第14章 碳負(fù)離子的反應(yīng).

1、第14章 碳負(fù)離子的反應(yīng)-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、a-H的酸性在有機(jī)化學(xué)中，與官能團(tuán)直接相連的碳原子均稱為a-C；a-C上的氫原子均稱為a-H。a-H以質(zhì)子形式解離下來的能力，即為a-H的活性或a-H的酸性。因此烴也可叫做氫碳酸。表14-1-1 常見化合物a-H的pKa值羧酸衍生物中的a-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(yīng)強(qiáng)，反而使其a-H的酸性增強(qiáng)。酸性大?。?酰氯醛、酮酯酰胺Cl：吸電子誘導(dǎo)給電子共軛O：給電子共軛吸電子誘導(dǎo)2、影響a-H的酸性的因素1）a-C所連接的官能團(tuán)及其官能團(tuán)的吸電子能力。總的吸電子

2、能力越強(qiáng)，a-H的酸性就越大；2）取決于氫解離后生成的碳負(fù)離子(carbanion)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。負(fù)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(gè)典型的1，3-二羰基化合物，由于受兩個(gè)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(fù)離子。負(fù)離子特別穩(wěn)定是因?yàn)樨?fù)離子可以同時(shí)和兩個(gè)羰基發(fā)生共軛作用，具有比較廣泛的離域范圍。 烯醇負(fù)離子 其他1，3-二羰基化合物情況相似，其他的吸電子基團(tuán)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(gè)吸電子基團(tuán)的化合物都含有一個(gè)活潑的亞甲基，它們統(tǒng)稱為含活潑

3、亞甲基（氫 ）的化合物。兩個(gè)羰基被一個(gè)碳原子隔開的化合物；當(dāng)同一碳原子上連有兩個(gè)吸電子基團(tuán)時(shí)，這樣的化合物其酸性則明顯增強(qiáng)。 該離域體系也稱為烯醇負(fù)離子。 -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(yīng)性能：碳負(fù)離子 烯醇負(fù)離子 氧負(fù)離子 一般情況下，這些物質(zhì)在反應(yīng)時(shí)可以看作是碳負(fù)離子對(duì)其它官能團(tuán)的親核加成反應(yīng)。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(dòng)。1、酸堿對(duì)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a-H形成烯醇。（2

4、）堿催化過程碳可以直接和-H結(jié)合，同時(shí)形成一個(gè)碳負(fù)離子。通過電子對(duì)的轉(zhuǎn)移，碳上的負(fù)電荷轉(zhuǎn)移到氧上，形成烯醇負(fù)離子。2、化合物的結(jié)構(gòu)對(duì)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。酮式中碳氧鍵比烯醇式中碳碳鍵更穩(wěn)定！ b-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。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(duì)，可以通過p-共軛發(fā)生離域，使分子內(nèi)能降低。 在一些含氮化

5、合物中也常發(fā)生互變異構(gòu)現(xiàn)象：4、異構(gòu)化對(duì)化學(xué)性質(zhì)的影響（1）與FeCl3的顯色反應(yīng)（烯醇式含量多的物質(zhì)）；（2）與溴的四氯化碳溶液加成；（3）a-H氘代（快速確定a-H 的個(gè)數(shù)）；（4）構(gòu)型變化。如a-C是手性中心并且手性碳上有氫原子，會(huì)發(fā)生外消旋化。如a-C不是手性中心則不會(huì)發(fā)生外消旋化。14.1.3 碳負(fù)離子形成及其基本原理1、碳負(fù)離子的形成及其穩(wěn)定性碳負(fù)離子是以一個(gè)帶有負(fù)電荷的碳為中心原子的中間體，是有機(jī)化學(xué)反應(yīng)中常見的活性中間體。如甲基負(fù)離子、烯丙基負(fù)離子、芐基負(fù)離子、三苯甲基負(fù)離子等。碳負(fù)離子可以通過金屬有機(jī)化合物異裂而產(chǎn)生。碳?xì)滏I的碳原子上存在吸電子基時(shí)易形成碳負(fù)離子。如：（1）內(nèi)

