第一章 碳負(fù)離子反應(yīng)PPT課件

.,第一章碳負(fù)離子反應(yīng),1.1基本原理1.2碳負(fù)離子反應(yīng)1.3碳負(fù)離子與羧酸衍生物反應(yīng)1.4碳負(fù)離子的烴基化反應(yīng)1.5碳負(fù)離子對活潑烯烴的加成反應(yīng)1.6乙炔碳負(fù)離子反應(yīng)1.7氰基(CN-)負(fù)離子反應(yīng)1.8Wittig反應(yīng)羰基烯化反應(yīng),.,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,.,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：,.,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、CCH等都是活化基團(tuán)?；罨鶊F(tuán)有兩個(gè)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)弱順序如下：-NO2R2C=O-SO3H-COOR-CN-CCH-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。,.,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。,.,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：,.,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-。,.,例醛、酯的-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：,酯會發(fā)生水解：,應(yīng)選用親質(zhì)子能力更強(qiáng)的堿如最好。,.,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）。,.,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。,.,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：動力學(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；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。,.,熱力學(xué)控制LDA:二異丙基氨基鋰LNPr2,.,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),.,醛、酮在堿作用下，形成的烯醇負(fù)離子是雙位性負(fù)離子。可以發(fā)生氧負(fù)和碳負(fù)的兩位加成。反應(yīng)可以使碳鏈增長13個(gè)碳原子。,1.2.2烯醇碳負(fù)離子反應(yīng),.,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。,.,1.2.3酯碳負(fù)離子反應(yīng)酯的-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-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：,.,1.2.4-鹵代羧酸酯碳負(fù)離子反應(yīng)羰基化合物與-鹵代羧酸酯縮合反應(yīng)（Darzen反應(yīng)），-鹵代羧酸酯和醛酮在堿催化下縮合，生成,-環(huán)氧酸酯。,-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。,.,1.2.5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-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-碳轉(zhuǎn)變?yōu)樘钾?fù)離子進(jìn)攻羰基碳后得-羥基硝基甲烷。,.,腈:含-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)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)。,.,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、-二酮、甲?；?、丙二酸酯等產(chǎn)物。反應(yīng)通式表示：,X=、等，=烷基或芳基。羧酸衍生物的反應(yīng)活性為：酰鹵酸酐酯酰胺。,.,1.3.1醛酮碳負(fù)離子與酯縮合,醛酮和酯各有一個(gè)-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-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)?酮酯。,.,導(dǎo)向或致活,-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。,.,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。,.,（3）酯中只有一個(gè)有-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,.,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-酮酸酯，脫羧后即可制得環(huán)酮。,.,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。,-二腈在堿催化下，縮合得到環(huán)狀-酮腈,.,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-碳的烴化,.,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：IBrClF。（2）產(chǎn)率次序：第一鹵代烷第二鹵代烷叔鹵代烷。,.,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),.,1.4.1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,.,改進(jìn)不對稱酮烴基化的選擇性：在環(huán)的一個(gè)-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-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、乙氧草酰基、甲?；?.,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-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：,.,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,.,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：,.,反應(yīng)常用堿催化劑為：R2N、RNH2、哌啶、CaH2、KOH、KF等。,.,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-H的,-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。,.,麥克爾方法可以用于雜環(huán)的合成。,.,麥克爾反應(yīng)在強(qiáng)堿作用下進(jìn)行，條件比較苛刻。如,-不飽和酮與丙二腈在催化量的KFA12O3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。,.,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。,.,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)：,.,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,-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。,.,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-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。,.,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)。,.,（1）催化還原為胺,.,（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。,.,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-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-腈基；芳基烷基酮生成相應(yīng)的-羥基腈的產(chǎn)率低，二芳基酮甚至不發(fā)生反應(yīng),.,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-腈基的三甲基硅醚。,環(huán)氧乙烷易與氰化氫加成，生成-羥基腈，當(dāng)環(huán)氧乙烷含有鹵原子時(shí)，也不受影響。,.,1.8Wittig反應(yīng)-羰基烯化Wittig等人在1953年報(bào)告了下列反應(yīng)：,季鏻鹽中的-位碳原子上的氫原子被代正電荷的磷活化，具有一定的酸性，可與強(qiáng)堿（如有機(jī)鋰化物、氰化鈉等）反應(yīng)，生成的中性化合物即為Wittig試劑，如,如果季鏻鹽-位碳上連有吸電子基團(tuán)（-CN，-COPh等），則使用相對較弱的堿（NaOH）就可生成Wittig試劑。如：,.,Wittig試劑具有很強(qiáng)的親核性，可以發(fā)生一系列反應(yīng)，其中與醛、酮加成使羰基直接變?yōu)橄╂I的反應(yīng)是非常有價(jià)值的合成烯烴的方法。,反應(yīng)歷程由兩個(gè)階段完成，首先是內(nèi)鏻鹽對羰基進(jìn)行親核加成反應(yīng)，其次是中間產(chǎn)物受熱消除PhPO,生成烯烴。,在實(shí)踐中知，多種亞甲化三苯磷都同多種醛酮反應(yīng)得到烯烴。,.,1.8.1磷葉立德（ylide）,磷葉立德是碳負(fù)離子內(nèi)鎓鹽,結(jié)構(gòu)為：特征:含有一個(gè)半極性鍵。由于磷原子具有低能量的3d空軌道，而-碳上又具有孤電子對的p軌道，因此可以產(chǎn)生d-p共軛，分散-碳上負(fù)電荷，使分子趨于穩(wěn)定,.,1)Wittig試劑的制備。多用堿作用于相應(yīng)的磷鹽而制得。三芳基(或烷基)膦與鹵化物(-碳上至少要有一個(gè)氫原子)作用則得季磷鹽。季磷鹽在有機(jī)溶劑中和堿存在下，分解成Wittig試劑。,ylen(共價(jià)型)ylid(離子型),.,磷葉立德，可將其分為三類：,穩(wěn)定的磷葉立德R為吸電子基，如羧基、酰基、酯基、氫基等?；顫姷牧兹~立德R為推電子基，如烷基、環(huán)烷基。半穩(wěn)定的磷葉立德R為烯基、炔基、芳基。,.,1.8.2磷葉立德與醛酮反應(yīng)與醛酮發(fā)生親核加成反應(yīng)，使羰基所在位置烯基化，是著名的Wittig反應(yīng)。,羰基化合物:脂肪烴或芳香烴的醛或酮。羰基組分:雙鍵、叁鍵、羥基、烷氧基、鹵素、酯基等。葉立德組分:可帶雙鍵、叁鍵及其他官能團(tuán)。,.,穩(wěn)定的磷葉立德的wittig反應(yīng),1)有效的