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钯催化的嘧啶氯代物与吡啶硼酸酯的Suzuki偶联反应
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第十一章　醛和酮
重点：醛酮的结构特点、化学性质及制法，醛酮的亲核加成历程。
难点：醛酮的亲核加成历程。
教学内容：
第一节醛、酮的分类和命名
一、& 分类
二、命名　
1.普通命名法
简单的醛和酮，用普通命名法，醛按氧化后所生成的羧酸的名称来命名，将相应的“酸”改成“醛”字，碳链可以从醛基相邻碳原子开始，用α，β，γ…编号。酮按羰基所连接的两个烃基的名称来命名，按顺序规则，简单在前，复杂在后，然后加“甲酮”，下面括号中的“基”字或“甲”字可以省去，但对于比较复杂的基团的“基”字，则不能省去。酮的羰基与苯环连接时，则称为酰基苯。
英文名称醛将相应羧酸中基本词尾“ic acid”去掉，然后加aldehyde，酮用ketone(C==O)做母体，两个烃基按第一个字母的字母顺序排列，先后列出，在书写时均需隔开。酮与苯基相连时，称为酰(基)苯，将羧酸词尾“ic acid”去掉(成为酰基的名称)后加上“-ophenone”。
2．醛、酮的系统命名
以包含羰基的最长碳链为主链，看作母体。从靠近羰基的一端开始，依次标明碳原子的位次。在醛分子中，醛基总是处于第一位，命名时可不加以标明。酮分子中羰基的位次（除丙酮、丁酮外）必须标明，因为它有位置异构体。
醛、酮碳原子的位次，除用1，2，3，4，…表示外，有时也用α，β，γ…希腊字母表示。α是指官能团羰基旁第一个位置，β是指第二个位置…。
β-羟基丁醛
α，α’-二溴-3-戊酮
酮中一边用α，β，γ…，另一边用α’β’γ’…。
含醛基、酮基的碳链上的氢被芳环或环烷基取代，就把芳环或环烷基当作主链上的取代基看待：
1-环己基-1-丙酮
&醛基与芳环、脂环或杂环上的碳原子直接相连时，它们的命名可在相应的环系名称之后加－“醛”字。
1，2-萘二醛
当芳环上不但连有醛基，而且连有其它优先主官能团时，则醛基可视作取代基，用甲酰基做词头来命名。
4-甲酰基苯甲酸
3. 酮还有另一种命名法
根据羰基所连的两个烃基名来命名，把较简单的烃基名称放在前面，较复杂的烃基名称放在后面，最后加“酮”字。
甲乙酮（丁酮）
甲基乙烯基酮（丁烯酮）
后面是母体
如含有两个以上羰基的化合物，可用二醛、二酮等，醛作取代基时，可用词头“甲酰基”或“氧代”表示；酮作取代时，用词头“氧代”表示。
3-氧代戊醛（3-oxopentanal）
2,4-戊二酮（2，4-pentanedione）
英文羰基做取代基时用“oxo”（氧代）表示
不饱和醛、酮的命名是从靠近羰基一端给主链编号。
2,3－二甲基－4－戊烯醛
（2，3-dimethylpent-4-enal）
3－甲基－4－己烯－2－酮
（3-methyl-4-hexen-2-one）
第二节醛、酮的结构，物理性质和光谱性质
醛、酮的结构
羰基中，碳和氧以双键相结合，成键的情形和乙烯有些相似，碳原子以三个sp2杂化轨道形成三个σ键，其中一个是和氧成一个σ键，这三个键在同一平面上，彼此间如能保持着最大的相距的角度～120°，如图10-1(i)、(ii)所示，碳原子的一个p轨道和氧的一个p轨道彼此重叠起来形成一个π键，与这三个σ键所成的平面垂直，因此羰基的碳氧双键是由一个σ键和一个π键形成的，如图 下图所示：
由于氧的电负性吸引电子的能力很强，所以羰基是一个极性的基因，具有一个偶极矩，负极在氧的一边，正极在碳的一边，电子云分布的示意图如图中(iv)所示。
二、&物理性质
