第十三章-碳負(fù)離子的反應(yīng)

第十三章碳負(fù)離子的反應(yīng)第一節(jié)α-氫的酸性和互變異構(gòu)一、α-氫的酸性一些常見化合物α-氫的pKa值參見p.399表13-1第一列官能團(tuán)吸電子能力↗α-氫酸性↗碳負(fù)離子烯醇負(fù)離子各類羧酸衍生物α-氫相對酸性大小次序酰鹵>

醛>

酮

>

酯16172025PKaβ-二酮β-酮酸酯丙二酸酯氰乙酸酯硝乙酸酯

參見p.399表13-1第二列在同一個(gè)碳原子上連有兩個(gè)吸電子基的化合物——活潑亞甲基化合物

像乙酰乙酸乙酯、丙二酸酯這類化合物，因同一個(gè)碳原子上連有兩個(gè)吸電子基,其碳原子上的氫原子有明顯的酸性，在堿的催化下易形成碳負(fù)離子，因此,這類化合物在堿性介質(zhì)中均為良好的含碳親核試劑，通常將這類化合物稱為活潑亞甲基化合物。除乙酰乙酸乙酯和丙二酸酯外，活潑亞甲基化合物還有β-二酮（RCOCH2COR）、氰乙酸乙酯（NCCH2COOC2H5）和脂肪族硝基化合物（RCH2NO2）等。二、互變異構(gòu)通常，單羰基化合物烯醇式含量很少，互變異構(gòu)平衡主要偏向于酮式結(jié)構(gòu)對互變異構(gòu)體相對含量的影響1.在羰基化合物中再引入一個(gè)吸電子基，烯醇式含量相應(yīng)增多

α-氫酸性愈強(qiáng)烯醇式含量愈高2.能形成更大p-π共軛體系的烯醇結(jié)構(gòu)，含量相應(yīng)愈高3.β-二羰基化合物因分子內(nèi)氫鍵之故，烯醇式含量也相應(yīng)愈高

(參見p.402表13-2）分子內(nèi)氫鍵互變異構(gòu)對手性藥物的影響1.極性不飽和基團(tuán)處于α位手性碳上時(shí)，濕儲存可導(dǎo)致藥物的構(gòu)型轉(zhuǎn)化或外消旋化互變異構(gòu)現(xiàn)象的普遍性構(gòu)型轉(zhuǎn)化外消旋化若手性碳原子連在極性官能團(tuán)的β-位時(shí)，則手性碳構(gòu)型不會發(fā)生變化，也不會引起外消旋化第二節(jié)縮合反應(yīng)

縮合反應(yīng)：—兩個(gè)或多個(gè)有機(jī)物分子通過反應(yīng)形成新的較大分子的同時(shí)脫去一些小分子（如水、醇、氨）的反應(yīng)羰基親核加成簡單加成（加HCN、NaHSO3、加H2等）復(fù)雜加成（縮合）加成取代縮合（縮醛的生成）

(p.256-257)加成消除縮合（與羰基試劑的縮合）

(p.259－260）Aldol縮合除醛酮可作為α-碳負(fù)離子形式參與縮合外，其他形式的碳負(fù)離子也可以與醛酮發(fā)生類似的縮合反應(yīng)，生成α,β-不飽和化合物....................

一、羥醛縮合型反應(yīng)

β-羥基醛β-羥基酮柏琴反應(yīng)機(jī)理（參見p.404-405）柏琴反應(yīng)活性與環(huán)上取代基性質(zhì)有關(guān)環(huán)上連有吸電子基反應(yīng)速率↗環(huán)上連有斥電子基反應(yīng)速率↘在堿性催化劑的作用下，芳香醛與酸酐反應(yīng)生成β-芳基-α,β-不飽和羧酸的反應(yīng)稱為柏琴反應(yīng)

（一）Perkin（柏琴）反應(yīng)肉桂酸一般為E-構(gòu)型（二）Knoevenagel（克腦文蓋爾）反應(yīng)在弱堿性催化劑的作用下，醛或酮與具有活潑亞甲基的化合物反應(yīng)的縮合反應(yīng)稱為克腦文蓋爾反應(yīng)可以用來合成各類α,β-不飽和化合物活潑亞甲基化合物的α-氫酸性強(qiáng)于醛酮α-氫，優(yōu)先生產(chǎn)碳負(fù)離子而與醛酮發(fā)生縮合反應(yīng)克腦文蓋爾反應(yīng)機(jī)理反應(yīng)活性：醛>脂環(huán)酮>脂肪酮78%78%三、Darzen(達(dá)參）反應(yīng)醛或酮與α-鹵代酸酯在堿的催化下縮合生成α,β-環(huán)氧羧酸酯的反應(yīng)稱為Darzen縮合。α,β-環(huán)氧羧酸酯達(dá)參反應(yīng)機(jī)理：E-構(gòu)型產(chǎn)物為主Darzen縮合的應(yīng)用：其產(chǎn)物經(jīng)水解、脫羧轉(zhuǎn)化成比原有醛、酮反應(yīng)物增加一個(gè)碳原子的醛或n個(gè)碳原子的酮。與Reformansky反應(yīng)(p.361)對比合成思考題：丁美酮“萘普生”中間體二、酯縮合反應(yīng)

