第十一章醛和酮

第十二章醛和酮ONHCl氯胺酮（K粉）NMDA受体阻断剂选择性阻断痛觉冲动向丘脑和新皮层的传导兴奋脑干和边缘系统,使病人意识模糊,短暂性记忆缺失,痛觉完全消失,但意识并未完全消失,使意识和感觉分离,称为分离麻醉。兴奋心血管系统：血压、心率升高，输出量增大。肌张力增加主要用于体表小手术,如烧伤清创,切痂,植皮等。右旋体的止痛和安眠作用分别为左旋体的3倍和1.5倍，出现噩梦和幻觉等副作用也更少。醛和酮共有的官能团：羰基。羰基碳原子上至少连有一个氢原子的叫醛：醛基：—CHO或羰基碳原子上同时连有两个烃基的叫酮。RHORR'OAldehydeketonesp2醛、酮的结构和命名（1）醛酮的结构甲醛羰基π电子云示意图偶极矩2.27D偶极矩2.85D碳氧双键中成键原子电负性不同使得π电子偏向电负性更强的氧，该双键为极性不饱和键，使得分子产生极性，易受亲核试剂进攻，发生亲核加成。(1)脂肪族醛酮命名:以含有羰基的最长碳链为主链,支链作为取代基,主链中碳原子的编号从靠近羰基的一端开始(,醛总在端位，酮需要标明羰基位次):可用希腊字母表示羰基邻位的碳原子,其次为、、---醛酮的命名CHOO主要掌握单羰基化合物的命名数碳数不要忘记的时候不要忘记羰基碳CHO4-甲基戊醛-甲基戊醛OBrBr2,4-二溴-3-戊酮,’-二溴-3-戊酮不饱和醛酮从靠近羰基的一端开始给主链编号（官能团优先顺序。）CHO2，3-二甲基-4-戊烯醛O3-甲基-4-己烯-2-酮羰基在环内的脂环酮称为环某酮，在环外则将环作为取代基。O4-甲基环己酮CHO3-甲基环己基甲醛CHO3,3-二甲基-环己基甲醛芳香醛、酮的命名，常将脂链作为主链，芳环为取代基:CHO3-苯基丙烯醛-苯基丙烯醛CHO苯甲醛CHO2-甲基-4-苯基丁醛O1-苯基-2-丁酮比较简单的酮常用羰基两边烃基的名称来命名（小取代基在前:醛酮的物理性质室温下，甲醛为气体（污染、防腐），12个碳原子以下的醛酮为液体，高级醛酮为固体。低级醛有刺鼻的气味，中级醛（C8-C13）则有果香。低级醛酮的沸点比相对分子量相近的醇低。（分子间无氢键），但比同碳数的烃、醚高。醛酮的羰基氧原子能与水分子的氢原子形成氢键，故低级醛、酮在水中有一定的溶解度，如甲醛、乙醛、丙醛与丙酮可与水混溶。（如何判断是否具有氢键给体和受体？）醛酮的化学性质官能团的结构特点决定化合物的性质。羰基是醛酮的反应中心，为极性不饱和键。羰基碳原子电子云密度低，容易接受亲核试剂的进攻，发生亲核加成反应。和羰基相连的碳原子由于受到贫电子的羰基碳的拉电子作用使得与它相连的氢原子变的活泼，在一定程度上容易离去和转化，因此羰基邻位的C-H可以发生转化。醛酮处于还原氧化的中间价态，因此既可被氧化，也可被还原。加成反应烯烃的加成一般为亲电加成;醛酮的加成为亲核加成,易于HCN、NaHSO3、ROH、RMgX等发生亲核加成反应。与氰化氢加成产物是有用的合成中间体，可转化成α-羟基酸等。用无水液体氢氰酸为原料可以得到理想结果，但HCN易挥发，剧毒，限制了使用。在实际合成中多采用现场制备的方法合成。HHO+KCNH2SO4H2ONCCH2OH76%-80%有机玻璃—聚-甲基丙烯酸甲酯的单体的合成H2SO4O+NaCNOHCN71%-78%CH3OH水解、酯化和脱水-甲基丙烯酸甲酯（90%）OHCNH2SO4CH3OH,heatOO反应机理实验现象：丙酮和氢氰酸反应几个小时，只有部分转化；加入催化量的KOH溶液，反应迅速完成；加入大量酸，不反应。说明了碱加速反应，酸抑制反应，揭示了反应启动步骤是氰基负离子的进攻，而不是质子的与羰基的结合（如何得出该结论？）在碱性溶液中反应加速，在酸性溶液中反应变慢CN-离子为强的亲核试剂，它与羰基的加成反应历程：醛酮的相对活性不同结构的醛、酮对HCN反应活性有明显差别。烃基为供电子基团，因此酮羰基中烃基给电子作用强于醛，不利于亲核试剂对羰基的进攻。酮羰基连有两个烃基，位阻较醛大。