第14章碳負離子的反應

1、第 14 章碳負離子的反應-二羰基化合物14.1 -h 的酸性和互變異構(gòu)14.1.1 -h 的酸性1、 -h 的酸性在有機化學中，與官能團直接相連的碳原子均稱為-c；-c 上的氫原子均稱為-h。-h 以質(zhì)子形式解離下來的能力，即為-h 的活性或-h 的酸性。因此烴也可叫做氫碳酸 。表 14-1-1 常見化合物-h 的 pka值羧酸衍生物中的-h 的活性一般比醛酮為弱， 但酰氯中由于氯原子與羰基的共軛程度差且吸電子效應強，反而使其-h 的酸性增強。酸性大小：酰氯醛、酮酯酰胺cl：吸電子誘導給電子共軛o：給電子共軛吸電子誘導2、影響-h 的酸性的因素1） -c 所連接的官能團及其官能團的吸電子能力

2、?？偟奈娮幽芰υ綇?，-h 的酸性就越大 ；2）取決于氫解離后生成的碳負離子(carbanion)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。 負離子上電子的離域范圍越大越穩(wěn)定 ；3）分子的 幾何形狀、介質(zhì)的介電常數(shù)、溶劑等都有關(guān)系。3、 -二羰基化合物 -h 的活性分析乙酰乙酸乙酯是一個典型的1，3-二羰基化合物， 由于受兩個羰基的吸電子作用，亞甲基上的 h特別活潑，和堿作用形成穩(wěn)定的負離子。 負離子特別穩(wěn)定是因為負離子可以同時和兩個羰基發(fā)生共軛作用，具有比較廣泛的離域范圍。烯醇負離子其他 1，3-二羰基化合物情況相似，其他的吸電子基團如硝基、氰基等與羰基作用相同在含有氫的碳原子上連有兩個吸電子基團的化合物都含有一個活潑

3、的亞甲基，它們統(tǒng)稱為含活潑亞甲基（氫 ）的化合物 。 -二酮 -羰基酸酯丙二酸酯氰乙酸酯硝基乙酸酯活潑氫化合物的雙重反應性能：碳負離子烯醇負離子氧負離子一般情況下，這些物質(zhì)在反應時可以看作是碳負離子 對其它官能團的 親核加成反應 。14.1.2 酮式和烯醇式的互變異構(gòu)可以看作是活潑h 可以在 -c 和羰基 o 之間來回移動。1、酸堿對互變平衡的影響痕量的酸、堿甚至是玻璃儀器都能促使平衡的快速建立。（1）酸催化過程在酸催異構(gòu)化過程中，酸首先與羰基氧原子作用形成鹽，其共軛堿 水再奪取-h 形成烯醇。（2）堿催化過程碳可以直接和 -h 結(jié)合，同時形成一個碳負離子。通過電子對的轉(zhuǎn)移，碳上的負電荷轉(zhuǎn)移到

4、氧上，形成烯醇負離子。2、化合物的結(jié)構(gòu)對互變平衡的影響通常，單羰基化合物中的 烯醇式 異構(gòu)體 含量很少 。-二羰基結(jié)構(gòu)的化合物，在平衡狀態(tài)下其烯醇式的含量較高。通常以平衡混合物的形式存在。兩個羰基被一個碳原子隔開的化合物；當同一碳原子上連有兩個吸電子基團時，這樣的化合物其酸性則明顯增強。酮式中碳氧 鍵比烯醇式中碳碳 鍵更穩(wěn)定！例：乙酰乙酸乙酯（三乙）酮式92.5% 烯醇式7.5% b.p.=41(267pa) b.p.=33(267pa)這類化合物的烯醇式異構(gòu)體具有較大穩(wěn)定性的原因有二：通過分子內(nèi)氫鍵，形成穩(wěn)定的六元環(huán)狀化合物；羥基氧上的未共用電子對，可以通過p- 共軛發(fā)生離域，使分子內(nèi)能降低

5、。在一些含氮化合物中也常發(fā)生互變異構(gòu)現(xiàn)象：4、異構(gòu)化對化學性質(zhì)的影響（1）與 fecl3的顯色反應（烯醇式含量多的物質(zhì)） ；（2）與溴的四氯化碳溶液加成；（3） -h 氘代（快速確定-h 的個數(shù)） ；（4）構(gòu)型變化。如-c 是手性中心并且手性碳上有氫原子，會發(fā)生外消旋化。如-c 不是手性中心則不會發(fā)生外消旋化。14.1.3 碳負離子形成及其基本原理1、碳負離子的形成及其穩(wěn)定性碳負離子是以一個帶有負電荷的碳為中心原子的中間體，是有機化學反應中常見的活性中間體。如甲基負離子、烯丙基負離子、芐基負離子、三苯甲基負離子等。碳負離子可以通過 金屬有機化合物異裂 而產(chǎn)生。碳氫鍵的碳原子上存在吸電子基 時易