（一）AA型酯縮合反應(yīng)

酯中的a－H顯弱酸性，在醇鈉作用下可與另一分子酯發(fā)生類似于羥醛縮合（Aldol縮合）的反應(yīng)，結(jié)果一分子的a－H被另一分子酯的?；娲?，生成b-酮酸酯，稱為酯縮合反應(yīng)或克萊森（Claisen）酯縮合反應(yīng)。

pKa25pKa≈11反應(yīng)機(jī)理：成鹽反應(yīng)使平衡向右進(jìn)行75%只有1個(gè)a－H原子的酯在乙醇鈉作用下，縮合反應(yīng)需用比醇鈉更強(qiáng)的堿催化，因?yàn)樯傻腷－酮酸酯沒有a－H原子，不能成鹽，即缺乏使平衡向右移動(dòng)的推動(dòng)力。酯縮合反應(yīng)中常用的堿：1.A、B兩種均有不同的a－H的酯（可能有4種產(chǎn)物）——意義不大2.A、B之一不含a－H的——有合成實(shí)用意義（如苯甲酸酯、甲酸酯、碳酸酯或草酸酯等）進(jìn)行酯縮合反應(yīng)時(shí)，可得到單一產(chǎn)物。此類交叉酯縮合反應(yīng)在有機(jī)合成中有廣泛的用途。有a－H的酯與甲酸酯的縮合，可生成a－甲?；铮丛邗シ肿右肴┗?；與碳酸酯縮合，可合成取代的丙二酸酯；與苯甲酸酯縮合，可生成苯取代的b－酮酸酯；與草酸酯縮合，可合成a－酮酸。（二）AB型酯縮合反應(yīng)

α-草酰羧酸酯α-草酸二酯甲酸酯α-甲酰基羧酸酯碳酸酯取代丙二酸衍生物α-芳甲酰羧酸酯芳香酸酯二元酸酯在堿的作用下，可發(fā)生分子內(nèi)或分子間的酯縮合反應(yīng)；這種分子內(nèi)的酯縮合反應(yīng)稱為例：——狄克曼(Dieckmann)縮合(環(huán)化)（三）分子內(nèi)酯縮合反應(yīng)

β-環(huán)酮酸酯不對稱二酯縮合：主產(chǎn)物是動(dòng)力學(xué)較穩(wěn)定的分子間酯縮合當(dāng)酮與酯縮合或酮酸酯自身進(jìn)行縮合時(shí)，主要產(chǎn)物為b－二酮。這是由于酮的a－H的酸性強(qiáng)于酯的a－H，所以在堿催化下，酮先生成碳負(fù)離子，再與酯羰基發(fā)生親核加成，然后消除乙醇，生成b－二酮。

2,4-戊二酮（乙酰丙酮）酯（?；噭┩?引入酯基)碳酸二乙酯1,3-二羰基類化合物b-羰基酯類（四）酮-酯縮合當(dāng)酯與不對稱酮縮合時(shí)，酮分子中含氫較多所連烷基較少的a－C容易形成碳負(fù)離子，因?yàn)橥榛^多的α碳上的氫原子酸性較弱，形成的碳負(fù)離子也因烷基的+I效應(yīng)較不穩(wěn)定。思考題：(1)如何由CH3（CH2)8COCH3合成魚腥草素（癸酰乙醛）？2-十一烷酮甲酸乙酯1,5-二官能團(tuán)化合物活潑亞甲基化合物在堿性催化劑的催化下與具有極性的a,b-不飽和化合物發(fā)生共軛加成反應(yīng)。麥克爾(Michael)加成例：p.304、p.414合成思考題：p.304魯賓孫環(huán)化反應(yīng)RobinsonAnnulation酮式(92.5%)烯醇式第三節(jié)β二羰基化合物的烷基化、酰基化反應(yīng)在合成中的應(yīng)用一、乙酰乙酸乙酯無色具水果香味的液體，b.p.181℃，微溶于水，可溶于多種有機(jī)溶劑，對石蕊呈中性，但能溶于稀氫氧化鈉溶液，它不發(fā)生碘仿反應(yīng)！在室溫下乙酰乙酸乙酯的兩種異構(gòu)體以一定比例（酮式92.5%，烯醇式7.5%）呈動(dòng)態(tài)平衡存在，兩者之間互變速度很快，不可能將它們分離。但在特殊條件下，可以分離出兩種異構(gòu)體。如將乙酰乙酸乙酯的平衡混合物溶解在石油醚中，并冷卻至-78℃，得到一種結(jié)晶，熔點(diǎn)為39℃。它不和溴發(fā)生加成反應(yīng)，也不與三氯化鐵溶液發(fā)生顯色反應(yīng)（即烯醇試驗(yàn)都為負(fù)性反應(yīng)），但能與羰基試劑如亞硫酸氫鈉、氫氰酸等反應(yīng)，說明該結(jié)晶是酮式結(jié)構(gòu)。若在-78℃用足夠的鹽酸分解乙酰乙酸乙酯鈉，得到的液體不與羰基試劑反應(yīng)，但遇三氯化鐵顯色，說明它具有烯醇式結(jié)構(gòu)。（一）特殊的化學(xué)反應(yīng)2.酮式分解和酸式分解1.與三氯化鐵的顯色反應(yīng)酮式分解和酸式分解合成上可用于制備取代乙酸酮式水解酸式水解取代乙酸取代丙酮溫度較低溫度較高收率較好收率偏低乙酰乙酸乙酯在稀堿液中水解生成乙酰乙酸鹽，酸化后加熱則脫羧生成酮

