
2
O
H
2
O
***
S
O
Cl
2
本章主要内容一,羰基的结构及反应特性二,羰基的亲核加成
1,概述
2,含 O,S亲核试剂
3,含 N亲核试剂
4,含 C亲核试剂
5,α,β – 不饱和羰基的亲核加成三,羧酸及其衍生物的亲核取代反应
5,α,β – 不饱和羰基的亲核加成 ——1,2和 1,4加成关于亲核加成的小结
2,含 O,S亲核试剂
4,含 C亲核试剂影响因素,(1) 亲核试剂的碱性；(2) 空间位阻
(4) Ylide试剂
(3) 有机金属试剂
(2) ˉC≡ CR
(1)
ˉ
CN
3,含 N亲核试剂
(1) RNH
2
and YNH
2
包括 H
2
O,ROH,RSH,和 NaHSO
3
1,概述 —— 结构、机理、反应活性、立体化学
(2) R
2
NH
—— C-C键的形成羰基的保护 醛酮的分离纯化亚胺及其衍生物的形成 烯胺的形成
α -羟基 腈,α -羟基酸和 β -氨基醇炔醇的合成
C=C的形成各级醇的合成、醛酮的合成期末考试范围期中考试后的内容：
期中考试后的内容：
第七章第七章
~第十三章第十三章反应的基本问题反应的基本问题
——热力学、动力学、活泼中间体热力学、动力学、活泼中间体各类反应各类反应
——烷烃的自由基卤代反应烷烃的自由基卤代反应饱和碳上的亲核取代反应饱和碳上的亲核取代反应芳环上的亲电取代反应（含苯环、稠环和杂环）
芳环上的亲电取代反应（含苯环、稠环和杂环）
苯环和芳香杂环上的亲核取代反应苯环和芳香杂环上的亲核取代反应羰基化合物的亲核取代反应羰基化合物的亲核取代反应烯烃、炔烃和共轭烯烃的亲电加成反应烯烃、炔烃和共轭烯烃的亲电加成反应炔烃的亲核加成炔烃的亲核加成烯烃的自由基加成烯烃的自由基加成羰基化合物的亲核加成羰基化合物的亲核加成消去反应消去反应氧化和还原反应氧化和还原反应机理、
机理、
活性、
活性、
选择性选择性及其应用及其应用
Nucleophilic Additions and Substitutions
of Carbonyl Compounds
本章主要内容一,羰基的结构及反应特性二,羰基的亲核加成
1,概述
2,含 O,S亲核试剂
3,含 N亲核试剂
4,含 C亲核试剂
5,α,β – 不饱和羰基的亲核加成三,羧酸及其衍生物的亲核取代反应一、羰基的结构及反应特性
1,羰基的结构特点
The carbonyl group is polar and the
partial positive charge on the carbonyl
carbon causes carbonyl compounds to
be attacted by nucleophiles.
