第一章碳負(fù)離子反應(yīng)詳解演示文稿

第一章碳負(fù)離子反應(yīng)詳解演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有53頁\編輯于星期五優(yōu)選第一章碳負(fù)離子反應(yīng)現(xiàn)在是2頁\一共有53頁\編輯于星期五1.1基本原理1.1.1碳負(fù)離子的形成碳負(fù)離子：是以一個(gè)帶有負(fù)電荷的三價(jià)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)離子制備：金屬有機(jī)化合物

異裂現(xiàn)在是3頁\一共有53頁\編輯于星期五碳負(fù)離子是有機(jī)分子中的碳?xì)滏I失去質(zhì)子后所形成的共軛堿

：

現(xiàn)在是4頁\一共有53頁\編輯于星期五1.1.2碳負(fù)離子的形成條件

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)，一些帶有雙鍵或三鍵的吸電子基團(tuán)、—NO2、—SO3H、—CN、—C≡CH等都是活化基團(tuán)?；罨鶊F(tuán)有兩個(gè)作用：①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。②使形成的C_的負(fù)電荷離域而趨于穩(wěn)定?，F(xiàn)在是5頁\一共有53頁\編輯于星期五活化基團(tuán)的強(qiáng)弱順序如下：-NO2＞R2C=O＞-SO3H＞-COOR＞-CN＞-C≡CH＞-C6H5＞-CH=CH2＞-R另外，分子中的其他基團(tuán)的空間效應(yīng)和電子效應(yīng)對C_的形成和穩(wěn)定性也有影響，其中空間阻礙影響最大。

現(xiàn)在是6頁\一共有53頁\編輯于星期五形成碳負(fù)離子的外部條件

在形成C_的過程中，堿可能進(jìn)攻碳原子，也可能進(jìn)攻質(zhì)子氫。選擇強(qiáng)度適合的堿:強(qiáng)親質(zhì)子性的堿（與質(zhì)子結(jié)合的能力）;強(qiáng)親核性的堿（與碳正離子的結(jié)合能力）;兩種都有的堿?，F(xiàn)在是7頁\一共有53頁\編輯于星期五一般來說，親核試劑的親核性能大致與其堿性的強(qiáng)弱次序相對應(yīng)。對具有相同進(jìn)攻原子的親核試劑，堿性愈強(qiáng)者，親核性愈強(qiáng)。