6、部條件能形成碳負(fù)離子的化合物從結(jié)構(gòu)上講，至少含有一個(gè)氫的碳原子的鄰位要有一個(gè)活化基團(tuán)，一些帶有雙鍵或叁鍵的吸電子基團(tuán)C=O、NO2、SO2、CN、CC等都是活化基團(tuán)。 活化基團(tuán)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(fù)電荷離域而趨于穩(wěn)定。活化基團(tuán)的強(qiáng)弱順序：-NO2-C=O-SO2-COOR-CN-CCH-C6H5-CH=CH2-R除了要有一個(gè)活化基團(tuán)外，分子中的其它基團(tuán)的空間效應(yīng)和電子效應(yīng)對(duì)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(gè)帶有活化基團(tuán)的化合物后，還必須加入堿，才能把-H交換下來，形成碳負(fù)離子。選擇強(qiáng)度適合的堿，酸性弱的

7、-H要用強(qiáng)堿，反之用較弱的堿。在選擇堿的時(shí)候，還要分清哪些堿是強(qiáng)親質(zhì)子性的（與質(zhì)子結(jié)合的能力），哪些堿是強(qiáng)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?yàn)樵谛纬蒀的過程中，堿可能進(jìn)攻碳原子，也可能進(jìn)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(qiáng)弱次序相對(duì)應(yīng)。對(duì)具有相同進(jìn)攻原子的親核試劑，堿性愈強(qiáng)者，親核性愈強(qiáng)。 下面列出常用堿的性能：（1）具有強(qiáng)親質(zhì)子和強(qiáng)親核能力的堿：HO，CH3O，C2H5O，RS，CN等；（2）具有強(qiáng)親質(zhì)子弱親核能力的堿：H，NH2；（3）具有強(qiáng)親質(zhì)子相當(dāng)弱親核性的堿：Et2N，C6H5N，Me3Si-N。在形成碳負(fù)離子的外部因素中，還應(yīng)指出的是溶劑的

8、影響。假如溶劑的酸性比氫碳酸強(qiáng)的多的話，就不能產(chǎn)生很多的C，因?yàn)閯傂纬傻膲A性很強(qiáng)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(yīng)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(fù)離子時(shí)的條件上加以控制：動(dòng)力學(xué)控制，形成碳負(fù)離子部位碳?xì)浔粔A提取質(zhì)子的相對(duì)速度。一般在較低溫度下和體積較大的堿時(shí)，易

9、使碳負(fù)離子在位阻較小部位的碳?xì)滏I處形成；熱力學(xué)控制，兩種碳負(fù)離子能相互轉(zhuǎn)化并達(dá)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?xì)滏I易于形成碳負(fù)離子 如：2、碳負(fù)離子的反應(yīng)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(yīng)，重要的四類反應(yīng)用通式表示如下：（1）與含羰基的化合物（2）?；磻?yīng)：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(yīng)，總的結(jié)果是在C上帶上一個(gè)?；＃?）與烷基鹵化物的反應(yīng)（4）與活潑烯烴的加成反應(yīng)14.2 縮合反應(yīng)羥醛縮合見第11章醛與酮 11.3 -H的反應(yīng) 14.3 縮合反應(yīng)Mannich反應(yīng)14.

