第十二章 碳負(fù)離子反應(yīng)

第十二章碳負(fù)離子的反應(yīng)1§1α-H的酸性和互變異構(gòu)一、一些化合物α-H的酸性含有吸電子基的有機(jī)物，-H具有一定酸性：各種-H酸性強(qiáng)弱情況：（pKa）1719~2025253092原因：（1）吸電子的誘導(dǎo)效應(yīng)，使-C電子云密度降低；（2）吸電子基團(tuán)能使共軛堿的負(fù)離子離域化而穩(wěn)定。吸電子能力越強(qiáng)，吸電子基團(tuán)越多，α-H的酸性越強(qiáng)。pKa=

11β-二羰基化合物在親核反應(yīng)中常以碳負(fù)離子形式參加。乙酰乙酸乙酯負(fù)離子：3當(dāng)一個(gè)-CH2-與兩個(gè)吸電子基團(tuán)相連，酸性增加，稱(chēng)為活潑亞甲基，該化合物稱(chēng)為含活潑亞甲基化合物。β-二羰基類(lèi)β-二酮β-二酮酸酯丙二酸酯氰乙酸酯硝基乙酸酯常見(jiàn)的幾個(gè)含活潑亞甲基化合物：4二、

互變異構(gòu)（酮式-烯醇式）1、能與亞硫酸氫鈉、氫氰酸加成;2、能與氨基脲、苯肼反應(yīng)生成黃色沉淀；3、能被還原為羥基酸酯；4、經(jīng)水解、酸化后，可以脫羧生成丙酮。1、可使溴的四氯化碳溶液褪色；2、能使FeCl3溶液呈現(xiàn)紫色；3、能與乙酰氯作用成酯；4、能與金屬鈉反應(yīng)放出H2。乙酰乙酸乙酯顯示雙重反應(yīng)性能：1863（Geuther）1865（Frankland）5現(xiàn)代物理學(xué)方法和化學(xué)的方法都證明乙酰乙酸乙酯是一個(gè)酮式異構(gòu)體和烯醇式異構(gòu)體組成的混合物。CH3-C-CH2-C-OC2H5=O=OCH3-C=CH-C-OC2H5OHO=酮式異構(gòu)體烯醇式異構(gòu)體92.5%7.5%αβ一般烯醇式不穩(wěn)定，而乙酰乙酸乙酯的烯醇式較穩(wěn)定存在:CH3CCH:OHC-OC2H5O=①、六元環(huán)結(jié)構(gòu)②、大鍵的形成6分子結(jié)構(gòu)對(duì)烯醇型含量的影響烯醇含量％烯醇含量％化合物化合物１、α-H越活潑烯醇化程度越大；羰基的-I效應(yīng)強(qiáng)于酯基和羧基；２、共軛體系的延伸使烯醇型結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，烯醇化程度越大。7如果α-碳原子是手性碳,外消旋化將通過(guò)互變異構(gòu)發(fā)生消旋化，β手性碳構(gòu)型不改變。8試寫(xiě)出下列化合物穩(wěn)定烯醇式結(jié)構(gòu)。巴比妥酸9下列化合物中，哪些能形成穩(wěn)定的烯醇型？試寫(xiě)出它們的酮型和烯醇型互變平衡式。1和4不能形成穩(wěn)定的烯醇型。2和3

存在酮型和烯醇型互變平衡：10§2、縮合反應(yīng)一、羥醛縮合型反應(yīng)羥醛縮合反應(yīng)的本質(zhì)是，含α-氫的醛酮分子在酸或堿的作用下形成烯醇負(fù)離子，烯醇負(fù)離子作為親核試劑對(duì)另一分子醛或酮的親核加成。乙醛在稀堿催化下的反應(yīng)歷程β——負(fù)碳離子縮合反應(yīng)的基礎(chǔ)11酸催化時(shí)碳負(fù)離子的形成：在烯醇式向酮式轉(zhuǎn)變時(shí)產(chǎn)生碳負(fù)離子。決速步驟12堿催化時(shí)碳負(fù)離子的形成：碳負(fù)離子通過(guò)生成烯醇式來(lái)穩(wěn)定自己。碳負(fù)離子烯醇式需要穩(wěn)定自身通過(guò)恢復(fù)酮式堿性條件優(yōu)先生成酸性條件優(yōu)先生成13①、羥醛縮合②、羥酮縮合③、交叉羥醛縮合④、共軛效應(yīng)的影響β-羥基酮、α-β不飽和酮AA+AB+BA+BBβ-羥基醛、α-β不飽和醛α-氫的性質(zhì)(插烯規(guī)則)（一）羥醛縮合反應(yīng)14⑤、芳香族醛酮的羥醛縮合室溫下縮合久置后脫水加熱直接脫水15⑥、分子內(nèi)的羥醛縮合經(jīng)歷碳負(fù)離子脫-OH產(chǎn)物以五、六元環(huán)為主（熱力學(xué)穩(wěn)定產(chǎn)物）。2,5-己二酮162,6-庚二酮2,7-辛二酮2,8-壬二酮17羰基碳的正電性更強(qiáng)形成碳負(fù)離子容易δ+18小結(jié)：脂肪族醛（酮）室溫

