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基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)知識(shí)整理

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基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)知識(shí)整理

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基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)知識(shí)整理
(1) 烷烴 鹵代——自由基取代反應(yīng) 鏈引發(fā):
鏈轉(zhuǎn)移:
鏈終止:
反應(yīng)控制:
(2) 熱裂解——自由基反應(yīng)
1. 硝化、磺化(自由基)——與鹵代類似。
2. 小環(huán)開環(huán)
(1) 引發(fā)的開環(huán):自由基機(jī)理,區(qū)域選擇性小。
(2) 、HI引發(fā)的開環(huán):離子機(jī)理,傾向于生成穩(wěn)定的碳正離子。
(仲碳正離子比伯碳正離子穩(wěn)定)
在斷鍵時(shí),一般斷極性最大的鍵(如取代最多的C原子和取代最少的C原子之間的鍵)。
1、 親核取代
1. 共軛效應(yīng)和誘導(dǎo)效應(yīng):要區(qū)別對(duì)待。 Cl原子的吸電子誘導(dǎo)效應(yīng)使雙鍵整體電子云密度降低,表現(xiàn)在反應(yīng)性降低;給電子共軛效應(yīng)使雙鍵電子云向遷移,相對(duì)帶部分負(fù)電荷。判斷基團(tuán)共軛效應(yīng)的性質(zhì):
(1) 吸電子基團(tuán)中直接相連的原子電負(fù)性較小且與電負(fù)性較大的原子相連,電子云密度低;直接相連的原子多沒有孤對(duì)電子。如:,,,,等。
(2) 給電子基團(tuán)中直接相連的原子電負(fù)性較大且與電負(fù)性較小的原子相連,電子云密度大;直接相連的原子均有孤對(duì)電子。如:,,,,等。
(3) 苯環(huán)的共軛效應(yīng):相當(dāng)于一個(gè)電子“倉庫”,與電子云密度小的原子相連時(shí)給電子,與電子云密度大的原子相連時(shí)吸電子(如苯酚顯酸性)。在共軛體系中,判斷雙鍵的極性時(shí)僅考慮共軛效應(yīng)。
2. 反應(yīng): (構(gòu)型完全翻轉(zhuǎn))成環(huán):五、六元環(huán)易;三元環(huán)較易;四元環(huán)難。反應(yīng)控制:
(1) 烷基空間位阻。
(2) 離去機(jī)團(tuán)能力。
(3) 試劑親核性:
a. 偶極溶劑:與堿性一致;
b. 質(zhì)子溶劑:與可極化性一致。
立體選擇性:構(gòu)型翻轉(zhuǎn)。 兩位負(fù)離子:用親核性強(qiáng)部位進(jìn)攻。
3. 反應(yīng):形成為慢的一步,與親核試劑結(jié)合為快的一步。
反應(yīng)控制:
(1) 烷基推電子效應(yīng);
(2) 大基團(tuán)空助效應(yīng)(利于形成);
(3) 離去基團(tuán)的能力;
(4) 質(zhì)子溶劑對(duì)反應(yīng)有利。
溶劑解多為,當(dāng)基團(tuán)不易離去或溶劑分子親核性強(qiáng)時(shí)也可能有。
兩位負(fù)離子:用負(fù)電荷集中部位進(jìn)攻。
2、 消除
1. E2:堿進(jìn)攻H原子,帶質(zhì)子離去;離去。立體選擇性:反式共平面,取穩(wěn)定構(gòu)象消除。
區(qū)域選擇性:Zaitsev規(guī)則:生成取代較多的烯烴。這是一個(gè)熱力學(xué)控制,取代多的烯烴較穩(wěn)定。動(dòng)力學(xué)控制是反Zaitsev規(guī)則的,因?yàn)樯扇〈俚南N時(shí),堿進(jìn)攻的位阻較小。堿體積大、強(qiáng)度大有利于反Zaitsev消除。
2. E1cb:反式共平面,Zn帶走形成,生成,構(gòu)型不變。
試劑:Zn,Mg,。
3、 鹵代烴
1. 親核取代:,ROH,(或) (鑒別,作溶劑)
2. 消除:生成烯烴。連二鹵代烴在消除時(shí)存在炔烴和共軛二烯烴的選擇,用產(chǎn)物穩(wěn)定性判斷優(yōu)勢產(chǎn)物。如:
3. 還原:
(較溫和)
Zn/HCl;HI; 。—保持雙鍵構(gòu)型
4. 鹵仿分解:與進(jìn)行自由基加成后脫HOCl:
5. 與金屬反應(yīng)生成有機(jī)金屬化合物。
6. Wurtz反應(yīng):在Na作用下,
在Zn作用下,二鹵代烴發(fā)生偶聯(lián):
當(dāng)W=時(shí),為特例(E1cb)。
4、 有機(jī)金屬化合物
1. 與活潑H反應(yīng),生成烷烴(酸堿反應(yīng))。 作用:引入同位素(與反應(yīng))。
2. 與反應(yīng)制羧酸:
3. 制備:自由基反應(yīng)。
4. 親核取代(與制醇,與RX制烴)
5. 親核加成(與制醇,與RCN制亞胺)
5、 烯烴
1. 烯烴的穩(wěn)定性 比穩(wěn)定,因?yàn)閮蓚€(gè)甲基的超共軛效應(yīng)大于一個(gè)乙基,雙鍵較為牢固;和都比穩(wěn)定,因?yàn)楫惗∠┑膬蓚€(gè)甲基間斥力大,且不能很好地與雙鍵共軛。
比穩(wěn)定的原因:環(huán)內(nèi)雙鍵可通過半椅式構(gòu)象獲得合適的鍵角:;而環(huán)外雙鍵不能。
2. 親電加成:雙鍵上有推電子基團(tuán)對(duì)反應(yīng)有利。
與加成:環(huán)正離子中間體機(jī)理:反式加成,負(fù)電荷部分從背面。加成大多也通過環(huán)正離子。 環(huán)烯烴的構(gòu)象最小改變?cè)恚?進(jìn)攻時(shí),六元環(huán)的構(gòu)象盡量不改變。即2,4,6要共面,2應(yīng)向4,6所在的上方翻轉(zhuǎn),且Br占據(jù)直立鍵,故從1處進(jìn)攻。
3. 與 加成: 離子對(duì)中間體機(jī)理(順式加成):
碳正離子機(jī)理:形成后不形成環(huán)正離子,從兩面進(jìn)攻。
原因:Cl原子體積小,不易重疊形成環(huán)正離子;p軌道與苯環(huán)共軛而穩(wěn)定。
4. 與HX加成:進(jìn)攻形成;從兩面進(jìn)攻。
5. Markovnikov規(guī)則:用穩(wěn)定性判斷區(qū)域選擇性。(電子,共軛…)
重排:烷基重排:+與對(duì)調(diào) ;負(fù)氫重排:+移位。
環(huán)烯烴加成的立體選擇性:環(huán)難以翻轉(zhuǎn),故為反式加成。
6. 與、、有機(jī)酸、醇酚加成:遵循馬氏規(guī)則。
7. 與HOX加成:形成環(huán)正離子,從反面進(jìn)攻。
區(qū)域選擇性:由于也可通過碳正離子機(jī)理反應(yīng),應(yīng)從多角度解釋。
8. 自由基加成:過氧化物均裂產(chǎn)生自由基,進(jìn)攻烯烴。
(生成穩(wěn)定的自由基)
由于先上Br,故為反馬氏加成。 試劑:HBr;多鹵代烷(斷最弱的鍵)。
9. 氧化反應(yīng)
(1) 與過酸環(huán)氧化:過酸羰基質(zhì)子化,形成,對(duì)雙鍵進(jìn)行親電加成,斷鍵。
