第十一章-醛和酮课件.ppt
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- 第十一 课件
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1、有机化学有机化学主讲教师主讲教师 霍文兰霍文兰教教 材材 高鸿宾高鸿宾 主编主编Chapter 10Aldehyde Ketone and quinone 目的与要求目的与要求 要求学生掌握亲核加成反应的基本概念、反应类型和反应机理,醛和酮的基本化学性质和制备方法;了解影响亲核加成反应的各种因素,,不饱和羰基化合物的性质等。重点重点1.亲核加成反应:反应机理、立体化学等2.醛和酮的其它化学性质:卤仿反应、羟醛缩合反应、氧化还原反应、共轭加成反应等 难点难点亲核加成反应的立体化学、羟醛缩合反应等本章提纲本章提纲第一节第一节 醛、酮的命名和结构第二节第二节 醛、酮的物理性质和光谱性质第三节第三节
2、醛、酮的化学性质第四节第四节 亲核加成反应历程第五节第五节 醛、酮的制法第六节第六节 重要的醛、酮第七节第七节 醌v醛和酮分子中都含有羰基。醛和酮分子中都含有羰基。R C HOH()R C RO醛醛 酮酮 v碳原子数相同的饱和一元醛、酮是同分异构体。碳原子数相同的饱和一元醛、酮是同分异构体。CH3CH2CHO CH3COCH3 系统命名法系统命名法 v选择含有羰基的最长碳链作为主链,醛基碳的编号选择含有羰基的最长碳链作为主链,醛基碳的编号是是1,酮分子中羰基位于碳链中,编号应从靠近羰基的,酮分子中羰基位于碳链中,编号应从靠近羰基的一端开始。一端开始。CH3CHCH2CHOCH3CH3CH2CC
3、H2CH3O3-甲基丁醛甲基丁醛 3-methylbutanal 3-戊酮戊酮 3-pentanone v英文名称是将相应烃类名称词尾中的英文名称是将相应烃类名称词尾中的e去掉,醛换成去掉,醛换成al,酮换成,酮换成one。CH3CHCHOCHOCOOH2-苯基丙醛苯基丙醛 2-phenylpropanal 对甲酰基苯甲酸对甲酰基苯甲酸 4-formylbenzoic acid CH3CHCH2CHOOH3-羟基丁醛羟基丁醛 3-hydroxylbutanal CH3 CH2 C OCH2(CH2)12CHOCHO3-甲基环十五酮甲基环十五酮(麝香酮麝香酮)3-methylcyclopenta
4、dcanone 1,2-萘二甲醛萘二甲醛 1,2-naphthalene dicarbaldehyde CCH(CH3)2O2-甲基甲基-1-环己基环己基-1-丙酮丙酮 1-cyclohexyl-2-methyl-1-propanone 衍生物命名法衍生物命名法 v酮有时使用,按照和羰基相连的两个烃基来命名。酮有时使用,按照和羰基相连的两个烃基来命名。CH3CH2CCH2CH3OCH3CH2CCH3O二乙基酮二乙基酮 甲基乙基酮甲基乙基酮 CCH3O甲基环己基酮甲基环己基酮 醛酮的结构醛酮的结构 C O+sp2杂化杂化 sp22p键键 2p2p键键 v由于氧的电负性比碳大,使碳氧双键极化度很大
