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一、 有机化合物的命名
命名是学习有机化学的“语言”,因此,要求学习者必须掌握。有机合物的命名包括俗名、习惯命名、系统命名等方法,要求能对常见有机化合物写出正确的名称或根据名称写出结构式或构型式。
1、 俗名及缩写 水杨酸、氯仿、甘油、甘油醛(DL型)、甘油酸(DL型)、草酸、葡萄糖、DMF、THF、乳酸(DL)、尿素、糠醛等。
2、习惯命名法 要求掌握“正、异、新”、“伯、仲、叔、季”等字头的含义及用法,
掌握常见烃基的结构,如:烯丙基、丙烯基、正丙基、异丙基、异丁基、叔丁基、苄基等。
3、系统命名法 系统命名法是有机化合物命名的重点,必须熟练掌握各类化合物的命名原则。其中烃类的命名是基础,几何异构体、光学异构体和多官能团化合物的命名是难点,应引起重视。要牢记命名中所遵循的“次序规则”。
几何异构体的命名 立体结构的表示方法:
1)伞形式: 2)锯架式:
3) 纽曼投影式: 4)菲舍尔投影式:
5)构象(conformation)
(1) 乙烷构象:最稳定构象是交叉式,最不稳定构象是重叠式。
(2) 正丁烷构象:最稳定构象是对位交叉式,最不稳定构象是全重叠式。
(3) 环己烷构象:最稳定构象是椅式构象。一取代环己烷最稳定构象是e取代的椅 式构象。多取代环己烷最稳定构象是e取代最多或大基团处于e键上的椅式构象。
立体结构的标记方法
1. Z/E标记法:在表示烯烃的构型时,如果在次序规则中两个优先的基团在同一侧,为Z构型,在相反侧,为E构型。
2、 顺/反标记法:在标记烯烃和脂环烃的构型时,如果两个相同的基团在同一侧,则为顺式;在相反侧,则为反式。
3、 R/S标记法:在标记手性分子时,先把与手性碳相连的四个基团按次序规则排序。然后将最不优先的基团放在远离观察者,再以次观察其它三个基团,如果优先顺序是顺时针,则为R构型,如果是逆时针,则为S构型。
注:将伞状透视式与菲舍尔投影式互换的方法是:先按要求书写其透视式或投影式,然后分别标出其R/S构型,如果两者构型相同,则为同一化合物,否则为其对映体。
化合物的手性:
(1)没有对称因素的分子即为手性分子,常见的对称因素为对称面、对称中心等。
(2)手性碳的存在常使分子具有手性,但如果分子对称即便有手性碳,也不是手性分子可能为内消旋体。
(3)构成分子手性的特殊结构还有:
(a≠a’,b≠b’) , , (a≠a’,b≠b’)
系统命名规则:
(1) 双官能团化合物的命名 双官能团和多官能团化合物的命名关键是确定
母体。常见的有以下几种情况:
① 当卤素和硝基与其它官能团并存时,把卤素和硝基作为取代基,其它官能团为母体。
② 当双键与羟基、羰基、羧基并存时,不以烯烃为母体,而是以醇、醛、酮、羧酸为母体。
③ 当羟基与羰基并存时,以醛、酮为母体。
④ 当羰基与羧基并存时,以羧酸为母体。
⑤ 当双键与三键并存时,应选择既含有双键又含有三键的最长碳链为主链,编号时给双键或三键以尽可能低的数字,如果双键与三键的位次数相同,则应给双键以最低编号。
4.杂环化合物的命名 由于大部分杂环母核是由外文名称音译而来,所以,一般采用音译法。要注意取代基的编号,熟悉常见五元和六元杂环的结构和名称(呋喃、噻吩、吡咯、吡啶、吲哚、喹啉等)
诱导效应:由于分子中原子的电负性不同而产生的一种极化效应,沿σ键由近而远传递,距离越远影响越小。它包括吸电子诱导效应和给电子诱导效应。