羰基化合物切斷：現(xiàn)在是8頁\一共有53頁\編輯于星期五常用堿的性能：強(qiáng)親質(zhì)子和親核能力的堿：HO-,CH3O-,C2H5O-,RS-,CN-等。強(qiáng)親質(zhì)子弱親核能力的堿：H-,NH2-。具有強(qiáng)親質(zhì)子和相當(dāng)弱親核性的堿：Et2N-,C6H5N-,Me3Si-N-?，F(xiàn)在是9頁\一共有53頁\編輯于星期五例醛、酯的α-H烷基化時(shí)，不能用OH-去脫質(zhì)子。如用OH-時(shí)則：醛發(fā)生醇醛縮合：酯會(huì)發(fā)生水解：應(yīng)選用親質(zhì)子能力更強(qiáng)的堿如最好。現(xiàn)在是10頁\一共有53頁\編輯于星期五溶劑的影響：假如溶劑的酸性比氫碳酸強(qiáng)，就不能產(chǎn)生很多的C-，因?yàn)槿軇┑馁|(zhì)子被剛形成的堿性很強(qiáng)的C-奪去，成為原來的化合物（內(nèi)返作用）?，F(xiàn)在是11頁\一共有53頁\編輯于星期五采用極性大但酸性弱的溶劑，即非質(zhì)子溶劑。（1）t-BuOH，用二甲亞砜、THF（四氫呋喃）。（2）NaNH2，溶劑用液氨或醚、苯、甲苯、1，2-二甲氧基烷基苯等。（3）NaH、LiH，溶劑為苯、醚、THF等。（4）(C6H5)3CNa，溶劑為苯基醚、液氨等。現(xiàn)在是12頁\一共有53頁\編輯于星期五形成單一部位的烯醇鹽：需要從形成碳負(fù)離子時(shí)的條件上加以控制：①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)子的相對速度。一般在較低溫度下和體積較大的堿條件下，易使碳負(fù)離子在位阻較小部位的碳-氫鍵處形成；②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-氫鍵易于形成碳負(fù)離子。現(xiàn)在是13頁\一共有53頁\編輯于星期五熱力學(xué)控制LDA:二異丙基氨基鋰LNPr2現(xiàn)在是14頁\一共有53頁\編輯于星期五1.2碳負(fù)離子反應(yīng)1.2.1與含羰基的化合物反應(yīng)C-形成后，它雖然是共振穩(wěn)定的，但仍具有很高的能量，可以發(fā)生多種親核加成反應(yīng)：與含羰基的化合物反應(yīng)現(xiàn)在是15頁\一共有53頁\編輯于星期五醛、酮在堿作用下，形成的烯醇負(fù)離子是雙位性負(fù)離子?？梢园l(fā)生氧負(fù)和碳負(fù)的兩位加成。反應(yīng)可以使碳鏈增長1~3個(gè)碳原子。1.2.2烯醇碳負(fù)離子反應(yīng)現(xiàn)在是16頁\一共有53頁\編輯于星期五烯醇碳負(fù)離子的電荷在碳及氧原子上非定域分布，它是兩可性親核試劑。當(dāng)進(jìn)行烴化反應(yīng)時(shí)，除可在碳原子上進(jìn)行烴化外，當(dāng)結(jié)構(gòu)有利時(shí)反應(yīng)也可在氧原子上進(jìn)行。現(xiàn)在是17頁\一共有53頁\編輯于星期五1.2.3酯碳負(fù)離子反應(yīng)酯的α-亞甲基不能與酮發(fā)生醇醛縮合，但在醇鈉的催化下，丁二酸酯或α-羥基取代的丁二酸酯卻能和酮羰基反應(yīng)（Stobbe反應(yīng)），機(jī)理：現(xiàn)在是18頁\一共有53頁\編輯于星期五1.2.4α-鹵代羧酸酯碳負(fù)離子反應(yīng)羰基化合物與α-鹵代羧酸酯縮合反應(yīng)（Darzen反應(yīng)），α-鹵代羧酸酯和醛酮在堿催化下縮合，生成α,β-環(huán)氧酸酯。α,β-環(huán)氧酸酯在堿催化下水解得到縮水甘油酸。后者在酸存在下，迅速脫羧重排為醛。現(xiàn)在是19頁\一共有53頁\編輯于星期五硝基化合物和腈的碳負(fù)離子反應(yīng)在堿存在下，硝基甲烷先生成負(fù)離子，負(fù)離子再與醛縮合得到β-羥基硝基化和物。如甲醛與硝基甲烷反應(yīng)，硝基甲烷分子中α-碳轉(zhuǎn)變?yōu)樘钾?fù)離子進(jìn)攻羰基碳后得β-羥基硝基甲烷?，F(xiàn)在是20頁\一共有53頁\編輯于星期五腈:含α-H原子腈與甲醛反應(yīng)類似硝基化合物。特殊的芳香體系，由環(huán)戊二烯脫質(zhì)子衍生出來的負(fù)離子是一個(gè)含有六個(gè)π電子的芳香體系，釋放出穩(wěn)定碳負(fù)離子的能量足夠引起堿催化下的縮合反應(yīng)。現(xiàn)在是21頁\一共有53頁\編輯于星期五1.3碳負(fù)離子與羧酸衍生物縮合碳負(fù)離子和酯、酰鹵、酸酐中羰基發(fā)生縮合生成酮酸酯、β-二酮、甲?；?、丙二酸酯等產(chǎn)物。反應(yīng)通式表示：X=、、等，Α=烷基或芳基。羧酸衍生物的反應(yīng)活性為：酰鹵＞酸酐＞酯＞酰胺?，F(xiàn)在是22頁\一共有53頁\編輯于星期五1.3.1醛酮碳負(fù)離子與酯縮合醛酮和酯各有一個(gè)α-H，堿催化縮合得四個(gè)產(chǎn)物，在合成上沒有實(shí)際意義。一般只有醛酮和沒有α-H的甲酸酯和草酸酯縮合在合成上是重要的。草酸酯和酮縮合，使酮轉(zhuǎn)變?yōu)棣?酮酯。