酮式分解

——酸式分解——乙酰乙酸乙酯如與濃的強(qiáng)堿液共熱，不但酯基發(fā)生水解，而且酮羰基碳原子受高濃度親核試劑OH–的進(jìn)攻，發(fā)生親核加成，然后引起碳碳鍵斷裂，最后生成兩分子乙酸。酸式分解機(jī)理此過程類似于哪個(gè)反應(yīng)的機(jī)理？思考題：以下幾種類型化合物在用濃堿水解（酸式水解）時(shí)分別生成何種類型產(chǎn)物？普通酮、酯的烷基化反應(yīng)反應(yīng)不可逆醛、酮酯烯醇負(fù)離子作為親核試劑3.亞甲基上的烴基化和?；?δ-例－1：第一步若不采用強(qiáng)堿和低溫，酮將不能完全烯醇負(fù)離子化，會發(fā)生醇醛縮合等副反應(yīng)。應(yīng)予以考慮的問題：反應(yīng)的活性問題(一般酮和酯類化合物a

－H的酸性不夠強(qiáng)，須強(qiáng)堿作用，反應(yīng)條件較為苛刻)。反應(yīng)的區(qū)位選擇性問題(不對稱酮有兩種反應(yīng)位置)。酮或酯的自身縮合問題(醇醛縮合和Claisen縮合)。例－2：例－3：不對稱酮熱力學(xué)控制動(dòng)力學(xué)控制

1,3-二羰基化合物的烷基化反應(yīng)雙活化位置，反應(yīng)優(yōu)先發(fā)生其它活化基團(tuán)如：－CN，－NO2，－Ar雙活化例子例：RX：鹵代烷——1°RX較好、2°產(chǎn)率低、

3°RX、PhX、CH2＝CHX不可用b)多鹵代物——X(CH2)nXc)α-鹵代酮——XCH2COCH3d)鹵代酯——X(CH2)nCOOEte)酰鹵——RCOX、PhCOX例：在酰化反應(yīng)中，因酰鹵與乙醇要發(fā)生反應(yīng)，最好用氫化鈉代替醇鈉，或在苯液中用金屬鎂進(jìn)行反應(yīng)。（二）在合成中的應(yīng)用應(yīng)用1：制備取代丙酮（甲基酮）類化合物單取代丙酮二取代丙酮擴(kuò)展：制備環(huán)烷基甲基酮乙酰乙酸乙酯:二鹵代烴＝1:1環(huán)烷基甲基酮應(yīng)用2：制備甲基二酮類化合物乙酰乙酸乙酯:二鹵代烴＝2:1甲基二酮類化合物擴(kuò)展：制備2,5-己二酮思考題：寫出下列反應(yīng)的產(chǎn)物應(yīng)用3：通過?；苽?/p>

b-二酮類化合物b-二酮類化合物

二、丙二酸二乙酯無色有香味液體b.p.199℃丙二酸二乙酯，微溶于水制備分解反應(yīng)取代乙酸丙二酸二乙酯乙酸酯實(shí)驗(yàn)條件較苛刻，產(chǎn)率不好.實(shí)驗(yàn)條件較溫和，產(chǎn)率較好.比較以下兩合成丙二酸二酯乙酸酯合成等價(jià)物烴基化及?；磻?yīng)烴基化反應(yīng)中，用伯鹵烴反應(yīng)最好，用仲鹵烴產(chǎn)率低，而用叔鹵烴主要發(fā)生消除反應(yīng)，芳鹵烴則不反應(yīng)!一取代乙酸二取代乙酸合成一元羧酸：合成二元羧酸：思考題：由丙二酸二乙酯合成1，4-環(huán)己烷二羧酸？（注意烴化劑的投料比?。┖铣芍h(huán)羧酸：苯炔中間體實(shí)例：實(shí)例：

合成思考題：以丙二酸二乙酯為原料合成：1，5-二官能團(tuán)化合物可作為Michael給體發(fā)生Michael加成反應(yīng)

仲胺與含有α-H的醛酮反應(yīng)，以另一種脫水方式縮合生成烯胺

思考題：試寫出苯乙醛與二乙胺的反應(yīng)產(chǎn)物第四節(jié)烯胺的烷基化和酰基化反應(yīng)

烯胺和稀醇結(jié)構(gòu)類似可看作是一種“氮烯醇式”，其氮原子上及α－碳上具有一定的親核性，在有機(jī)合成中可在