共轭效应:在共轭体系中由于电子的离域而产生的效应,沿共轭体系以极性交替的方式传递,不随碳链的增长而减弱。它包括吸电子共轭效应和给电子共轭效应。共轭效应的形式有π-π共轭(如共轭烯烃、苯环)和p-π共轭(如烯丙基碳正离子)。其他弱共轭效应有σ-P超共轭(如3o对自由基或者碳正离子的稳定), σ-π超共轭等。
要求掌握诱导效应和共轭效应产生的原因及特点,能用电子效应解释碳正离子、碳负离子和游离基的稳定性,取代基对羧酸、酚酸性的影响及对胺碱性的影响;解释不对称烯烃进行亲电加成时所遵循的马氏规则、卤代烃和醇进行消除时所遵循的查依采夫规则、不同结构的卤代烃进行亲核取代反应的活性、羰基化合物进行亲核加成反应的活性等。
三、有机化合物的基本反应
1、加成反应:根据反应历程不同分为亲电加成、亲核加成和游离基加成。
(1) 亲电加成:由亲电试剂的进攻而进行的加成反应。要求掌握不对称烯烃进行
亲电加成反应时所遵循的马氏规则,即试剂中带正电核的部分加到含氢较多的双键碳原子上,而负性部分加到含氢较少的双键碳原子上。烯烃加卤素、卤化氢、硫酸、次卤酸、水,炔烃加卤素、卤化氢、水以及共轭双烯的1,2和1,4加成都是亲电加成反应。烯烃进行亲电加成反应时,双键上电子云密度越大,反应越容易进行。
(2)亲核加成:由亲核试剂进攻而进行的加成反应。要掌握亲核试剂的概念、亲核加成反应的历程(简单加成及加成─消除)、不同结构的羰基化合物进行亲核加成反应的活性顺序及影响反应活性的因素。羰基化合物与氰氢酸、亚硫酸氢钠、醇、格氏试剂、氨及氨衍生物的加成都是亲核加成反应。 羰基化合物进行亲核加成反应的活性顺序为:
HCHO>CH3CHO>RCHO>C6H5CHO>CH3COCH3>RCOCH3>C6H5COCH3>C6H5COC6H5
(3)自由基加成:由自由基引发而进行的加成反应。烯烃在过氧化物存在下与溴化氢进行的加成是自由基加成。不对称烯烃与溴化氢进行自由基加成时得到反马氏规则的产物,即氢加到含氢较少的双键碳原子上。
加成反应除上述三种类型之外,还有不饱和烃的催化氢化,共轭二烯的双烯合成等。
2、消除反应 从一个化合物分子中脱去较小分子(如H2O、HX、NH3) 而形成 双键或三键的反应叫消除反应。卤代烃脱卤化氢和醇脱水是重要的消除反应。
(1)、卤代烃脱卤化氢:卤代烃的消除反应是在强碱性条件下进行。不同结构的卤代烃进行消除反应的活性顺序为:三级>二级>一级。要掌握卤代烃进行消除反应时所遵循的查依采夫规则,当卤代烃中不只含有一个β碳时,消除时脱去含氢少的β碳上的氢原子。要注意,卤代烃的消除和水解是竞争反应。
(2)、醇的消除:醇的消除反应在强酸性条件下进行,消除方向也遵循查依采夫规则。要掌握不同结构的醇进行消除反应的活性顺序:叔醇>仲醇>伯醇。
3、取代反应 根据反应历程的不同可分为亲电取代、亲核取代、游离基取代。
⑴、亲电取代:由于亲电试剂的进攻而引发的取代反应称亲电取代反应。苯环上的卤化、硝化、磺化、付氏烷基化和酰基化以及重氮盐的偶合反应等,都是亲电取代反应,萘环和芳香杂环上也能发生亲电取代反应。要注意苯环上有致钝基团时不能进行付氏反应,苯环上进行烷基化时会发生异构化现象。掌握萘环上进行亲电取代反应的规律,第一个取代基主要进入α位,第二个取代基是进入同环还是异环由原取代基的定位效应决定。掌握五元、六元芳香杂环化合物的亲电取代反应以及它们与苯环比较进行亲电取代反应活性的差异,呋喃、噻吩、吡咯进行亲电取代反应的活性比苯大,而吡啶比苯小。
