羟醛缩合反应课件.ppt

1、第十一章第十一章 醛和酮醛和酮第一节第一节 醛、酮的分类，同分异构和命名醛、酮的分类，同分异构和命名一、分类一、分类CH3CH2CH2CHOCH3CH2-C-CH3OCHOOCHOC-CH3OCH3CH=CHCHOCH3CH=CH-C-CH3OCH2CHOCH2CHOOCH3-C-CH2-C-CH3OO脂肪醛脂肪酮脂环醛脂环酮芳香醛芳香酮不饱和醛不饱和酮二元醛二元酮二、同分异构现象二、同分异构现象醛酮的异构现象有碳链异构和羰基的位置异构 。三、醛酮的命名三、醛酮的命名选择含有羰基的最长碳链为主链，从靠近羰基的一端开始编号。例如例如： CH3-CH-CH2CHOC6H5-CH-CHOCH3CH3

2、CH3-C=CHCH2CH2-CH-CH2CHOCH2CH3CH3CH2-C-CH2CH3CH3-C-CH2-C-CH3OOOH3CO甲基丁醛苯基丙醛二甲基 辛醛戊酮戊二酮甲基环戊酮32,433,7623C-CH2CH3C-CH3COCH2CH2CH3OOO环己烯酮环己基 丙酮苯基 乙酮萘 丁酮111112碳原子的位置也可用希腊字母表示。例如：C C C C COHCH3CH=CHCH2CHO丁烯醛第二节第二节 醛、酮的结构、物理性质醛、酮的结构、物理性质和光谱性质和光谱性质 一、醛、酮的结构一、醛、酮的结构醛酮的官能团是羰基，所以要了解醛酮必须先了解羰基的结构。COCOHCHO121.811

3、6.5。sp2杂化键键近平面三角形结构 C=O双键中氧原子的电负性比碳原子大，所以电子云的分布偏向氧原子，故羰基是极化的，氧原子上带部分负电荷，碳原子上带部分正电荷。CO电负性 C 1000有弱吸收有强吸收C=O18501650cm-1有强吸收（一般在17401705cm-1）第二节第二节 醛、酮的化学性质醛、酮的化学性质 醛酮中的羰基由于键的极化，使得氧原子上带部分负电荷，碳原子上带部分正电荷。氧原子可以形成比较稳定的氧负离子，它较带正电荷的碳原子要稳定得多，因此反应中心是羰基中带正电荷的碳。所以羰基易与亲核试剂进行加成反应（亲核加成反应）。 此外，受羰基的影响，与羰基直接相连的-碳原子上的

4、氢原子（-H）较活泼，能发生一系列反应。 亲核加成反应和-H的反应是醛、酮的两类主要化学性质。 醛、酮的反应与结构关系一般描述描述如下：CCROHH( )酸和亲电试剂进攻富电子的氧碱和亲核试剂进攻缺电子的碳涉及醛的反应 氧化反应（ ）H的反应羟醛缩合反应卤代反应一、亲核加成反应一、亲核加成反应1与氢氰酸的加成反应与氢氰酸的加成反应COCOH+ H C NCN羟 基 睛反应范围反应范围：醛、脂肪族甲基酮、七元环以下的脂环酮。 ArCOR和ArCOAr难反应。-羟基腈是很有用的中间体，它可转变为多种化合物，例如例如：CH2=C-CNCH3(CH3)2CCNOH(CH3)2CCOOHOH(CH3)2

5、CCH2NH2OHH2OH2O/HHCH3OHHCH2=C-COOCH3CH32与格式试剂的加成反应与格式试剂的加成反应CO+ R MgX COMgXRH2ORC OH + HOMgX无水乙醚 式中R也可以是Ar。故此反应是制备结构复杂的醇的重要方法。这类加成反应还可在分子内进行。例如；例如；BrCH2CH2CH2COCH3Mg，THFHgCl2微量OHCH360%3与饱和亚硫酸氢钠（与饱和亚硫酸氢钠（40%）的加成反应的加成反应CONaO-S-OHCOHSO3NaCONaSO3H+O醇钠强酸强酸盐 白（ ）1反应范围 醛、甲基酮、七元环以下的脂环酮。2反应的应用a 鉴别化合物b 分离和提纯醛