現(xiàn)在是23頁\一共有53頁\編輯于星期五導(dǎo)向或致活β-酮酯中亞甲基因有兩個(gè)活化氫，酸性增加可以在較溫和的條件下進(jìn)行其它反應(yīng)，化合物中酯基可以水解為酸加熱脫羧而除去?？偟慕Y(jié)果是在一個(gè)需要起反應(yīng)的部位，引進(jìn)的活化基團(tuán)，使這個(gè)部位能在溫和的條件下與其它試劑起作用；以后又把引進(jìn)的活化基團(tuán)除去，這種辦法在有機(jī)合成上常叫做。例如在合成甾族化合物馬萘雌酮時(shí)就是這樣做的?，F(xiàn)在是24頁\一共有53頁\編輯于星期五1.3.2分子間酯縮合-克萊森（Claisen）縮合

兩個(gè)酯的縮合和醇醛縮合區(qū)別：在于羰基加成后，前者脫去RO-，成為酮酯，而后者獲得質(zhì)子，形成羥酮。特點(diǎn)：（1）反應(yīng)是可逆的.要使反應(yīng)向右進(jìn)行，取決于反應(yīng)物的性質(zhì)，所采用的條件。（2）縮合在堿性催化劑催化下進(jìn)行：如醇鈉、氫化鈉、三苯甲鈉或格氏試劑等。

現(xiàn)在是25頁\一共有53頁\編輯于星期五（3）酯中只有一個(gè)有α-H，另一個(gè)羰基又活潑，則縮合只有一種產(chǎn)物。草酸酯和甲酸酯活性較強(qiáng)，分子中無活潑氫，是制備烷基和芳香取代丙二酸酯的一個(gè)重要方法

現(xiàn)在是26頁\一共有53頁\編輯于星期五1.3.3分子內(nèi)酯縮合-狄克曼（Dieckmann）縮合

是一種含有二元酯分子內(nèi)的Claisen縮合，得到五元或六元環(huán)狀β-酮酸酯，脫羧后即可制得環(huán)酮?，F(xiàn)在是27頁\一共有53頁\編輯于星期五例如:從兩分子的丁二酸二乙酯在堿性條件下首先發(fā)生Claisen縮合進(jìn)而發(fā)生Dieckmann縮合反應(yīng)，得到六元環(huán)二酮。α,ω-二腈在堿催化下，縮合得到環(huán)狀β-酮腈現(xiàn)在是28頁\一共有53頁\編輯于星期五1.4碳負(fù)離子的烴基化反應(yīng)碳負(fù)離子置換鹵代烷中鹵素，形成碳-碳鍵，相對于O、S、N等烴化，接觸較多的是C-烴化。羰基活化的碳負(fù)離子的烴化反應(yīng):作為烴化劑，除了鹵代烷外，還有對甲苯磺酸酯、硫酸二甲酯和重氮甲烷等

;各種活化基團(tuán)的α-碳的烴化

現(xiàn)在是29頁\一共有53頁\編輯于星期五烴化反應(yīng)是SN2歷程，鹵化物活性規(guī)則：（1）鹵代烷的活性次序：I>Br>Cl>F。（2）產(chǎn)率次序：第一鹵代烷>第二鹵代烷>叔鹵代烷?，F(xiàn)在是30頁\一共有53頁\編輯于星期五叔鹵代烷，一般不宜作烴化劑，但在酸性條件下反應(yīng)結(jié)果較好：（3）乙烯基和芳基鹵代烷不能作烴化劑，但若芳環(huán)P、O位上有強(qiáng)的吸電子基團(tuán)（硝基）可以反應(yīng)