⑵、亲核取代 由亲核试剂的进攻而引起的取代反应称亲核取代反应。卤代烃的水解、醇解、氰解、氨解,醇与氢卤酸的反应,醚键的断裂,羧酸衍生物的水解、醇解、氨解等都是亲核取代反应。卤代烃的亲核取代反应可按两种历程进行,单分子历程(SN1)和双分子历程(SN2),一级卤代烃易按SN2历程反应,三级卤代烃一般按SN1历程反应,二级卤代烃则两者兼而有之。要在理解反应历程的基础上掌握不同卤代烃进行亲核取代反应的活性。要注意,在碱性条件下卤代烃的取代和消除是互相竞争的反应,三级卤代烃容易发生消除,一级卤代烃易发生取代,强极性溶剂(如水)有利于取代,而弱极性溶剂(如醇)和强碱(如醇钠)有利于消除,高温有利于消除。
⑶、自由基取代由自由基的引发而进行的取代称自由基取代。烷烃的卤代,烯烃和烷基苯的α卤代是自由基取代反应。反应条件是高温、光照或过氧化物存在。自由基的稳定性和中心碳原子上所连的烷基数目有关,烷基越多,稳定性越大。自由基的稳定次序为:
三级>二级>一级>·CH3
4、氧化还原反应 包括氧化反应和还原反应两种类型。
⑴ 氧化反应 烯、炔、芳烃侧链以及醇、酚、醛、酮等都易发生氧化反应要掌握几种常用的氧化剂,如高锰酸钾、重铬酸钾的硫酸溶液、氧气(空气)、臭氧以及托伦试剂、斐林试剂、次卤酸钠等。掌握氧化反应在实际中的应用,如臭氧氧化可用来推测烯烃的结构,托伦试剂和斐林试剂的氧化可用来鉴别醛和酮等。
⑵ 还原反应 不饱和烃的催化氢化、醛、酮、羧酸及酯还原为醇,硝基苯还原为苯胺等都是还原反应。要掌握几种常用的还原剂,如H2/Ni、 Na+C2H5OH、Fe+HCl、NaBH4、、 、LiAlH4、异丙醇/异丙醇铝等,注意后面三种是提供负氢离子的还原剂,只对羰基选择加氢,与双键、三键不发生作用。还要掌握羰基还原为亚甲基的两种方法,注意,进行克莱门森还原时反应物分子中不能存在对酸敏感的基团,如醇羟基、双键等,用黄鸣龙还原法时,反应物分子中不能带有对碱敏感的基团,如卤素等。
5、缩合反应 主要包括羟醛缩合和酯缩合。
(1)羟醛缩合 含有α氢的醛在稀碱条件下生成β—羟基醛,此化合物不稳定
受热容易脱水,生成α、β不饱和醛。因此,此反应常用来增长碳链制备α、β不饱和醛。要求掌握羟醛缩合的反应条件。
(2)克莱森酯缩合 含有α氢的酯在强碱条件下发生克莱森酯缩合,两分子酯之间脱去一分子醇生成β酮酸酯。要掌握反应条件及在实际中的应用,有机合成中广泛应用的乙酰乙酸乙酯就是通过此反应制备的。
除了上述五种类型的反应之外,还要求掌握重氮化反应、芳香重氮盐的取代反应、脱羧反应等,注意反应条件、产物及其在实际中的应用。
四、有机化合物的鉴别
烯烃、二烯、炔烃及三、四元的脂环烃:溴的四氯化碳溶液,溴腿色
含有炔氢的炔烃:硝酸银或氯化亚铜的氨溶液,生成炔化银白色沉淀或炔化亚铜红色沉淀。
卤代烃:硝酸银的醇溶液,生成卤化银沉淀;不同结构的卤代烃生成沉淀的速度不同,叔卤代烃和烯丙式卤代烃最快,仲卤代烃次之,伯卤代烃需加热才出现沉淀。
醇:与金属钠反应放出氢气(鉴别6个碳原子以下的醇);用卢卡斯试剂鉴别伯、仲、叔醇,叔醇立刻变浑浊,仲醇放置后变浑浊,伯醇放置后也无变化。
酚或烯醇类化合物:用三氯化铁溶液产生颜色。苯酚与溴水生成三溴苯酚白色沉淀。 (苯胺有类似反应)
羰基化合物:2,4-二硝基苯肼,产生黄色或橙红色沉淀;区别醛与酮用托伦试剂 (AgNO3 +NH3水),醛能生成银镜,而酮不能;区别芳香醛与脂肪醛或酮与脂肪醛,用斐林试剂(CuSO4 + NaOH +酒石酸钠),脂肪醛生成砖红色沉淀,而酮和芳香醛不能;鉴别甲基酮和具有CH3—CHOH—结构的醇用碘的氢氧化钠溶液(碘仿反应),乙醛也可以发生碘仿反应,其他的醛不行。