過酸碳上吸電子基團(tuán)利于形成;雙鍵C上推電子基團(tuán)增大電子云密度,均利于反應(yīng)。
立體選擇性:順式加成。
(2) 被冷稀中性或氧化成順鄰二醇(環(huán)狀中間體)。
(3) 臭氧化分解—還原:
10. 硼氫化:生成烷基硼,與的結(jié)合,反馬氏的順式加成。
與水化的不同:水化用進(jìn)攻;硼氫化用B進(jìn)攻(另一邊上H)。
氧化→成醇。 羧酸還原→成烷烴(相當(dāng)于順式加)。
11. 催化加氫:用Ni(多相)、(均相)、(必須是順式)
進(jìn)行順式加成。 催化劑活性:Pt>Pd>Ni。
12. 與卡賓加成 卡賓用多鹵代烷消除制備。 順式加成形成三元環(huán)。
能發(fā)生C—H的插入反應(yīng)。 卡賓的穩(wěn)定性:凡是共軛給電子的基團(tuán)均能與單線態(tài)卡賓的空p軌道共軛,使卡賓穩(wěn)定。()
13. H鹵化(自由基取代)位與雙鍵共軛,自由基穩(wěn)定。
可能有重排:()
14. 1,4-加成: 電荷可通過共軛體系傳到另一端(距離越遠(yuǎn)越好,因?yàn)榭杀M量保持共軛體系)。
15. Diels—Alder反應(yīng):屬周環(huán)反應(yīng)。雙烯體1,4-位有位阻不利;2,3-位不影響。必須為順式構(gòu)象。
有推電子基團(tuán)的雙烯體和有吸電子基的親雙烯體有利(記典型物質(zhì))
加成后取代基處于鄰、對(duì)位產(chǎn)物占優(yōu)勢。
6、 炔烴
1. 末端炔烴的性質(zhì):與Na反應(yīng)生成炔鈉;與Ag反應(yīng)生成沉淀(鑒別)
與次鹵酸反應(yīng)得到炔基鹵化物,是一個(gè)取代反應(yīng),但很難發(fā)生:
(弱酸制強(qiáng)酸)與醛酮反應(yīng)生成炔醇(親核加成)。
2. 還原反應(yīng)
(1) Pd、Pt或Ni:生成烷烴。
(2) Lindlar催化劑(Pd/PbO,)、硼氫化—還原得Z型烯烴。
(3) Na/(l)、/還原得E型烯烴。
3. 親電加成
(1) 與鹵素加成:難于雙鍵,故雙鍵與叁鍵不共軛時(shí),優(yōu)先加成雙鍵;若雙鍵與叁鍵共軛,加成叁鍵得穩(wěn)定的共軛二烯烴。
(2) 與HX加成
與水加成(有烯醇式/酮式互變)
4. 自由基加成:反馬氏規(guī)則需分步判斷:
()
5. 親核加成:sp軌道s成分多,離核近,親核試劑易加成。
(1)
(2) 與等活性H加成。
(3) 區(qū)域選擇性:用碳負(fù)離子的穩(wěn)定性判斷。
6. 氧化反應(yīng)
(1) 用或氧化:
(2) 硼氫化/氧化——反馬加,互變得醛。
7. 聚合反應(yīng)
(1) 乙炔用催化,發(fā)生自身親核加成:
(2) 三聚成苯
8. 制備:
(1) 由連二鹵代烷兩次消除制備。
(2) 三鍵位移:
由于酸性:,故KOH/ROH使炔鍵向鏈中位移,使三鍵向末端位移。(強(qiáng)堿制弱堿)
(3) 炔鈉/含三鍵的格氏試劑可以和鹵代烴,制備高級(jí)炔烴。
(4) 炔烴氧化偶聯(lián)、炔化亞銅偶聯(lián):
(相當(dāng)于復(fù)分解出)
機(jī)理:自由基機(jī)理,二炔烴為鏈終止產(chǎn)物。
7、 醇
1. 酸性:與Na反應(yīng)生成醇鈉。
2. 與含氧無機(jī)酸(或其酰氯、酸酐)反應(yīng),生成酯,醇出羥基。
3. 親核取代反應(yīng)
(1) 與HX反應(yīng)生成RX:酸性條件下形成鹽,再脫水成,與結(jié)合。()
a. Lucas試劑:濃HCl/:三級(jí)醇、烯丙醇、芐醇最易,一級(jí)醇最難。
b. 與一級(jí)醇按:作離去基團(tuán)。
c. 按反應(yīng)有重排產(chǎn)物(與Wagner-Meerwein重排類似)。
碳正離子重排的需求:用生成的碳正離子的穩(wěn)定性判斷。若為協(xié)同過程,離去基團(tuán)與遷移基團(tuán)需處于反式。
d. 鄰基參與效應(yīng):形成后,相鄰C上的Br等與之形成環(huán)正離子,故蘇型得到全保持與全翻轉(zhuǎn)產(chǎn)物;赤型雖也有全保持與全翻轉(zhuǎn),但在兩個(gè)R基相同的情況下,這兩種方式是等價(jià)的:
形成環(huán)正離子的條件:有孤對(duì)電子與成鍵;變形性好。不能用于形成環(huán)正離子,但碳正離子在重排時(shí),形成了環(huán)狀過渡態(tài)。
(2) 與鹵化磷反應(yīng)。與反應(yīng):
(相當(dāng)于與1分子ROH、1分子發(fā)生“水解”)
4. 氧化反應(yīng)
(1) ,加熱,將一、二級(jí)醇氧化為羧酸或酮;
可只氧化而不氧化雙鍵;氧化為。
(2) 或:保護(hù)不飽和鍵;氧化為(若要得到,需將醛蒸出)
(3) 用氧化:一級(jí)醇氧化為酸,環(huán)醇氧化為二元酸。
(4) Oppenauer氧化法:
(置換反應(yīng),濃度控制方向)
(5) 用Pfitzner-Moffatt試劑氧化:醇氧化為醛相當(dāng)于,用 提供O原子,用作脫水劑,促使反應(yīng)進(jìn)行。
(6) 用脫H生成醛酮。
5. 鄰二醇氧化:用或氧化,C-C斷裂,生成相應(yīng)醛酮。由于生成環(huán)狀酯中間體,故順型速率快。
具有 結(jié)構(gòu),可先加1mol 再反應(yīng)。可看作C-C斷裂,各與一個(gè)結(jié)合,然后失水。
6. 頻哪醇重排:
(1) 離去的區(qū)域選擇性:用穩(wěn)定性判斷。
(2) 轉(zhuǎn)移基團(tuán)的順序:用該基團(tuán)與連接后穩(wěn)定性判斷。
(3) 遷移基團(tuán)與離去基團(tuán)位于反式時(shí)重排速率快: 離去時(shí),軌道為豎直軸向,故處于反式的遷移時(shí),電子云能較好地重疊。的甲基與環(huán)碳原子軍與離去基團(tuán)為鄰交叉位,反應(yīng)機(jī)會(huì)接近,故反應(yīng)慢且可能發(fā)生縮環(huán):
7. 制備
(1) 甲醇:用CO與催化生產(chǎn)。
(2) 制備無水醇:加入Mg,與水反應(yīng)生成
(3) 羰基合成:
(4) 格氏試劑與環(huán)氧乙烷反應(yīng):進(jìn)行,選擇位阻小的C原子。
(5) 格氏試劑與醛、酮反應(yīng):對(duì)羰基親核加成。
(6) 格氏試劑與羧酸衍生物反應(yīng):加成后脫去1mol ROH,再進(jìn)行一次加成,最終醇
上有2個(gè)格氏試劑的R基。
8、 醚
1. 自動(dòng)氧化:
(斷C上的C-H鍵)
相當(dāng)于用對(duì)進(jìn)行自由基加成。
2. 與HI反應(yīng):
質(zhì)子化后,親核變得容易,為離去基團(tuán)。
3. 環(huán)氧乙烷衍生物的開環(huán)
(1) 酸性開環(huán)():區(qū)域選擇性主要考慮電子效應(yīng),
的性質(zhì)與雙鍵類似,與相連的C帶。
(2) 堿性開環(huán):進(jìn)攻位阻小的C原子。
4. 制備:
(1) Williamson合成法:用RONa和RX反應(yīng)得醚。
形成環(huán)醚為分子內(nèi),需要和處于反式位置。
合成芳醚時(shí),因苯酚鈉能在水中存在,故無需像合成脂肪醚一樣在無水環(huán)境中進(jìn)行。
(2) 醇分子間失水:
三級(jí)醇分子間難失水,卻很易與一級(jí)醇失水。
9、 芳香烴
1. 苯甲位活潑H反應(yīng):氧化成羥基;鹵代;與堿反應(yīng)。
菲、蒽9,10- 位較活潑。
2. 加成反應(yīng):
