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醛和酮
物理性质
?醛酮的沸点比相应的醇低得多,但高于分子量相当的烃或醚。
?脂肪醛酮密度小于1,芳香醛酮密度大于1。
化学性质
主要分为四部分:①醛酮很容易和一系列亲核试剂发生亲核加成反应。②羰基的α-H具有酸性,可发生酮式和烯醇式的互变异构、羟醛缩合和卤化等反应。③氧化还原反应。④与醛酮有关的人名反应。
(一)亲核加成反应
1.与含碳亲核试剂加成:①与氢氰酸加成:大多数醛、脂肪族甲基酮以及八个碳原子以下的环酮可以发生反应;氢氰酸是弱酸,不易离解生成氰基负离子,常加入少量碱,大大加快反应速度。②与金属有机化合物的加成:格式试剂与甲醛反应得伯醇,与其他醛反应得仲醇,与酮反应得叔醇,是制备醇类的重要方法;如果酮羰基与两个体积大的基团连接,空间位阻使得与格式试剂发生不正常反应,此时,酮被还原为仲醇,格式试剂中的烷基发生消除生成烯烃。一定要牢记书中的例子哦。
非常重要!!!
醛酮与含碳亲核试剂及亚硫酸氢钠的加成反应都是按照两步机制进行的。第一步是亲核试剂加到羰基的碳原子上形成四面体结构的氧负离子;第二步氧负离子与亲电试剂结合得到加成产物。
第一步是决定反应速度的一步,羰基化合物的R与R’越大,空间位阻也越大,反应越慢;R与R’吸电子能力越强,有利于氧负离子稳定,这种羰基活性也较大。
脂肪族醛酮反应活性:甲醛>醛>甲基酮>酮。芳香族醛酮主要考虑取代基电性效应,吸电子基使活性增加,供电子基相反。
2.与含氧亲核试剂加成:①与水加成:重要的两个例子需要掌握。第一,水合氯醛是三氯乙醛的水合物,十分稳定;第二,茚三酮分子在水溶液中极易容易利用2-羰基形成水合茚三酮,使其电荷间斥力减小,同时能够形成分子内氢键。②与醇加成:先生成半缩醛或半缩酮,在催化剂条件下生成缩醛或缩酮。掌握它们的反应机理,并且要知道缩醛或缩酮常用来保护羰基。
3.与含氮亲核试剂加成:①与氨或胺的加成:醛酮与氨或伯胺生成亚胺,又称希夫碱。含有α-H的醛酮与仲胺进行亲核加成生成烯胺。一定要知道亚胺和烯胺的结构,它们是怎么生成的,千万不要混淆。②与氨的衍生物的加成:H2N-G与醛酮反应生成含碳氮双键的化合物。羟胺、肼、苯肼等反应物常以盐酸盐形式存在。反应一般在弱酸性条件下进行,因为羰基质子化有利于加成,但酸性太强会使氨基成盐,失去亲核性能。反应形成的产物具有固定的结晶形状和熔点,故常用于醛酮的鉴别,大家下去可以查一查羰基试剂是否能鉴别不同种类的醛或酮,小编不是很清楚。羰基试剂的概念大家要清楚。
4.与含硫亲核试剂加成:①与亚硫酸氢钠的加成:大多数醛、脂肪族甲基酮以及八个碳原子以下的环酮可以发生反应,常用于一些醛酮的鉴别。②与硫醇的加成:一般不用于保护羰基,因为很难复原。③与希夫试剂加成:可检验醛酮;甲醛与希夫试剂所呈现的颜色加入硫酸后不消失,其他醛显示的颜色退去,因此希夫试剂还可以鉴别甲醛和其他醛。
(二)α-H的反应
1.互变异构:对多数醛酮来说,烯醇式含量极少。对β-二羰基类化合物,烯醇式中有共轭而稳定,烯醇式含量增加。记住表11-5。当羰基α-碳原子为手性碳原子时,酸碱条件下会通过烯醇式或烯醇负离子发生外消旋化。
2.羟醛缩合反应:①两分子含α-氢原子的醛在酸碱条件下(通常是稀碱),相互结合生成β-羟基醛。在加热时生成α,β-不饱和醛。还有羟酮缩合反应,例如在酸性催化剂下,丙酮先缩合生成双丙酮醇,然后迅速脱水生成α,β-不饱和酮。②交叉羟醛缩合:两种不同的含有α-氢原子的醛酮之间的反应。记住克莱森-施密特反应。③分子内羟醛缩合:制备5-7元环化合物。例子十分重要,需要自己练练手。
3.卤代和卤仿反应:乙醛和甲基酮在碱性条件下与卤素反应,生成三卤甲烷和羧酸盐,称为卤仿反应。常用碘仿反应鉴别乙醛和甲基酮;卤仿反应也可以鉴别乙醇和α-碳原子上连有甲基的仲醇。
(三)氧化还原反应