10、3.1 Mannich反應(yīng)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(duì)位等具有負(fù)碳離子性質(zhì)的位置偶聯(lián)，稱為Mannich反應(yīng)，又稱胺甲基化反應(yīng)。1、反應(yīng)通式 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(fù)離子。2、Mannich反應(yīng)機(jī)理3、Mannich反應(yīng)舉例14.3.2 Mannich反應(yīng)在合成上的應(yīng)用1、合成氨基酮衍生物【例1】寫出合成路線2、制備a，b-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(yīng)14.4.1 鹵代反應(yīng)見第11章醛與酮 11.3 -H

11、的反應(yīng) 3、鹵仿反應(yīng)14.4.2 酯的縮合反應(yīng)1、Claisen縮合（兩個(gè)相同酯之間的縮合）具有a-活潑氫的酯，在堿的作用下，兩分子酯相互作用，生成b-羰基酯，同時(shí)失去一分子醇的反應(yīng)。 其它常用堿：NaH，NaNH2，LDA，Ph3CNa，t-BuOK（弱親核性強(qiáng)堿）； 堿用量對(duì)反應(yīng)的影響催化量：反應(yīng)可逆大于化學(xué)計(jì)量：反應(yīng)完全 Claisen縮合舉例： Claisen縮合機(jī)理（1）交叉酯縮合（兩個(gè)不同酯之間的縮合） 混合酯縮合舉例：2、Dieckmann縮合（分子內(nèi)酯縮合）二元酸酯若分子中的酯基被四個(gè)以上的碳原子隔開時(shí)，就發(fā)生分子內(nèi)的酯縮合反應(yīng)，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

12、應(yīng)稱為狄克曼酯縮合。 對(duì)稱二羧酸酯的Dieckmann 縮合 例：Dieckmann 縮合的可逆性在合成上的應(yīng)用如兩個(gè)酯基間只隔有三個(gè)或三個(gè)以下的碳原子時(shí)，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a-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(yīng)機(jī)理】 不對(duì)稱酮的酰基化4、-二羰基化合物的互變異構(gòu)現(xiàn)象5、酮或酯的?；磻?yīng)在合成上的應(yīng)用制備-二羰基型化合物（ 1, 3-二羰基化合物） 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

13、化反應(yīng) 應(yīng)予以考慮的問題：（1）反應(yīng)的活性問題（一般酮和酯類化合物氫的酸性不夠強(qiáng)，須強(qiáng)堿作用，反應(yīng)條件較為苛刻）；（2）反應(yīng)的區(qū)位選擇性問題（不對(duì)稱酮有兩種反應(yīng)位置）；（3）酮或酯的自身縮合問題（醇醛縮合和Claisen縮合）?！纠?】【例2】【例3】 1, 3 -二羰基化合物的烷基化反應(yīng)【例4】14.5 縮合反應(yīng)【復(fù)習(xí)】1、羰基位的反應(yīng) ?；–laisen縮合， 交叉酯縮合，Dieckmann縮合）和烷基化 本節(jié)重點(diǎn)：羰基位的?；屯榛诤铣缮系膽?yīng)用 2、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(yīng)用1、乙酰乙酸乙酯的合成 乙酰乙酸乙酯丙酮2、在合成中的應(yīng)用（1）

14、制備取代丙酮（甲基酮）類化合物 擴(kuò)展：制備環(huán)烷基甲基酮（2）制備甲基二酮類化合物 擴(kuò)展：制備2, 5-己二酮（3）通過酰基化制備-二酮類化合物14.5.2 丙二酸二酯的制備及在合成中的應(yīng)用1、丙二酸二酯的合成 丙二酸二酯丙酮2、在合成中的應(yīng)用（1）制備取代乙酸 擴(kuò)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(dǎo)斷鍵例：比較以下兩條合成路線，你認(rèn)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(yīng)14.6.1 Michael加成碳負(fù)離子與a，b-不飽和羰基

15、化合物發(fā)生的1，4-加成反應(yīng)，叫做Michael反應(yīng)。這是形成碳碳鍵的重要方法之一。 1、反應(yīng)通式2、反應(yīng)機(jī)理3、Michael 加成舉例 一些羰基化合物位的縮合反應(yīng)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(yīng)通式2、Robinson成環(huán)舉例n 5元環(huán)狀烯酮和1, 4二羰基化合物的合成 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(yīng)14.7.1 Knoevenage