3. 還原反應(yīng)
(1) Birch還原:
給電子基團(tuán)形成1,4雙烯,吸電子基團(tuán)形成2,5-雙烯。原因是苯環(huán)中與吸電子基團(tuán)直接相連的C原子電子云密度相對(duì)較大,易結(jié)合;與給電子基團(tuán)直接相連的C原子電子云密度相對(duì)較小,不易結(jié)合。從產(chǎn)物穩(wěn)定性判斷,給電子基增大雙鍵電子云密度,故位于雙鍵C上;吸電子基降低雙鍵電子云密度,故不再雙鍵C上。 與苯環(huán)共軛的雙鍵比苯環(huán)優(yōu)先被還原。
(2) 催化氫化:生成環(huán)己烷。
(3) Na/ROH還原萘: (1,4- 加成)
4. 氧化反應(yīng)(從(1)至(3)條件逐漸強(qiáng)烈)
(1) 對(duì)醌型氧化(典型試劑:):
(萘環(huán)比萘環(huán)上側(cè)鏈易氧化)
(2) 羧基型氧化(典型試劑:): (有2個(gè)不等長側(cè)鏈,長的先氧化)
(活化基團(tuán)利于切斷同環(huán),鈍化基團(tuán)利于切斷異環(huán))
(3) 型氧化:生成二甲酸酐結(jié)構(gòu)
(相當(dāng)于先成鄰二酸再在干燥環(huán)境下脫水成酐)
5. 芳香親電取代反應(yīng)
(1) 基本過程: 可以是、、、等
(2) 取代基的定位效應(yīng):本質(zhì)上是用中間體共振極限式的穩(wěn)定性進(jìn)行判斷,形式上也可用電子效應(yīng)、正負(fù)交替來解釋:
(可理解為形成了中間體) 活化基團(tuán)與鈍化基團(tuán):用總的電子效應(yīng)判斷,給電子基團(tuán)使苯環(huán)電子云密度增大,利于親電取代反應(yīng)進(jìn)行。基團(tuán)定位效應(yīng):只考慮取代基的共軛效應(yīng),給電子為鄰對(duì)位定位基,吸電子為間位定位基。
基團(tuán)上帶+/-電荷對(duì)定位效應(yīng)有很大影響,如為強(qiáng)間位定位基;為強(qiáng)鄰對(duì)位定位基。
鄰位效應(yīng):某些分子由于鄰位取代時(shí)形成分子內(nèi)氫鍵,利于鄰位產(chǎn)物:
(3) 在Lewis/質(zhì)子酸作用下發(fā)生硝化()、磺化()、鹵化()、傅-克烷基化(,碳正離子有重排,是可逆反應(yīng))、傅-克酰基化(,不可逆)。
鈍化基團(tuán)對(duì)傅-克反應(yīng)影響大,活性低于鹵苯不能反應(yīng)。
(4) 氯甲基化反應(yīng):相當(dāng)于對(duì)HCHO親核加成,生成芐醇的羥基被HCl中的Cl取代:
(5) Gatterman-Koch反應(yīng):相當(dāng)于CO與HCl生成,再與進(jìn)行傅-克酰基化反應(yīng):
(6) 多元取代規(guī)律:兩個(gè)取代基中間不易進(jìn)入新基團(tuán);以最強(qiáng)活化基團(tuán)的定位為準(zhǔn)。在合成中常用磺化及逆反應(yīng)保護(hù)對(duì)位。
(7) 萘的取代:動(dòng)力學(xué)控制在位(相當(dāng)于苯甲位,活性高);熱力學(xué)控制在位(位能低)。活化基團(tuán)—同環(huán);鈍化基團(tuán)—異環(huán)。菲、蒽9,10- 位活性高,但常有加成副反應(yīng)。
(8) F-C烷基化:RF>RCl>RBr>RI; F-C酰基化:RCOI> RCOBr > RCOCl >RCOF
烷基化為協(xié)同過程,鹵代烴分子中C的正電荷越多,越利于親電形成絡(luò)合物;絡(luò)合物形成后才出現(xiàn)碳正離子,發(fā)生重排。酰基化先生成酰基正離子再親電,酰基正離子的生成難易與碳鹵鍵的鍵能有關(guān)。
6. Haworth法合成稠環(huán): 再次反應(yīng)可得到菲。
不連續(xù)進(jìn)行兩次酰基化的原因:空間結(jié)構(gòu)使π絡(luò)合物不易形成;羰基吸電子,不利于酰基正離子的形成。
10、 親核加成
1. 一般過程
(1) 酸性:羰基質(zhì)子化,形成,與親核試劑結(jié)合。
(2) 堿性:親核試劑直接進(jìn)攻原子,形成的與質(zhì)子結(jié)合。
2. 反應(yīng)控制:醛比酮易反應(yīng)(只要羰基有一邊位阻小即可進(jìn)攻)
環(huán)酮位阻小,易反應(yīng);小環(huán)比大環(huán)張力大,易反應(yīng)。
3. Cram規(guī)則:
(1) 大基團(tuán)與R呈重疊型(使L與羰基相距最遠(yuǎn)),親核試劑從小基團(tuán)(S)一側(cè)進(jìn)攻。
(2) 當(dāng)羰基上有、時(shí),由于氫鍵與羰基取重疊型構(gòu)象,
親核試劑從小基團(tuán)一側(cè)進(jìn)攻。
4. 可用來與羰基加成的試劑:
(1) 有機(jī)金屬化合物
(2) HCN(酸或堿催化)
Strecker反應(yīng):用、NaCN進(jìn)行加成,得氨基腈:
(二次加成與縮醛類似)
(3) 炔化物
(4) 或,產(chǎn)物失水為亞胺。
若有,則與脫水生成烯胺:
(5) 氨衍生物:,等。
與羥胺生成肟,與亞硝基化合物為互變異構(gòu)。
(與烯醇式互變類似)
肟有Z、E構(gòu)型,E型穩(wěn)定。
Beckmann重排:離去,與處于反位的基團(tuán)遷移到N上,生成酰胺:
(順位酸連反位胺)
(6) ,生成水合物。 位阻大,羰基親電性小,水合物不穩(wěn)定。
(7) 醇:加成生成半縮醛、縮醛。
判斷縮醛的原物質(zhì):與2個(gè)O連的為羰基C,與1個(gè)O連的為醇C。
半縮醛不穩(wěn)定,縮醛對(duì)堿穩(wěn)定。 利用縮醛酮可保護(hù)羰基或羥基。
(8) :用S加成,生成,S化合價(jià)升高。
(9) RSH:生成的縮硫醛、酮難分解,但可在Randney Ni作用下被還原:
(10) 環(huán)酮反應(yīng)性能:對(duì)羰基的加成使羰基C原子由雜化變?yōu)殡s化,張力減小,故小環(huán)反應(yīng)性強(qiáng);但若形成烯醇負(fù)離子的反應(yīng)則不同(參見十五、3.(5)環(huán)酮的特殊反應(yīng)性能)。
11、 共軛加成
1. 主體:不飽和醛酮等
2. 加成選擇性:
(1) 在雙鍵上親電加成:、HOX(X與OH與羰基O都不易結(jié)合)
(2) 1,4- 共軛加成:,、質(zhì)子酸(HX、、HCN)、、ROH
(3) 有機(jī)金屬化合物:與羰基旁基團(tuán)大小、試劑空間位阻大小有關(guān)。(羰基C與4-C競爭)
a. 有機(jī)鋰—1,2-加成;二烴基銅鋰—1,4-加成。
b. 羰基C兩旁位阻小利于1,2-加成;4-C上位阻小利于1,4-加成。
c. 試劑基團(tuán)越大,越要避開底物中的大基團(tuán)。
3. 反應(yīng)機(jī)理:酸性質(zhì)子化,堿性直接進(jìn)攻。
4. 立體選擇性:環(huán)狀化合物中,試劑從位阻小一側(cè)進(jìn)攻羰基。
5. Michael加成反應(yīng):廣義的共軛加成,用活性基團(tuán)的進(jìn)行加成。
不對(duì)稱酮用多取代的上的H進(jìn)攻(參見十五、3. 羰基的活性)。
特征性質(zhì):不對(duì)稱環(huán)酮用取代多的加成,因生成的烯醇雙鍵上有取代基而穩(wěn)定。
12、 醛酮
1. 還原反應(yīng)
(1) 將還原成