6、、酮c 用与制备羟基腈，是避免使用挥发性的剧毒物HCN而合成羟基腈的好方法。 产物-羟基磺酸盐为白色结晶，不溶于饱和的亚硫酸氢钠溶液中，容易分离出来；与酸或碱共热，又可得原来的醛、酮。故此反应可用以提纯醛、酮。4与醇的加成反应与醇的加成反应RCH( R )RCOHHO( R )O +RROHRCOHO( R )ROHRRHClHCl无水干+ H2O半缩醛 酮不稳定一般不能分离出来缩醛 酮 ，双醚结构。对碱、氧化剂、还原剂稳定，可分离出来。酸性条件下易水解（ ）（ ）HCl干环 状 半 缩 醛 稳 定（ ）OHCOHOHOH在 糖 类 化 合 物 中 多 见 醛较易形成缩醛，酮在一般条件下形成缩

7、酮较困难，用1，2二醇或1，3-二醇则易生成缩酮。RCRO +HOCH2CH2HOHRCROOCH2CH2+ H2O反应的应用： 有机合成中用来保护羰基。5与氨及其衍生物的加成反应与氨及其衍生物的加成反应醛、酮能与氨及其衍生物的反应生成一系列的化合物。NH2-OHNH2-NH2NH2-NHNH2-NH-C-NH2ONH2-NHO2NNO2羟氨肼苯肼二硝基苯肼氨基脲2,4 醛、酮与氨或伯胺反应生成亚胺（西佛碱），亚胺不稳定，故不作要求。 醛、酮与芳胺反应生成的亚胺（西佛碱）较稳定，但在有机合成上无重要意义，故也不作要求。醛、酮与有-H的仲胺反应生成烯胺，烯胺在有机合成上是个重要的中间体。RCOR

8、CH2+ NHR2RCRCHNR2OHHH2ORCRCHNR2仲胺烯胺醛、酮与氨的衍生物反应，其产物均为固体且各有其特点，是有实用价值的反应。6与与魏悌希魏悌希（Wittig）试剂的加成反应）试剂的加成反应 魏悌希（Wittig）试剂为磷的内鎓盐，又音译为叶立德（Ylide），是德国化学家魏悌希在1945年发现的。 磷叶立德（魏悌希试剂）通常由三苯基磷与1级或2级卤代物反应得磷盐，再与碱作用而生成。(Ph)3P+R1CHXR2R1R2X(Ph)3P-CHR1R2X(Ph)3P-CHC4H9Li -R1R2(Ph)3P = C+ LiX + C4H9R1R2(Ph)3P - C内f盐磷叶立德（魏

9、悌希试剂）强碱COR1R2(Ph)3P = C+CR1R2C+ (Ph)3P =O此反应即为魏悌希反应，是合成烯烃和共轭烯烃的好方法。其反应特点特点是：1可用与合成特定结构的烯烃（因卤代烃和醛酮的结构可以多种多样）。2醛酮分子中的 C=C、CC对反应无影响，分子中的COOH对反应也无影响。3魏悌希反应不发生分子重排，产率高。4能合成指定位置的双键化合物。 魏悌希（Wittig）发现的此反应对有机合成作出了巨大的贡献，特别是在维生素类化合物的合成中具有重要的意义，为此他获得了1979年的诺贝尔化学奖（1945年43岁发现，1953年系统地研究了魏悌希反应，82岁获奖）。7与与希夫希夫试剂（品红醛

10、试剂）的反应试剂（品红醛试剂）的反应 二、还原反应二、还原反应利用不同的条件，可将醛、酮还原成醇、烃或胺。（一）还原成醇还原成醇（ ）1催化氢化 （产率高，90100%）COCH OHRCHO(R)+ H2Ni热，加压RCHHOH(R)2 用还原剂（金属氢化物）还原（1）LiAlH4还原CH3CH=CHCH2CHOLiAlH4H2OCH3CH=CHCH2CH2OH干乙醚只还原C=O（ ） LiAlH4是强还原剂，但选择性差，除不还原C=C、CC外，其它不饱和键都可被其还原；不稳定，遇水剧烈反应，通常只能在无水醚或THF 中使用 。（2）NaBH4还原还原CH3CH=CHCH2CHOH2OCH3

11、CH=CHCH2CH2OH只还原C=O（ ）NaBH4NaBH4还原的特点特点：1 选择性强（只还原醛、酮、酰卤中的羰基，不还原其它基团。2 稳定（不受水、醇的影响，可在水或醇中使用）。3异丙醇铝 异丙醇还原法（麦尔外因-庞道夫MeerWein-Ponndorf还原法） RCHOR（ ）( i - Pr -O-)3AlCH3-CH-CH3OHCH3-C-CH3O+RCHHOHR（ ）+（二）还原为烃二）还原为烃 较常用的还原方法有两种两种。1吉尔聂尔吉尔聂尔-沃尔夫沃尔夫-黄鸣龙黄鸣龙还原法（吉尔聂尔为俄国人，沃尔夫为德国人）此反应是吉尔聂尔和沃尔夫分别于1911、1912年发现的，故此而得名