5、,由于氧的电负性比碳大,使碳氧双键极化度很大,具有偶极矩。具有偶极矩。vsp2杂化轨道间的夹角为杂化轨道间的夹角为120,但杂化轨道与其他原子成,但杂化轨道与其他原子成键后,如果成键原子不同,就可能导致夹角偏离键后,如果成键原子不同,就可能导致夹角偏离120。v当羰基的当羰基的-位有羟基或氨基存在时,羰基氧原子可与羟位有羟基或氨基存在时,羰基氧原子可与羟基或氨基的氢原子以氢键缔合,倾向于以重叠式为优势构基或氨基的氢原子以氢键缔合,倾向于以重叠式为优势构象形式存在。象形式存在。COCH3CH3121.5117OOH物态:甲醛在室温下为气体,其试剂为物态:甲醛在室温下为气体,其试剂为40%的水溶液
6、,的水溶液,其他低、中级醛酮为液体,高级醛酮为固体。其他低、中级醛酮为液体,高级醛酮为固体。沸点:比分子量相近的烃和醚高,但比相应的醇低。沸点:比分子量相近的烃和醚高,但比相应的醇低。水溶性:羰基氧原子可以和水分子中的氢原子形成氢水溶性:羰基氧原子可以和水分子中的氢原子形成氢键,因此低级的醛、酮如甲醛、乙醛、丙酮等能和水混键,因此低级的醛、酮如甲醛、乙醛、丙酮等能和水混溶。溶。相对密度:脂肪族醛酮相对密度小于相对密度:脂肪族醛酮相对密度小于1 1,芳香族醛酮相,芳香族醛酮相对密度大于对密度大于1 1。C C R(H)OH+亲核加成,氢化,还原;亲核加成,氢化,还原;-氢氢的反应:的反应:烯醇化
7、,卤代,烯醇化,卤代,羟醛缩合;羟醛缩合;醛的氧化。醛的氧化。羰基上的亲核加成羰基上的亲核加成 v醛和酮的反应主要决定于它们的官能团羰基,由于羰醛和酮的反应主要决定于它们的官能团羰基,由于羰基是极化的,容易与亲核试剂发生加成反应。基是极化的,容易与亲核试剂发生加成反应。进一步反应Nu+C O+Nu C O 加成产物产物(1)碳亲核试剂碳亲核试剂 加氢氰酸:加氢氰酸:v醛、脂肪族甲基酮、醛、脂肪族甲基酮、8个碳以下的环酮可以和个碳以下的环酮可以和HCN加成,加成,生成生成-羟基腈。羟基腈。v由于由于HCN的亲核性较弱,反应要在碱催化下进行。的亲核性较弱,反应要在碱催化下进行。HCH+CNOHCC
8、 O HCN+H2OCN+OH+OHCNC+C OCNHCNCNOCNC HCNv-羟基腈分子中的氰基可以水解为羧基,也可以还原为羟基腈分子中的氰基可以水解为羧基,也可以还原为氨基,进而转化为许多有用的化合物。因此在有机合成上氨基,进而转化为许多有用的化合物。因此在有机合成上具有重要的用途。具有重要的用途。C OCH3CH3HCNCH3 C OHCH3CNH2SO4CH2 C COOHCH3CH3OHH2OCH2 C COOCH3CH3-甲基丙烯酸甲酯甲基丙烯酸甲酯 和和Grignard试剂加成:试剂加成:v加成产物水解后生成醇。加成产物水解后生成醇。OMgXRC+C OH+,H2OR MgX
9、+Et2OR C OHv也可以在分子内发生,合成环状化合物。也可以在分子内发生,合成环状化合物。Br(CH2)3COCH3Mg,THFH2O,H+OHCH3(2)含氧含硫亲核试剂含氧含硫亲核试剂 和水加成:和水加成:H2O+OHOHCC Ov只有甲醛、乙醛、只有甲醛、乙醛、-多卤代醛或酮的平衡常数大于多卤代醛或酮的平衡常数大于1。v随着烃基的增多,加水反应的平衡常数减小,二苯酮随着烃基的增多,加水反应的平衡常数减小,二苯酮加水的平衡常数很小,加水的平衡常数很小,-C上连有吸电基团时加水平衡上连有吸电基团时加水平衡常数增大。常数增大。v酸或碱对这个反应都有催化作用酸或碱对这个反应都有催化作用。H