a. Clemmensen還原:Zn,Hg,HCl。
只還原醛酮羰基 還原不飽和醛酮,被還原
不與羰基共軛,不還原。
不飽和醛酮中活性改變的原因:并非本身被活化,而是經(jīng)1,4- 加成后再烯醇式互變,表觀上是加成了。優(yōu)先還原的還原劑,均是1,4- 加成比1,2- 加成優(yōu)先的還原劑。
b. Wolff L-Kishner-Huang minlon還原:適用于對(duì)酸不穩(wěn)定的醛酮,用、KOH還原,不被還原。
c. 縮硫酮?dú)浣猓褐行詶l件,參見十一、4.(9) 縮硫酮?dú)浣?br/>(2) 將還原成
a. 催化加氫:催化劑從位阻小一側(cè)接進(jìn)羰基,順式加氫。
與不共軛:
與共軛:
b. :所有全還原,進(jìn)一步可還原。
:只還原酰鹵、醛、酮羰基
c. : 與B氫化—還原類似
d. Meermin-Ponndorf還原:用異丙醇鋁,是Oppenauer氧化的逆反應(yīng),進(jìn)一步還原可得亞甲基。
e. 活潑金屬還原單分子還原:
f. 雙分子還原: 可還原不飽和酮中的
2. 反應(yīng)
a. 鹵化酸催化:
(上烴基穩(wěn)定烯醇中間體)
一元鹵化后,鹵原子吸電子不利于反應(yīng),故可控制在一元階段。
醛在鹵化時(shí)為防被氧化,可形成縮醛再反應(yīng)。
b. 堿催化:(烴基降低酸性,不利于電離)
一元鹵化后酸性增加,更易反應(yīng),故直至全部鹵化為止。
(1) 鹵仿反應(yīng):甲基酮堿性條件下3個(gè)全被鹵原子取代后,被加成,
離去(3個(gè)X吸電子,鍵易異裂)。生成羧酸和鹵仿。
(2) 羥醛縮合反應(yīng):參見十七、3.羥醛縮合
3. 重排反應(yīng)
(1) Favorski重排:鹵代酮在堿性下失鹵原子重排成羧酸或衍生物。
可用于縮環(huán)。
反應(yīng)機(jī)理:非鹵素的電離,對(duì)鹵素C親核取代,離去,生成三元環(huán)中間體;羰基被加成,形成;開環(huán)質(zhì)子化。 (按此機(jī)理,的上必須有H)
(2) 二苯乙醇酸重排:苯基遷移,羥基復(fù)制。
4. 葉立德反應(yīng)
(1) Witting反應(yīng):雙鍵的取代反應(yīng)。
反應(yīng)控制:羰基極性越大,反應(yīng)越快。
(2) Witting-Horner反應(yīng):
用代替
(3) 硫葉立德反應(yīng):
若底物中有不飽和雙鍵,則亞基優(yōu)先插入雙鍵。
5. 氧化反應(yīng)
(1) 醛被常用氧化劑(、、過酸、)氧化成酸。
(2) 自氧化:插入
(3) Cannizzaro反應(yīng):醛歧化醇和酸。(堿性條件)
(4) 酮在強(qiáng)烈條件下的氧化:
(5) Baeyer-Villiger氧化重排(用過酸氧化)
O插入羰基與R之間:
遷移基團(tuán)能力的插入規(guī)律:
在活性中間體中,異裂,帶正電荷,故和中C原子上電子云密度大的,親核性大,易向遷移。
(6) 利用氧化反應(yīng)鑒別醛酮:
a. Fehling(斐林)試劑:溶液,與醛、羥基酮、酮醛反應(yīng)。
b. Tollens試劑:溶液,與醛反應(yīng)。
6. 制備
(1) 甲醇脫氫或氧化生成甲醛。
(2) Wacker烯烴氧化:
(3) 異丙烯氧化重排:
(4) 環(huán)己烷氧化:
(5) 苯甲位用氧化:
若芳環(huán)上有活化基團(tuán),芳環(huán)本身易被氧化。
苯甲位鹵化水解:
F—C酰基化反應(yīng)也可制醛酮。
(6) 羰基合成:用CO、(當(dāng)作HCHO)對(duì)烯烴親電加成。
區(qū)域選擇性:高溫下主要考慮熱力學(xué)控制(位阻)
(7) Rosenmund還原
、、、不被還原
Brown還原:類似,用還原。
(8) 有機(jī)鎘、二烴基銅鋰與酰氯偶聯(lián):
(9) Nenitshesku反應(yīng):雙鍵酰基化,與F—C類似。
(10) 酰氯與炔鈉反應(yīng):取代生成NaCl。
(11) Stephen還原:用芳腈合成芳醛。
(12) RCN與格氏試劑反應(yīng):
13、 羧酸
1. 物理性質(zhì):
(1) 芳香酸是結(jié)晶固體,溶解度不大。
(2) 羧酸二聚使熔沸點(diǎn)升高。
乙二醇多聚,沸點(diǎn)更高。
(3) 單數(shù)C原子的二元酸極性較大,故比少一個(gè)C的雙數(shù)C原子的二元酸在極性溶劑中溶解度大;分子對(duì)稱性差,在晶體中排列不緊密,故比少一個(gè)C的雙數(shù)C原子的二元酸熔點(diǎn)低。
2. 酸性
(1) 上有吸電子基團(tuán),酸性增強(qiáng)。
(2) 二元酸電離出一個(gè)后,由于變?yōu)榻o電子基團(tuán),使得一個(gè)酸性減弱。
(3) 鄰取代苯甲酸酸性強(qiáng)于間、對(duì)位,主要是因?yàn)槲蛔栊?yīng)使與苯環(huán)難以很好共軛,易電離。
3. Hell-Volhard-Zelinski反應(yīng)(鹵化)用、可將羧酸鹵化。
反應(yīng)的難易:羧酸>醛>酮(與活性有關(guān))
4. 酯化反應(yīng)
(1) 加成—消除機(jī)理 用一次親核加成和一次消除完成,酸提供,醇提供H。
醇、羧酸位阻越大,速率越慢。
(2) 碳正離子機(jī)理 直接加成羰基,離去。由于優(yōu)先與而非ROH反應(yīng),故產(chǎn)率很低。
(3) 酰基正離子機(jī)理 對(duì)位阻大的羧酸,將其溶于強(qiáng)酸中顯堿性,用酰基正離子進(jìn)攻ROH,脫去生成酯。
(4) 分子內(nèi)/分子間酯化
a. 羥基酸形成交酯:
b. 與羥基酸易形成內(nèi)酯:
內(nèi)酯中五元環(huán)最穩(wěn)定。大環(huán)內(nèi)酯須在稀溶液中形成。
c. 聚合成聚酯。
d. 濃溶液利于分子間成酯,稀溶液利于分子內(nèi)成酯,這與分子碰撞機(jī)率有關(guān)。
5. 形成酰胺、腈、酰鹵、酸酐的反應(yīng):參見十五、羰基親核取代反應(yīng)。
6. 與有機(jī)金屬化合物反應(yīng)
(1) 與格氏試劑生成羧酸鎂鹽:
(2) 與有機(jī)鋰試劑反應(yīng),生成醛/酮:
位阻小對(duì)反應(yīng)有利。
7. 還原反應(yīng):用(不還原孤立)、還原成伯醇。
反應(yīng)性能:
(從左至右羰基O上電子云密度減少,堿性減少,不易與正電中心(Al/B)絡(luò)合。)
8. 脫羧反應(yīng)
(1) 環(huán)狀過渡態(tài)機(jī)理,當(dāng)與不飽和鍵相連時(shí)適用。羧羥基將H轉(zhuǎn)移給羰基,成為。
(2) 負(fù)離子機(jī)理,當(dāng)與強(qiáng)吸電子基相連時(shí)適用。
在水中完全電離,負(fù)離子轉(zhuǎn)移,斷裂形成,結(jié)合生成RH。
(3) 自由基機(jī)理 Kolbe法電解RCOONa溶液,陽極得R-R和,陰極得NaOH和。
陽極:
除主要產(chǎn)物以外,還生成R-H,RCOOR,ROH。如:
交叉可得。
(4) Hunsdiecker反應(yīng): 機(jī)理:先生成,再生成,失得,與結(jié)合。
(5) Kochi反應(yīng):(有均裂分解)
(6) 二元羧酸的脫羧/失水:
a. 相隔0~1個(gè)C原子,進(jìn)行1次脫羧得一元酸。
b. 相隔2~3個(gè)C原子,失水形成內(nèi)酐。
c. 相隔4~5個(gè)C原子,脫羧再失水成環(huán)酮。