現(xiàn)在是31頁\一共有53頁\編輯于星期五單功能團(tuán)化合物的烴化不對稱酮烴化，由于兩種可能結(jié)構(gòu)烯醇離子的形成，得到兩種不同結(jié)構(gòu)產(chǎn)物。

異構(gòu)體烯醇負(fù)離子烴化在其鄰位置上發(fā)生

現(xiàn)在是32頁\一共有53頁\編輯于星期五改進(jìn)不對稱酮烴基化的選擇性：在環(huán)的一個(gè)α-位引入臨時(shí)的活化基團(tuán)來穩(wěn)定相應(yīng)的烯醇負(fù)離子，同時(shí)活化了α-碳上的氫原子使其酸性增大，待烴化反應(yīng)完成后，再除去這個(gè)活化基團(tuán)。常用活化基團(tuán)：乙氧羰基、乙氧草?；⒓柞；F(xiàn)在是33頁\一共有53頁\編輯于星期五1.4.2雙功能團(tuán)化合物的烴化分子中有兩個(gè)活化基團(tuán)的化合物的烴化，合成上利用這兩個(gè)化合物的活潑性烴化之后，除去一個(gè)活化基，比單功能團(tuán)化合物的烴化要合適，可以制備一系列有用化合物。主要機(jī)理：羰基化合物分子中的α-H受羰基影響，有微弱的酸性，在強(qiáng)堿的作用下可以生成烯醇鹽：現(xiàn)在是34頁\一共有53頁\編輯于星期五1)丙二酸二乙酯的烴化反應(yīng)用乙醇鈉作為堿性試劑，在乙醇溶液中進(jìn)行2)乙酰乙酸乙酯的烴化烴化產(chǎn)物經(jīng)堿進(jìn)一步發(fā)生酮式分解或酸式分解，得到含有的酮或酸現(xiàn)在是35頁\一共有53頁\編輯于星期五1.5碳負(fù)離子對活潑烯烴的加成反應(yīng)(Michael

)C-不和一般的C=C加成,如果烯烴雙鍵和一個(gè)Z-基團(tuán)共軛（Z=-CHO、-COR、-COOR、-CONH2、-CN、-NO2），C-則發(fā)生加成反應(yīng)，通式如下：麥克爾反應(yīng)機(jī)理如下：

現(xiàn)在是36頁\一共有53頁\編輯于星期五反應(yīng)常用堿催化劑為：R2N、RNH2、哌啶、CaH2、KOH、KF等

。

現(xiàn)在是37頁\一共有53頁\編輯于星期五Michael反應(yīng)在合成中應(yīng)用很廣。如脂肪醛在EtO-的催化下，可自發(fā)地發(fā)生縮合和加成，制備取代戊二酸或戊二酸。麥克爾加成中，若具有羰基的酸性氫化合物和具有α-H的α,β-不飽和酮進(jìn)行反應(yīng)，生成1,5-二羰基化合物，在堿作用下起分子內(nèi)羥醛縮合發(fā)生環(huán)化，即Robinson環(huán)化，是合成六元環(huán)化合物的好方法?，F(xiàn)在是38頁\一共有53頁\編輯于星期五麥克爾方法可以用于雜環(huán)的合成。

現(xiàn)在是39頁\一共有53頁\編輯于星期五麥克爾反應(yīng)在強(qiáng)堿作用下進(jìn)行，條件比較苛刻。如α,β-不飽和酮與丙二腈在催化量的KF／A12O3存在下反應(yīng)，高產(chǎn)率地得到麥克爾加成產(chǎn)物：從這類反應(yīng)制得的多氰類化合物可作為殺蟲劑、麻醉劑、增塑劑的原料。