12、。CONH2-NH2CN-NH2KOHC2H5ONa C2H5OHCH2+ N2加成，脱水200加压或回流50100h无水1946年-我国黄鸣龙黄鸣龙改进了这个方法。改进：a 将无水肼改用为水合肼；碱用NaOH；用高沸点的缩乙二醇为溶剂一起加热。加热完成后，先蒸去水和过量的肼，再升温分解腙。2克莱门森克莱门森（Clemmensen）还原酸性还原RCHO(R)Zn Hg,HCl浓RCH2H(R)此法适用于还原芳香酮，是间接在芳环上引入直链烃基的方法。C CH2CH2CH3OCH2CH2CH2CH3AlCl3CH3CH2CH2CHOZn-Hg/HCl+80%对酸敏感的底物（醛酮）不能使用此法还原（

13、如醇羟基、C=C等）。三、氧化反应三、氧化反应醛易被氧化，弱的氧化剂即可将醛氧化为羧酸。RCHO + 2Ag(NH3)2+ + 2OH-2Ag + RCOONH4 + NH3 +H2O土伦试剂银镜 土伦试剂是弱氧化剂，只氧化醛，不氧化酮和C=C。故可用来区别醛和酮。 酮难被氧化，使用强氧化剂（如重铬酸钾和浓硫酸）氧化酮，则发生碳链的断裂而生成复杂的氧化产物。只有个别实例，如环己酮氧化成己二酸等具有合成意义。酮被过氧酸氧化则生成酯： RCOR + RCOO OHR C O RORCOOH+COCH3C6H5CO3HOCOCH3 用过氧酸使酮氧化，不影响其碳干，有合成价值。这个反应称为拜尔拜尔-维

14、利格维利格（Baeyer-Villiger）反应。四、四、歧化反应歧化反应康尼查罗康尼查罗（Cannizzaro）反应）反应 没有-H的醛在浓碱的作用下发生自身氧化还原（歧化）反应分子间的氧化还原反应，生成等摩尔的醇和酸的反应称为康尼查罗反应。2CHOHCH3OHHCOONaNaOH+浓CHOCH2OHCOONa2NaOH浓+ 交叉康尼查罗交叉康尼查罗反应： 甲醛与另一种无-H的醛在强的浓碱催化下加热，主要反应是甲醛被氧化而另一种醛被还原：HCHOHCOONaCHOCH2OHNaOH浓+ 这类反应称为“交错” 康尼查罗康尼查罗反应，是制备ArCH2OH型醇的有效手段。 五、五、-H的反应的反应

15、 醛、酮分子中由于羰基的影响，-H变得活泼，具有酸性，所以带有-H的醛、酮具有如下的性质： 1互变异构互变异构 在溶液中有-H的醛、酮是以酮式和烯醇式互变平衡而存在的。CH2COHCHCO酮式烯醇式 简单脂肪醛在平衡体系中的烯醇式含量极少。酮或二酮的平衡体系中，烯醇式能被其它基团稳定化，烯醇式含量会增多。酮式烯醇式烯醇式含量CH3-C-CH3CH2=C-CH3OHOOOHCH3-C-CH2COOC2H5OOHOC2H5CH3OCH3-C-CH2-C-CH3CH3-C=CH-C-CH3OOOHOC6H5-C-CH2-C-CH3C6H5-C=CH-C-CH3OOOHO2.4x10-42.0 x10

16、-27.58099 烯醇式中存在着C=C双键，可用溴滴定其含量。2-H的卤代反应的卤代反应（1）卤代反应卤代反应 醛、酮的-H易被卤素取代生成-卤代醛、酮，特别是在碱溶液中，反应能很顺利的进行。（2） 卤仿反应卤仿反应 含有-甲基的醛酮在碱溶液中与卤素反应，则生成卤仿。R C CH3O+ NaOH + X2OHCHX3 + RCOONaR C CX3O(H)(NaOX)(H)卤仿 若X2用Cl2则得到CHCl3 （氯仿） 液体 若X2用Br2则得到CHBr3 （溴仿） 液体 若X2用I2则得到CHI3 （碘仿） 黄色固体 称其为碘碘仿反应仿反应。碘仿反应的范围范围： 具有 结构的醛、酮和具有

