羰基的性质

物理特性:强红外吸收。

化学性质:由于氧的强吸电子性，在碳原子上容易发生亲核加成反应。其他常见的化学反应包括亲核还原反应和羟醛缩合反应。

反应:α-氢的反应

(1)羟醛缩合

在稀碱或稀酸的作用下，两分子醛或酮可以相互作用，其中一个醛(或酮)分子中的α-氢加成到另一个醛(或酮)分子的羰基氧原子上，其余的加成到羰基碳原子上，生成一分子β-羟基醛或一分子β-羟基酮。这个反应叫做羟醛缩合或羟醛缩合。通过羟醛缩合，分子中可以形成新的碳碳键，碳链可以生长。

以乙醛为例，羟醛缩合反应的过程如下:

第一步，碱与醚中的α-氢结合形成烯醇阴离子或负碳离子；

第二步，这个负离子作为亲核试剂，立即攻击另一个乙醛分子中的羰基碳原子，生成加成反应后的中间体负离子(烷氧基负离子)。

第三，烷氧基阴离子与水反应得到羟基醛和OH。

稀酸也能使醛变成羟基醛，但反应过程不同。在酸催化过程中，首先碳氧双键的极化被质子增强，使其变成烯醇形式，然后发生加成反应得到羟基醛。

产物分子中的α-氢原子同时被β-碳上的羰基和羟基活化，因此只需少量的热或酸就能使分子内脱水生成α，β-不饱和醛。

所有在α碳上带有氢原子的β-羟基醛和酮都容易失去一个水分子。这是因为α-氢比较活泼，脱水后的产物有共轭双键，所以比较稳定。

除乙醛外，由其他醛得到的羟醛缩合产物都是α-碳原子上带支链的羟醛或烯醛。醛缩合反应在有机合成中起着重要的作用，可以用来生长碳链，产生支链。

含α-氢的酮在稀碱的作用下也能进行这类缩合反应，但受电子效应和空间效应的影响，反应难以进行。如果用普通方法操作，基本上得不到产品。一般来说，反应需要在特殊条件下进行。例如，丙酮在碱的存在下可以转化为双丙酮醇，但在平衡体系中产率很低。如果产物能在生成后立即与碱催化剂分离，即能从平衡体系中分离出来，最终能有更多的丙酮转化为双丙酮醇，产率可达70% ~ 80%。在碘的催化下，二丙酮醇加热脱水后可生成α，β-不饱和酮。

不同醛和酮分子之间的缩合反应称为交叉羟醛缩合。如果所用的醛酮有α-氢原子，反应后可生成四种产物，实际混合物总是复杂的，没有实用价值。一些没有α-氢原子的醛酮不发生羟醛缩合反应(如HCHO、RCCHO、ArCHO、RCCOCR、ArCOAr、ArCOCR等。)，但它们能与含α-氢原子的醛酮发生交叉羟醛缩合反应，主要是苯甲醛与甲醛的反应。产物种类减少，主要得到缩合产物，收率高。在反应完成后的产物中，必须保留带有α-氢原子的醛基。通过在反应过程中保持过量的甲醛而不含α-氢原子，可以获得单一产物。芳香醛与含α-氢原子的醛酮在碱催化下的羟醛缩合反应，脱水得到高产率的α，β-不饱和醛酮，这类反应称为克莱森-施密特缩合反应。在碱的催化下，苯甲醛也能与含α-氢原子的脂肪酮或芳香酮缩合。此外，一些含有活泼亚甲基的化合物，如丙二酸、丙二酸二甲酯、α-硝基乙酸乙酯等，可以与醛酮发生类似于羟醛缩合的反应。

(2)烃基上的卤化反应

由于羰基的强吸电子作用，醛酮的α-氢原子容易被卤素取代，生成α-卤代醛酮。

这种反应可以被酸或碱催化。当使用酸作为催化剂时，通过控制反应条件(如酸和卤素的量、反应温度等)，产物可以主要是单卤代、二卤代或三卤代。).

决定整个反应速度的步骤是生成烯醇的步骤，即取决于丙酮和酸的浓度，与卤素的浓度无关。

生成的一卤化物继续与卤素反应的速率降低。这是因为卤素原子的电负性很大，降低了一卤化物烯醇双键上的电子云密度，所以很难与卤素进行亲电加成。因此，酸催化的卤化反应常常在一卤化产物处停止。

在碱催化的卤化反应中，决定整个反应速度的步骤是产生负碳离子(烯醇阴离子)的步骤，即反应速度与丙酮和碱的浓度有关，与卤素的浓度无关。

用碱催化时，反应速度很快，一般不可能把反应控制在生成一卤或二卤的阶段。这是因为当一个卤原子引入α-碳原子时，由于卤素是吸电子的，α-氢原子更活泼，更容易形成新的负碳离子，形成的负碳离子更稳定，所以式(1)的反应更快，这也是卤代化合物中碱催化难以控制的原因。

