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第 15 章醛和酮

推荐文章：【有机化学】【有机化学目录】(https://jb243.github.io/pages/1483)

1. 概述

2. 亲核加成反应

3. 其他反应

4. 醛的合成方法

5. 酮合成方法

1.概述

⑴ 命名法

①醛命名法

○ 含有 CHO 的最长链是母体

○ CHO 中的醛碳编号为 1

○ 醛基为母体：以后缀-环烷甲醛命名

○ 链状结构中的醛被视为取代基：以oxo命名

○ 环结构中的醛被视为取代基：以甲酰基命名

○ 系统命名法（左）与通用命名法（右）的比较

○ 甲醛/甲醛

○ 乙醛/乙醛

○ 2-溴丙醛 / α-溴丙醛

○ 3-氯丁醛 / β-氯丁醛

○ 3-甲基丁醛/异戊醛

○ 十六醛 /

② 酮命名法

○ 含有 C=O 的最长链是母体

○ 最靠近 C=O 的链末端编号为 1

○ 附在环上的酮是母体：以后缀-环烷酮命名

○ 链状或环状结构中的酮被视为取代基：以oxo命名

○ 系统命名法（左）与通用命名法（右）的比较

○ 丙酮/丙酮、二甲基酮

○ 3-己酮/乙基丙基酮

○ 6-甲基-2-庚酮/甲基异己酮

○ 2,4-戊二酮/乙酰丙酮

○ 环己酮 /

○ 丁二酮 /

⑵ 常用反应原理

①亲核攻击、亲电攻击

② 质子转移：发生在分子间，而不是分子内

③ 互变平衡：烯醇 ↔ 酮

④ 后处理：用于纯化的有用关键字，无需指定确切的酸或碱

⑶ 反应性比较

①羰基化合物反应性比较

○ 酰卤 ＞ 酸酐 ＞ 醛 ＞ 酮 ＞ 酯～羧酸 ＞ 酰胺 ＞ 羧酸根离子

② 基于官能团的酮反应活性比较

图 1. 基于官能团的酮反应性比较

○ 醛比酮更具反应性、亲电性并且燃烧热更高

○ 原因1： 位阻：更多的取代基阻碍亲核攻击，降低亲核性

○ 原因2： 诱导效应：取代基通过超共轭为酮碳提供电子密度

③ 其他比较

○ 醛和酮的反应非常相似

○ 酮的极性比醛的极性大

○ 原因：酮通过甲基稳定共振贡献者中的碳正离子

○ 脂肪族酮比芳香族酮更具反应性

○ 氧化还原反应中醛类和酮类的反应活性存在差异

○ 原因：醛可以进一步氧化，而酮不能进一步氧化

○ 示例：银镜反应、费林反应、本尼迪克特反应仅与醛发生

2.亲核加成反应

⑴ 概述

① Bürgi-Dunitz 角：亲核试剂的 HOMO 接近羰基反键轨道 (LUMO) 的角度

②酸性条件：增加羰基的亲电性

③ 基本条件：增加亲核试剂的亲核性> ④ 卤离子对羰基化合物不充当亲核试剂

⑵ 类型1. 当Y^-的碱度大于X^-时

① 概述

○ 1 型 常见于酰氯中

○ 羧酸也经常表现出与类型 1 类似的行为

○ 醛和酮发生类型1反应的情况很少见

图 2. 羰基化合物反应类型 1

② 实施例1. 酰氯：Cl^-的碱度很低

图3. 酰氯的反应

⑶ 类型2. 当Y^-的碱度小于X^-时

① 概述

○ 醛类和酮类大多遵循类型2

○ 其他反应通常涉及类型 2 的应用

图 4. 羰基化合物反应 类型 2

② 实施例1. 酸催化羰基加成反应

图 5. 酸催化的羰基加成反应

③ 实施例2. 碱催化的羰基加成反应

图 6. 碱催化的羰基加成反应

④ 实施例3. 缩醛形成反应：羰基碳保护反应

○ 缩醛和半缩醛

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图 7. 半缩醛、乙缩醛、半缩酮和缩酮的结构

○ 反应机理：（式） 除去酮氧并附加两个-OR基团

图 8. 缩醛形成反应示例

○ 缩醛形成反应在相同条件下有逆反应

○ 迪安-斯达克阱去除 H₂O，提高产率，因为 H₂O 是反应产物

○ 溶剂：使用高沸点和恒沸点的甲苯、二甲苯等共沸溶剂（ ∵ Dean-stark trap必要条件）

○ 过量的醇作为反应物会增加产率 → 通常添加过量而不是 2 当量

○ 酯、羧酸和酰胺在典型的酸性条件下不会形成缩醛

○ 示例 3-1.