17、结构的醇。因NaOX也是一种氧化剂，能将-甲基醇氧化为-甲基酮。碘仿为浅黄色晶体，现象明显，故常用来鉴定上述反应范围的化合物。CH3COH (R)CH3COH (R)3羟醛缩合反应羟醛缩合反应 有-H的醛在稀碱（10%NaOH）溶液中能和另一分子醛相互作用，生成-羟基醛 ，故称为羟醛缩合反应。CH3C HOCH2CHOHCH3CH=CHCHOCH3-CH-CH2CHOOH+稀羟基丁醛丁醛OHH2O2CH3CH2CH-CH-CHOCH3OH稀OHH2OCH3CH2CHOCH3CH2CH=C-CHOCH32CH3CHCHOCH3CH3-CH-CH-C-CHOCH3OHCH3CH32稀OHH无不脱水

18、（1）反应历程 （2）交叉羟醛缩合反应 若用两种不同的有-H的醛进行羟醛缩合，则可能发生交错缩合，最少生成四种产物。 若选用一种无-H的醛和一种-H的醛进行交错羟醛缩合，则有合成价值。C6H5CHO + CH3CHOOHC6H5CH=CHCHOC6H5CHO + CH3CH2CHOOHC6H5CH=CCHOCH368%（3）酮的-H的缩合困难，一般较难进行。 酮与醛的交错缩合可用与合成。二酮化合物可进行分子内羟酮缩合，是目前合成环状化合物的一种方法。4醛酮的其它缩合反应醛酮的其它缩合反应柏琴（柏琴（Perkin）反应。）反应。第四节第四节 亲核加成反应历程亲核加成反应历程 羰基的亲核加成是醛酮

19、的典型反应，羰基是由不同元素形成的双键的典型代表，因此我们对羰基的亲核加成历程作进一步的讨论。 羰基的亲核加成大致分为两类，即简单加成反应和复杂的加成反应。一、简单的亲核加成反应历程一、简单的亲核加成反应历程（加HCN、NaHSO3等）CO+ NuCOCOHNuNuH慢快平三角形面反应物四面体中间体四面体产物亲核加成历程的证明以丙酮加HCN为例：C OCOHNu+ HCNCH3CH3CH3CH3实验证明：中性（无碱存在时）34小时内只有一半原料起反应。 加一滴KOH到反应体系中，两分钟内反应即完成。 加大量酸到反应体系中去，放置几个星期也不反应。 这说明羰基与CN 的反应确实是亲核加成反应。原

20、因原因：HCN的电离度很小，中性条件下氰酸根的浓度很小，故反应速度慢。 加入碱OH-则中和了H+，CN 的浓度增大，故反应速度加快。 加入H+后抑制了HCN的电离，CN 的浓度大大减小，故反应很难进行。 各类亲核试剂对各类羰基化合物的加成反应的K值各不相同，有的很大，实际上不起反应；有的很小，实际上是不可逆反应。通常将Kc值在104以下者看作是可逆反应。HCN与醛酮加成的Kc值在10310-3之间，是一种可逆反应，且易测定，故常用HCN为试剂来研究各种因素对亲核加成的影响。影响亲核加成的因素因素1空间因素对亲核加成的影响空间因素对亲核加成的影响RC ORCONu+ CNRR2电负性因素对亲核加

21、成的影响电负性因素对亲核加成的影响（1）诱导效应 当羰基连有吸电子基时，使羰基碳上的正电性增加，有利于亲核加成的进行，吸电子基越多，电负性越大，反应就越快。（2）共轭效应 羰基上连有与其形成共轭体系的基团时，由于共轭作用可使羰基稳定化，因而亲核加成速度减慢。3试剂的亲核性对亲核加成的影响试剂的亲核性对亲核加成的影响 试剂的亲核性愈强，反应愈快。二、复杂的亲核加成反应历程二、复杂的亲核加成反应历程醛、酮与氨及其衍生物的加成反应为加成消除历程。三、羰基加成反应的立体化学三、羰基加成反应的立体化学 羰基具有平面结构，Nu可从任何一面进攻羰基碳原，但向两面进攻的几率是否相等？下面我们从反应物结构和试剂

22、体积大小来进行讨论。1.对手性脂肪酮的加成CORR+ NuCORRNuCNuRRO 当R=R时，加成产物为同一物。 当RR时，加成产物为外消旋体（Nu从羰基两面进攻的几率相等）。 当羰基与手性碳原子相连时，Nu从两面进攻的几率就不一定相等，加成后引入第二个手性碳原子，生成的两个非对映体的量也不一定相等。 Nu的进攻方向主要取决于-手性碳原子上各原子（原子团）体积的相对大小。即其加成方向有一定的规律。 加成方向遵守克拉姆（克拉姆（Cram）规则）规则 Cram规则规则设-手性碳原子上所连的三个基团分别用L、M、S代表其大、中、小，则加成时Nu主要从最小基团S一侧进攻最为有利，生成的产物为主要产物