6、形成碳負離子。如：（1）內(nèi)部條件能形成碳負離子的化合物從結(jié)構(gòu)上講，至少含有一個氫的碳原子的鄰位要有一個活化基團，一些帶有雙鍵或叁鍵的吸電子基團c=o、no2、so2、cn、c c 等都是活化基團。活化基團的作用：由于其吸電子作用，使氫碳酸的酸性增加，而容易脫質(zhì)子化；使形成的 c?的負電荷離域而趨于穩(wěn)定?；罨鶊F的強弱順序： -no2-c=o-so2-coor-cn-c ch -c6h5-ch=ch2-r 除了要有一個活化基團外， 分子中的其它基團的 空間效應 和電子效應 對 c的形成和穩(wěn)定性也有影響，其中 空間阻礙 影響最大。（2）外部條件有了一個帶有活化基團的化合物后，還必須加入堿，才能把

7、-h 交換下來，形成碳負離子。選擇強度適合的堿，酸性弱的 -h 要用強堿，反之用較弱的堿。在選擇堿的時候， 還要分清哪些堿是強親質(zhì)子性的（與質(zhì)子結(jié)合的能力），哪些堿是強親核性的（與碳正離子的結(jié)合能力） ，哪些是兩種都有的。這是因為在形成c?的過程中，堿可能進攻碳原子，也可能進攻質(zhì)子氫。一般來說，親核試劑的親核性能大致與其堿性的強弱次序相對應。對具有相同進攻原子的親核試劑， 堿性愈強者，親核性愈強。下面列出常用堿的性能：（1）具有強親質(zhì)子和強親核能力的堿：ho?，ch3o?，c2h5o?，rs?，cn?等；（2）具有強親質(zhì)子弱親核能力的堿：h?，nh2?；（3）具有強親質(zhì)子相當弱親核性的堿：et

8、2n?，c6h5n?，me3si-n?。在形成碳負離子的外部因素中，還應指出的是溶劑的影響。假如溶劑的酸性比氫碳酸強的多的話，就不能產(chǎn)生很多的c?，因為剛形成的堿性很強的c?奪取溶劑的質(zhì)子， 又成為原來的化合物（內(nèi)返作用 ） 。一般應采用極性大但酸性弱的溶劑，即非質(zhì)子溶劑。有以下幾種配合：（1）t-buoh，溶劑用 t-buoh 或 dmso、thf；（2）nanh2，溶劑用液氨或醚、苯、甲苯、1，2-二甲氧基烷苯等；（3）nah、lih ，溶劑為苯、醚、 thf 等；（4）(c6h5)3cna，溶劑為苯基醚、液氨等。為了滿足合成的需要，常常需要形成單一部位的烯醇鹽。因此需要從形成碳負離子時的

9、條件上加以控制：動力學控制 ，形成碳負離子部位碳氫被堿提取質(zhì)子的相對速度。一般在較低溫度下和 體積較大的堿時，易使碳負離子在 位阻較小 部位的碳氫鍵處形成；熱力學控制 ，兩種碳負離子能相互轉(zhuǎn)化并達到平衡，一般在較 高溫度、體積較小 的堿條件下，取代基較多 部位的碳氫鍵易于形成碳負離子如：2、碳負離子的反應c?形成后（雖然是共振穩(wěn)定的）具有很高的能量，可以發(fā)生多種親核加成反應，重要的四類反應用通式表示如下：（1）與含羰基的化合物（2）?；磻?：與羧酸及其衍生物的羰基發(fā)生親核加成接著失去ro?或 z?形成 -酮酯或 -二酮，這是酯縮合型反應，總的結(jié)果是在c?上帶上一個?；＃?）與烷基鹵化物的