一、羰基的结构及反应特性
2,各种含羰基的化合物
(1) Class I —— 醛和酮
O
R H
O
R R
an aldehyde
an ketone
(2) Class II —— 羧酸及其衍生物主要发生亲核加成反应主要发生亲核取代反应一、羰基的结构及反应特性
3,发生在羰基上的反应的类型（亲核反应）
CO COE
Nu
Nu E
δ
δ
1) 亲核加成
2) 羰基氧被 N取代
3) 羰基氧被 C取代
4) 亲核取代反应
CO
H
2
NY
CN
Y
CO
Ph
3
P
CC
R
1
R
2
CR
1
R
2
CO
Y
Nu
CO
Nu
+
Y
一、羰基的结构及反应特性
4,亲核反应活性烷基给电子作用一、羰基的结构及反应特性
4,亲核反应活性空间位阻影响一、羰基的结构及反应特性一、羰基的结构及反应特性
4,亲核反应活性
R
C
X R
C
O
C
R' R
C
OH R
C
OR
R
C
N
O O O O O
O
R'
R"
酰卤酸酐羧酸酯酰胺酰卤 > 酸酐 > 醛 > 酮 > 羧酸 ~ 酯 > 酰胺取决于与羰基相连的基团的电子效应二、羰基的亲核加成
1,Summary
(1) Nucleophiles
负离子亲核试剂（碱性条件）：
ˉ
OH、
ˉ
OR、
ˉ
SR、
ˉ
H、
ˉ
C≡ N、
ˉ
C≡ CR、
ˉ
CR
3
、（ M－ R）
中性分子亲核试剂（中性或酸性条件）：
HOH,HOR,HSR,NH
3
,H
2
NR,HNR
2
二、羰基的亲核加成
1,Summary
(2) Mechanism
O
O
Nu
OE
Nu
Nu
ENu
快慢
? 碱性条件下
? 酸性条件下
O OH
OH OH
Nu
OH
Nu
H
H
Nu H
慢快
-H
快二、羰基的亲核加成
1,Summary
(3) Stereochemistry
非手性条件下，得外消旋体二、羰基的亲核加成
1,Summary
(3) Stereochemistry
手性条件下，有立体选择性,Cram法则：
羰基上的 R基团与大的基团 (L) 呈重叠式构象，羰基氧则处于中等基团 (M) 与较小基团 (S) 中间，亲核试剂从小的基团这一方进攻为主要进攻方向。
L
M S
O
R
Nu E
L
M S
OE
NuR
L
M S
OE
RNu
+
主要产物次要产物二、羰基的亲核加成
2,含 O,S亲核试剂包括 H
2
O,ROH,RSH,和 NaHSO
3
(1) H
2
O
水合物酸碱催化，加快平衡的达到，但不影响平衡移动。
二、羰基的亲核加成
(1) H
2
O
Keq
2× 10
-3
1.4
2.3× 10
3
IR中无 C=O吸收峰
H
3
C CH
3
O
+H
2
O
OH
H
3
C
CH
3
OH
99.8% 0.2%
H
3
C H
O
+H
2
O
OH
H
3
C
H
OH
42% 58%
H H
O
+H
2
O
OH
H
H
OH
0.1% 99.9%
Cl
3
C H
O
+H
2
O
OH
Cl
3
C
H
OH
羰基连有吸电子基团的容易形成水合物二、羰基的亲核加成
2,含 O,S亲核试剂
(2) ROH
酸催化：固体酸，如 TsOH
无水酸，如干燥 HCl气体
(2) ROH
例 1
z 可逆反应，通过油水分离器不断除去反应过程中形成的水，使反应完全。
z 缩醛和缩酮在碱性条件下稳定，酸性水溶液中加热又回复到醛、酮。
因此，可利用这一反应保护醛酮的羰基。
二、羰基的亲核加成
(2) ROH
羰基的保护，例 1
(2) ROH
羰基的保护，例 2
二、羰基的亲核加成
2,含 O,S亲核试剂
(3) RSH
二、羰基的亲核加成
2,含 O,S亲核试剂
(4) NaHSO
3
产物为盐，溶于水用于将醛酮同不溶于水的有机物分开
R H(R')
O
+NaHSO
3
R
ONa
H(R')
SO
3
H
R
OH
H(R')
SO
3
Na
R
OH
H(R')
SO
3
Na
R H(R')
O
+NaHSO
3
H
Cl
Na
2
C
O
3
NaCl + SO
2
+H
2
O
Na
2
SO
3
+CO
2
+H
2
O
二、羰基的亲核加成
3,含 N亲核试剂
(1) RNH
2
and YNH
2
经历 亲核加成 和 脱水 两个步骤。
相当于羰基氧被氮所取代，形成 亚胺 (imine)。
可逆，经酸水解可得回醛酮。
+
C O
H
2
N Y
C N +
H
2
O
Y