除甲醛是气体外，十二个碳原子以下的醛、酮都是液体，高级的醛、酮是固体。低级醛常带有刺鼻的气味，中级醛则有花果香，所以C8~C13的醛常用于香料工业。低级酮有清爽味，中级酮也有香味。
由于羰基的偶极矩，增加了分子间吸引，所以它们的沸点与分子量相近的烷烃相比较，增高50℃以上。但因为醛酮分子间不能形成氢键，故其沸点则低于相应的醇。羰基氧能和水分子形成氢键，故低级醛、酮溶于水。
三、&光谱性质
IR: 醛 C=O伸缩在1725cm-1附近,有强吸收峰。（共轭作用使吸收波数减少）
中C-H吸收在2720cm-1附近有尖峰。
酮 C=O伸缩在1715cm-1附近有强吸收峰。（共轭作用使吸收波数减小）
在环酮中，环张力使吸收波数增加。
NMR: 醛基上的H δ=10ppm(而碳碳双键上的H约在δ=5ppm)这可能是的各向异性效应和羰基的吸电子效应减低了H周围电子密度所致。
UV:提供有关羰基和C=C双键共轭的信息,若醛、酮为共轭体系，则在近紫外或可见区出现强吸收带（K带）－共轭带（Konjuierte,共轭的，德文）如：
K带：λmax215-250nm(εmax )π→π*
R带：（基团型的，Radiralartig 德文） λmax300-350nm(εmax 10-102)n-π~
第三节醛酮的化学性质
醛酮的化学反应可以描述如下：
醛的氧化反应
羰基的还原反应
羰基的亲核加成反应
α-H的反应
一、亲核加成反应
从醛酮的羰基结构可知，由于氧的诱导效应，使和它直接相连的碳原子带有电正性，由于这种关系，碳原子很容易和一系列的亲核试剂发生反应，氧原子在亲核试剂加入后，可以和一个亲电的部分结合。一般的讲，带负电荷的氧（电负性大，能容纳负电荷）比带正电荷的碳稳定。因此，羰基反应可以看作是首先由亲核试剂和碳原子结合而引起的。
Nu = 含碳（-CN,HC≡C- ,RMgX）、含氧(醇)、含氮（氨及衍生物）、含硫（NaHSO3等）
1．&与氢氰酸的加成反应
醛、脂肪族甲基酮和环酮（8个碳以下）都可发生此反应。
2．与Grignard试剂的加成反应
是制备结构复杂的醇的重要方法。在酸性条件下进行水解（如稀盐酸或稀硫酸）以便使产生的碱或卤化镁转变为易溶于水的镁盐。对遇酸极易脱水的醇最好用NH4Cl溶液进行水解。
3．和炔化物的加成
4．与亚硫酸氢钠的加成
反应过程：
适用于醛，脂肪族甲基酮和环酮（8个碳以下）
只要把酮的甲基换成乙基后就不能发生反应或反应很少（3-戊酮,产率2%）。但环酮加成物产率大大增加(环基酮，产率35%)，这是由于成环后，羰基上的两个基团的自由运动受到限制，因此空间阻碍减少了，而使产量增加。
5.与醇的加成反应
在干燥氯化氢的催化下，醛与醇发生加成反应，生成半缩醛。半缩醛又能继续与过量的醇作用，脱水生成缩醛。
醇是弱的亲核试剂，与羰基加成的活性很低，需无水氯化氢催化，羰基氧与质子结合生成质子化的醛，有利于醇向羰基加成生成半缩醛。进一步反应生成缩醛。
制备缩酮的方法,用原甲酸酯和酮在酸的催化作用下进行反应,可以得到较好产率的产物。
6. 与氨及其衍生物的加成反应
7.与磷叶立德的加成反应
带有相邻”+”,”-“电荷的分子,称内钅翁盐.又音译为叶立德（ylide）。
磷叶立德,通常由三苯基磷与烷基卤化物R/R2CHX反应得l盐,再与碱（LiBu）作用而生成。
磷叶立德是G.wittig在1953年开始系统研究了它与醛酮的反应,并在有机合成上加以应用。建立了独特的结构合成方法,所以把磷叶立德称为wittig试剂,它与醛酮的反应称为wittig反应。
它是合成烯烃的重要方法,反应条件温和,产率较高.此反应的特点是:①产物中所生成的双键处于原来羰基的位置,可以制得能量上不利的环外双键化合物.