d. 相隔≥6個(gè)C原子,縮聚成高分子酸酐。
e. Blanc規(guī)則:在有機(jī)反應(yīng)中有成環(huán)可能時(shí),一般形成五/六元環(huán)。
這是動(dòng)力學(xué)(旋轉(zhuǎn)到合適位置的機(jī)率)和熱力學(xué)(張力)雙重控制。
(7) 普適性的脫羧反應(yīng):與NaOH共熱,脫羧相對(duì)較易。
9. 制備
(1) 羧酸鋰鹽與鹵代烴的偶聯(lián):
由于親核性優(yōu)于,因此優(yōu)先與發(fā)生反應(yīng)。
合成應(yīng)用:合成羧酸時(shí),將鍵切斷,判斷原料。
(2) 由格氏試劑制備:
用RLi與反應(yīng),得。
(3) 工業(yè)制乙酸:羰基合成
羰基插入位置的選擇:、、均可。
(4) 制己二酸:與1,2-加成,氰代,水解得己二酸。
14、 羰基親核取代反應(yīng)
1. 基本過程:先親核加成,再發(fā)生消除反應(yīng),總結(jié)果為取代。
2. 反應(yīng)難易:羰基C正電性大,位阻小有利于親核加成;原基團(tuán)易離去有利于消除。
3. 羰基的活性問題——三種表征
(1) 活性:取決于電離后碳負(fù)離子(互變異構(gòu)為烯醇負(fù)離子)的穩(wěn)定性;也與
電離時(shí)空間位阻有關(guān)。
(2) 羰基的極性:即偶極矩。通過共軛效應(yīng)給電子的基團(tuán)均使電子云向O偏移,
而增大羰基極性。
(3) 羰基O的堿性:只與O上電子云密度有關(guān)。誘導(dǎo)、共軛效應(yīng)均影響羰基O的堿性。
(4) 綜上,羰基化合物酰基親核取代反應(yīng)性能序列為:酰鹵>酸酐>酯≈酸>酰胺。
活性序列為:酰鹵>酸酐>醛>酮>酯>酰胺(羧酸活性受羧基氫干擾,無法表現(xiàn))
(5) 環(huán)酮的特殊反應(yīng)性能: 在電離出后,由于生成的烯醇負(fù)離子具環(huán)內(nèi)雙鍵,較原酮的環(huán)外雙鍵穩(wěn)定,故活性增加。用表征的活性均為熱力學(xué)討論結(jié)果。
但隨著環(huán)的縮小,環(huán)內(nèi)雙鍵趨于不穩(wěn)定,至?xí)r,極不穩(wěn)定,故環(huán)丙酮活性又降低。
4. 促進(jìn)酰胺水解的手段——使用,形成重氮鹽。(參見十八、6.(1)重氮化反應(yīng))
5. 酰胺的互變關(guān)系:
6. 酯水解的機(jī)理
(1) 堿性水解:加成——消除機(jī)理,由于為離去基團(tuán),故發(fā)生酰氧鍵斷裂。
酸性水解:類似地,也發(fā)生酰氧鍵斷裂;羰基的質(zhì)子化增加了其親電性,易被加成。
反應(yīng)性能:空間位阻越小,越有利于水解。
在堿性水解中,羰基上有吸電子基團(tuán)可穩(wěn)定四面體負(fù)離子,促進(jìn)反應(yīng);
在酸性水解中,吸電子基團(tuán)降低了C上電子云密度,易于被加成;但不利于羰基質(zhì)子化(羰基O堿性變小了),總的促進(jìn)作用不如堿性水解時(shí)明顯。
(2) 3 醇酯水解:在酸作用下,烷氧鍵斷裂生成和,與結(jié)合得醇,
總的過程為。
7. 酯交換反應(yīng)在二酯選擇性水解中的應(yīng)用(酯基必須朝同一個(gè)方向):
(1) 制酸:要由制:使用要保留的酯鍵對(duì)應(yīng)的酸。
(2) 制醇:
要由制:使用要保留的酯鍵對(duì)應(yīng)的醇。
8. 高溫下內(nèi)酐的氨解——生成酰亞胺
相當(dāng)于生成2mol 后再脫。
酰亞胺中N原子由于與2個(gè)羰基相連,電子云密度小,鍵易斷裂產(chǎn)生離子,可作為親核試劑進(jìn)攻,發(fā)生溴代:
15、 羧酸衍生物 烯酮 腈
1. 與有機(jī)金屬化合物反應(yīng)
(1) 與反應(yīng)(Y為金屬基團(tuán)),作親核基團(tuán)進(jìn)行羰基親核取代,生成酮。
(2) 若試劑活性低(用(僅與酰鹵反應(yīng))或低溫);試劑與底物位阻大,則不發(fā)生進(jìn)一步反應(yīng);否則試劑對(duì)羰基親核加成,生成含2個(gè)基的醇。
(3) 酰胺N的反應(yīng)活性強(qiáng)于羰基,將首先生成烴:
2. 還原反應(yīng)
(1) 還原:參見十四、7.用硼烷還原。
(2) 催化加氫:使用作催化劑。
a. 、RCN均還原為。
b. 縮合衍生物(酸酐、酯)還原為兩分子醇。
c. 酰氯還原為醇,用Rosenmund法還原成醛(參見十三、6.(7)Rosenmund還原)。
d. 催化加氫不還原苯環(huán)。
(3) 金屬氫化物()還原:結(jié)果與催化加氫類似。
(4) 用Na還原
a. Bouveault-Blanc還原:酯在Na作用下形成結(jié)構(gòu),離去得醛;再一次反應(yīng)得醇。雙鍵不受影響。
b. 酮醇縮合:使用作保護(hù)氣,使偶聯(lián)得,二羰基化合物不穩(wěn)定,進(jìn)一步被Na還原為酮醇。
3. 鹵代:是Hell-Volhard-Zelinski的一步,羧酸就是先形成酰鹵,再進(jìn)行鹵代的。(利用活性差異)
4. 烯酮
(1) 羰基加成:用于乙酰化。
與格氏試劑反應(yīng),生成酮:
(2) 周環(huán)反應(yīng)
a. 與HCHO反應(yīng):
不生成的原因:分子極性影響取向;產(chǎn)物的穩(wěn)定性差異。
b. 二聚
c. 產(chǎn)物的反應(yīng)中性/弱酸條件下反應(yīng),醇羥基被親核試劑取代:
堿性/強(qiáng)酸性條件下發(fā)生羰基親核取代,羧羥基被取代:
任何條件下均發(fā)生羰基親核取代(上有雙鍵,電子云密度大,難于發(fā)生親核反應(yīng))。
選擇性:羰基親核加成需要較強(qiáng)的親核試劑或?qū)Ⅳ驶|(zhì)子化。
(3) 光作用下分解為CO和。
5. Reformatsky反應(yīng):用Zn代替Mg制溴代酸酯的“格氏試劑”,與醛/酮的羰基加成得到羥基酸酯。
(1) Zn試劑活性低于Mg,故不與酯羰基反應(yīng)。
(2) 中,由于羰基分散了上的負(fù)電荷,穩(wěn)定了,才使Zn試劑得以穩(wěn)定存在。不含羰基的有機(jī)鋅試劑不穩(wěn)定。
6. 酯的熱裂
RCOOH是離去基團(tuán)。反應(yīng)為經(jīng)過環(huán)狀過渡態(tài)的協(xié)同反應(yīng),故為順式消除;無動(dòng)力學(xué)控制,故得熱力學(xué)穩(wěn)定產(chǎn)物(Hoffmann型;E型)。也可用黃原酸()酯進(jìn)行熱裂。
7. 制備
(1) 酰鹵:用制備(生成,為中性分子,利于反應(yīng)發(fā)生)。
也可用、,但要控制用量以防發(fā)生Hell-Volhard-Zelinski反應(yīng)
(2) 酸酐:用或RCOCl將羧酸酰化。
也可直接由羧酸失水制得(但HCOOH會(huì)生成CO)。
(3) 烯酮:消除形成(可以消、XH)。
(4) 酯:可用羧酸與烯、炔親電加成。
16、 縮合反應(yīng)
1. 碳負(fù)離子及其共軛酸酸性增強(qiáng)必然以形成穩(wěn)定的負(fù)離子為基礎(chǔ)。如: 、均因形成了共軛體系而穩(wěn)定。
羰基的活性(參見十五、3.(1)α-H活性)可解釋為碳負(fù)離子與烯醇負(fù)離子存在共振:
2. 酮式——烯醇式互變
活性越強(qiáng),越利于烯醇式(可視為分子內(nèi)酸堿反應(yīng))
二羰基化合物中,由于烯醇式能形成分子內(nèi)氫鍵,故非質(zhì)子溶劑由于避免了O的質(zhì)子化而利于烯醇式。