an aldehyde
or
a ketone
a primary amine
or
other derivative
of ammonia
an imine
C NY
+H
2
O
H
C O
+
H
3
NY
(1) RNH
2
and YNH
2
表 13-1 氨基衍生物与醛酮加成反应反应物 YNH
2
生成物基团 Y
名称 结构式 名称
R 1°胺 席夫碱（ shiff base）
OH
羟胺肟（ oxime）
NH
2
肼腙（ hydrazone）
NHC
6
H
5
苯肼苯腙
（ phenylhydrazone）
NHCONH
2
氨基脲缩氨脲
（ semicarbazone）
C N
R
C N
OH
C N
NH
2
C N
NHC
6
H
5
C N
NHCONH
2
二、羰基的亲核加成
3,含 N亲核试剂
(2) R
2
NH
经历 亲核加成 和 脱水 两个步骤脱水发生在羰基的 α -C上而非 N上，形成烯胺
(enamine)
C O
NHR
2
C
O
NHR
2
C
OH
NHR
2
C
C
NR
2
C
OH
NR
2
C
OH
2
NR
2
C
C
NR
2
an enamine
neutral tetrahedral
intermediate
H
-H
-H
2
O
H
-H H
H
-H
+
二、羰基的亲核加成
3,含 N亲核试剂
(2) R
2
NH
反应可逆，经酸水解可得回醛酮。
N
+H
2
O
H
O
N
H H
+
醛酮可以通过烯胺进行 α -烷基化和 α -酰基化反应，合成上应用广泛（见第十四章）
二、羰基的亲核加成
4,含 C亲核试剂
(1)
ˉ
CN
C O
C
O
CN
+
CN
HCN
C
OH
CN
+
CN
α-羟基腈
cyanohydrin
C
OH
CN
α-羟基腈
H,H
2
O
H
2
Pt
C
OH
COOH
C
OH
CH
2
NH
2
α-羟基酸
β-氨基醇
二、羰基的亲核加成
4,含 C亲核试剂
(2) ˉC≡ CR
C
OH
C
O
+
HC CR
KOH
H
2
O
CR
CH
3
COCH
3 KC CH
KOH
一缩二乙二醇二甲醚
(H
3
C)
2
C
OH
C CH
+
H
2
Lindlar cat (H
3
C)
2
CCH
OH
Al
2
O
3
H
2
C
C CH
CH
3
CH
2
CH
2
二、羰基的亲核加成
4,含 C亲核试剂
(3) 有机金属试剂 ——格氏试剂,有机锂 试剂等广泛用于合成各级醇，也可用于合成醛酮。
O
RMgBr
OMgBr
R
H
2
O
OH
R
Y
O
RMgBr
OMgBr
Y
R
-YMgBr
R
O
RMgBr
H
2
O
OH
R
R
其中：Y=X or OR
C N
RMgBr
NMgBr
R
H
2
O
O
R
格氏试剂的应用
RMgX
RLi
R'COOR''
COR'
O
H
R'COCl
1.CO
2
2.H
2
O
1.
1.R'CHO
1.R'COR''
O
R COOH
R CH
2
OH
R CH
2
CH
2
OH
R C
R CR'
R CH
R CR'
R CHR'
OH
OH
R''
O
O
O
羧酸
1
°醇
1
°醇
2
°醇
3
°醇醛酮酮
RMgX
RMgX
RMgX
R CH
OH
R
R C
R C
OH
R
R'
OH
R
R'
3
°
醇
3
°
醇
2°醇
2.H
3
O
2.H
3
O
2.H
3
O
2.H
3
O
1.HCHO
1,R'CN
2.H
3
O
酮
R CR'
OR'
低温和空间位阻作用使用不活泼的金属试剂可能将反应控制在酮的阶段
二、羰基的亲核加成
4,含 C亲核试剂
(4) Ylide试剂
An ylide is a compound that has opposite
charges on adjacent,covalently bonded
atoms with complete octets of valence
electrons,for example,a phosphonium ylide:
二、羰基的亲核加成
4,含 C亲核试剂
(4) Ylide试剂
Ylide试剂的形成
Wittig reaction
—— the reaction of an aldehyde or a ketone
with a phosphonium ylide to form an alkene.