23、。2脂环酮的加成脂环酮的加成 脂环酮的羰基嵌在环内，环上所连基团空间位阻的大小，明显的影响着Nu的进攻方向。HH3CO +H AlH3abHH3COHHH3COHHHab空间位阻大空间位阻小反 甲基环戊醇顺 甲基环戊醇3340%60% 3Nu的体积对加成的影响的体积对加成的影响 对于同一反应物，所用Nu体积的大小，也影响其进攻方向。例如：COCOHCOHHH+LiAlH4LiBH(S-Bu)390%10%12%88%第五节第五节 醛、酮的制备醛、酮的制备一、氧化或脱氢法一、氧化或脱氢法1醇的氧化或脱氢 （1） 氧化 将醇氧化成醛时要用特殊的氧化剂。 （2） 脱氢 2.烃的氧化（主要用于制备芳香

24、醛、酮）。 二、羧酸及其衍生物还原法二、羧酸及其衍生物还原法 1还原成醛 最有价值的还原方法是罗森曼得（Rosenmund，K.W.，）还原法。 2还原成酮 RCOCl+H2Pd BaSO4RCHO+ HCl产率高，有合成价值三、偕二卤代物水解法三、偕二卤代物水解法四、付四、付-克酰化法克酰化法 RCRXX(H)H2ORCR(H)O酸或碱ArH + RCOClArCOR催化剂五、芳环甲酰化法五、芳环甲酰化法 1加特曼加特曼-科克科克（Gattermann-koch）反应）反应 此法是用CO和干HCl为原料，在无水AlCl3催化下，在芳环上引入醛基的方法。 此法主要用于苯环或烷基苯环的甲酰化，酚

25、类和带有间位基的芳环不适用。2维路斯梅尔维路斯梅尔（Vilsmeier）反应）反应 酚类和芳胺类在POCl3存在下与N,N-二取代甲酰胺反应，可在其对位引入一个醛基。CHO+ CO + HClAlCl3OH+ (CH3)2-N-C-HOPOCl3HOCHO + (CH3)2NH65%第七节第七节 不饱和羰基化合物不饱和羰基化合物 不饱和羰基化合物是指分子中即含有羰基，又含有不饱和烃基的化合物，根据不饱和键和羰基的相对位置可分为三类。（1）烯酮（RCH=C=O）（2）,-不饱和醛酮（RCH=CH-CHO）（3）孤立不饱和醛酮 （RCH=CH（CH2）nCHO） n1 孤立不饱和醛酮兼有烯和羰基的

26、性质，,-不饱和醛酮、烯酮有其特性及用途，下面我们主要讨论这两类化合物。一、乙烯酮一、乙烯酮 最简单且最重要的烯酮是乙烯酮。二、二、,-不饱和醛酮不饱和醛酮 ,-不饱和醛酮的结构特点是碳碳双键与羰基共轭，故,-不饱和醛酮兼有烯烃、醛、酮和共轭二烯烃的性质，若与亲电试剂加成，则应加到碳碳双键上，若与亲核试剂加成则应加到羰基上，但其特性反应是共轭加成。1共轭加成（1，2-加成或1，4-加成）CCCO由于羰基的极化和共轭 键的离域，不仅羰基碳上带有部分正电荷， 上也带有部分正电荷，因此与亲核试剂加成时就有两种可能CCCCO + NuCCCONuCCCONu1，2加成1，4-加成HHCCCOHNuCCCOHNu不稳定（互变）CHCCONu 反应为1,2-加成还是1,4-加成决定于三个方面：（1）亲核试剂的强弱 弱的亲核试剂主要进行1,4-加成，强的主要进行1,2-加成。（2）反应温度 低温进行1,2-加成，高温进行1,4加成。（3）立体效应 羰基所连的基团大或试剂体积较大时，有利于1,4加成。3.麦克尔麦克尔（Michael）反应）反应 ,-不饱和醛酮、羧酸、酯、硝基化合物等与有活泼亚甲基化合物的共轭加成反应称为麦克尔（Michael）反应，其通式是：CCHZ+ RCCHZR（ 代表能和 共轭的基团）ZC=C麦克尔（Michael）反应在有机合成上有其应用价值。