当结构式为CH3-C==O的醛或酮(乙醛和甲基酮)与次卤酸或卤碱溶液反应时，甲基上的三个α-氢原子全部被卤原子取代，生成三卤代衍生物。但由于卤素强烈的吸电子作用，这种三卤代衍生物大大增强了碳的正电性，在碱的存在下，碳碳键断裂分解生成三卤甲烷(俗称卤仿)和羧酸盐。因此，当次卤酸钠的碱性溶液与乙醛或酮反应时，α-甲基的三个氢原子全部被卤原子取代，加热时生成的三卤衍生物的碳碳键断裂，生成卤仿和羧酸盐的反应称为卤仿反应。因为次卤酸钠是一种氧化剂，它能将具有-CHOH-CH3结构的醇氧化成具有-COCH3结构的醛或酮。因此，任何含有-CHOH-CH3结构的醇也可以进行卤素仿反应。

如果用碘酸钠(碘加氢氧化钠)作试剂，形成不溶于水、有特殊气味的黄色结晶碘仿(CHI)的反应称为碘仿反应。

因此，该反应常用于识别具有-coch-CH3结构的醛、酮和醇。中华人民共和国(PRC)药典使用该反应来鉴别甲醇和乙醇。

甲基酮的卤代反应是制备羧酸的一种方法。此外，由于次卤酸盐不干扰双键，一些不饱和甲基酮也可以通过卤仿反应转化为相应的羧酸。

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反应:羰基的亲核加成反应

摘要

羰基中的π键类似于碳碳双键中的π键，容易断裂，所以类似于碳碳双键，羰基也可以通过断裂π键进行加成反应。与碳碳双键不同的是，由于羰基氧原子的电负性大于碳原子，容易流动的π电子被强拉向氧原子，羰基的氧原子富电子，使氧原子部分带负电，羰基的碳原子缺电子，使碳原子部分带正电()。所以羰基是有一定偶极矩的极性基团，偶极矩的方向是从碳到氧，这样羰基就有两个反应中心，出现在碳原子上。一般来说，带部分正电荷的碳原子比带负电荷的氧原子具有更大的化学反应性。因此，与碳碳双键的亲电加成反应不同，最容易发生亲核试剂攻击的碳氧双键的亲核加成反应。通常，亲核试剂(NuA)的亲核部分(Nu)首先攻击羰基碳原子，然后带正电荷的亲电部分(A)被加成到羰基氧原子上。因此，羰基的典型反应是亲核加成反应。

添加氢氰酸(1)

醛和酮与氢氰酸反应生成α-羟基腈(也称为氰醇)。

羰基与氢氰酸的加成反应在有机合成中非常有用，是生长碳链的方法之一。羟基腈是一种活性化合物，很容易转化成其他化合物，因此是一种有机合成中间体。比如α-羟基腈可以水解成α-羟基酸，进一步失水变成α，β-不饱和酸。

丙酮在氢氧化钠水溶液中与氢氰酸反应生成丙酮氰醇，丙酮氰醇在硫酸存在下与甲醇反应，即水解、酯化、脱水，氰基变成甲氧酰基，最后生成甲基丙烯酸甲酯。甲基丙烯酸甲酯聚合生成聚甲基丙烯酸甲酯，即有机玻璃。

醛酮加入氢氰酸虽然可以直接用氢氰酸作为反应试剂，但是挥发性很大，毒性很大，所以操作要特别小心，需要在通风柜中进行。为了避免直接使用氢氰酸，常将醛酮与氰化钾或氰化钠的水溶液混合，然后缓慢加入硫酸制备氰醇，这样可以生成HCN，同时进行反应；或者，醛和酮可以先与亚硫酸氢钠反应，然后与氰化钠反应制备氰醇。

(2)格氏试剂加成

在格氏试剂中，R可视为负碳离子(R)，其作用类似于CN、OH和RO。由于负碳离子的强亲核性，格氏试剂可以与大部分醛酮反应，生成含更多碳原子和新碳架的醇。

格氏试剂与甲醛反应生成伯醇，与其他醛反应生成仲醇，格氏试剂与酮反应生成叔醇。然而，当酮分子中的两个烃基和格氏试剂中的烃基的体积都很大时，格氏试剂对羰基的加成可以由于空间位阻的增加而大大减慢，但相反，副反应变得重要。比如在叔丁基溴化镁中加入空间位阻较大的二异丙基酮，有两个副反应，一个是二异丙基酮醇化得到烯醇的镁化合物。另一个副反应是羰基被还原成仲醇，格氏试剂中的烃基失去氢变成烯烃。在这种情况下，用活性更强的有机锂化合物代替格氏试剂仍可得到加成产物，且产率高，易于分离。有机锂化合物与醛酮的反应类似于格氏试剂的反应。例如，通过与醛和酮反应，分别得到仲醇或叔醇。与格氏试剂不同，有机锂化合物与空间位阻较大的酮的加成产物仍是主要的。因为格氏试剂是一种非常活泼的试剂，所以反应的第一步，即格氏试剂与羰基的加成，必须在绝对无水的条件下进行。一般用干乙醚作溶剂，极少量水的存在会导致反应失败。

(3)添加酒精

在室温下，羰基可以与羟基发生可逆反应，形成半缩醛和半缩酮:

C=O+HOR ==== C(或)(哦)

在路易斯酸的存在下，反应可以进一步发生以形成缩醛和缩酮:

C(OR)(OH)+HOR ====C(OR)2

这个反应可以用来保护羰基。