图 9. 缩醛形成反应

○ 示例 3-2.

图10. 缩醛形成反应

○ 实施例3-3. Corey-Seebach反应：硫醇加成反应

图11. 硫醇加成反应

○ 还原反应：硫缩醛 + H₂ / Raney-Ni（脱硫）

④ 实施例4. 胺加成反应

○ 机理： （式） 除去羰基（=O）并附着亚胺（=NR）

○ 由于逆反应也是可能的，因此在某一点达到平衡。

○ 亚胺在 pH 4-5 时形成最佳

○ 实施例4-1. 一般胺加成反应

图12. 醛和酮胺加成反应

○ 实施例4-2. 对甲苯磺酰肼(CH₃-Ph-SO₂NHNH₂)

○ 实施例4-3. 烯胺形成反应

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图13. 烯胺形成反应

○ 与伯胺不同，仲胺缺少从亚胺离子上除去的质子，因此附着在 α 碳上的氢被除去。

○ 由于C=N键强度大于C=C键强度，因此在伯胺添加过程中会形成亚胺

○ 鹳-烯胺反应：烯胺作为亲核试剂与卤代烷、酰基卤、羰基化合物等发生反应。

○ 实施例4-4. NaBH₃CN的还原反应：亚胺被还原为胺

图14. NaBH₃CN的还原反应

○ 实施例4-5. 环状RNA合成：胺加成+NaBH₃CN还原

图15. 环状RNA合成

○ 实施例4-6. Wolff-Kishner还原反应

○ NH₂NH₂，强碱（例如 KOH、NaOH），加热条件会导致额外还原

○ 用碱处理-C=N-NH₂（腙）时

○ 示例4-7. 贝克曼重排

○ 用酸处理-C=N-OH（肟）时

○ 实施例 4-8. Pomeranz-Fritsch 反应

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图 16. Pomeranz-Fritsch 反应

○ 苯甲醛 + 2,2-二烷氧基乙胺进行胺加成反应和亲电芳香取代(EAS)

○ 实施例 4-9. Pictet-Spengler 反应

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图 17. Pictet-Spengler 反应

○ 胺加成反应和Friedel-Crafts烷基化

⑤ 实施例5. 醛酮的HCN加成反应

图18. 醛和酮的HCN加成反应机理

○ 实施例5-1. 安息香缩合反应

○ 实施例5-2. Stetter反应

⑷ 类型3. 烯酮与1,2-加成反应

① 适用于亲核试剂为强亲核试剂（例如：格氏试剂）

② 机制

图19. 烯酮和1,2-加成反应的机理

⑸ 类型4. 烯酮和1,4-加成反应（迈克尔加成）

① 适用于亲核试剂为弱亲核试剂（例如：MeSH）

② 机制

图20. 烯酮和1,4-加成反应的机理

③ 例外：对于酰氯，即使使用弱亲核试剂也会发生 1,2-加成反应

图 21. 烯酮和酰氯

3。其他反应

⑴ 加氢反应

① 实施例1. 用金属试剂氢化

图 22. 通过添加金属试剂对醛和酮进行氢化

② 实施例2. Pd/C加氢反应：烯烃比酮更具反应性

图 23. H₂（1 eq.）条件下的 Pd/C 氢化

图 24. H₂（过量）条件下的 Pd/C 加氢

⑵ 氧化还原反应

① 实施例1. 有机金属试剂与醛、酮的反应

○ 当有烯烃和酮存在时，有机金属试剂首先与烯烃反应

图 25. 醛和酮与有机金属试剂的反应

② 实施例2. Wittig反应：叶立德与醛和酮的加成反应

○ 叶立德试剂

○ 叶立德是指相邻原子极性相反的分子

○ 当P=C键形成时，P原子的内层d轨道电子参与成键，产生高能量，作为分离电荷的两性离子叶立德成为实际结构

图 26. 叶立德试剂

○ 叶立德试剂的制备：1. Ph₃P, CH₃Br, 2. BuLi

图 27. 叶立德试剂的制备

○ 实施例2-1. （通用） 酮中的O被C取代

图 28. Wittig 反应示例

○ 示例 2-2.

