高等有机化学_第5章羰基的亲核加成及相关反应

第五章 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COδ+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-Cδ+δ-CO -CNCOHCN+OH - 反应的平衡位置受电子效应和空间效应的影响。

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。

OH ->H 2O, RO ->ROH 。

2．极性大的分子比极性小的分子亲核性强。

HCN>H 2O(极性与电负性)。

3．同周期元素的负离子的亲核性与碱性大小一致； R 3C ->R 2N ->RO ->F -4．同一主族元素的负离子的亲核性与可极化度大小一致。

I ->Br ->Cl ->F -一、非手性的羰基化合物的加成CNu O -H+C NuOH50%CO -Nu+COH Nu 50%dl前（潜）手性分子 结果得外消旋化产物二、手性羰基化合物的亲核加成方向遵守Cram 规则，得立体选择性的非对称异构体产物。

C S L C MRO+R'ZC SL M C R'R OZC S L MC R'R非对映异构体还原含 -手性碳的醛酮时，手性碳上两个体积较小的基团（S 与M ）分处于羰基两侧，体积最大的基团L 则与羰基呈反位交叉构象，还原剂从体积的较小S 与M 之间进攻羰基占优势，这就是Cram 规则。

(次)R'ZRR'重叠式交叉式(主要产物)HBr C CH 3PhONaBH 4H OH HBrPhCH 3+HO H HBrPhCH 3(2R)(1S,2R)(1R,2R)苏式(主)赤式(次)MeMe Ph+(优)BH -(1R,2R)(1S,2R)(2R)H+樟脑（刚性桥环不能翻转） 外型冰法 内型冰法转位阻大98.6% 0.4% 86% 14%NaBH 4LiBH(CHCH 2CH 3)3CH 3（位阻增大） 5.3醛酮的亲核加成一、与NaHSO 3的加成O +NaHSO 3COH SO 3Na(白色晶体）亲核中心为硫原子HSO 3-体积大，空间效应明显，只有醛、脂肪族甲基酮和碳原子少于8的环酮才能反应。

C OH SO 3-+CN-C OH CN+SO 32-好的离去基，避免用HCN二、与水加成CO +H 2OC OH OH水的亲核性较小，反应后空阻增大，故不利于水化。

若带吸电基时，有利于水化反应。

三、与醇的加成O +ROHH -或OH -COH OR半缩醛（酮）不稳定C OR C OH OR+H+COH 2CORC OR ORH只被酸催化 缩醛酮 醛与一元醇易形成缩醛，而酮则不易，常用 -二醇形成环状缩酮。

R 2C=O +HOCH 2CH 2OHCOORR +H 2O缩醛（酮）对碱、氧化剂、还原剂、碱金属等稳定，可用来保护醛基和酮基。

四、与金属有机化合物的反应 1、与炔钠加成RC CHRC CNa①O H 3OTHFC OH R'C R''CR 炔丙式醇2.与Grignard 试剂C O RH(R')+R''MgX①②干醚H 3OCROH H(R')R''O+R''MgXR''CH 2CH 2OH①干醚3RCOR'O+R''MgXRCR''O ①R''MgX C OH R''R R''H 3+O反应可能停留到酮阶段(C 2H 5O)2C=O +3C 2H 5MgBrH O +(C 2H 5)3COH 82-88%CH(OC 2H 5)2CH 3H +OCHOCH 374%HC(OC 2H 5)3+MgClCH 3原甲酸酯 副反应：（1）还原反应，格利亚试剂作为还原剂，经过环状过渡态影响（当二试剂的空阻都很大时）C CMg Mg C OH CC C OH MgXH 3+OC OHH+C C转移β－H（2）烯醇化，不存在β-H ，且位阻大时。

CC HC OMgX +RH烷基锂活性高，高位阻的酮仍然发生加成反应。

t BuC Bu Ot +t BuLi①THF H 3O(t Bu)3COH81%而格氏试剂却不能反应 3．Reformatsky 反应+RCHCO 2Et X Zn XZnCHCO 2EtRR'CR''OH +OCCHCO 2Et R'R''OH R-H 2OC R'R''CCO 2EtR用此反应来合成β-羟基酸酯和α,β-不饱和酸酯，同时可使醛酮的碳键增加。