(1) 烯醇化歷程
a. 酸性:羰基質(zhì)子化,吸電子效應(yīng)更強(qiáng),促使電離。
b. 堿性:形成碳負(fù)離子,經(jīng)結(jié)構(gòu)互變得烯醇負(fù)離子。
(2) 烯醇負(fù)離子兩位反應(yīng)性
a. C端變形性大,親核性強(qiáng),發(fā)生親核反應(yīng)。
b. O端電負(fù)性大,電子云密度高,吸引能力(堿性)強(qiáng)。
(3) 不對(duì)稱酮的烯醇化:與消除反應(yīng)的選擇類似。可用體積大的堿提高動(dòng)力學(xué)產(chǎn)物的比例。
3. 羥醛縮合
(1) 基本過程:對(duì)羰基的加成。
a. 酸催化:用烯醇式提供活潑H,用質(zhì)子化提高羰基活性。
生成的傾向于向羰基方向失水,是因?yàn)榛钚愿撸簧晒曹椀牟伙柡腿┩?br/>b. 堿催化:生成,增加親核性。
(2) 反應(yīng)活性:醛>環(huán)酮>鏈酮(、羰基活性;位阻)。
(3) 插烯系規(guī)則:共軛體系與直接連接效果相近。如:
(4) 不對(duì)稱酮的縮合反應(yīng)
a. 堿性無質(zhì)子溶劑——?jiǎng)恿W(xué)控制
取代少的上H原子酸性大,生成的趨勢強(qiáng),故優(yōu)先反應(yīng)。
b. 酸性條件——熱力學(xué)控制
只有中間體烯醇較穩(wěn)定時(shí),才優(yōu)先參與反應(yīng)。上有取代基能夠穩(wěn)定雙鍵。
c. 用固定烯醇: ,可得純產(chǎn)物。
若固定前加入(LDA),由于堿位阻大,可得純動(dòng)力學(xué)產(chǎn)物。
(5) 醛、酮交叉縮合的選擇控制
a. 酮出,醛出羰基:用LDA將酮轉(zhuǎn)為烯醇負(fù)離子,再加入醛。
b. 醛出,酮出羰基:用胺與醛羰基反應(yīng)生成亞胺以保護(hù)羰基,再用LDA
使其形成烯醇負(fù)離子(否則LDA會(huì)與醛羰基反應(yīng)),最后加入酮。
4. 酯縮合反應(yīng)(Claisen縮合)二羰基化合物
(1) 過程及與羥醛縮合的關(guān)系
在堿作用下,酯羰基形成,對(duì)另一分子酯進(jìn)行羰基親核取代,烷氧負(fù)離子離去,生成二羰基化合物。反應(yīng)是可逆的,在催化量的堿及一分子醇作用下,得回二分子酯。如:
由于酯的、羰基活性均弱于醛酮,故只能用堿催化;由于易于離去,故發(fā)生的是取代反應(yīng)。
(2) 酯、酮在堿作用下,與酰鹵、酸酐、酯反應(yīng)得到酰基化產(chǎn)物;與鹵代烷反
應(yīng)得烷基化產(chǎn)物。這都是碳負(fù)離子的親核過程。
若形成的是二羰基化合物,可通過加熱失羰。
酮在的選擇上與羥醛縮合時(shí)類似。(參見十七、3.(5)醛、酮交叉縮合的選擇控制)
(3) 用烯胺控制動(dòng)力學(xué)產(chǎn)物
a. 烯胺與亞胺為互變異構(gòu),相當(dāng)于烯醇,可用于固定烯醇式。
用或與酮反應(yīng),由于N的與雙鍵上基團(tuán)有排斥,故得雙鍵取代較少的產(chǎn)物:
b. 烯胺的Michael加成:用雙鍵上的H對(duì)受體進(jìn)行加成,經(jīng)水解得1,5-二羰基化合物:
窗體頂端
使用烯胺可以避免用強(qiáng)堿。
c. 醛烷基化時(shí),為免發(fā)生羥醛縮合,先用胺處理得亞胺,再加堿制成碳負(fù)離子與鹵代烴反應(yīng)。
(4) 烷基化、酰基化:不如活潑,故可加兩倍于原料的堿,位碳負(fù)離子后生成,先反應(yīng),故可單獨(dú)將位烷基化/酰基化。
(5) 二羰基化合物的水解
a. 酮式分解:將酯基水解后再脫羧,得到酮結(jié)構(gòu)。(稀堿,加熱)
逆合成分析時(shí),在羰基位接上酯基。
b. 酸式分解:先發(fā)生酯縮合逆反應(yīng),然后酯水解。(濃堿)
逆合成分析時(shí),將產(chǎn)物中的酸(對(duì)應(yīng)著)制成酯后,發(fā)生酯縮合反應(yīng)。
c. 兩種分解方式與條件的關(guān)系(以乙酰乙酸乙酯為例)。
在堿中,作為親核試劑進(jìn)攻羰基,羰基①的活性較大,故先受親核加成。但要進(jìn)行酸式分解,離去基團(tuán)是碳負(fù)離子,需要在濃的強(qiáng)堿中才能存在。在稀堿中,進(jìn)攻羰基①后只能返回;而進(jìn)攻羰基②可使酯水解,故發(fā)生酮式分解。
(6) 用丙二酸二乙酯合成環(huán)狀羧酸:
可作為含有0個(gè)C原子的二鹵代烷:
其中發(fā)生了對(duì)的親核取代。
5. 胺甲基化反應(yīng)(Mannich反應(yīng))
羰基化合物制成曼氏堿,再將胺甲基化后進(jìn)行Hoffmann消除,可以在羰基位引入亞甲基:
6. Robinson增環(huán)反應(yīng):環(huán)已酮的對(duì)不飽和酮反應(yīng),再經(jīng)分子內(nèi)羥醛縮合反應(yīng)得并六元環(huán):錯(cuò)誤!鏈接無效。
7. 羰基與活潑亞甲基縮合(Knoevenagel反應(yīng)):
當(dāng)時(shí),該反應(yīng)為Perkin反應(yīng)。
8. Darzen反應(yīng):鹵代羧酸酯消除HX后,插入了醛、酮的鍵。
9. 安息香縮合反應(yīng) 極性翻轉(zhuǎn)
一分子苯甲醛在催化下,利用醛基H對(duì)另一分子苯甲醛的羰基進(jìn)行加成:
的作用是先與醛羰基加成,通過吸電子效應(yīng)穩(wěn)定C上負(fù)電荷,使C發(fā)生極性翻轉(zhuǎn);加成后再作為離去基團(tuán)。
類似的使羰基C發(fā)生極性翻轉(zhuǎn)的方法還有縮硫酮法。
17、 胺
1. 物理性質(zhì)
(1) 隨著的三個(gè)H陸續(xù)被R基取代,熔點(diǎn)降低(分子對(duì)稱性變差),沸點(diǎn)升高(相對(duì)分子質(zhì)量增大)。
(2) 與N相連的H越多,溶解度越大(氫鍵作用)。 N與苯環(huán)共軛時(shí),由于苯環(huán)位阻及N—H鍵長短,與溶劑分子間氫鍵減弱,溶解度降低。
2. 堿性
(1) 烷基的影響:一方面給電子增強(qiáng)了堿性;另一方面由于位阻原因減小了溶劑化,堿性降低。
溶劑 堿性強(qiáng)弱
氣相/氯苯


原因:溶劑化作用越強(qiáng),高級(jí)胺堿性越弱。在苯中,由于π電子云與胺分子存在絡(luò)
合作用,導(dǎo)致三級(jí)胺堿性有所降低;在氯苯中,由于Cl吸電子,降低了苯環(huán)上電子云密度,絡(luò)合作用減小。
(2) 氨基對(duì)苯環(huán)是給電子基,故苯基對(duì)胺是吸電子基,使堿性減弱。
分子內(nèi)、分子間的氫鍵相當(dāng)于N部分得到質(zhì)子,堿性減弱。
(3) 三級(jí)胺對(duì)鹵代烷進(jìn)行親核取代,得到四級(jí)銨鹽。
四級(jí)銨鹽與濕的反應(yīng),由于生成鹵化銀而推動(dòng)反應(yīng)生成四級(jí)銨堿。
3. Hoffmann消除
由于的吸電子作用強(qiáng),利于先離去,即按類似E1cb過程進(jìn)行消除,故所有中酸性最大者被堿奪去,形成碳負(fù)離子,然后離去。
由于碳負(fù)離子無空軌道,不如鹵代烴消除時(shí)生成的碳正離子容易重排。
若無的四級(jí)胺堿如,發(fā)生消除得到,迅速與反應(yīng)生成醇。
4. 酰化:胺對(duì)酰氯、酸酐進(jìn)行羰基親核取代,生成酰胺。