甲酸:用托伦试剂,甲酸能生成银镜,而其他酸不能。
胺:区别伯、仲、叔胺有两仲方法
1. 用苯磺酰氯或对甲苯磺酰氯,在NaOH溶液中反应,伯胺生成的产物溶于NaOH;仲胺生成的产物不溶于NaOH溶液;叔胺不发生反应。
2. 用NaNO2+HCl:
脂肪胺:伯胺放出氮气,仲胺生成黄色油状物,叔胺不反应。
芳香胺:伯胺生成重氮盐,仲胺生成黄色油状物,叔胺生成绿色固体。
糖:葡萄糖与果糖:用溴水,葡萄糖能使溴水腿色,而果糖不能。
麦芽糖与蔗糖:用托伦试剂或斐林试剂,麦芽糖可生成银镜或砖红色沉淀,而蔗糖不能。
氨基酸的鉴别:茚三酮——蓝紫色
蛋白质的鉴别:茚三酮、双缩脲
淀粉:I2 蓝色
烷烃、环烷烃和构象
由碳和氢两种元素所组成,通式为CnH2n+2 的一类化合物称为烷烃,环烷烃的通式 与烯烃相同(CnH2n )。烷烃、环烷烃分子中只存在单键,因此被称为是“饱和烃”。
由于分子中碳原子的联结顺序和方式不同,烷烃存在同分异构现象。
卤代反应是自由基反应是包括链引发、链传递和链终结的连锁反应。以甲烷的氯代为例:
卤素的反应活性是 F2 > Cl2>Br2 ;碘不发生反应。
烯烃
烯烃是含有碳碳双键的不饱和烃,其通式是CnH2n。由于双键不能象单键一样自由旋转,
所以烯烃可以产生几何异构现象。
(E)-2-氯-2-丁烯
顺-2-氯-2-丁烯
(Z)-2-氯-2-丁烯
反-2-氯-2-丁烯
烯烃的结构特征是碳碳双键。烯烃的典型反应是亲电加成,可表示为:
双键的反应活性来自于较弱的p键。
烯烃对亲电试剂的进攻是敏感的。如果烯烃和试剂都是不对称的,反应通过最稳定的正碳离子。(马尔柯夫尼可夫规则:在酸和碳碳双键的离子型加成中,H+加到含氢较多的碳上)象烯烃跟HX, H2SO4, H2O+H+等试剂的反应。
烯烃跟X2,X2+H2O等试剂的反应则经过卤瓮离子:
硼氢化-氧化反应的最终结果,相当于烯烃加水,但它可以用来制备通过烯烃水合难以得到的一级醇。
如果有过氧化物存在,HBr跟双键的加成是反马规则的。
烯烃在催化氢化时发生顺式加成:
烯烃的稳定性一般遵循着如下顺序:
四取代>三取代>二取代>一取代
反式>顺式
在不同条件下,烯烃可以被氧化成邻二醇,环氧化物,酮,醛或羧酸。
(可用于推断结构)
烯烃的α-氢在高温或光照条件下可以发生a-卤代反应。
N-溴代丁二亚胺(NBS)是烯丙式氢的选择溴化试剂:
炔烃和二烯烃
炔烃是含有碳碳叁键的不饱和烃,其通式为CnH2n-2。含有同数碳原子的炔烃和二烯烃是同分异构体,但是,它们在性质及结构上是不相同的。
跟烯烃一样,炔烃可以发生亲电加成反应(反应活性:炔烃<烯烃)。
(库切洛夫反应)
炔烃可以被还原成烷烃,在适当条件下,炔烃可以发生立体选择性的还原反应。
(反应活性:炔烃>烯烃)
(Lindlar 催化剂,顺式)
炔烃经臭氧或高锰酸钾氧化,叁键断裂生成羧酸:
炔烃也可以跟亲核试剂发生加成反应(亲核加成):
跟烯烃不同,随着碳的杂化轨道中s成分的增加,炔氢呈现出一定的酸性。
(白色沉淀)
(砖红色沉淀)
共轭二烯烃能发生1,2-加成或1,4-加成。
共轭二烯烃也能发生Diels-Alder反应。
第四章 脂肪烃
脂肪烃是碳干为环状而性质和开链烃相似的烃类。
由于环的存在限制了碳碳单键的自由旋转,脂肪烃中存在几何异构现象。
(反-1,2-二甲基环丙烷)
