高等有機化學(xué)電子教案

第6章 碳負(fù)離子中間體及反響碳負(fù)離子的構(gòu)型與飽和碳原子相連時，碳負(fù)離子的構(gòu)型為sp3雜化，與不飽和碳原子相連時，碳負(fù)離子的構(gòu)型為sp2雜化。碳負(fù)離子的產(chǎn)生R—H解離親核加成反響生成金屬炔化物或帶負(fù)電荷的芳香化合物格氏試劑碳負(fù)離子的反響親核置換碳負(fù)離子的烷基化如常見的丙二酸二乙酯和三乙的有關(guān)反響。將丙二酸酯與丙酮縮合，可得到活性更高的衍生物2,2-二甲基-1,3-二氧六環(huán)-4,6-二酮，可以實現(xiàn)丙二酸酯無法實現(xiàn)的反響。例如：鹵化反響跨環(huán)的反響Favorskii重排Ramberg-Backland烯烴合成Japp-Klingemann這是碳負(fù)離子與重氮鹽的反響，反響類似于酚與重氮鹽的反響。加成反響R—M是烷基或芳基格利雅試劑或是烷基或芳基鋰化合物。金屬鹽經(jīng)酸化并分解后就得到如下產(chǎn)物。碳負(fù)離子常常加到共軛體系的一端而生成一個的碳負(fù)離子。加成所得的碳負(fù)離子發(fā)生質(zhì)子化而使反響完成。上述類型的共軛加成稱為1,4加成。1，6加成。碳負(fù)離子轉(zhuǎn)化成卡賓碳負(fù)離子失去一個負(fù)離子或其相當(dāng)物就生成卡賓。Fritsch-Buttenberg-Wiechel重排就是一例。重排反響FavorskiiRearrangement鹵代酮〔氯、溴、碘〕在堿的作用下加熱，重排而生成一樣碳原子數(shù)的羧酸。假設(shè)堿為RO-，則重排為相應(yīng)酸的酯，以胺類為堿則得到相應(yīng)酸的酰胺，這樣的重排反響Favorskii重排。例如：Favorskii重排反響的歷程包含有環(huán)丙酮中間體的生成，這是分子內(nèi)由最初生成的負(fù)碳離子取代鹵素的結(jié)果，然后RO-進(jìn)攻羰基，開環(huán)而完成重排。假設(shè)生成的環(huán)丙酮中間體是不對稱的，環(huán)丙酮開環(huán)時，從哪邊翻開，主要取決于生成負(fù)碳離子的穩(wěn)定性。例如：以下開環(huán)，由于苯環(huán)可以分散負(fù)電荷而穩(wěn)定負(fù)碳離子，因此是按以下方式開環(huán)的。依據(jù)反響歷程的要求，很明顯，進(jìn)展Favorskii重排反響，羰基的不含鹵素的一側(cè)必需至少有一個α-α-氫原子而產(chǎn)生負(fù)碳離子。一般認(rèn)為，奪取氫原子產(chǎn)生負(fù)碳離子和環(huán)丙酮中間體的生成是掌握反響速度的步驟。環(huán)丙酮中間體的生成和鹵負(fù)離子的離去，試驗說明一般為協(xié)同反響，是同時進(jìn)展的，相當(dāng)于分子內(nèi)SN2取代反響，反響具有立體專一性。例如：以下兩個異構(gòu)體在乙醚溶液中處理，分別得到立體專一性的重排產(chǎn)物。Stevens重排當(dāng)與季銨〔锍〕鹽相連的碳上有拉電子基團(tuán)時，在強堿的作用下，季銨〔锍〕鹽上的取代基重排到具有拉電子的碳上，形成叔胺〔硫醚〔帶有正電荷上的基團(tuán)排到帶有負(fù)電荷的碳上〕Z=RCO，COOR”，CH等。如沒有拉電子Z存在時，要用更強的堿，而6 5且產(chǎn)率很低。常見的移動基團(tuán)是：烯丙基、芐基、二苯甲基、3-苯基炔丙基等。其反響過程如下：上面的反響過程已被使用NMR〔CIDAP，負(fù)峰〕所證明，且在反響產(chǎn)物中有R—R偶聯(lián)副產(chǎn)物生成。帶有烯丙基的Stevens1,21,4重排，得到構(gòu)型保存的化合物。Stevens重排是分子內(nèi)的重排。假設(shè)以具有旋光活性的季銨鹽，且遷移基團(tuán)為手性基的季銨鹽進(jìn)展重排反響，結(jié)果遷移基團(tuán)的構(gòu)型保持不變。例如：锍鹽也有類似的反響：季銨鹽與叔锍鹽，假設(shè)有一個基為苯甲基時，在強堿作用下奪取烷基的成負(fù)碳離子，生成叔胺或二烴基硫醚，該反響也叫Sommelet重排。例如：但是季銨鹽或叔锍鹽所連接的烷基上必需沒有β-氫原子時才能發(fā)生這樣重排，如有β-氫原子則首先發(fā)生消退反響，而得不到Sommelet產(chǎn)物。Stevens重排，可制得一些有用的C—C化合物。例如：Wittig重排醚在醇溶液中，與烷基鋰作用，醚分子中的烷基或芳基遷移到碳原子上，重排成醇，這樣的重排反響稱為Wittig重排。與Stevens重排相像，但要比較強的堿如烷基鋰、苯基鋰或氨基鋰等，所不同的是遷移基團(tuán)由氧遷移到碳。式中的R可以是烷基、芳基或乙烯基，遷移基團(tuán)重排力量的挨次大致為：2 2 65 2 3 3 2 65Witting重排的反響式如下：該反響可能是經(jīng)過了自由基溶劑籠〔SolventCage〕過程。例如：上述機理的主要證據(jù)是：重排發(fā)生在分子內(nèi)部；基團(tuán)移動的次序是按自由基穩(wěn)定性，而不是按碳負(fù)離子的穩(wěn)定性；醛是該反響的副產(chǎn)物；有自由基偶聯(lián)產(chǎn)物生成。固然，協(xié)同反響同樣被觀看到，特別是當(dāng)取代基是烯丙基的時候具有4n+2芳香過渡態(tài)，同時在該反響中極高的立體專一性有力地支持了協(xié)同歷程。例如：Meisenheimer重排第三胺的氧化物在加熱時給出取代的羥胺。這里R1