与α,β－不饱和醛酮反应.生成的新C=C键仍在C=O的位置 .
8. 与schiff试剂(品红醛试剂)的反应
品红是一种红色染料,通二氧化硫于其溶液中则得无色的品红醛试剂（schiff试剂）,这种试剂与醛类作用显紫红色.且很灵敏,再加入多量的无机酸褪色,甲醛例外,可以用此性质鉴别甲醛和其它醛.酮类与品红醛试剂不起反应,该试剂是鉴别醛酮的简单方法
二．还原反应
1.催化氢化
若分子中同时存在C=C和C=O,如果保留C=O，则选用5%Pd/C还原C=C,即
2.用金属氢化物加氢
常用：LiAlH4,NaBH4.特点：一般不影响分子中的C=C.
& NaBH4还原：
& 不影响共存的─NO2, ─Cl., COOR,─CN(对水不敏感)
羰基加成反应的立体化学：
（1）对手性脂肪醛酮的加成：
克拉姆（D.J.Cram ）定则：进攻试剂与羰基加成的第一步就是其金属先与羰基氧原子配位，加大了氧原子一端的体积，使之定位于M与S之间，即反应的优势构象。加成的第二步即向最小原子（或基团）的一侧进攻最为有利。
上述原则，适合于速度控制（动力学控制）
（2）反应物为脂环酮的加成：
总的来说，环上取代基与试剂的体积愈大，按(I)方式就愈多。如：
（3）& 对于位阻大的脂环酮，反应利于进攻羰基位阻小的方向。
3. 梅尔魏因－庞多夫－维尔来(Meerwein-Ponndirf-Verley)羰基还原法。
异丙醇铝是一个选择性很高的醛酮还原剂，它把负氢离子转移给醛或酮，而本身氧化成丙酮。随着反应进行，把丙酮蒸出来，使反应X向产物方向进行。
在反应中加入过量的异丙醇，新生的醇铝可以和异丙醇交换，再生成异丙醇铝，进行还原。因此，只要使用催化量的异丙醇铝就可以完成反应。
此反应的优点：还原不饱和羰基化合物时，特别顺利，不影响C=C,－NO2, －COOR.
异丙醇铝与被还原的醛或酮的羰基生成配位键得（I）。(I)发生分子内氢负离子移位，得到一个新的醇酮络合物（II）.(II)进一步裂解为丙酮和(III)。(III)被无机酸分解得醇（或被异丙醇交换）。若用异丁醇铝，可形成。
4. 与活泼金属反应。
酮在镁，汞齐等作用下，生成对称的醇：
若可制备对称的二醇，需要有利于偶联，而抑制自由基负离子的进一步质子化的反应条件，为此目的，偶联还原在烃类溶剂中进行。镁，铝，锌的汞齐是常用的金属。
5. 直接还原成烃
（1）凯惜钠－乌尔夫－黄鸣龙法
缺点：高温，需要在高压釜或封管进行。操作不便，反应时间长（100h以上）
黄鸣龙改进方法：采用高沸点溶剂，蒸出水。
此法适用于对酸不稳而对碱稳定的酮，醛，羰基的还原。
（2）Clemmensem（克莱门森）法：
此法适用于对酸稳定的醛酮（对芳香酮较好）的还原。
（2）硫代缩醛脱硫加氢法
这三种方法可以互相补充。
三、氧化反应
1. 与Tollens试剂反应
主要用于鉴定醛
Ag(NH3)2+不氧化双键，在合成上，可用于不饱和醛制备不饱和酸：
2. Baeyer -Villiger反应
3. 与O2反应
四.歧化反应（cannizzaro反应）
没有α－ H的醛与浓强碱共热。
（1）分子间的cannizzaro反应：
由于甲醛在醛类中还原性能最强，所以总是自身被氧化成甲酸，苯甲醛被还原为苯甲醇。
& 歧化反应在生产上及生理上的氧化还原反应中都很重要。工业上利用甲醛这一性质和乙醛进行混合的醇醛缩合反应制备季戊四醇C(CH2OH)4。