1.氧化反应:①醛的氧化:托伦试剂。菲林试剂等能将醛氧化成羧酸,而酮不能。托伦试剂是二氨合银离子,反应又称银镜反应;菲林试剂只能和脂肪醛反应。②酮的氧化:采用强氧化剂剧烈条件下生成多种羧酸混合物。
2.还原反应:①催化氢化②金属氢化物还原:氢化铝锂、硼氢化钠将羰基还原为醇羟基。氢化铝锂不能还原碳碳双键、碳碳三键(双键与羰基共轭时仍可被还原),但可以还原羧基,催化氢化不可以还原羧基;硼氢化钠只能还原醛酮和酰氯。③麦尔外英-彭杜尔夫还原:一定要与欧芬脑尔氧化区分清楚。④克莱孟森还原:醛酮与锌汞齐和浓盐酸回流反应,还原为亚甲基。⑤乌尔夫-凯惜尔-*鸣龙还原:醛酮、氢氧化钠、肼的水溶液、高沸点水溶剂反应,还原为亚甲基。⑥酮的双分子还原:当钠镁、镁汞齐或铝汞齐在非质子溶剂中处理后水解,主要得到邻二醇。
3.康尼查罗反应:不含α-氢原子的醛在浓碱溶液中,发生歧化反应。还有交叉康尼查罗反应,甲醛是一个特例,记住季戊四醇的合成。
(四)其他反应
魏悌希反应(Witting):Witting试剂与醛酮加成一般生成反式烯烃。
达参反应(Darzen):醛酮在强碱作用下和α-卤代酸酯反应生成α、β-环氧酸酯。以碳负离子为中间体,先进行亲核加成,再进行亲核取代。α、β-环氧酸酯经水解、酸化、加热脱羧得到比原料多一个碳的醛或酮。
普希金反应(Perkin):芳香醛和酸酐在弱碱存在下进行亲核加成反应生成β-芳基-α、β-不饱和羧酸。肉桂酸的制备常考。
克脑文格尔反应(Knovenagel):芳香醛在弱碱条件下(吡啶、哌啶等)与含有活泼亚甲基的化合物(丙二酸等)的缩合反应。
曼尼希反应(Mannich):含α-活泼氢原子的酮与甲醛和胺在乙醇溶液中回流,使酮的一个α-氢原子被胺甲基取代。
安息香缩合:芳香醛与氰化钾在乙醇的水溶液中反应得到α-羟基酮。
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α、β不饱和醛酮
(一)亲核加成反应:第一,与有机锂、有机钠作用的产物以1,2-加成为主。第二,与格式试剂加成时,以何种加成为主取决于羰基旁的烃基体积大小以及格式试剂的空间位置。第三,与氢氰酸、亚硫酸氢钠、醇等亲核试剂反应时,一般以1,4加成为主。
(二)亲电加成反应:α、β-不饱和醛酮与卤素、次卤酸在碳碳双键上发生亲电加成;其他质子酸则进行了1,4-加成。
(三)还原反应:第一,硼氢化钠可选择性还原羰基,不饱和键无影响;第二,采用催化氢化,控制氢气用量和反应条件,可选择性还原碳碳双键,若过量或加压则羰基也被还原。
(四)麦克尔加成(Michael):具有活泼氢的化合物在碱作用下生成碳负离子,继而和α、β-不饱和羰基化合物进行1,4-亲核加成得到1,5-羰基化合物。顺便看看Robinson环合反应。
(五)D-A反应:α、β-不饱和醛酮是很好的亲双烯体,可与共轭二烯烃发生D-A反应。D-A反应具有高度的立体专一性;第一,反应是顺式加成。第二,共轭二烯烃必须处于顺式构象才能进行此反应。第三,反应产物主要为内型的,X、Y接近新形成的双键的称作内型产物。
(六)插烯规律:两个基团由于插入一个或一个以上乙烯基后相互影响不变的性质。
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醌类化合物
第一,无芳香性。第二,作为亲双烯体可与共轭二烯烃发生D-A反应。第三,对苯醌在亚硫酸水溶液内易被还原为对苯二酚。
小技巧
小编再多说两句,人名反应一定要背的滚瓜烂熟呀。中英文名称、反应原料、反应产物、反应条件、试用条件,还有什么取代基使反应速度更快等等都要掌握,从机理出发,理解每一个人名反应是如何发生的。真题中的人名反应的题是很好拿分的,最好自己多写两遍反应式,只要你记熟会用基本没问题的。以后的章节内容可能也会和这章一样多,因为考点有很多,所以大家一定要认认真真的多看两遍,自己梳理一下知识框架。大家一定要加油呀!
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