(顺-1,2-二甲基环丙烷)
脂肪烃的化学性质基本上就是开链烷烃和开链烯烃的化学性质。
(1-甲基环戊烯) (1-碘-1-甲基环戊烯)
(3,5-二甲基环戊烯) (一个二醛类化合物)
小环化合物由于弯曲键的形成,不仅使杂化轨道间电子云重叠程度减少,而且使电子云分布在连接两个碳原子的直线的外侧,提供了被亲电试剂进攻的位置。从而使其具有一定烯烃的性质,可以发生开环加成反应。
对于环己烷,最安定的构象是椅式构象。
在环己烷一元取代衍生物中,取代基处于e键较为稳定。
环己烷多元取代物最稳定的构象是e-取代最多的构象。
环上有不同取代基时,大的取代基在e键的构象稳定。
除了环丙烷外,为了减少不利的角张力和原子或取代基之间的推斥作用,环状化合物一般采用折曲构象。
芳香烃
芳香族化合物实质上是一类由于p电子离域而取得稳定化的化合物。
休克尔规则:一个化合物为了取得芳香性,必须是环状的并且是共平面的,每个环原子必须有一个p轨道跟环平面垂直,而环上含有的p电子数应当符合4n+2。
苯和其他芳香族化合物的典型反应是亲电取代反应:
在单取代苯C6H5G中通过亲电取代反应引入第二个取代基时,G的性质决定着E进入的位向和难易。G可分为如下两类:
第一类 邻、对位定位基。例如
— O-,—N(CH3)2,—NH2,—OH,—OCH3,—NHCOCH3,—CH3,—OCOCH3,—Cl,—Br,—I,—C6H5等。这类基团使苯环活化(卤素除外),并且使 E进入G 的邻位和对位。
第二类 间位定位基。例如:
—+N(CH3)3,—NO2,—CN,—SO3H,—CHO,—COCH3,—COOH,—COOCH3,—CONH2等。
这类基团使苯环钝化,并使E进入G的间位。
烷基苯的苄式位置对许多化学试剂是活泼的:
(用NBS,X=Br)
萘是最普通的稠环芳香族化合物。与苯相比,它的碳碳键含有较多的双键特性。萘可以被氧化成醌或部分氢化还原:
萘发生亲电取代反应在α-位,对于一取代萘,如果第一个取代基是推电子的,第二个取代基则进入同环的α-位,如果第一个取代基是吸电子的,则第二个取代基进入另环的α-位:
卤代烃
通常用RX代表卤代烃,用ArX代表卤代芳烃,式中R代表芳基,X为F,Cl, Br和I。
卤代芳烃又称芳基卤,是指卤原子直接和芳环碳相连的化合物。卤代芳烃可以通过芳香族亲电取代反应来制备。
X=Cl,Br
氟代或碘代芳烃可以通过重氮盐而制得。
卤代芳烃和乙烯式卤代烃相似,不能用可使一般卤代烷发生反应的条件来使之发生亲核取代反应。但是当邻,对位有吸电子基如—NO2或—CN 时,卤代芳烃就易于发生亲核取代反应。
卤代芳烃可以生成Grignard试剂,但常需较高的反应温度(必须时用四氢呋喃作溶剂)。
卤代烃可以用下述方法制备:
1.烃的卤代。
2.从醇制备。
3.不饱和烃和HX或X2的加成。
4.卤化物的互换。
卤代烃的主要化学性质总结如下:
1.亲核取代(RX与R’NH2,CN-,OH-,RO-,R’MgX,R’Li等反应)
2.消除反应(叔醇倾向于发生)。
3.还原。
卤代烷烃含有好的离去基(X-)并且容易被亲核试剂Nu-进攻,反应是通过Sn1,Sn2,E1和E2四种可能途径中的一种或一种以上的途径发生的。
一个Sn1或E1反应是通过正碳离子中间体进行的:
一个正碳离子中间体往往导致产物是混合物:取代产物,消除产物和常常伴随着的重排产物。如果中间体正碳离子通过H,Ar或R的1,2-迁移能够形成更稳定的正碳离子,则产生重排产物。如果RX是手性的,在Sn1反应中则发生外消旋化。
