第13章 羰基化合物的亲核加成和取代反应
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12-1试为下述反应建议合理的,可能的分布反应机理:O CH 3OCH3OHCH3ONaCH3OO解:钠醇攻击羰基,打开碳氧双键,形成烷氧负离子,同时OCH3加到碳原子上,电子发生转移后,环断裂,同时另一个环上的酮异构为烯醇式结构,再成环即得到产物。
机理过程为:OOOCH3OO OCH3CH3COOCH3O CCH3O OOCH3 CH3O OCH3OCH3HO OOCH3OCH3O12-2反应机理推断 1)CHO+CH 3NO 2NaOHC HCHNO 2(2)C OR 'CH 2R+HCHO +HN(CH 3)2HCOR 'H C RCH 2N(CH 3)2解(1)硝基甲烷在碱性条件下失去一个质子形成碳负离子,碳负离子为亲核试剂,攻击羰基使电子转移形成氧负离子,得到一个质子后氧负离子变为羟基,脱去一分子水形成双键,得到所求产物,反应机理如下:OHCH 3NO 2OHCH 2NO 2+CH 2NO2C OHCH 2NO2C OH HCH 2NO 2H 2OCH CHNO 2(2)甲醛与仲胺发生加成反应,羟基在酸性条件下脱去形成双键和氮原子,酮异构为烯醇结构,电子转移后发生亲核加成得到产物,过程为:H 2CO+HN(CH 3)2H 2COHN(CH 3)2HH 2CN +(CH 3)2COR 'CH 2RHCCHROHR'H 2CN(CH 3)2COHR 'H C CH 2N(CH 3)2RCR 'H C OHRCH 2N(CH 3)2-H +12-3对下列反应提出合理解释。
OO+OEtONaOO解; 该题涉及两个反应,分别为碳负离子与羰基加成以及碳负离子与αβ不饱和烯烃的迈克尔加成反应,均为碳负离子机理。
机理为:OOEtO -OOOOOEtO -OOO OHO O-H 2OOOO12-4用合理分步的反应机理解释下列反应事实:OOOHOHHOO解:环状缩酮中的一个O 结合H 开环生成羟基,另一个收H 2O 攻击,碳氧双键断裂。
羰基的概念羰基是有机化学中的一个重要官能团,指的是一个碳原子上带有一个双键和一个氧原子的官能基团。
它的结构可以表示为C=O,其中C代表碳原子,O代表氧原子。
羰基是一类非常活泼的官能团,具有许多重要的化学性质和应用。
在有机化学中,羰基化合物的研究和应用十分广泛,对于理解和掌握有机化学具有重要意义。
羰基化合物可以分为两类:醛和酮。
在醛中,羰基位于分子的末端,而在酮中,羰基位于分子的中间。
羰基的存在使得醛和酮具有一系列共性的反应,如亲核加成、氧化还原、亲电取代等。
下面将对羰基化合物的几个重要性质进行介绍。
首先是羰基的亲核加成反应。
由于羰基中的C=O双键极性很强,相对较负的氧原子很容易被亲核试剂攻击,形成C-O键,从而产生亲核加成反应。
例如,醛和酮可以和氨或胺反应,形成相应的酰胺。
此外,它们还可以和醇类反应,形成醚;和水反应,形成醇。
这些反应对于制备和合成有机化合物具有重要意义。
其次是羰基的氧化还原反应。
羰基化合物可以发生氧化还原反应,其中醛可以被氧气氧化为相应的酸,而酮通常不容易被氧化。
一种典型的醛的氧化反应是醛和氧气在存在催化剂时反应,生成相应的酸。
此外,酮也可以被还原为醇,这是一种重要的还原反应。
羰基的氧化还原反应不仅可以用于分析醛和酮的结构,还可以用于有机合成的控制和制备。
另外,羰基化合物还具有亲电取代反应的特性。
由于羰基的C=O双键极性很强,它会吸引亲电试剂的攻击,从而发生亲电取代反应。
这种反应常见于醛和酮中,与许多试剂反应形成相应的取代产物。
例如,在酮中,由于羰基的极性,可以发生烷基化、烯丙基化等取代反应。
这些反应为有机合成提供了重要的途径和方法。
此外,羰基还可以发生氨基、氧化、邻位亲电和亲核取代等不同类型的反应。
这些反应可通过控制反应条件和选择适当的试剂来实现,为有机合成提供了丰富的反应途径。
羰基化合物不仅在有机合成中起到重要作用,也在许多生物体系中发挥着重要功能。
例如,葡萄糖和乙醛就是两种常见的具有羰基官能团的生物分子。
羰基的亲核加成及相关反应羰基化合物包括醛、酮、羧酸及衍生物和CO 2。
5.1 羰基的结构CO δ+δ-亲电中心羰基碳的活性较大,易被亲核试剂进攻而发生亲核加成反应和亲核取代反应。
5.2 亲核加成反应的历程及影响因素 5.2.1 HCN 的加成 反应为碱催化。
]CN ][CO [k v ->=OH -+HCNCN -+ H 2O快-COδ+δ-CO -CNCOHCN+OH - 反应的平衡位置受电子效应和空间效应的影响。
酮正向反应的趋势较小(空阻大)。