10、+C OC OH+H2OOHOH2C+OHOHCH+C OOHOHC+H2OOHOCOHOH 和醇加成:和醇加成:v在强酸的催化作用下生成半缩醛。在强酸的催化作用下生成半缩醛。C OC OH+C OHORH+ROHC OHHOR+H+v在干燥的在干燥的HCl作用下,半缩醛可以和另一分子醇脱水,作用下,半缩醛可以和另一分子醇脱水,烷氧基取代羟基生成缩醛。烷氧基取代羟基生成缩醛。C OH2+ORC OR+HClH2OCORORH+ROHC OHORv反应特点:醛与过量的醇在反应特点:醛与过量的醇在H+催化下容易生成缩醛,催化下容易生成缩醛,平衡常数较大,酮的平衡常数一般较小。平衡常数较大,酮的平衡
11、常数一般较小。v缩醛对碱、氧化剂、格氏试剂等都是稳定的,但在稀缩醛对碱、氧化剂、格氏试剂等都是稳定的,但在稀酸中会水解,得到原来的醛或酮。酸中会水解,得到原来的醛或酮。C OHCl无水+CH2 CH2OHOHCO CH2O CH2v在实际应用中,常用乙二醇和醛或酮作用生成环状缩在实际应用中,常用乙二醇和醛或酮作用生成环状缩醛或缩酮以保护羰基。醛或缩酮以保护羰基。v如何完成下列合成反应?如何完成下列合成反应?OCOOC2H5?OCH2OHCH2OHCH2OHH+OCOOC2H5OLiAlH4OCH2OHOH3O+和亚硫酸氢钠加成:和亚硫酸氢钠加成:v醛、脂肪族甲基酮、醛、脂肪族甲基酮、8个碳以下
12、的环酮可以和个碳以下的环酮可以和NaHSO3加成,生成加成,生成-羟基磺酸钠不溶于饱和的羟基磺酸钠不溶于饱和的NaHSO3溶液。溶液。v在反应历程中,亲核原子是硫原子。在反应历程中,亲核原子是硫原子。+C ONaHSO3OHSO3NaC(白)v可用于分离、提纯醛或酮及定性鉴别。可用于分离、提纯醛或酮及定性鉴别。C OO SOOH+SO3HOC SO3OHC(3)氮亲核试剂氮亲核试剂 v醛或酮和氨及其衍生物加成时,所得到的产物往往不醛或酮和氨及其衍生物加成时,所得到的产物往往不稳定,常进一步脱水生成含有碳氮双键的化合物。稳定,常进一步脱水生成含有碳氮双键的化合物。R C HO+NH3R C NH
13、2OHHH2OR C NHH和氨反应:和氨反应:v醛或酮醛或酮和氨反应生成羟胺,羟胺很不稳定,脱水得到和氨反应生成羟胺,羟胺很不稳定,脱水得到亚胺亚胺。v生成的产物亚胺仍不稳定,常进一步生成复杂的产物。生成的产物亚胺仍不稳定,常进一步生成复杂的产物。CH2 O+NH3 CH2 NHNNNN四聚OH2六亚甲基四胺六亚甲基四胺 如甲醛和氨作用生成的亚氨,能进一步缩合为四氮金如甲醛和氨作用生成的亚氨,能进一步缩合为四氮金刚烷刚烷(六亚甲基四胺六亚甲基四胺)。和伯胺反应:和伯胺反应:C6H5CHO+H2NC6H5CH N C6H5C6H5H2OH+Schiff碱碱 v醛或酮与醛或酮与伯胺的生成的羟胺,
14、由于氨基上还有伯胺的生成的羟胺,由于氨基上还有H而不稳而不稳定,马上脱水生成亚胺,称为定,马上脱水生成亚胺,称为Schiff碱。碱。v脂肪族亚胺一般不稳定,容易分解;芳香族亚胺则较稳脂肪族亚胺一般不稳定,容易分解;芳香族亚胺则较稳定。定。和仲胺反应:和仲胺反应:v醛或酮与醛或酮与仲胺的生成的羟胺,氨基上没有仲胺的生成的羟胺,氨基上没有H,但羟基能,但羟基能与与-碳上的碳上的H脱水,生成烯胺。脱水,生成烯胺。烯胺烯胺 NOHNNH+Ov烯胺的碳碳双键和烯胺的碳碳双键和N原子上的未共用电子对存在原子上的未共用电子对存在p-共轭,共轭,使使-碳原子具有亲核性。碳原子具有亲核性。和氨的衍生物反应和氨的