多為烯丙基或二苯甲基R或R2 3

Neber重排用堿處理酮肟磺酸酯可得到氨基酮，這類反響稱為Neber重排。上式中，R=烷基或芳基，也可以是H，R”=烷基或芳基，但不能有α-H，副反響是Backmann重排產(chǎn)物。反響中間體氮雜環(huán)已被分別和鑒定。消退反響E1cb歷程這是形成烯烴的E1cb歷程，其中R=OAr，OR，OAc，Cl，Br，I，SR，OTs等。只要負(fù)離子與離去基團(tuán)相鄰，就簡潔發(fā)生消退反響。例如：縮醛在堿性介質(zhì)中是穩(wěn)定的，β-酮體系就簡潔發(fā)生斷裂。羥醛縮合反響的產(chǎn)物在堿性介質(zhì)中發(fā)生脫水是這一反響的實例。Michael反響下面的反響脫去基也可以是碳負(fù)離子，是一個逆Michael型加成反響。關(guān)于反式消退Ingold50-二氯乙烯被堿轉(zhuǎn)化成氯乙炔比反-20倍。Cristol覺察，在乙醇的乙醇鈉溶液中，順式對硝基苯乙烯溴化物可發(fā)生消退反響，而反式對硝基苯乙烯溴化物不能發(fā)生消退反響。1,4消退反響GrobC3—N4C2—C3鍵加長，此結(jié)果可以看成是一個遠(yuǎn)程的電子超共軛效應(yīng)。12快。31,4-4反響較慢。這類化合物的構(gòu)造特點是：1,4-與另一個電負(fù)性原子的C—Y鍵反平行。我們總結(jié)的反響規(guī)律為：2,3斷裂，3,4和1,2間生成雙鍵。以下化合物分別發(fā)生1，4-消退反響。其他氧負(fù)離子的孤對電子也可發(fā)生類似反響。下舉幾例說明：在堿性條件下，三環(huán)羥基甲苯磺酸酯5E型雙鍵的雙環(huán)酮6。5 6雙環(huán)羰基對甲苯磺酸酯7的復(fù)原經(jīng)過中間體8，得到9。7 8 9在保幼激素合成中，用NaOH將10轉(zhuǎn)化11。10 11在蒼術(shù)醇合成中，將12轉(zhuǎn)化13。12 13在堿性條件下處理順和反-羥基對甲苯磺酸酯14產(chǎn)生反式烯烴15。14 15用叔丁醇鉀處理氯代苯甲酸酯16，給出環(huán)戊烯醛17。16 17當(dāng)兩個氧原子可以參與反響時，碎裂過程應(yīng)當(dāng)簡潔發(fā)生。平伏鍵雙環(huán)酮甲苯磺酸酯18通過乙醇鈉處理，即轉(zhuǎn)化成單環(huán)烯酯19。Eschenmoser等進(jìn)展了一系列脫羧雙消退反響，這是奇異利用異頭效應(yīng)的反響。該合成方法為制備不飽和大環(huán)內(nèi)酯供給了途徑。在它們的熔點〔180℃和220℃〕加熱羧酸鹽20，即高產(chǎn)率地得到大環(huán)內(nèi)酯21。20 21β-β-二酮的逆-酰基化反響和β-酮酯的逆-Claisen反響也可看成是1,4-消退反響。甲醇鈉處理三酮乙酸酯22，得到23。