10、反應（4）與活潑烯烴的加成反應14.2 縮合反應羥醛縮合見第 11 章醛與酮11.3 -h 的反應14.3 縮合反應 mannich 反應14.3.1 mannich反應甲醛與仲胺在弱酸性介質(zhì)中親核加成，再脫水形成正碳離子與醛（酮）、羧酸、酯、硝基化合物、腈的 -c，以及端炔、 酚的鄰、對位等具有負碳離子性質(zhì)的位置偶聯(lián)，稱為 mannich 反應，又稱胺甲基化反應。1、反應通式2、mannich 反應機理3、mannich 反應舉例弱酸性介質(zhì)的作用 ：使醛與胺親核加成的產(chǎn)物脫水，形成c+；質(zhì)子化羰基使 -c成為負離子。14.3.2 mannich反應在合成上的應用1、合成氨基酮衍生物【例 1】

11、寫出合成路線2、制備， - 不飽和酮【例 2】甲基乙烯基酮的制備通過 mannich 堿產(chǎn)生14.4 縮合反應14.4.1 鹵代反應見第11 章醛與酮11.3 -h 的反應3、鹵仿反應14.4.2 酯的縮合反應1、claisen縮合（兩個相同酯之間的縮合）具有-活潑氫的酯，在堿的作用下，兩分子酯相互作用，生成-羰基酯，同時失去一分子醇的反應。其它常用堿 ：nah，nanh2，lda ，ph3cna，t-buok（弱親核性強堿）；堿用量對反應的影響催化量：反應可逆大于化學計量：反應完全claisen縮合舉例：claisen縮合機理（1）交叉酯縮合 （兩個不同酯之間的縮合）混合酯縮合舉例：2、di

12、eckmann縮合（分子內(nèi)酯縮合）二元酸酯若分子中的酯基被四個以上的碳原子隔開時，就發(fā)生分子內(nèi)的酯縮合反應，形成五元環(huán)或六元環(huán)的酯 ，這種分子內(nèi)的環(huán)化酯縮合反應稱為狄克曼酯縮合。對稱二羧酸酯的dieckmann 縮合例：dieckmann 縮合的可逆性在合成上的應用如兩個酯基間只隔有三個或三個以下的碳原子時，就不能發(fā)生分子內(nèi)的縮合。 但這種二酸酯可以發(fā)生 分子間縮合 ，或與不含-h 的酯縮合，也均能得到環(huán)狀羰基酯。如丁二酸二乙酯間的縮合：3、酮的?；ㄍタs合）【反應機理】不對稱酮的?；?、- 二羰基化合物的互變異構(gòu)現(xiàn)象5、酮或酯的?；磻诤铣缮系膽弥苽?-二羰基型化合物（1, 3-

13、二羰基化合物）1, 3-二羰基型化合物的反合成分析【例 1 】 （反合成分析）【例 2 】 （反合成分析）【例 3 】 （反合成分析）合成路線6、酮和酯類化合物位的烷基化反應應予以考慮的問題 ：（1）反應的活性問題（一般酮和酯類化合物氫的酸性不夠強，須強堿作用，反應條件較為苛刻） ；（2）反應的區(qū)位選擇性問題（不對稱酮有兩種反應位置）；（3）酮或酯的自身縮合問題（醇醛縮合和claisen縮合） ?！纠?1】【例 2】【例 3】1, 3 -二羰基化合物的烷基化反應【例 4】14.5 縮合反應【復習】1、羰基 位的反應 ?；?claisen縮合， 交叉酯縮合， dieckmann縮合）和烷基化

14、本節(jié)重點：羰基位的?；屯榛诤铣缮系膽?、酮式水解和酸式水解14.5.1 乙酰乙酸乙酯的制備及在合成中的應用1、乙酰乙酸乙酯的合成乙酰乙酸乙酯合成等價物丙酮2、在合成中的應用（1）制備 取代丙酮（甲基酮） 類化合物擴展：制備環(huán)烷基甲基酮（2）制備甲基二酮 類化合物擴展：制備 2, 5-己二酮（3）通過?；苽? 二酮 類化合物14.5.2 丙二酸二酯的制備及在合成中的應用1、丙二酸二酯的合成丙二酸二酯合成等價物丙酮2、在合成中的應用（1）制備 取代乙酸擴展：制備環(huán)烷基乙酸（2）制備 二元羧酸3、乙酰乙酸乙酯和丙二酸酯合成法舉例小結(jié)14.5.3 羰基 位酯基的作用活化、定位、引導斷鍵例