15、衍生物反应:v醛或酮与氨的生物羟胺、肼、苯肼、氨基脲等作用,醛或酮与氨的生物羟胺、肼、苯肼、氨基脲等作用,加成后脱去一分子水,生成有碳氮双键的产物。加成后脱去一分子水,生成有碳氮双键的产物。+NH2 OHC ORRR C NH OHOH RC N OHRRH2O羟胺羟胺 肟肟+NH2 NH2C ORRC N NH2RR肼肼 腙腙 +NH2 NHC6H5C ORRC N NHC6H5RR苯肼苯肼 苯腙苯腙 +NH2 NHCONH2C ORRC N NHCONH2RR氨基脲氨基脲 缩氨脲缩氨脲 v这类反应一般在这类反应一般在pH=5的条件下进行;的条件下进行;v生成物肟、腙、苯腙、缩氨脲等大多数是
16、结晶体,有固生成物肟、腙、苯腙、缩氨脲等大多数是结晶体,有固定的熔点,可用测定熔点来确定是哪一种醛或酮。定的熔点,可用测定熔点来确定是哪一种醛或酮。v碳氮双键和碳碳双键相似,在有些化合物中存在顺反碳氮双键和碳碳双键相似,在有些化合物中存在顺反异构现象。异构现象。C NC6H5HOHC NC6H5HOH(Z)-苯甲醛肟苯甲醛肟 (E)-苯甲醛肟苯甲醛肟 v这些产物在这些产物在稀酸稀酸中会水解得到原来的醛或酮,因此也用中会水解得到原来的醛或酮,因此也用于醛或酮的分离提纯。于醛或酮的分离提纯。-氢的反应氢的反应 v醛或酮分子中醛或酮分子中-碳上的氢,它受到羰基的影响酸性增碳上的氢,它受到羰基的影响酸
17、性增强。强。v失去失去-氢后,氢后,-碳上的负电荷因碳上的负电荷因p-共轭可以分散到共轭可以分散到羰基上。羰基上。C C OHH+C C OC C O(1)羰基式羰基式-烯醇式互变烯醇式互变 v有有-氢的醛或酮以烯醇式和羰基式平衡存在。氢的醛或酮以烯醇式和羰基式平衡存在。R C CH2 ROR C CH ROHCH3 C CH2 C CH3OOCH3 C CH C CH3OHO20%80%OOH0%100%(2)卤代反应卤代反应 CH3CH2CHOBr2,OHBrCH3CHCHOv反应机理反应机理:v在碱性溶液中反应进行得很顺利。在碱性溶液中反应进行得很顺利。C C OHOHC C OC C
18、OBr2慢Brv卤仿反应卤仿反应:X2+2NaOHNaOX+NaXH2O+R C CH3ONaOXR C CX3OOHOR C ONaCHX3+OH碘仿反应:检验乙醛、甲基酮或碘仿反应:检验乙醛、甲基酮或2-醇。醇。R CH CH3OHNaOIR C CH3OCHI3+NaOIOHR C ONaO(3)羟醛缩合羟醛缩合 CH3CHOCH2CHOOH稀CH3CHOCH3CHCH2CHOOCH3CHCH2CHOOHH2OCH3CH CHCHOH2Ov在稀碱溶液中,两分子乙醛缩合生成在稀碱溶液中,两分子乙醛缩合生成-羟基丁醛,加热羟基丁醛,加热时时-羟基丁醛易失去一分子水,变成羟基丁醛易失去一分子水
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