图 29. Wittig 反应示例

○ 优点：取代基较少的烯烃成为唯一产品

○ 缺点：Wittig反应生成的烯烃没有(E)/(Z)选择性，而图27.确实显示了选择性，值得注意

○ 解决方案

○ 如果叶立德亲核试剂的碳连接到吸电子基团（EWG）上，则反应活性较低，因此主要形成热力学稳定的烯烃。

○ 如果叶立德亲核试剂的碳连接到苯基上，则主要形成动力学有利（空间位阻较小）的烯烃。

③ 实施例3. Horner-Wadsworth-Emmons 反应

○ 选择性反应得到(E)-烯烃

图 30. Horner-Wadsworth-Emmons 反应的机理

④ 实施例4. Reformatsky反应

○ 与有机锌试剂的加成反应

○ 有机锌试剂反应性较低，不与酯基反应：与格氏试剂和酯不同

○ Reformatsky试剂形成后，醛和酮发生加成反应

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图 31. Reformatsky 反应

⑤ 实施例5. 坎尼扎罗反应

○ 醛类无α-氢的强碱分子间氧化还原反应

○ 苯甲醛 + KOH + H₂O → 苯甲酸钾（氧化）+ 苯甲醇（还原型）

图 32. Cannizzaro 反应机理

⑥ 实施例 6. Meerwein-Ponndorf-Verley 还原（Oppenauer 氧化）

○ Al(OC(CH₃)₃)₃催化羰基还原和醇氧化

○ 相反反应称为奥本纳氧化

图 33. Meerwein-Ponndorf-Verley 还原（Oppenauer 氧化）

⑶ 沉淀反应：醛可以被进一步氧化，而酮则不能，导致沉淀反应的差异

① 银镜反应（托伦斯试验）

图 34. 银镜反应

○ Tollens 试剂：无色溶液

○ 步骤 1. 将 AgNO₃ 溶解在水中

○ 步骤 2. 添加 NaOH 或 KOH，使 Ag 沉淀为 Ag₂O

○ 步骤3. 加入氨溶液，形成银氨络离子Ag(NH₃)₂⁺NO₃^-

○ 实验过程

○ 步骤1. 将还原物质加入硝酸银氨溶液（托伦斯试剂）中并加热

○ 步骤 2. 离子形式的银离子被还原，导致 Ag(s) 沉淀» ○ 还原糖：形成金属银

○ 醛：形成金属银

○ Ag₂O 充当 Ag⁺ 供体：水中的氧移动到醛，从而产生羧酸。

○ 酮：无反应

○ 例外：与 α-羟基酮反应

○ 乙缩醛：无反应

○ 半缩醛：反应

○ 原因：半缩醛可裂解成羰基和醇基

② 费林反应

○ 斐林试剂：五水硫酸铜（CuSO₄·5H₂O）、NaOH、罗谢尔盐（酒石酸钠钾）

○ 实验过程

○ 步骤1. 将还原物质添加到费林溶液中并加热

○ 步骤 2. 用酒石酸还原离子形式的铜离子，导致氧化铜 (I) (Cu2O) 沉淀

○ 还原糖：形成铜沉淀（红棕色）

○ 脂肪醛：形成铜沉淀（红棕色）

○ 芳香醛：无反应

○ 酮：无反应

③ 本尼迪克特反应

○ 本尼迪克特溶液：CuSO₄、Na₂CO₃、柠檬酸钠

○ 醛：形成铜沉淀（红棕色）

○ 酮：无反应

○ 不氧化肌酸和尿酸

○ 氧化葡萄糖、果糖、麦芽糖等：方便检测反应

⑷ 重排反应

① 实施例1. Baeyer-Villiger氧化：七元环结构的机理

○ 概述

○ 在过氧酸下，过量的氧转移至醛（或酮），生成羧酸（或酯）。

○ 重新排列期间保留配置。

○ 迁徙能力

○ H＞苯基＞叔烷基＞环己基＞仲烷基＞伯烷基＞甲基

○ 氧插入发生在富电子碳上（ref）

○ 1-1. 苯乙酮：苯环增强反应性

○ 苯乙酮与过氧化酸（RO₃H）反应，例如CF3CO₃H，形成乙酸苯酯

图 35. Baeyer-Villiger 氧化机制

考虑到-OH的氢，可以看出形成了七边形

○ 1-2. _m_CPBA

○ _m_CPBA 以 RCO₃H 形式氧化酮

○ 氧插入发生在富电子碳上

○ 与烯烃的环氧化竞争，但Baeyer-Villiger反应占主导地位

图 36. _m_CPBA 催化的 Baeyer-Villiger 氧化

② 示例 2. Tiffeneau-Demjanov 重排

○ 烷基重氮盐的形成导致不稳定并形成碳正离子