Sn1或E1反应是一级反应:反应速率只决定于RX的浓度,速率控制步骤是R+ 的形成。R+的稳定性决定该步骤中过度态的能量,这是因为过度态具有正碳离子的特性。正碳离子的稳定性是3°>2°>1°>CH3+,因此RX发生Sn1或E1反应的倾向是3°>2°>1°>CH3+。烯丙基和苄基卤代物容易发生Sn1反应,由于形成的正碳离子中间体通过共轭而取得稳定化。
在E1反应中,第二步(R+→烯)过度态的能量决定烯烃产物。较多取代的烯烃形成速率较快并且是占优势的产物(查衣采夫规则);如果生成的烯烃可能有几何异构体,反式烯烃是占优势的产物。
Sn2反应是导致产物构型发生翻转的一步反应。如果RX是手性的,这种翻转可以被观察到。E2反应也是一步反应,它是通过H+和X-的反式消除而发生的:
无论是Sn2还是E2反应都是二级反应:反应速率决定于RX和Nu-的速率,因为二者都包含在过度态中,由于立体阻碍的原因,在Sn2反应中RX的活性顺序是
CH3+>1°>2°>3°
因为在E2反应中过度态具有双键特性,卤代烃的活性顺序是3°>2°>1°,这跟E1反应中的活性顺序相同。最多取代的烯烃通常是占优势的产物(霍夫曼规则)。
醇 酚 醚
醇,酚,醚都是烃的含氧衍生物。醇和酚是烃的羟基衍生物,而醚通常是有醇或酚制得的。酚与醇在结构上的区别就在于它所含的羟基直接与芳环相联。
醇分子间能形成氢键,醇也能跟水形成氢键。
醇通常以下法制备:
1.烯烃加水。
2.烯烃经羟汞化—脱汞反应(与直接水合产物一致)。
3.烯烃经硼氢化—氧化反应(制备伯醇的方法)。
4.Grignard反应。
一级醇:
二级醇:
三级醇:
5.羰基化合物的还原。
6.卤代烷的水解。
醚可以通过一级卤代烷跟醇钠或酚钠的反应来制备(Williamson合成法——制备混合醚)。
醇跟氢卤酸发生取代反应(1°ROH,SN2; 2° ROH和3°ROH,SN1)。在硫酸或其他强酸存在下,醇能发生消除反应,这时醇的反应活性顺序是3°>2° >1°。当醚跟HBr 或HI 共热时可发生取代反应。
醇可以跟有机酸或无机酸反应生成酯。
一级醇可以被氧化成羧酸(或醛),而二级醇被氧化成酮,三级醇在碱性条件下是抗氧化的。
环氧化物比其他醚更活泼,在酸性和碱性溶液中可以跟亲核试剂发生开环反应。
(无论酸性还是碱性开环都得到反式产物)
醇的酸性比水还弱,与醇显著不同,酚是具有相当酸性的化合物,它可以溶于氢氧化钠水溶液而变成它的盐。
酚的最突出的化学性质是它的环对亲电取代反应有极高的反应活性:
1.卤代。
白色,可用于酚的鉴别
2.硝化。
3.磺化。
4.酰基化反应,Fries重排(不做要求):
5.跟甲醛反应。
醚的主要反应是在HI作用下的醚键断裂:(注意机理,SN1 OR SN2)
醛 和 酮
醛和酮两者都含有羰基(),所以总称为羰基化合物。醛的通式为RCHO,酮的通式为,R和R'可以是脂肪族或芳香族基团。
醛和酮可以用多种方法制备。
醛的制法
1.伯醇氧化。
(不断蒸出)
常用的氧化剂还有:CrO3,PCC等
2.烯烃的臭氧分解。
酮的制法
1.仲醇氧化。
常用的氧化剂还有:CrO3,PCC等
2.Frieder—Crafts反应。
3.炔烃水合。
4.RMgX和腈反应。
5.片呐醇重排。
由于电子效应和立体阻碍的原因,酮的亲核加成活性小于醛。
醛和酮的典型反应是亲核试剂跟羰基的简单加成。
1.
(氰醇)
2.
(羟基磺酸纳)
以上反应只适用于醛,脂肪族甲基酮和八个碳以下的环酮。
3.