二、亲核加成反应的一般特点 1.反应可以被酸或碱催化酸催化可提高羰基的亲电活性。
CO +H ++OH碱催化提高亲核试剂的亲核性。
NuH +OH --+H 2ONu H ->2.多数醛酮的亲核加成为可逆反应,用于分离与提纯。
5.2.2 影响羰基亲核加成反应活性的因素 一、羰基化合物的结构 1.电子效应羰基碳的正电性越大,亲核加成速度越大,反应活性越大。
羰基碳所连的吸电基(-I ,-C )使其亲核加成反应的活性增加,而供电基(+I ,+C )则使其活性降低。
活泼顺序:ClCHO > HCHO > RCHO > CH 3COR > RCOOR' > RCONR'2 > RCOO --I > +C(+C)(+C,空阻)( +C > -I)(+C)CO RR'活性极低(1)π-π共轭效应(增加其稳定性);(2)+C 效应(降低羰基碳的正电性);(3)加成产物失去共轭能,反应活化能高;(4)产物的张力大幅增加。
2.立体效应CO -sp 2活性:O CHH OC CH 3H OC CH 3CH 3O OC CH 3CH 2CH 2CH 3OC Ph Ph>>>>>二、试剂的亲核性对同一羰基化合物,试剂的亲核性越大,平衡常数越大,亲核加成越容易。
1.带负电荷的亲核试剂比起共轭酸(中性分子)的亲核性强。
简述羰基法的基本原理羰基法是有机合成中常用的一种反应方法。
它的基本原理是利用羰基化合物(包括酮和醛)与亲核试剂发生加成或取代反应,从而得到新的有机化合物。
羰基化合物是指含有碳氧双键的有机化合物,最常见的就是酮和醛。
酮的结构中有两个碳原子与氧原子通过双键相连,而醛则只有一个碳原子与氧原子相连。
这种碳氧双键的存在使得羰基化合物具有一定的活性,容易与其他化合物发生反应。
羰基法的基本原理是利用亲核试剂的亲核性,通过攻击羰基化合物的羰基碳原子,从而打开碳氧双键,形成新的化学键。
亲核试剂可以是含有活泼氢原子的化合物,如醇、胺等;也可以是含有亲核性的阴离子,如氢氧根离子、碱金属离子等。
在羰基法中,亲核试剂与羰基化合物发生反应后,羰基碳原子上的氧原子会成为一个亲核试剂的官能团,而亲核试剂的官能团则会连接到羰基碳原子上,形成一个新的化学键。
这个过程通常需要在适当的温度和溶剂条件下进行。
羰基法在有机合成中有着广泛的应用。
通过选择不同的亲核试剂,可以合成不同类型的有机化合物。
例如,醛和胺反应可以得到相应的胺化合物;酮和醇反应可以得到醚化合物;酮和硫醇反应可以得到硫醚化合物等等。
羰基法的优点在于反应条件温和,反应选择性高,产率较高。
同时,羰基法也存在一些局限性,例如需要选择合适的亲核试剂和反应条件,需要考虑立体化学效应等。
此外,羰基法还可以和其他反应方法(如还原、氧化、羟醛化等)结合使用,从而实现更复杂的有机合成。
羰基法是一种常用的有机合成方法,基于羰基化合物与亲核试剂的加成或取代反应。
通过合理选择亲核试剂和反应条件,可以合成多样化的有机化合物。
在有机合成中,羰基法起着重要的作用,为合成出具有特定结构和功能的化合物提供了可行的途径。
高等有机化学复习资料第二章:电子效应、空间效应2.1电子效应(I效应)(+ - 交替)(键的极性或极化。
)2.11诱导效应(逐级递减传递)—N+(CH3)3>—NO2> —CN > —F > —Cl > —Br > —I > —OH > —OCH3> —C6H5> —CH=CH2 > —H > —CH3 > — CH2CH3 > —C(CH3)3(吸电子能力大小)中间体稳定性:连的烷基越多的碳正离子和碳自由基的稳定性越大,而碳负离子的稳定性正相反羧酸酸性:带吸电基时将增加羧酸的酸性,带供电基时减小其酸性。
注:+N(CH3)3具有强烈的-I效应,很强的间位定位基,亲电取代比苯难于进行。
反应速率:羰基的亲核加成反应,羰基碳原子的电子云密度越低,就越容易和亲核试剂发生加成反应Cl3C—CHO > Cl2CHCHO > ClCH2CHO > CH3CHO2.12共轭效应(电子的离域)共轭键传递而不会明显削弱π-π共轭> p-π共轭>σ- π超共轭>σ-p 超共轭Y为吸电子基团时-吸电子共轭效应 (-C),X为供电子基团时-供电子共轭效应 (+C).2.13空间效应构象(位阻大时:a > e 键处于e键稳定)SN2反应,空间位阻愈大,反应速率慢。
CH3X>1°RX>2°RX>3°RXSN1反应:3°RX >2°RX >1°RX > CH3X消除反应:3º>2 º>1 ºRX(E1或E2)总结:重点酸性:吸电子,酸性增强;供电子酸性减弱苯环上: 吸电子共轭效应--邻>对>间给电子共轭效应--邻>间>对邻位(诱导、共轭、场、氢键效应、空间效应均要考虑。
)对位(诱导很小、共轭为主。
)间位(诱导为主、共轭很小。