Hinsberg反應(yīng):用磺酰氯酰化:
5. 氧化反應(yīng) Cope消除
(1) 、過酸氧化三級(jí)胺得到氧化胺 。
(2) 氧化胺在位有H情況下,加熱發(fā)生消除反應(yīng):
6. 與亞硝酸反應(yīng)
(1) 一級(jí)胺與亞硝酸反應(yīng)生成重氮鹽:
脂肪胺的重氮鹽很不穩(wěn)定,分解產(chǎn)生和碳正離子。碳正離子可與負(fù)離子結(jié)合、消除或重排,如:
(2) 二級(jí)胺與亞硝酸反應(yīng)生成亞硝基胺。
7. 重氮甲烷
(1) 結(jié)構(gòu):
(2) 與酸、醇反應(yīng),插入鍵,生成醚或甲酯。
與醛、酮反應(yīng),插入羰基C旁邊,生成多一個(gè)碳原子的酮。
與酰氯反應(yīng):
(3) 插入的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律,一般插入極性較大的鍵。
8. 制備
(1) 氨/胺烷基化:N上有孤電子對(duì),作為親核試劑進(jìn)攻鹵代烴。由于烷基給電子,增大N親核性,故一級(jí)胺比氨更易烷基化,反應(yīng)難以停留在一元階段。
(2) Gabriel合成法:
以為載體,將鹵代烴制成一級(jí)胺。
(3) 含N化合物還原:、、、均可用催化加氫、、Zn/HCl方法還原為胺。
(4) 醛、酮還原氨化:
Leuckart反應(yīng):
由提供,與醛縮合得亞胺;甲酸HCOOH提供一個(gè)正氫、一個(gè)負(fù)氫將亞胺還原,自身成為。
Eschweiler反應(yīng):用HCOOH作還原劑,用甲醛對(duì)一、二級(jí)胺進(jìn)行甲基化。
(5) Hoffmann重排:
Curtius反應(yīng):
Schmidt反應(yīng):
18、 含氮芳香化合物 芳香親核取代
1. 氧化——還原反應(yīng)
(1)
雙分子歸中反性均需堿性環(huán)境。
(2) 重氮鹽還原
a. 還原為苯:用乙醇、、還原(條件較強(qiáng)烈)。
b. 還原為肼:用、、、(條件溫和)。
(3) 偶氮化合物還原:
2. 重氮化反應(yīng)(參見十八、6.(1)重氮化反應(yīng)):
3. 親電取代
(1) 由于N上電子云密度大于苯環(huán),故氨基比苯環(huán)優(yōu)先被酰化。
(2) Vilsmeier反應(yīng):
作酸。
(3) 重氮鹽偶聯(lián)
正離子對(duì)芳香化合物進(jìn)行親電取代,生成偶氮化合物。
a. 的親電過程:
不用帶正電荷的N原子直接親電的原因是該原子已無空軌道。任何進(jìn)行親電取代的基團(tuán)用于進(jìn)攻的原子必須有空軌道,并非正電荷高就能反應(yīng),而是要“缺電子”。
b. 與酚偶聯(lián):由于電子效應(yīng)、空間效應(yīng),取代多發(fā)生在對(duì)位。在弱堿條件下,由
于形成了利于親電反應(yīng)進(jìn)行。
c. 與芳胺偶聯(lián):由于N上電子云密度大于苯環(huán),故親電反應(yīng)優(yōu)先在N上進(jìn)行,
生成。(動(dòng)力學(xué)控制)
由于上述反應(yīng)可逆,而3個(gè)電負(fù)性較大的N連在一起不穩(wěn)定且電子離域范圍小,
故熱力學(xué)控制趨向于對(duì)苯環(huán)親電取代生成偶氮苯。
d. 偶氮化合物的顯色:離域范圍越大,相鄰分子軌道間能量差越小,需要的能量
少,吸收的光波長較長,顯示出的顏色向藍(lán)偏移。
4. 芳香親核取代
(1) 機(jī)理:與親電取代類似,但是親核試劑進(jìn)攻,形成的是負(fù)離子。
由于吸電子基團(tuán)穩(wěn)定負(fù)電荷,故有利于親核取代反應(yīng)。誘導(dǎo)效應(yīng)無選擇性地降低電子云密度;共軛效應(yīng)降低鄰、對(duì)位電子云密度。
基團(tuán)電負(fù)性越大、體積越大,越易被取代。
(2) 機(jī)理:芳香重氮鹽發(fā)生親核取代時(shí),先離去,形成苯正離子,然后再與親核試劑結(jié)合。由于苯正離子親電性極強(qiáng),故分解一步是可逆的。由于吸電子基使苯正離子不穩(wěn)定,故不利于反應(yīng);鄰、對(duì)位給電子基由于產(chǎn)生共振,鍵級(jí)加強(qiáng),不易斷裂,也不利于反應(yīng):
(3) Schiemann反應(yīng)及其它
要按而非反應(yīng),進(jìn)攻基團(tuán)必須有進(jìn)攻—消除2個(gè)過程,這樣不利于,因?yàn)椋哼M(jìn)攻消除消除;:消除進(jìn)攻消除,中間體能量高,不利于反應(yīng)。
(4) 苯炔中間體機(jī)理(消除—加成) 鹵苯在強(qiáng)堿作用下,鹵素鄰位上一個(gè)質(zhì)子被奪去,離去,生成苯炔。苯炔被親核試劑加成,最終得到取代產(chǎn)物。
a. 叁鍵形成位置的選擇:由于、均為共軛鍵垂直,故H酸性只
受誘導(dǎo)效應(yīng)影響。由于距吸電子基近、距給電子基遠(yuǎn)的H酸性強(qiáng),易被堿奪去,故形成的叁鍵總是靠近吸電子基而遠(yuǎn)離給電子基。
b. 鹵苯活性順序:對(duì)Br、I,失質(zhì)子為速控步,Br電負(fù)性大,故Br>I;對(duì)Cl、F,
斷裂是速控步,鍵能小易離去,故Cl>F。總體順序?yàn)锽r>I>Cl>>F。
c. 親核試劑進(jìn)攻位置的選擇:進(jìn)入后,雙鍵另一位置將帶負(fù)電荷,負(fù)電荷距
吸電子基近,距給電子基遠(yuǎn)時(shí)利于反應(yīng)。
5. 芳香自由基取代
(1) Sandmeyer反應(yīng):芳香重氮鹽在進(jìn)行取代時(shí),加入作為催化劑,先與
絡(luò)合,自身變?yōu)?2價(jià)的同時(shí)生成苯自由基,比苯正離子穩(wěn)定。苯自由基再與反應(yīng),Cu被還原為+1價(jià),同時(shí)苯被鹵代。
Gattermann反應(yīng):用反應(yīng),Cu用0和+1價(jià)作為變價(jià)。
(2) Gomberg—Bachmann反應(yīng):用堿也可產(chǎn)生苯自由基:
堿通過的變化起到了產(chǎn)生自由基的效果。
用,由于其兩位反應(yīng)性能,也能產(chǎn)生自由基。
(3) Pschorr反應(yīng):分子內(nèi)的偶聯(lián),要求兩個(gè)苯環(huán)間的“橋”的橋頭與處于鄰位,
偶聯(lián)時(shí)也是接另一個(gè)鄰位(苯并環(huán)的要求)。
(4) 可能的副反應(yīng)
a. 苯自由基偶聯(lián),可產(chǎn)生聯(lián)苯衍生物。
b. 重氮鹽的偶聯(lián),生成偶氮化合物(參見十九、3.(3)重氮鹽偶聯(lián))
該反應(yīng)為親電取代,故給電子基利于反應(yīng)發(fā)生。
6. 聯(lián)苯胺重排:
這是分子內(nèi)重排,經(jīng)歷了一個(gè)環(huán)狀過渡態(tài)
對(duì)位取代時(shí),重排在鄰位反應(yīng)。由于要質(zhì)子化,故用酸催化。
也有類似重排:(與Claisen重排類似)
7. 苯炔
(1) 結(jié)構(gòu):叁鍵中一個(gè)鍵通過微弱重疊形成,活性高。由于與共軛大體系相垂
直,故受共軛效應(yīng)影響小。(參見十九、4.(4)苯炔中間體機(jī)理)
(2) 制備:總的思路是通過消除,在鄰位留下一正一負(fù)兩個(gè)碳離子。
a.
b.