15、：比較以下兩條合成路線，你認為哪種較好，為什么？【例 1 】分析并寫出合成路線合成線路 a合成線路 b【例 2 】分析并寫出合成路線14.6 縮合反應14.6.1 michael加成碳負離子與， -不飽和羰基化合物發(fā)生的1，4-加成反應，叫做 michael 反應。這是形成碳碳鍵的重要方法之一。1、反應通式2、反應機理3、michael 加成舉例一些羰基化合物位的縮合反應歸納14.6.2 robinson成環(huán)micheal 加成后，再發(fā)生分子內(nèi)的羥醛縮合（或酯酮縮合），形成六元環(huán)狀 ，不飽和酮（或 1，3-環(huán)己二酮）。1、反應通式2、robinson成環(huán)舉例5 元環(huán)狀烯酮和 1, 4二羰基化合

16、物的合成一些特殊結(jié)構(gòu)羰基化合物的合成方法小結(jié)（1）1, 3-二羰基（2）1, 4-二羰基（3）1, 5-二羰基（4）六元環(huán)狀 1, 3-二羰基（5）六元環(huán)狀烯酮14.7 縮合反應14.7.1 knoevenagel反應在弱堿性催化下，醛酮與具有活潑亞甲基的化合物的縮合反應。常用的堿性催化劑有吡啶、哌啶、胺等。1、反應通式2、反應特點類似 aldol 縮合；雙活化基團的羰基化合物為烯醇負離子供體；弱堿催化（一般為胺類化合物或吡啶） 。3、反應機理由于使用的是弱堿避免了醛酮自身的縮合，擴大了醛酮的使用范圍。4、knoevenagel反應舉例14.7.2 perkin反應（類似 aldol 縮合）堿

17、催化下，芳醛和酸酐反應生成-芳基- , -不飽和羧酸的反應。催化劑常用與酸酐相應的羧酸鹽。1、反應通式最簡單的perkin 反應2、反應機理當芳環(huán)上有 吸電子基 時加速反應進行，有推電子基時使反應難以進行。脂肪醛不能進行反應。參加反應的 酸酐必須具有至少兩個-h。3、perkin 反應的應用香豆素（一種重要香料）14.7.3 darzen反應強堿（醇鈉、氨基鈉）作用下，醛、酮與-鹵代酸酯反應生成， -環(huán)氧酸酯的反應。1、反應通式2、反應機理3、darzen 反應的應用 合成環(huán)氧酸酯，合成比原料醛、酮多一個碳的醛、酮【例 1】由環(huán)己酮轉(zhuǎn)化成其他化合物【例 2】由苯甲醛轉(zhuǎn)化成其他化合物14.7.4

18、 reformatsky反應在惰性溶劑中， -溴(鹵)代酸酯、鋅與醛或酮互相作用，得到 -羥基酸酯的反應稱為瑞佛馬斯基反應。如能進一步脫水，則生成， -不飽和酸酯。1、反應通式2、reformatsky反應的特點及用途（1）該反應的歷程與格氏合成類似；（2）有機鋅試劑活性比格氏試劑小它不與酯進行加成；（3）有機鋅試劑在空氣中會自燃，因而不單獨制備；（4）該反應可用以合成 羥基酸酯、 ， 不飽和酸酯以及 ， 不飽和羧酸。 -鹵代酸酯的反應活性有機鋅試劑：鎂、鋰、鋁試劑無水操作；反應在有機溶劑中進行，溶劑為惰性溶劑；鋅粉需活化。3、reformatsky反應的應用14.7.5 安息香縮合芳香醛在

19、cn催化下二聚為 -羥基酮的反應。安息香（二苯乙醇酮）1、反應通式2、反應機理安息香的進一步反應 氧化和還原二苯乙二酮重排【反應機理】3、安息香縮合反應的應用14.8 縮合反應14.8.1 wittig 反應及其合成上的應用1、磷 ylidewittig 試劑不同類型的磷 ylideylide ylenewittig 試劑（鄰位兩性離子，有親核性）2、wittig 反應a、通式b、反應機理c、wittig 反應舉例d、wittig 反應的立體化學生成 e 型和 z 型混合烯烴；反應的立體選擇性尚無規(guī)律可預測。14.8.2 wittig反應在合成中的應用1、制備烯烴合成路線2、通過烯基醚引入醛基例：3、wittig 反應的改良 wittig-horner 反應wittig 反應遇到的問題：副產(chǎn)物ph3p=o 較難除盡。wittig-horner 反應對底物的要求碳負離子上必須連有一個穩(wěn)定基團；幾種類型的 wittig-horner 試劑