Wittig reaction
—— it is completely regioselective,unlike E2
—— it is also stereoselective
Ph
3
PCH
+H
3
CO
25℃
89%
H
H
唯一产物
NO
2
CHO
OCH
3
O
2
N
顺反烯烃的生成受条件和 Ylide试剂的结构、活性等影响很大
The use of Wittig reaction in industry
5,α,β – 不饱和羰基的亲核加成 ——1,2和 1,4加成关于亲核加成的小结
2,含 O,S亲核试剂
4,含 C亲核试剂影响因素,(1) 亲核试剂的碱性；(2) 空间位阻
(4) Ylide试剂
(3) 有机金属试剂
(2) ˉC≡ CR
(1)
ˉ
CN
3,含 N亲核试剂
(1) RNH
2
and YNH
2
包括 H
2
O,ROH,RSH,和 NaHSO
3
1,概述 —— 结构、机理、反应活性、立体化学
(2) R
2
NH
—— C-C键的形成羰基的保护 醛酮的分离纯化亚胺及其衍生物的形成 烯胺的形成
α -羟基 腈,α -羟基酸和 β -氨基醇炔醇的合成
C=C的形成各级醇的合成、醛酮的合成二、羰基的亲核加成
5,α,β – 不饱和羰基的亲核加成
Both 1,2-addition and 1,4-addition can happen,
they are also called as direct addition and
conjugated addition
二、羰基的亲核加成影响 1,2-和 1,4-加成的因素
(1) 亲核试剂的碱性
Nucleophiles that are strong bases,such as
RLi and LiAlH
4
,tend to form direct addition
products,for the reaction is irrersible.
Nucleophiles that are relatively weak bases,
such as ˉCN,amines,thiols,and Xˉ,usually
form conjugated addition products,
二、羰基的亲核加成影响 1,2-和 1,4-加成的因素
(1) 亲核试剂的碱性
CC
Nu
C
H
O
irreversible
1,4-addition
CC
C O
+ NuH
r
e
v
e
r
s
i
b
l
e
1
,
2
-
a
d
d
i
t
i
o
n
CC
C OH
Nu
when Nu is a weak base
i
r
r
e
v
e
r
s
i
b
l
e
1
,
2
-
a
d
d
i
t
i
o
n
when Nu is a strong base
CC
C OH
Nu
major
miner
major
(1) 亲核试剂的碱性
O
CN+HCl
CN
O
CH
3
SH
CH CHCH
O
CH
SCH
3
CH
2
CH
O
影响 1,2-和 1,4-加成的因素
(2) 空间位阻
CH CH C C
O
CH CH
2
C C
O
1.EtMgBr
1,4-加成100%
CH
3
CH
3
CH
3
Et
CH
3
CH
3
CH
3
2.H
3
O
CH CH C
O
CH CH
2
C
O
1,4-加成92%
1.
MgBr
2.H
3
O
CH CH C CH
3
O
CH CH C H
2.H
3
O
1.
MgBr
CH CH
2
C
O
1,4-加成12%
1,2-加成80%
+
CH
3
OH
三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应
1,Mechanism for nucleophilic substitution
R Y
O
O
R Y
Nu
R Nu
O
+
Y
Nu
R Y
O
R Y
OH
OH
R Y
NuH
H
Nu H
OH
R Y
Nu
OH
R YH
Nu
-YH
R Nu
OH
R Nu
O
-H
-H
+H
三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应
2,Reaction activity
The weaker the base,the better it is as a
leaving group
The less basic the substituent (Y),the more
reactive the carboxylic acid derivative
三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应碱性强弱顺序为：
Xˉ < RCOOˉ < RO ˉ ~ HO ˉ < R
2
N ˉ
反应活性顺序为：
2,Reaction activity
三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应
For a carboxylic acid derivative to undergo a
nucleophilic acyl substitution reaction,the
incoming nucleophile must not be a much
weaker base than the group that is to be
replaced.
A carboxylic acid derivative can be
converted into a less reactive carboxylic acid
derivative,but not into one that is more
reactive.
2,Reaction activity
三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应
The R
-
and H
-
in aldehydes and ketones,
are the strongest base,so,they cannot
take place the nucleophilic substitution
reaction.