因此，电子、位阻效应趋向相同，导致醛的活性更高。VSRR'ORHO脂肪醛和芳香醛相比，后者羰基连于芳环，为p-π共轭，比脂肪烃基供电子能力强，故前者反应活性更高，同时，芳基空间位阻也更大，亦对反应不利。脂肪酮和芳香酮类似，但当脂肪酮两边所连烃基位阻过大，则导致反应活性甚至低于芳香酮（见P361)不同脂肪醛，取代基位阻越大，反应活性越低，脂肪酮情况类似。反应活性见课本。芳香醛酮的活性由芳环上所连取代基的电子效应决定，吸电子基团增强亲核加成活性，供电子基团相反（原因？)平衡常数及反应范围由平衡常数看出，醛均可与HCN反应，而酮中只有脂肪族甲基酮和八个碳以下的环酮能与之反应。-羟基磺酸钠易溶于水，不溶于饱和亚硫酸氢钠。将醛酮与过量的饱和亚硫酸氢钠水溶液混合在一起，醛和甲基酮很快会有结晶析出。可以此来鉴别醛酮。与亚硫酸氢钠加成（苯甲醛可以，但苯乙酮不与之反应）醛和脂肪族甲基酮（或八元环以下的环酮）与之反应，生成-羟基磺酸钠（亲核试剂体积较大，对位阻较为敏感）P362。在酸碱下可逆反应，分离提纯RH(CH3)O+NaHSO3RH(CH3)OHSO3Na可逆反应，常被用来分离和提纯某些羰基化合物-羟基磺酸钠与等摩尔的NaCN作用，则磺酸基可被氰基取代，生成-羟基腈，避免用有毒的氰化氢，产率也比较高（P363)。反应历程（亚硫酸氢根离子为亲核试剂）•将醛溶液在无水醇中通入HCl气体或其他无水强酸，则在酸的催化下，醛能与一分子醇加成，生成半缩醛。半缩醛不稳定，可以和另一分子醇进一步缩合，生成缩醛：与醇加成（无水酸催化）H3CHOCH3OHH++H3CHOHOCH3CH3OHH++H3CHOCH3OCH3质子化半缩醛在酸催化下，可以失去一分子水，形成一个碳正离子，然后再与另一个醇作用，最后生成稳定的缩醛：半缩醛反应历程：缩醛的反应历程HOOHOOH同时含有羟基和醛基的分子如果二者位置合适，可自发生成环状半缩醛，且稳定。在有机合成中常利用缩醛的生成和水解来保护醛基缩醛对碱和氧化剂都相当稳定。由于在酸催化下生成缩醛的反应是可逆反应，故缩醛可以水解成原来的醛和醇：半缩醛和缩醛的合成为什么需要使用无水氯化氢催化？常用1,2-或1,3-二元醇与生成环状缩醛以保护羰基。酮也能与醇生成半缩酮或缩酮，但反应较为困难。而酮和1,2-或1,3-二元醇比较容易生成环状缩酮：H3CCH3OCH3OHH++H3CCH3OHOCH3CH3OHH+H3CCH3OCH3OCH3+OHOOHOOO+C2H5OHH+C2H5OOC2H5+H2O恒沸液或分水器HOHOdryHClEtOHHEtOOEtH2,NiHEtOOEtaq.HClOOOOHO保护羰基OOOOOHOOO+HOOHOOH+OOLiAlH4OOOHH+H2OOHOH3COBrH3COOHCHOCHOHOOHOHOOH3CO+HOOHH+H+H2OBrH3CBrOOMgdryetherOH3COOHCHO+HOOHH+H+H2OOOH2O2OsO4OOHOOHCHOHOOH+HOOHH+H+H2OOH,H2O2OOOOOHOHOO与水加成水亲核性比醇更弱，只有与甲醛、乙醛等反应生成相应的水合物。水合物比例：甲醛乙醛HHO+H2OHHHOOH三氯乙醛由于氯原子的吸电子诱导效应，导致羰基更加贫电子，容易和水反应生成稳定的白色固体产物。HO+H2OHHOOHClClClClClCl利用其水解得醇反应，使许多卤化物转变为相应的醇与格氏试剂的加成醇（第九章醇的合成）醛酮与格氏试剂加成，后水解成醇(格氏试剂条件、底物特点？）当酮羰基位阻太大时，可使用相应的锂试剂作为亲核试剂使用。炔钠与醛酮反应可得相应的炔醇。O+NaNH3-33oCHO65%-75%与氨的衍生物,例如：羟胺(NH2OH)，肼(NH2NH2)，2,4-二硝基苯肼和氨基脲等反应.与氨的衍生物反应RR'O+YNH2RR'OHNHYRR'NY醛酮与氨衍生物的反应是加成-脱水反应过程氨衍生物对羰基的加成一般可在弱酸催化下进行，其历程和醇对羰基的加成相类似。