图 37. Tiffeneau-Demjanov 重排机制

③ 实施例3. Johnson-Corey-Chaykovsky 反应

○ 可与Tiffeneau-Demjanov重排竞争

○ 实施例 3-1. 使用硫叶立德的 Johnson-Corey-Chaykovsky 反应

○ 各类硫叶立德如下：

○ H₂C-S(CH₃)₂: 硫叶立德（锍）

○ H₂C-SO-(CH₃)₂: 科里叶立德（亚砜）

图 38. Johnson-Corey-Chaykovsky 反应机理

○ 实施例 3-2. 酮在 AlCl₃、CH₂N₂ 条件下的 Johnson-Corey-Chaykovsky 反应

图 39. 酮在 AlCl₃、CH₂N₂ 条件下的 Johnson-Corey-Chaykovsky 反应

○ 实施例3-3. 由于锍叶立德具有很强的亲核性，1,2-加成占主导地位

图 40. 1,2-锍叶立德的加成

○ 实施例 3-4. 由于亚砜叶立德是弱亲核试剂（∵酮基），因此 1,4-加成占主导地位

图 41. 1,4-亚砜叶立德的加成

> ④ 实施例4. 二苯甲酸重排

图42. 二苯乙醇酸重排机制

> ⑤ 实施例5. Favorskii重排反应

○（分子式） 强碱、酮、不饱和度增加一、除去两个离去基团

图 43. Favorskii 重排反应

4。醛合成方法

⑴ 烯烃的臭氧分解: 1. O₃, 2. Zn, H₂O 或 CH₃SCH₃

⑵ 末端炔烃的水合: 1. BH₃, 2. H₂O₂, OH^-

⑶ Gattermann-Koch反应合成苯甲醛：是一种甲酰基的Friedel-Crafts酰化反应。

⑷ 氯化苄与硝基甲烷阴离子的反应：氯化苄+硝基甲烷阴离子→苯甲醛

⑸ 伯醇的弱氧化：氧化为醛。

⑹ HIO₄二醇的氧化裂解: HIO₄, H₂SO₄

⑺【酰氯、酯类、腈类的还原】(https://jb243.github.io/pages/1380)

⑻ Reimer-Tiemann反应: CHCl₃, KOH

⑼ Corey-Seebach反应: 硫缩醛 + HgCl₂, MeOH, H₂O → 醛

① 硫原子的作用：通过反键效应减少负电荷。硫原子容易极化，稳定负离子。

② Hg²⁺的作用：路易斯酸，六方铜结构溶剂

③ 没有Hg²⁺，逆反应占主导地位

5。酮合成方法

⑴【烯烃的臭氧分解】(https://jb243.github.io/pages/1363)

⑵【炔烃的水合】(https://jb243.github.io/pages/1363)

① 概述： 带有-OH基团的炔发生水合形成烯醇，然后烯醇发生互变异构生成酮。> ②酸催化水合反应： H₂O, H₂SO₄ / H₂O, H₂SO₄, HgSO₄

③ 硼氢化-氧化反应： 1. BH₃, 2. H₂O₂, OH^- / 1. BH₃, 2. H₂O₂, OH^-

⑶ 傅克酰化

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图 44. 苯的傅克酰化

⑷【仲醇的氧化】(https://jb243.github.io/pages/1372)

⑸ HIO₄二醇的氧化裂解: 1. HIO₄, 2. H₂SO₄

⑹ Corey-Seebach反应: 硫缩酮 + HgCl₂, MeOH, H₂O → 醛

①硫原子的作用： 通过反键合效应减少负电荷。硫原子容易极化，稳定负离子。

② Hg²⁺的作用：路易斯酸，六方铜结构的溶剂化

③ 没有Hg²⁺，逆反应占主导地位

⑺【羧酸与有机锂试剂的反应】(https://jb243.github.io/pages/1380)

① 格氏试剂和吉尔曼试剂不与羧酸发生反应

⑻【酰氯与有机金属试剂的反应】(https://jb243.github.io/pages/1380)

⑼【腈类与有机金属试剂的反应】(https://jb243.github.io/pages/1380)

⑽ 【亚胺的酸催化水合反应】(https://jb243.github.io/pages/1386)

输入：2019.03.29 13:54

修改：2023.01.30 23:12