如何用药物诱骗少女学习有机化学(12):醇与醛酮的转换
Y9291
2021年10月23日 09:05
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新的学年又开始了,我看论文也看自闭了(bushi

其实这篇已经写了很久了。在介绍完有机化学的基础以及基本的机理之后,我有点不知道怎么写了。可以明显感觉到越往后写信息密度越高,整活成分越少(因为可以整的活已经整完了),内容越零散,以至于这篇我甚至标题都不知道该叫啥。


在第九篇中,我们曾经讲过烯烃到醇的几个反应,分别是反式加成H以及OH的羟汞化,需要三级醇以及硫酸催化的羟基化,以及顺式加成形成1,2二醇的OsO4。当然,在合成中我们不可能只从烯烃获得醇。

我们可以从羰基制备醇。虽然氧化态的定义被改来改去,而有机物的氧化态也定义不明,但可以参考一下图中的氧化态:

排除四氯化碳以及甲烷两个特例,并且把醛和酮合并为同一氧化态之后,我们就得到了一个非常好用的序列:从上往下反应为氧化,从下往上反应为还原。因此,我们还可以通过还原羧酸和醛酮来获得醇。

氢化

首先,最简单的还原剂显然是氢气H2。然而,H2可以还原烯烃以及炔烃,无法做到将羰基还原为醇。因此,我们需要一些更强的还原剂。有机化学中常用的还原剂有两个:NaBH4以及LiAlH4。在之前的羟汞化反应中,我们提到过最后一步使用NaBH4脱掉HgOAC获得一个醇。LiAlH4与NaBH4还原的机理完全一样,区别在于LiAlH4还原性更强。因此,LiAlH4以及NaBH4都可以将醛和酮还原为醇,机理如下:

LiAlH4还原羰基

可以看到,与B配位的氢可以视作进攻羰基的亲核物。值得注意的是,硼氢化钠与四氢铝锂可以还原羰基,不能还原炔烃以及烯烃。在机理中可以看到,羰基O与Al配位,因此没有电负性原子的烯与炔并不能与以上两种还原剂反应。

当然,以上两种反应只能单纯将羰基变为纯,而接下来,我们来康康有机化学最著名的反应之一,也是1912年的诺贝尔奖:格式试剂(Grignard Reagent)它可以让我们将羰基还原为醇的同时加上几乎任意一种碳氢化合物(烷烯炔芳环等)

首先是格式试剂的合成:卤代与金属镁在干燥的溶剂中(几乎永远都是乙醚)反应形成R-MgX

就是右边这玩意

上面这个反应的机理并不重要。For completeness(是不是听起来很像教授)我把图放在下面:

R=Ph

作为卤素,Br或者I显然电负性高于C,因此在之前介绍的大部分反应中碳都会形成碳正离子或者带有δ+。但是,当在C-Br之间加入Mg之后,由于Mg的电负性小于C,因此我们获得了一个带有δ-的C。带有负电的碳作为硬亲核试剂可以进攻羰基(Carbonyl),机理如下:

格氏试剂与醛

其中中间体的结构大概之后在这里出现一次(。在之后的机理中我很可能省略掉羰基O与MgBr的配位,甚至可能直接写一个R-进攻羰基C。氯化铵可以用任意稀酸的水溶液代替,目的为水解掉O-Mg键。

格氏试剂与酯

同理,拥有OR离去基团的酯可以和2 eq. (两份。eq为equivalent的缩写)的格氏试剂反应形成三级醇。

格氏试剂最大的缺在于碳负离子的碱性。底物或者溶液中的OH,NH,COOH,甚至痕量的水都会导致以下反应吞掉格氏试剂。

格氏试剂与酸性H+反应

这就是为什么制备格氏试剂的溶剂一般用无水乙醚,所有玻璃器皿也需要经过烘干处理。

*我大一的时候一不小心用了95%的乙醚然后煮了半个小时反应都没开始,最后换了一锅((((


说完羰基的还原,就不得不说醇的氧化。可想而知,二级醇可以被氧化为酮,一级醇可以被氧化为醛。然而,氧化与还原不同,因为一级醇被氧化为醛之后可能被进一步氧化为羧酸。以下有几种不同的方法:

  1. 铬酸溶液稀K2Cr2O7 +稀H2SO4的混合溶液一级醇氧化为醛+羧酸的混合将二级醇氧化为酮

  2. PCC(Pyridinium ChloroChromate) 吡啶(Pyridine),盐酸,CrO3的混合溶液一级醇氧化为醛+小部分羧酸的混合 (大概8:2左右)将二级醇氧化为酮

  3. 琼斯氧化(Jones Oxidation)CrO3 +稀H2SO4的混合溶液一级醇氧化为羧酸将二级醇氧化为酮

可以看到,以上三种方法皆使用六价铬进行氧化,并且原理都是Cr(VI)氧化醇,自己被还原为Cr(IV),之后歧化(disproportionation)为Cr(III)以及Cr(VI).

*歧化定义为反应中某个物质同时被氧化和还原,形成两种产物

六价铬氧化机理如下:

机理

这也是个之后再也不会见到也没啥用的机理,看看就好(

羰基化合物最重要的反应除了亲核物进攻羰基C便是由碱脱掉alpha位置的氢,并由烯醇-酮互变形成的烯醇负离子的碳负离子化学,以及衔接的alpha,beta不饱和酮的化学。然而, 由于这些反应太多太多,我也不知道从哪开始说起,因此接下来几篇我们会先放一放羰基的反应,转而讲解一下基本的芳环反应。

题:

请依次画出苯,苯胺,以及苯甲酸的所有共振式

祝您

身体健康

再见