β-羥基醛（酮）條件產(chǎn)物加熱

α-β不飽和醛（酮）芳香族醛（酮）室溫α-β不飽和醛（酮）分子內(nèi)的羥醛縮合加熱α-β不飽和醛（酮）19（二）、Perkin（柏琴）反應(yīng)芳香醛與脂肪酸酐在相應(yīng)脂肪酸堿金屬鹽的催化下縮合，生成β-芳基丙烯酸類(lèi)化合物的反應(yīng)稱(chēng)為Perkin反應(yīng)。反應(yīng)實(shí)質(zhì):酸酐的亞甲基與醛進(jìn)行羥醛縮合。由于酸酐的α-氫活性較低，催化劑羧酸鹽又是弱堿，因此，反應(yīng)溫度較高。20機(jī)理：21肉桂酸β-呋喃丙烯酸香豆素22（三）、Knoevenagel（克腦文格爾）反應(yīng)通式醛酮在弱堿(氨、伯胺、仲胺、吡啶等有機(jī)堿)催化下與含活潑亞甲基化合物的縮合，生成c=c鍵，稱(chēng)為Knoevenagel反應(yīng)。反應(yīng)通式包括β-二羰基化合物，氰乙酸酯，硝基乙酸酯包括吡啶、哌啶、伯胺、仲胺、叔胺等。23反應(yīng)機(jī)理:第二次奪α-氫24酮的反應(yīng)活性比醛差，須更活潑的亞甲基化合物反應(yīng)。25醛、酮與α-鹵代酸酯在強(qiáng)堿催化下縮合生成α,β-環(huán)氧羧酸酯的反應(yīng)稱(chēng)為Darzen縮合。反應(yīng)機(jī)理：（四）、Darzen（達(dá)參）縮合26結(jié)果：羰基的位置增加一個(gè)醛基。27二、酯縮合反應(yīng)1.Claisen酯縮合含α-H的酯在強(qiáng)堿(如：乙醇鈉)催化下縮合，生成β-酮酸酯的反應(yīng)稱(chēng)為Claisen酯縮合。(1)相同酯的自身縮合反應(yīng)機(jī)理：①pKa24pKa1628②③④不可逆pKa11芳香酸酯的羰基碳正電性下降，須強(qiáng)堿，以增大烯醇負(fù)離子濃度。29(2)不同酯的交叉縮合

含α-H的酯與不含α-H的酯(如：甲酸酯、苯甲酸酯、乙二酸酯和碳酸酯)之間不僅可以縮合，而且具有應(yīng)用價(jià)值。如：若是都含α-H的酯縮合，則有AA+AB+BA+BB四種產(chǎn)物，無(wú)制備意義。30(3)分子內(nèi)的Claisen酯縮合——Dieckmann縮合Dieckmann縮合主要用于制備五元和六元環(huán)狀β-酮酸酯。314.酯-酮縮合在堿性條件下，醛（酮）的α-碳形成負(fù)碳離子對(duì)酯羰基的親核加成-消除反應(yīng)，生成1，3-二酮。原因是醛（酮）的羰基碳正電性更大，使其α-H酸性更強(qiáng)。3233§3β-二羰基化合物凡兩個(gè)羰基中間被一個(gè)碳原子隔開(kāi)的化合物均稱(chēng)為β-二羰基化合物。如：β-二酮β-二酮酸酯丙二酸酯工業(yè)上采用二乙烯酮與醇作用來(lái)制備一、乙酰乙酸乙酯34(二)乙酰乙酸乙酯的化學(xué)性質(zhì)1.酮式分解和酸式分解(1)酮式分解是乙酰乙酸乙酯在稀堿作用下，首先水解生成乙酰乙酸，后者在加熱條件下，脫羧生成酮。35(2)乙酰乙酸乙酯與濃堿共熱，則在α-和β-碳原子間斷鍵，生成兩分子乙酸鹽，該分解稱(chēng)為酸式分解。注意：是產(chǎn)物為