(3) 親核加成:先生成苯負(fù)離子,再與結(jié)合:
當(dāng)炔基位有取代基時(shí),誘導(dǎo)吸電子取代基導(dǎo)致取代在對(duì)位,誘導(dǎo)給電子取代基導(dǎo)致取代在間位。
(,處親核容易。)
(4) 親電加成:第一步生成的是苯正離子:
19、 酚
1. 結(jié)構(gòu):酚羥基O由于留出一個(gè)p軌道與苯環(huán)共軛,故采取雜化,與醇羥基O的雜化不同。由于軌道中s成分多,離核近,核的吸電子能力強(qiáng);且苯環(huán)相對(duì)為吸電子基,故酚酸性強(qiáng)于醇。
酚為烯醇式,存在酮式異構(gòu)體:
但由于苯環(huán)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,主要以烯醇式存在。但隨著羥基的增多,酮式逐漸成為主要成分。酚鹽的O原子有配位能力,顯藍(lán)色,可用于鑒定。
2. 影響酸性的兩種不同基團(tuán)
(1) 以誘導(dǎo)效應(yīng)為主的基團(tuán),作用隨距離增加而減弱。如酸
(2) 以共軛效應(yīng)為主的基團(tuán),在鄰、對(duì)位作用強(qiáng):
3. 酚羥基的反應(yīng)
(1) 成醚:酚鈉與鹵代烴發(fā)生親核取代,生成芳醚。由于酚酸性強(qiáng)于水,酚鈉可在水中存在,故無需無水環(huán)境。(參見九、4.(1)Willianson合成法)
苯酚與重氮甲烷反應(yīng),插入鍵得甲醚。
(2) 催化氫解:
(3) Claisen重排 高溫條件下,烯丙基芳基酚分子內(nèi)重排得鄰、對(duì)位的烯丙基酚。
由于經(jīng)歷了環(huán)狀過渡態(tài),故有取代翻轉(zhuǎn)的情況:
雙鍵無論Z/E,重排后均為E型。反應(yīng)優(yōu)先得鄰位產(chǎn)物(環(huán)狀過渡態(tài)易形成),鄰位全被取代時(shí)才發(fā)生對(duì)位重排。
(4) 成酯反應(yīng)及與醇酯化的區(qū)別
a. 由于酚羥基O與苯環(huán)共軛,苯環(huán)相對(duì)為吸電子基,降低了O上電子云密度,減弱了親核性,故必須與酰氯或酸酐反應(yīng)才能成酯。
b. 由于酚可與較弱的堿(,吡啶)反應(yīng)生成酚鹽從而增強(qiáng)親核性,故也可用弱堿催化。強(qiáng)堿會(huì)使酯水解。
(5) Fries重排:
這是一個(gè)分子間反應(yīng),使羰基“質(zhì)子化”,一分子酚酯的鄰/對(duì)位H對(duì)另一分子酯的羰基進(jìn)行羰基親核取代,離去得產(chǎn)物。對(duì)位由于加成羰基時(shí)位阻小,故為動(dòng)力學(xué)控制;鄰位由于形成分子內(nèi)氫鍵:,故為熱力學(xué)控制。
當(dāng)芳環(huán)上有間位定位基時(shí),苯環(huán)被鈍化,不能發(fā)生重排。
4. 親電取代
(1) 鹵代時(shí),由于鄰位產(chǎn)物可形成分子內(nèi)氫鍵:,故優(yōu)先生成鄰位產(chǎn)物。用Zn/NaOH可以去鹵,I>Br,Cl不能除去。對(duì)位比鄰位更易除去。
鹵代時(shí),取代越多,雖然鹵原子為鈍化基團(tuán),但由于酚的酸性增強(qiáng),更易形成酚鹽,芳環(huán)電子云密度反而升高,故不能控制在一元鹵代。發(fā)生F-C反應(yīng)時(shí),會(huì)與結(jié)合,故需較多的催化劑。
(2) Reimer—Tiemann反應(yīng):用在堿中消除產(chǎn)生,插入鄰/對(duì)位的鍵后,水解得醛。鄰位能形成分子內(nèi)氫鍵,故占優(yōu)勢。由于是親電的,故吸電子基團(tuán)不利于反應(yīng)。
(3) Kolbe—Schmitt反應(yīng):作為親電試劑進(jìn)攻酚鹽:
Na鹽、低溫利于鄰位產(chǎn)物;K鹽、高溫利于對(duì)位產(chǎn)物。
若芳環(huán)上有,反應(yīng)不能發(fā)生。
5. 芳醚的Birch還原(參見十、3.(1)Birch還原)
對(duì)反應(yīng)條件的改進(jìn):用胺代替液氨,操作方便,且由于胺堿性比氨強(qiáng),故堿金屬在胺中更活潑;芳香化合物在胺中溶解性好。
當(dāng)芳環(huán)上有、、、時(shí),由于基團(tuán)先被還原,故得不到Birch還原產(chǎn)物。
由于Birch還原的速控步是結(jié)合電子的一步,故吸電子集團(tuán)降低電子云密度,有利于結(jié)合電子,故速率加快。
6. 酚醛樹脂
與Mannich反應(yīng)類似,由HCHO提供亞甲基,酚提供鄰、對(duì)位活潑H。第一步由活潑H對(duì)甲醛親核加成,第二步按如下方式脫水:
7. Bucherer反應(yīng):萘酚在存在時(shí),與反應(yīng)生成萘胺。
萘酚的酮式結(jié)構(gòu):
通過共軛加成,固定酮式結(jié)構(gòu):
通過加成—消除過程,亞胺基取代羰基。離去,經(jīng)互變異構(gòu)得到萘胺。
8. 間苯二酚 間苯三酚 酚羥基越多,酮式所占比例越大。 間苯二酚的雙鍵,由于共軛加成,可被還原:
Houben-Hoesch用RCN在作用下對(duì)間苯二酚進(jìn)行酰基化:
間苯三酚的很容易被取代:
9. 制備
(1)
(2) 鹵苯水解,有吸電子基團(tuán)時(shí)利于反應(yīng)進(jìn)行。
(3) 重氮鹽水解。
(4) 將鹵苯制成格氏試劑,再用類似硼氫化-氧化法制酚。
(5) Dakin反應(yīng)制鄰苯二酚:
這是一個(gè)自由基取代反應(yīng),鍵均裂,各與一結(jié)合。
20、 醌
1. 加成反應(yīng)
(1) 與格氏試劑親核加成:
(2) 與X2親電加成:
(3) 與HCl、HCN共軛加成:
(4) 由于羰基吸電子,醌是典型的親雙烯體,易發(fā)生Diels-Alder反應(yīng)。
2. 還原反應(yīng)
吸電子基降低電子云密度,增強(qiáng)親電(結(jié)合電子)能力,從而氧化性增強(qiáng),還原性減弱。
醌與氫醌生成電荷轉(zhuǎn)移絡(luò)合物:
3. 自由基取代反應(yīng)
4. 制備:苯酚、對(duì)苯二酚、對(duì)苯二胺均可被、、、等氧
化生成對(duì)苯醌。
蒽、菲可直接在9,10-位氧化成醌。
21、 糖
1. 結(jié)構(gòu)、表示、D/L標(biāo)定:Fisher投影式中,將放在上端,放在下端,C原子編號(hào)從靠近羰基的一端開始(羰基為主官能團(tuán))。根據(jù)最下面不對(duì)稱C原子的構(gòu)型,向左(Left)為L-型,向右為D型。
2. 糖環(huán)形結(jié)構(gòu)的命名:五元環(huán)稱呋喃糖,六元環(huán)稱吡喃糖。在Harworth透視式中,半縮醛羥基與C-5羥甲基在同側(cè)的為異構(gòu)體,在異側(cè)的為異構(gòu)體。
3. 氧化/還原反應(yīng)
(1) 還原糖可與Fehling試劑、Tollens試劑、Benedict試劑(檸檬酸、、)呈正反應(yīng),氧化為糖酸。還原糖的分子中均存在半縮醛羥基(半縮醛酮羥基、已形成苷鍵的縮醛羥基不被氧化)。
用、電解均可進(jìn)行相似氧化。
(2) 用稀氧化,和均被氧化為。
酮糖氧化時(shí),與羰基相鄰且接近鏈端的斷裂,生成二分子酸。
(3) 用氧化:參見八、5.鄰二醇氧化
(4) 催化氫化或可將還原為。
4. 苷鍵的命名:半縮醛C的構(gòu)象()+半縮醛C標(biāo)號(hào)+成苷鍵另一C原子的標(biāo)號(hào)。
如:。
5. 葡萄糖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性:吡喃葡萄糖的羥甲基、所有羥基均為平伏鍵。
22、 新型有機(jī)合成反應(yīng)
1. 共軛不飽和體系的構(gòu)建
(1) Heck反應(yīng):鹵代芳烴/烯烴與乙烯基化合物,在堿、Pd催化下偶聯(lián)。
(2) Suzuki-Miyaura反應(yīng):Pd配合物催化下,芳基/烯基硼酸(酯)與鹵代芳烴/烯烴偶聯(lián):
(3) Sonogashira反應(yīng):Pd-Cu催化下,鹵代芳烴/烯烴與端炔偶聯(lián):
2. 共軛高不飽和鏈烴的電環(huán)化
(1) Bergman環(huán)化反應(yīng):
(2) Myers-Saito環(huán)化反應(yīng):
3. 碳碳雙鍵的形成
(1) McMurry反應(yīng):
(2) Takai反應(yīng):醛與偕二鹵化物在二價(jià)Cr催化形成雙鍵:
4. 烯烴復(fù)分解反應(yīng):
這是兩次電環(huán)化反應(yīng)。
烯炔復(fù)分解:
若發(fā)生三次對(duì)電環(huán)化反應(yīng),可發(fā)生炔烴復(fù)分解反應(yīng)。
,構(gòu)型轉(zhuǎn)化
遵循馬氏規(guī)則

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