22 23雙環(huán)酮—肟甲苯磺酸酯24到氰基羧酸26的定量轉(zhuǎn)化反響是通過中間體25發(fā)生的，也是一個1,6-消退反響。24 25 26Baylis-Hillman反響C—C鍵的形成和生成具有多個官能團(tuán)分子的反響始終是有機化學(xué)中最具挑戰(zhàn)性的工作。Baylis-Hillman反響是一類形成C—C鍵，生成多個官能團(tuán)分子的有效合成反響。該反響具有高效合成方法所具備的根本特征，如反響選擇性〔化學(xué)的、區(qū)域的、非對映的和對映的〕、原子經(jīng)濟(jì)性、反響條件溫順以及產(chǎn)物具有多個能進(jìn)一步轉(zhuǎn)換的官能團(tuán)，因而得到了寬闊化學(xué)家的關(guān)注。其根本反響為α，β-不飽和羰基化合物與醛酮的加成反響，在α，β-不飽和羰基化合物的α-位引入官能團(tuán)。目前國內(nèi)外有關(guān)Baylis-Hillman劑的篩選、復(fù)合催化劑的使用、溶劑效應(yīng)的爭論以及反響條件的優(yōu)化等方面均有成就。有關(guān)Baylis-Hillman論述。反響機理單分子醛參與反響的機理。Hill等認(rèn)為該反響可看作在催化劑作用下活化烯和親1,4-成兩性離子烯醇鹽，接著與親電試劑醛發(fā)生類似于Aldol反響的醛醇縮合生成中間體，隨后發(fā)生分子內(nèi)質(zhì)子轉(zhuǎn)移，形成兩性離子烯醇鹽，再經(jīng)消退反響得到產(chǎn)物，同時再生催化劑。整個反響過程如下所示：Bode等認(rèn)為反響速度與醛分子濃度的二次方成正比，并且認(rèn)為分子內(nèi)質(zhì)子轉(zhuǎn)移為反響的決速步驟,然后經(jīng)過具有六元環(huán)構(gòu)造的過渡態(tài)發(fā)生分子內(nèi)質(zhì)子轉(zhuǎn)移，脫去催化劑形成產(chǎn)物，如下所示：TiCl催化機理。Li爭論小組報道了在CHCl溶劑中單獨使用TiCl

也能催化環(huán)烯4 2 2 4酮和多種醛的Baylis-Hillman反響,產(chǎn)率可到達(dá)47%～68%，整個反響不需要參加任何Lewis堿，打破了Baylis-Hillman反響的傳統(tǒng)概念，說明單獨的Lewis酸也能催化此類反響TiCl4

作用從而釋放出氯離子，該氯離子充當(dāng)了Lewis堿參與加成反響形成了氯化鈦烯醇鹽，再與醛反應(yīng)形成產(chǎn)物。Michael2023年Basavaiah等提出Michael加成—消退反響機理，如下所示：通過Baylis-Hillman反響，可以直接得到很多多功能團(tuán)的化合物，如下所示：催化劑催化劑主要是叔胺和叔膦的有機化合物，還有TiCl4等Lewis酸，如下所示：胺類。手性胺類。膦類。反響事例Friede