(2) 分子内的cannizzaro反应
五. 安息香缩合
在芳香醛的醛基的邻或对位有强吸电子的原子团（如－NO2）或强排斥电子的原子团（如－OH,－OCH3, －N(CH3)2）时，则这些醛不能自身发生安息香缩合。
解释：这是由于强排斥电子的原子团使羰基的碳原子的正电荷减低，不利于碳负离子对它进攻。即妨碍（3）步的发生。同样强吸引电子的原子团亦妨碍（3）步的进行。这是因为CN－负离子和醛加成后形成的负离子由于硝基强吸引电子效应，使碳负离子的电子密度降低，其亲核性减弱，使此碳离子不能和另一醛分子的羰基加成。
六、α－H 的酸性
& 1. 醛酮的互变异构
在溶液中，有α－H的醛酮是以酮式和稀醇式平衡而存在的。
不同结构的醛酮，酮式和烯醇式含量不同，它取决于醛酮的结构。
烯醇式的双键与其他不饱和基团共轭时，使烯醇式稳定，在平衡体系中烯醇式增多。
烯醇式变为酮式时，氢向烯醇式平面前方转移和向后方转移，所得酮式的α碳构型不同。
烯醇既是烯，又是醇，其本身就有两个反应中心。
2. 卤代反应
在酸、碱催化下，卤素可以使醛、酮的α位卤化。
［1］酸催化卤化
所谓酸催化，通常不加酸，因为只要反应一开始，就产生酸，此酸就可自动发生催化反应，因此在反应还没有开始时，有一个诱导阶段，一旦有一点酸产生，反应就很快进行。可能的机理是：首先羰基质子化,然后通过烯醇式进行卤化。
对于不对称酮，卤化反应的优先次序是：
这是因为α碳上取代基愈多，超共轭效应愈大，形成的烯醇愈稳定，因此，这个碳上的氢就易于离开而进行卤化反应。
酸催化卤化反应可以控制在一元、二元、三元等阶段，在合成反应中，大多希望控制在一元阶段。能控制的原因是一元卤化后，由于引人的卤原子的吸电子效应，使碳基氧上电子云密度降低，再质子化形成烯醇要比未卤代时困难一些，因此小心控制卤素可以使反应停留在一元阶段。因此，控制卤素的用量，就可以控制反应产物。
［2］碱催化卤化
碱催化过程如下：
反应首先是HOC夺去质子，形成烯醇负离子，再与卤素发生反应，得α－卤代酮，不对称酮α氢的反应性是：
因为－CH3上的氢酸性大，易被OH- 夺取。
酸、碱催化卤化反应的差别：
a. 在酸催化条件下，使用一当量的卤素，可以以较好产率制备单卤代酮。
b.在碱催化反应中，碱催化卤化不易制备单卤代酮。甲基酮在碱催化下，给出三卤代酮：
这是因为，当一元卤化后，由于卤原子的吸电子效应，使卤原子所在碳上的氢，酸性比未被卤原子取代前更大，因此第二个氢更容易被OH- 夺取并进行卤化。同理第三个氢比第二个氢更易被OH- 夺取。因此只要有一个氢被卤化，第二、第三个氢均被卤化，即反应不停留在一元阶段，一直到这个碳上的氢完全被取代为止。
三卤代酮进一步和OH－离子反应，给出羧酸盐和卤仿。整个反应叫卤仿反应（haloform reaction）。
裂解机理：
CH3CO－结构的一些化合物，都发生卤仿反应。
由于碘仿是黄色晶体，水溶性小，易于析出，有特殊气味，所以常用碘仿反应来鉴定化合物是否有CH3CO－, CH3CH（OH）－的结构。
次卤酸盐不氧化双键，在合成上，可由不饱和甲基酮，合成相应的不饱和酸：
3. 羟醛缩合反应 (aldol condensation)
羟缩合反应(aldolcondensation)，是一分子醛或酮，在碱或酸的作用下，形成碳负离子，此碳负离子与另一分子醛或酮的碳基发生亲核加成反应，形成β羟基醛或酮，β－羟基醛或酮有的在反应时就失水，有的在强酸或强碱作用下失水，生成α，β-不饱和醛、酮，这一反应称羟醛缩合，是合成α，β-不饱和醛和酮的一个很好方法。