現(xiàn)在是40頁\一共有53頁\編輯于星期五酸酐在VB12催化下，與共軛體系發(fā)生麥克爾反應(yīng)，一步就可制得4-氧代醛、酮、酯、腈?，F(xiàn)在是41頁\一共有53頁\編輯于星期五1.6乙炔碳負(fù)離子反應(yīng)乙炔和它的一取代物的酸性比烯烴、烷烴的酸性稍強(qiáng)。是由于C-H鍵是sp雜化，s成分占50%。s成分的增大意味著親核引力增強(qiáng)，電負(fù)性加大，使C-H鍵呈酸性。因此可以在強(qiáng)堿作用下脫質(zhì)子而形成碳負(fù)離子，這種碳負(fù)離子可以發(fā)生與羰基的加成反應(yīng)和鹵代烴的烴化反應(yīng)。

產(chǎn)生乙炔負(fù)離子是在液態(tài)氨中進(jìn)行。交替地通入乙炔和加入金屬鈉，催化劑Fe(III)存在可加快反應(yīng)：現(xiàn)在是42頁\一共有53頁\編輯于星期五1.6.1乙炔碳負(fù)離子與鹵代烴縮合乙炔碳負(fù)離子只有和α,β-C上沒有支鏈的鹵代烷RCH2CH2X才能反應(yīng)。作為親核取代反應(yīng)，鹵代烷的反應(yīng)活性:碘化物>溴化物>氯化物。反應(yīng)可增長碳鏈，合成某些重要物質(zhì)，如油酸等。現(xiàn)在是43頁\一共有53頁\編輯于星期五1.6.2乙炔碳負(fù)離子與羰基化合物縮合與醛酮反應(yīng)形成α-乙炔醇，即在羰基上引入一個(gè)基團(tuán)，在有機(jī)合成上有很大的意義，例如：異戊二烯的合成?，F(xiàn)在是44頁\一共有53頁\編輯于星期五1.7氰基(CN-)負(fù)離子反應(yīng)

1.7.1氰基負(fù)離子與鹵代烴反應(yīng)第二鹵代烴與CN-發(fā)生親核置換而得到相應(yīng)的腈化物。第三鹵代烷則發(fā)生消除反應(yīng)。CN-是一個(gè)親核試劑，由于碳的sp構(gòu)型和氮的電負(fù)性使氰基趨于穩(wěn)定，可作為獨(dú)立離子存在于水溶液中。CN-是雙活性負(fù)離子，但通常多是親核性強(qiáng)的碳一端發(fā)生反應(yīng)?，F(xiàn)在是45頁\一共有53頁\編輯于星期五（1）催化還原為胺現(xiàn)在是46頁\一共有53頁\編輯于星期五（2）還原成醛一般芳鹵都要求強(qiáng)烈的條件鹵素才能被氰基置換。

現(xiàn)在是47頁\一共有53頁\編輯于星期五1.7.2氰基負(fù)離子與羰基化合物反應(yīng)羰基化合物與氰化氫加成，生成α-羥基腈。是一個(gè)平衡反應(yīng)，依賴于羰基化合物的結(jié)構(gòu)和溫度。大多數(shù)脂肪醛、脂肪甲基酮以及芳香醛，平衡有利于生成α-腈基；芳基烷基酮生成相應(yīng)的α-羥基腈的產(chǎn)率低，二芳基酮甚至不發(fā)生反應(yīng)現(xiàn)在是48頁\一共有53頁\編輯于星期五活性較低的酮不易生成相應(yīng)的羥基腈，若將它們首先轉(zhuǎn)化成烯醇的三甲基硅醚，然后再與氰化氫反應(yīng)，則可以得到α-腈基的三甲基硅醚。環(huán)氧乙烷易與氰化氫加成，生成α-羥基腈，當(dāng)環(huán)氧乙烷含有鹵原子時(shí)，也不受影響?，F(xiàn)在是49頁\一共有53頁\編輯于星期五1.8Wittig反應(yīng)-羰基烯化Wittig等人在1953年報(bào)