羧酸的鹽。362.乙酰乙酸乙酯活潑亞甲基上的反應(yīng)這是一個(gè)親核取代反應(yīng)，主要生成烴基化和酰基化產(chǎn)物。乙酰乙酸乙酯

碳負(fù)離子

與R-X、R-COX、X-CH2COR、X-(CH2)n-COOR等試劑進(jìn)行SN2反應(yīng),再進(jìn)行酮式或酸式分解

制取甲基酮、二酮、一元羧酸和二元羧酸等化合物。C2H5ONa37C2H5ONaCH3-C-CH2-C-OC2H5=O=OCH3-C-CH-C-OC2H5Na=O=O-+C2H5ONaCH3-C-C-C-OC2H5Na=O=O-+RCH3-C-CH-C-OC2H5=O=ORR-XR/-XCH3-C-C-C-OC2H5=O=ORR/CH3-C-CH-R=OR/R-CH-C-OH=OR/②H+,△①稀OH-酸式分解酮式分解R-CH2C-OH=O①濃OH,△-②H+CH3-C-CH2-R=O二取代乙酸二取代丙酮甲基酮一元羧酸一取代丙酮381.合成甲基酮經(jīng)乙酰乙酸乙酯合成：分析：(1)產(chǎn)物為甲基酮，合成時(shí)一定要經(jīng)過(guò)酮式分解。(2)將TM的結(jié)構(gòu)與丙酮進(jìn)行比較，確定引入基團(tuán)。(3)最后確定合成路線。注意：當(dāng)引入基團(tuán)不同時(shí)，通常是先引入活性較高和體積較大的基團(tuán)。39（一取代丙酮）（二取代丙酮）402.合成二羰基化合物β-二羰基化合物甲基二酮1)與酰鹵反應(yīng)41γ-二羰基化合物用I2可直接連接兩個(gè)乙酰乙酸乙酯2)與取代丙酮反應(yīng)423)乙酰乙酸乙酯可發(fā)生Michael加成反應(yīng)，生成δ

-二羰基化合物化合物。δ

-二羰基化合物43甲基二酮長(zhǎng)度可調(diào)4)與X(CH2)nX反應(yīng)這里值得注意的是：用I2偶合或用X(CH2)nX作烴基化試劑時(shí)，需要與2mol的乙酰乙酸乙酯。443.合成酮酸(為什么?)值得注意的是：在引入基團(tuán)時(shí)，要用鹵代酸酯X(CH2)nCOOC2H5，而不能使用鹵代酸X(CH2)nCOOH。454.合成一元羧酸分析：(1)TM為羧酸，合成時(shí)需酸式分解。(2)將TM看成取代乙酸，確定引入基團(tuán)。*由于酸式分解的同時(shí)必然伴隨酮式分解，故合成羧酸通常采用丙二酸酯法。46三、丙二酸二乙酯及在合成上的應(yīng)用制備方法：應(yīng)用方法:pKa13pKa16471.合成一元酸481)2)二取代乙酸一元羧酸(一取代乙酸)49(1)帶支鏈的二元酸2.合成二元酸注意：在引入基團(tuán)時(shí)要用鹵代酸酯，而不能使用鹵代酸。50(2)高級(jí)直鏈二元酸需要兩分子的丙二酸二乙酯X-(CH2)-X51可以合成三～六元環(huán)烷酸。3.合成環(huán)狀羧酸只需一分子的丙二酸二乙酯X-(CH2)-X524.發(fā)生Michael加成反應(yīng)53§4烯胺的烷基化和?；磻?yīng)羰基化合物與伯胺的反應(yīng)亞胺羰基化合物與仲胺的反應(yīng)烯胺烯胺不穩(wěn)定，酸性水溶液易水解成羰基和仲胺。54形成烯胺的能力大小：p-共軛的影響，烯胺中原α碳原子帶有部分負(fù)電荷。因此，烯胺可與鹵代烷或酰鹵發(fā)生親核取代反應(yīng)。551、烷