反应机理：
一般来说，碱或酸催化的羟基缩合加成阶段很容易逆转。许多脂肪族的酮，热力学上对第二步反应(2)是不利的，平衡大大偏于反应物方面，往往需要用特殊的方法，使反应朝右进行。反应(4)也是可逆的，在比较强烈的条件下，有利于失水反应，这时尽管对(2)反应不利，但也可以把反应通过(4)完全移向右方。
& A.相同醛的羟醛缩合
B.交错缩合：
有α－H的两种醛缩合可产生混合物。但选用一种无α－H的醛和一种带α－H的醛进行交错缩合，则有合成价值。
& ①芳醛与脂肪酮
k2&k1,容易去水生成α，β不饱和醛。
& ②甲醛与脂肪醛：
③芳醛与对称脂肪酮：
④芳醛与不对称酮：
一般来说，碱催化有利于直链式缩合产物的生成，酸催化有利于支链产物的生成。
& 4. 醛酮的其他缩合反应。
（1）Knoevenagel反应（柯诺瓦诺格反应）－活泼亚甲基的反应
醛或酮和具有通式 Z－CH2－ Z’ 或Z －CHR－Z’含活泼氢化合物的缩合作用，称为Knoevenagel缩合反应。Z和Z’是吸电子基团。其他含活泼氢的化合物也能发生此反应。如：CHCl3、端基炔、戊二稀等。
& (2) Perkin反应
芳香醛与酸酐在同酸酐相应的钠或钾盐的存在下的缩合作用，称为Perkin反应。当酸酐具有两个α氢原子时，则常发生失水反应。此反应适用于芳香醛。
（3）Mannich（曼尼西）反应――胺甲基化反应
利用甲醛和含有活泼α－氢的醛酮进行反应，即全部的活泼氢都将进行羟甲基化。如可在活泼甲基上只引入一个碳原子，经常用活泼甲基化合物和甲醛及一个二级胺同时反应，这样就把一个活泼α－氢用一个胺甲基代替，因此，称为胺甲基化反应（Mannich reaction）
这个反应一般是在水、醇或醋酸溶液中进行。
酚的对位或邻位，吲哚的3位，也可发生胺甲基化反应。曼氏碱制成季铵盐，加热，可生成α，β不饱和酮，是重要的有机合成中间体。
（4）Darzen反应（达森反应）－环氧脂的合成
醛酮在强碱的作用下（如醇钠，氨钠等）和一个α－卤代羧酸酯反应，生成一个α，β环氧羧酸酯。
（5）*醛酮与芳胺、酚的缩合
第四节醛酮的制法
1．炔烃的水合和胞二卤代物的水解
①&&&炔烃水合：
适合于端炔或对称的炔。
用硼氢化一氧化法进行水合,由末端炔可以制得醛。
②&&胞二卤代物水解：
2．由烯烃制备
①&&&烯烃的氧化
②&&氢甲醛化法（Hydroformylation）
不对称烯烃主要产物直链烃基醛，对称烯烃可得单一产物。
三、由芳烃侧链α-H的氧化
控制氧化条件，氧化剂不要过量。
②CrO3-醋酐作氧化剂
二乙酸酯不易连续被氧化
4．由醇氧化或脱氢
① Na2Cr2O7
③ CrO3-吡啶（萨瑞特试剂）――CrO3(C5H5N)2
氧化很好地控制在生成醛的阶段，且双键不受影响。
④ [(CH3)2CH-O]3Al （欧芬脑氧化法）
双键不受影响
⑤ CrO3-H2SO4(琼斯试剂)
不饱和仲醇可得到相应的不饱和酮。
5．傅瑞德尔-克拉夫茨（Friedel-Crafts）酰基化
是制备芳酮的重要方法，优点是不发生重排，产物单一，产率高。
可通过分子内酰基化制备环酮
6．盖德曼-柯赫（Gattermann-Koch）反应
在催化剂存在下，芳烃和HCl,CO混合物作用，可以制得芳醛