(水合物)
4.
(半缩醛) (缩醛,合成中用于保护羰基)
5.
(醇)
醛,酮和氨的衍生物的反应为加成—消除历程。
(其中G为—OH,—NHC6H5,—NHCONH2或—Ar等)
在醛和酮中,由于失去α-氢后的负碳离子中,碳上的负电荷可以离域到不饱和基团,所以是碳负离子取得稳定化。
(碳负离子) (烯醇负离子)
或
负碳离子是很强的亲核试剂,可以跟羰基化合物发生亲核加成反应。
1.羟醛缩合。
2.交叉羟醛缩合。
醛酮分子中的α-氢原子容易被卤化。
醛和酮可以发生氧化或还原反应。但酮的氧化需要断裂碳碳键,这只有在激烈的条件下才能发生。而较弱的氧化剂如吐伦试剂就可以把醛氧化成羧酸,据此可以区别醛和酮。无α-氢的醛在浓碱的作用西发生歧化反应,即Cannizzaro反应。
1.氧化反应。
2.还原反应。
3.歧化反应(康尼查罗反应,无α-H的醛,或者甲醛)。
当双键跟共轭时,可以发生1,2-或1,4-加成。
羧酸
羧酸是含有羧基的有机化合物,其通式为 RCOOH,其中R可以是烷基或芳基。
羧酸通过氢键可以形成二聚体,这一结构特征直接影响它的物理性质和光谱性质。
羧酸可以下述方法合成:
1.腈的水解。
2.一级醇,醛,酮,烯或烷基苯的氧化。
3.Grignard试剂跟CO2的反应。
[例]
酸性比较:
羧酸可以跟醇发生酯化反应。
羧酸不容易被氧化,常规催化氢化条件下不被还原,可用氢化锂铝还原,得到一级醇。
当二元酸在加热时,如果能生成五,六元环的话,则可生成环状酸酐或环酮。
β-酮酸或β-二元酸在受热时易发生脱羧反应。
羧酸衍生物
羧酸衍生物是在发生水解反应时产生羧酸的一类衍生物。
羧酸衍生物通常可以通过羧酸本身或者其他更活泼的衍生物来制备。
酰氯:
酸酐:
酯:
酰胺:
羧酸衍生物所起的典型反应是加成-消除反应。其反应机理是类似的,可以通式表示如下:
L=X, OCOR, OR, NH2
Nu-=OH-, -OCOR, OR-, :NH3
其区别在于反应活性不同:
酰氯可以跟芳香族化合物发生付氏酰基化反应并且跟镉试剂发生反应而生成酮。
酯跟Grignard试剂反应产生三级醇。
所有衍生物可以通过催化氢化或者用氢化锂铝还原,通过Rosenmund反应可以将酰氯的还原停留在醛的阶段。
含氮化合物
本章所要讨论的含氮化合物主要是胺类,胺是氮的烃基衍生物,氨分子中一个,两个或三个氨原子被烷基取代生成的化合物,分别称为伯胺,仲胺和叔胺.相当与NH4+中的两个氢原子都被烷基取代所得的离子称为季铵离子.
胺可以通过多种方法制备。
一级胺:
(Hoffmman 降解)
二级胺和三级胺:
胺的氮原子上具有一对未共享电子,这是胺类整个化学性质的基础.胺的碱性,胺作为亲核试剂的作用,以及接有氨基或取代氨基的芳香环的异常高的反应活性都与此直接有关。
胺跟酸反应形成胺盐。
胺的碱性强弱与其结构有关:
1.受氮原子杂化状态的影响。
2.推电子基使碱性增强。
3.拉电子基使碱性减弱。
4.共轭使碱性减弱。
胺和酰氯反应生成取代酰胺,这是胺充当亲核试剂的例子。
当一级胺用冷的亚硝酸处理时,生成重氮盐.烷基重氮盐是不稳定的,芳基重氮盐可以用来制备多种取代芳香族化合物。
苯胺的硝化和磺化,须先用乙酰基保护,最后脱去。
杂环化合物
亲电反应活性均比苯环高(如:F-C,硝化,磺化),2-位取代
均可发生D-A反应,如:
糠醛的反应:
:亲电反应活性比苯环低, N可视为-NO2,亲电反应在3-位
吡啶的碱性为何强于吡咯?
他们的命名,取代基的编号
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