PhCHO +RCHCOOEtBrZn 2PhCHCHCO 2EtOH2△PhCH=CCO 2EtRH /NiPhCH 2CHCH 2OHRCr O 吡啶PhCH 2CHCHOR一、与胺衍生物的反应C2ZCR OH NHZ-H O 加成消除C=NZ存在p-π共轭而稳定Z=R, Ar, OH, PhNH, NH 2CONH仲胺与醛酮加成后不能形成亚胺，如果α－碳上有氢则可脱水得烯胺。

R''2NH +RCH 2COR 'TiCl C R'2δδ++H 2O烯胺的β碳原子具有较强的亲核性能与卤代烃,卤代酮，卤代酸酯等作用，在烯胺β碳上引入烃基或与酰卤作用在β碳上引入酰基，产物经水解及到相应的醛酮。

O+N H②CH 2=CHCH 2Br2OCH 2CH=CH 2增加醛酮α－碳活性 二、Mannich 反应具有α－H 的醛酮或其他含活泼氢的化合物与甲醛及胺或氨作用，生成胺甲基化产物的反应称胺甲基化反应或Mannich 反应。

HCHO +NH 3+CH 3CORH +或OH -H 2NCH 2CH 2COR含活泼氢的化合物有；RCH 2COR,RCH 2COOR,RCH 2COOH,RCH 2CN 和RCH 2NO 2等。

氨和1º胺可进一步发生Mannich 反应CH 3COCH 3+HCHO +CH 3NH 2+CH 3CCH 2CH 2NHCH 3OHCHO, CH COCH CH 3CCH 2CH 2NCH 2CH 2CCH 3OO3区域选择性OCH 32H 2O.△CH 3CH 2NMe 2O+OCH 2NMe 2CH 370%30%氨甲基化产物对热不稳定，易分解为α,β－不饱和羰基化合物PhCCH 3O+HCHO +Me 2NH+PhCOCH 2CH 2NMe PhCOCH=CH 2Me 2CHCH 2CHO +HCHO +Me 2NH①H +CH 2=C CHOCH （CH 3)2OCH 2O+HCHO +PhNH 2①CF 3COOH托品酮的合成，1963年从环庚酮出发经十几步来合成。

HH O+H 2NCH 3+O COOHCOOHON CH 3活泼氢 托品酮（一步合成） 3—氧代－1，4－戊二醇 5.4.3 Wittig 反应C R 3R 4O +Ph 3P=C R 2R 1C CR3R 4R 2R 1+Ph 3P O二烃代亚甲基 三苯基膦 Wittig 试剂1. Wittig 试剂Ph 3P +CHCH 2XR1R 2Ph 3PCH R 1R 2X-强碱或PhLi 等Ph 3P CR 12空3d 轨道电子对Ph 3PCR 1R 2内鎓盐（主要贡献） d －p 共轭 ylide （盐，磷叶立德） ylene （烯，叶立因）(1) 活泼的wittig 试剂，此时R 1,R 2=H 或烷基。

与O 2,H 2O,HX 或醇均能反应。

(2) 不活泼的Wittig 试剂当OC NOO等吸电子与带负电荷的α碳相连时，因-I,-C 负电荷分散，Wittig 试剂比较稳定。

Ph 3PCH CRO如Ph 3C CH CN与醛反应活性低，与酮作用慢或不反应。

（3）稳定的Wittig 试剂位连有苯基或乙烯基时，Wittig 试剂不与醛酮反应。

如:Ph 3PPPh 32.Wittig 反应历程Ph 3P CR 1R 2+C R'R 2OC R 1R 2C R 3R 4PPh 3O -C C R 1R 2R3R 4Ph 3POC CR 1R 2R 3R 4+Ph 3P O氧磷环丁烷甜菜碱（非常稳定） 3. 立体化学活泼Wittig 试剂的反应产物以顺式烯为主。

Ph 3P CH CH 3+PhCHOC C CH 3H Ph H+C CCH 3H HPh 87%13%中间体以反应动力学有利的赤式为主。

C C Ph 3P O -H PhPh 3PCH CH 3+PhCHOPh 3PC HC PhO -苏式（次）赤式（主）C PhHHMeC C MeHPhH共轭稳定的wittig 试剂反应产物以反式烯烃为主。

Ph 3PCH Ph +C CPhHPhH25%+C C PhHHPh75%PhCHO中间体以热力学稳定的苏式为主Ph 3P C H CHO-苏式（主）赤式（次）C C PhHHPh C PhHPhHPh 3PCH Ph+PhCHOPh 3CH C PhO-另外醛酮的结构和溶剂的极性将影响其立体选择性。