该反应叫盖德曼-柯赫反应，它是一种特殊的傅氏酰基化反应。
如果芳环上有烃基、烷氧基，则醛基按定位规则导入，以对位产物为主。
如果芳环上带有羟基，反应效果不好，如果连有吸电子基，则反应不发生。
7．瑞默-梯曼反应（Reimer-Tiemann）
苯酚在NaOH存在下和CHCL3作用，生成酚醛。
主要生成邻位产物：
瑞默-梯曼（Reimer-Tiemann）反应按下列机理进行，首先氯仿在碱溶液中形成二氯卡宾：
此外，二氯卡宾还可以攻击（）的带甲基的碳原子，形成环己二烯酮衍生物：
()或()中-CHCl2上的氢过去通常认为是与它相连的苯环碳原子上的氢发生1,2转移过来的，但肯普（D.S.Kemp）等发现并非如此, -CHCl2上的氢是来自溶剂,然后苯环在把一个氢给予溶剂，为了证实这点，肯普在含氚的水（THO）中进行了Reimer-Tiemann反应,生成的水杨醛中,醛基含有99.6%的氚只有不到0.4%的氚在苯环上,这表明醛基的氢是来自溶剂，即：
& 8．维路斯梅尔反应（Vilsmeier-Haack反应）
通常是指应用N,N-二取代甲酰胺和POCl3使芳环(主要是酚类和芳胺类)甲酰化反应。
9．酰氯还原制备醛
①&&罗森孟德（Rosenmund）还原
用部分毒化的（降低了活性）钯催化剂进行催化氢化，在这种条件下，只能使酰氯还原为醛，而醛不会进一步还原成醇。
②&&三叔丁氧基氢化锂铝还原
LiAl(OBu-t)3只能还原酰氯，而对醛无作用。
10．酰氯与金属有机试剂作用
①与二烃基铜锂试剂作用
R与R’ 可以是烷基或芳基
二烃基铜锂与酰氯反应成酮。不与-NO2, -CN, C=O, -COOR反应。
②与二烃基镉试剂作用
二烃基镉试剂只与酰氯反应，不与酮反应。
第五节不饱和羰基化合物
H2C=C=Ob.p.-56℃
用乙酸或丙酮为条件，直接热解得到乙烯酮。近来利用CO与H2在加热加压条件下，催化合成乙烯酮：
乙烯酮非常不稳定，通常只能获得它的二聚体：二乙烯酮
二乙烯酮与H2O,ROH,NH3反应：
二乙烯酮是CH3COCH2CO-基的等价代替物。乙烯酮可与含活泼氢的H2O,HNH2,ROH,CH3COOH,HCl,RMgX反应。
2.&α，β不饱和醛酮
（1）亲核加成：
①与HCN加成
α，β不饱和酮与HCN反应，主要生成1,4加成产物：
α，β不饱和醛与HCN反应，主要生成1，2加成产物。
②与格氏试剂加成
羰基上的取代基大小对1，2 和 1，4 加成有一定影响。
下列反应中的数据也说明了羰基上取代基大小对1，2和1，4 加成的影响：
③与烃基锂加成
主要发生在1，2加成：
④与二烃基酮锂加成
以1，4 加成为主
（2）电加成
αβ不饱和醛酮与亲电试剂，一般都发生1，4加成
①使羰基还原
②使双键还原
③使羰基，双键同时被还原（催化加氢）
αβ不饱和醛在温和条件下，可氧化为αβ不饱和羧酸
（5）狄尔斯－阿尔德反应（Diels－Alder）反应
醌类是一类特殊的环状不饱和二酮，包括一系列化合物，如：
醌类都有颜色。
许多动植物来源的有色物质属于醌类，如茜类
不少生理活性物质是醌类，如维生素K1，就是萘醌的衍生物。脂肪卤代物的合成_百度文库
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脂肪卤代物的合成
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