Acyl halide and acid anhydrides are not
found in nature because of their high
reactivity
2,Reaction activity
三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应
3,Interconvertion of carboxylic acid
derivatives
(1) hydrolysis(水解 )
R COOH
H
2
OH
2
O
(RCO)
2
ORCOCl
RCONHR
RCN
RCOOR'
Hor OH
H or OH
H
or OH
H
2
O,
H
2
O,
H
2
O,
三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应
3,Interconvertion of carboxylic acid
derivatives
(2) Alcoholysis (醇解 ) and aminolysis (氨解 )
RCOOR'
or
RCONR'R"
(RCO)
2
O
RCONH
2
NRCRCOOR"RCOOH
RCOCl
三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应
4,Preparation of acyl halide
RCOOH
RCOCl + HCl
+ SO
2
RCOCl
+
1/3H
3
PO
3
RCOCl
+
POCl
3
+HCl
bp107℃
SOCl
2
(bp79℃)
1/3PCl
3
(bp75℃)
PCl
5
(bp166℃)
三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应
5,Preparation of acid anhydride
C
O
R Cl
+
C
O
R' ONa C
O
R O C
O
R'
C
O
R OH
P
2
O
5
R O R
O O
2
P
2
O
5
O
O
O
O
O
OH
OH
三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应羧酸衍生物的相互转化
CR X
O
R C
O
CR
O
O
CR OH
O
CROR'
O
CR NR
2
O
-
O
C
R
O
R
'
O
H
R
'
N
H
2
H
2 O
R
'
O
H
R '
N
H
2
H
2
O
R
' O
H
,
H
+
R
'
N
H
2
R
'
NH
2
H
2
O
H
2
O
***
S
O
Cl
2
本章主要内容一,羰基的结构及反应特性二,羰基的亲核加成
1,概述
2,含 O,S亲核试剂
3,含 N亲核试剂
4,含 C亲核试剂
5,α,β – 不饱和羰基的亲核加成三,羧酸及其衍生物的亲核取代反应
5,α,β – 不饱和羰基的亲核加成 ——1,2和 1,4加成关于亲核加成的小结
2,含 O,S亲核试剂
4,含 C亲核试剂影响因素,(1) 亲核试剂的碱性；(2) 空间位阻
(4) Ylide试剂
(3) 有机金属试剂
(2) ˉC≡ CR
(1)
ˉ
CN
3,含 N亲核试剂
(1) RNH
2
and YNH
2
包括 H
2
O,ROH,RSH,和 NaHSO
3
1,概述 —— 结构、机理、反应活性、立体化学
(2) R
2
NH
—— C-C键的形成羰基的保护 醛酮的分离纯化亚胺及其衍生物的形成 烯胺的形成
α -羟基 腈,α -羟基酸和 β -氨基醇炔醇的合成
C=C的形成各级醇的合成、醛酮的合成期末考试范围期中考试后的内容：
期中考试后的内容：
第七章第七章
~第十三章第十三章反应的基本问题反应的基本问题
——热力学、动力学、活泼中间体热力学、动力学、活泼中间体各类反应各类反应
——烷烃的自由基卤代反应烷烃的自由基卤代反应饱和碳上的亲核取代反应饱和碳上的亲核取代反应芳环上的亲电取代反应（含苯环、稠环和杂环）
芳环上的亲电取代反应（含苯环、稠环和杂环）
苯环和芳香杂环上的亲核取代反应苯环和芳香杂环上的亲核取代反应羰基化合物的亲核取代反应羰基化合物的亲核取代反应烯烃、炔烃和共轭烯烃的亲电加成反应烯烃、炔烃和共轭烯烃的亲电加成反应炔烃的亲核加成炔烃的亲核加成烯烃的自由基加成烯烃的自由基加成羰基化合物的亲核加成羰基化合物的亲核加成消去反应消去反应氧化和还原反应氧化和还原反应机理、
机理、
活性、
活性、
选择性选择性及其应用及其应用