16、l反應(yīng)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(yīng)。常用的堿性催化劑有吡啶、哌啶、胺等。1、反應(yīng)通式2、反應(yīng)特點(diǎn) 類似Aldol縮合； 雙活化基團(tuán)的羰基化合物為烯醇負(fù)離子供體； 弱堿催化（一般為胺類化合物或吡啶）。3、反應(yīng)機(jī)理 由于使用的是弱堿避免了醛酮自身的縮合，擴(kuò)大了醛酮的使用范圍。4、Knoevenagel反應(yīng)舉例14.7.2 Perkin反應(yīng)（類似Aldol縮合）堿催化下，芳醛和酸酐反應(yīng)生成b-芳基-a,b-不飽和羧酸的反應(yīng)。催化劑常用與酸酐相應(yīng)的羧酸鹽。1、反應(yīng)通式 最簡單的 Perkin 反應(yīng) 2、反應(yīng)機(jī)理 當(dāng)芳環(huán)上有吸電子基時(shí)加速反應(yīng)進(jìn)行，有推電子基時(shí)使反應(yīng)難以進(jìn)行。脂

17、肪醛不能進(jìn)行反應(yīng)。 參加反應(yīng)的酸酐必須具有至少兩個(gè)a-H。3、Perkin反應(yīng)的應(yīng)用香豆素（一種重要香料）14.7.3 Darzen反應(yīng)強(qiáng)堿（醇鈉、氨基鈉）作用下，醛、酮與a-鹵代酸酯反應(yīng)生成a，b-環(huán)氧酸酯的反應(yīng)。1、反應(yīng)通式2、反應(yīng)機(jī)理3、Darzen反應(yīng)的應(yīng)用合成環(huán)氧酸酯，合成比原料醛、酮多一個(gè)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 Reformatsky反應(yīng)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(yīng)稱為瑞佛馬斯基反應(yīng)。如能進(jìn)一步脫水，則生成a，b-不飽和酸酯。1、反應(yīng)通式2、Reformatsky反應(yīng)的特點(diǎn)及

18、用途（1）該反應(yīng)的歷程與格氏合成類似；（2）有機(jī)鋅試劑活性比格氏試劑小它不與酯進(jìn)行加成；（3）有機(jī)鋅試劑在空氣中會(huì)自燃，因而不單獨(dú)制備；（4）該反應(yīng)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(yīng)活性 有機(jī)鋅試劑：鎂、鋰、鋁試劑 無水操作； 反應(yīng)在有機(jī)溶劑中進(jìn)行，溶劑為惰性溶劑； 鋅粉需活化。3、Reformatsky反應(yīng)的應(yīng)用14.7.5 安息香縮合芳香醛在CN催化下二聚為-羥基酮的反應(yīng)。安息香（二苯乙醇酮）1、反應(yīng)通式2、反應(yīng)機(jī)理n 安息香的進(jìn)一步反應(yīng)氧化和還原n 二苯乙二酮重排【反應(yīng)機(jī)理】3、安息香縮合反應(yīng)的應(yīng)用14.8 縮合反應(yīng)14.8.1 Wittig 反應(yīng)及其合成上的應(yīng)用 Ylide Ylene Wittig試劑（鄰位兩性離子，有親核性）1、磷YlideWittig試劑 不同類型的磷Ylide2、Wittig 反應(yīng)A、通式B、反應(yīng)機(jī)理C、Wittig反應(yīng)舉例D、Wittig 反應(yīng)的立體化學(xué) 生成 E型和Z型混合烯烴； 反應(yīng)的立體選擇性尚無規(guī)律可預(yù)測。14.8.2 Wittig反應(yīng)在合成中的應(yīng)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(yīng)的改良Wittig-Horner反應(yīng)Wittig反應(yīng)遇到的問題：副產(chǎn)物Ph3P=O較難除盡。n Witt