酸性太强将使氨基质子化，丧失亲核性。RR'(H)O+NH2OHRR'(H)NOHRR'(H)O+NH2NH2RR'(H)NNH2RR'(H)O+NH2NHPhRR'(H)NNHPhRR'(H)O+RR'(H)NNHH2NNHNH2ONH2O肟腙苯腙半卡巴腙（缩胺脲）例1：例2：肟O+NH2OHNOH+H2OO+NH2OHNOH+H2O例4：氨基脲例3：腙脲++H2OCH3CHOH2NHNNO2NO2NHNNO2NO2++H2OCHONHNH2OH2NNNHNH2O掌握：2，4-二硝基-苯肼可用于醛酮的鉴别醛酮与氨衍生物的反应，也常用来对羰基化合物的鉴定和分离：（1）生成物为具有一定熔点的固体，可利用来鉴别醛酮（2,4-二硝基苯肼）（2）它们在稀酸或者稀碱作用下可水解成原来的醛酮，因此可利用来分离、提纯醛酮。氢原子的活泼性涉及羰基α-H的反应醛酮的氢受到羰基的影响（π键与相邻C-Hσ键的超共轭效应），具有相当的活性(复习烯烃氢的活性）。HHHOHHH氧的电负性更强，所以乙醛分子的超共轭效应远强于丙烯，醛酮的氢更为活泼（实验数据：醛酮的氢PKa值强于炔氢）在微量酸或碱的存在下，酮和烯醇相互转变很快达到动态平衡，这种能够相互转变而同时存在的异构体叫互变异构体。（酮-烯醇互变异构）（1）酮-烯醇互变异构负电荷位于α-碳和氧原子上简单的一元醛酮（乙醛、丙酮等）的烯醇式在互变平衡混合物中含量很少（酮式的能量比烯醇式低）：烯醇式含量虽少，由于反应中醛酮在很多情况下以烯醇式参与反应，故互变平衡向右移动至反应完毕。通常情况下酮式结构比烯醇式更稳定，因此有些反应本应得到烯醇，实际上得到稳定的酮式结构。ORH3O+OHHO酮式与烯醇式互变存在的证据：手性酮在酸性或碱性条件下消旋α卤代反应和卤仿反应醛、酮分子中的-H容易被卤素取代，生成-卤代醛、酮。(A)酸催化历程注意：酸催化可停留在一卤代！反应与醛酮、酸浓度成正比（速率决定步骤），与卤素浓度及种类无关。酸催化历程可控制于一卤代：α碳引入卤原子后，其吸电子作用使得醛酮羰基氧原子电子云密度降低，不利于与质子结合，从而缺少了了醛酮在酸性溶液中变成烯醇式的必要条件，更难发生卤代，控制卤素当量即可实现一卤代。自动催化现象（P372）（B）碱催化(不易控制,直至同碳三卤代物,易被碱分解):反应与醛酮、碱浓度成正比（速率决定步骤），与卤素浓度及种类无关。碱催化历程烯醇负离子卤代产物物继续卤化碱催化历程由于碱可夺取质子，快速生成亲核性更强的烯醇负离子，因此速度快，很难控制于一卤代：α碳引入卤原子后，其吸电子作用使得醛酮羰基α氢原子酸性增强，碱性条件下更易离去形成烯醇负离子，且反应速度比未卤代醛酮更快。（3）卤仿反应具有CH3-CO-结构的醛、酮(乙醛和甲基酮)与卤素的碱溶液作用时,反应总是得到同碳三卤代物:O+3NaOXOXXX+3NaOH三卤代物在碱存在下，会进一步发生三卤甲基和羰基碳之间的裂解，得到三卤甲烷和羧酸盐：得到少一个碳的羧酸和卤仿-不对称酮的选择性问题：理论上来说甲基酮的两个α位均可发生卤代，为什么优先在甲基位卤化？（α碳上的氢酸性决定）三卤甲烷俗称卤仿（氯仿、溴仿和碘仿(亮黄色)）。该反应叫卤仿反应，通式：+RO+3NaOXRO+2NaOHONaCHX3注意：用于甲基醛酮的鉴别时，必须使用碘仿反应，因为氯仿、溴仿为无色液体，只有碘仿为亮黄色沉淀。必须要含有甲基的醛酮才能发生卤仿反应，此外，在卤仿反应条件下可以转化成含有甲基醛酮的化合物也可发生该反应，例如α-甲基醇。OHI2ONaOHOHI2HONaOH乙醛、甲基酮、含CH3CHOH—的醇RO总结：能发生碘仿反应的结构ROHNaOX为强的氧化剂，可将此类结构氧化成：CH3-CO-下列化合物哪些能发生碘仿反应？（1）CH3CH2OH（2）CH3CHO（3）异丙醇（4）-苯乙醇（5）CH3-CO-CH2-CH2-COOH答：都可以。注意，乙