《碳碳键的形成》PPT课件.ppt

第二章碳碳键的形成,FormationofCarbon-Carbonbond,Contents,按反应机理分类，碳-碳键的形成可分为：,离子型反应,1.非稳定化负碳离子的反应,2.稳定化负碳离子的反应,3.有机硼、硅、锡、钯试剂的反应,有机金属化合物,3.1基于非稳定化负碳离子的反应,M:Li、Na、K、Mg、Al、Zn、Cu、Hg等,反应活性：金属的电负性越大，反应活性越弱！RKRNaRLiRMgRAlRZnRCuRHg0.820.930.981.311.611.651.902.00,碳亲核体,碳负离子,非稳定碳负离子,稳定碳负离子,有机金属化合物(RM),3.1.1有机镁、有机锂试剂的制备,一、有机镁试剂（Grignard试剂,RMgX）,1.RX与Mg反应,RX反应活性：RIRBrRCl；1o2o3oRX活泼卤代烃一般在乙醚溶剂中反应，活性较差的卤代烃在四氢呋喃中反应，活性很差的卤代烃使用活性镁,2.氢-镁交换反应,只有酸性较强的烃基氢才可以与格氏试剂进行交换,二、有机锂试剂,1.RX与Li反应,CH2=CHCH2X、PhCH2X不宜用此法制备相应的锂试剂(容易发生偶联反应),2.锂-氢交换反应,适用于酸性较强的烃基氢,3.1.2格氏试剂和有机锂试剂的反应,一、与烃基化试剂反应Wurtz反应,用途：增长碳链或增加支链该反应是典型的SN2反应,苄基型、烯丙型以及一级卤代烃效果较好；乙烯型卤代烃不反应,二、醛、酮反应制备醇,用途：合成醇,1.合成醇,三、与羧酸衍生物反应,2.合成醛、酮,1）与酰胺反应,2）与腈反应制备酮,3）格氏试剂与原甲酸酯反应合成醛,四、格氏试剂与CO2反应用途：合成羧酸,五、格氏试剂与亚胺反应,用途：合成胺,亚胺中C=N的活性比C=O低，与格氏试剂加成时，亚胺的-H会发生去质子化反应,六、与环氧化物反应,用途：合成醇,反应的选择性：有机金属试剂一般进攻位阻较小的碳,3.1.3有机锌试剂,一、有机锌试剂的制备,1.RX与Zn反应,2.金属交换反应：锂试剂和格式试剂与卤化锌制备,二、有机锌试剂在有机合成中的应用Reformatsky反应,醛，酮在锌的作用下与a-卤代酯的反应,3.1.4有机铜试剂二烃基铜锂（Gilman试剂）,一、二烃基铜锂的制备,1.RLi与CuX反应,2.与末端炔烃加成,1.偶联反应增长碳链,（1）RX：CH3X,1o,2o,C=CX,ArX(X：Br,I)（2）酮羰基不需保护，RX中允许有COOEt、CN、CO。,二、二烃基铜锂在有机合成中的应用,（3）立体化学：卤代烷烃构型翻转（SN2），卤代烯烃构型保持，,2.与环氧化物反应合成醇,类似SN2反应，构型反转,加成在位阻小的一侧,3.与酰氯反应合成酮,4.共轭加成二烷基铜锂很重要的应用,1,4-加成产物,双烃基化产物的生成烯醇负离子中间体与亲电试剂的进一步反应,3.2.1稳定化碳负离子,1.稳定化碳负离子及其形成,稳定化碳负离子(A为稳定碳负离子的因素),3.2稳定化碳负离子的反应,2.稳定碳负离子的因素,1）共振稳定化作用：C-的a位有重键,2）邻位正电荷的稳定化作用叶立德(Ylide)试剂,P,S,As叶立德最常见,3)d轨道的稳定化作用：S，P，Si的d轨道与C-的反键轨道作用,4)其他作用：符合Huckel规则的芳香性稳定化作用杂化轨道效应,3.稳定化碳负离子的反应性,1）亲核取代,烷基化,酰基化及缩合反应,2）亲核加成,缩合反应羟醛缩合,烃基化反应Michael加成1,4-加成,3.2.2羟醛缩合反应（Aldolreaction）,一、一般的羟醛缩合,（1）反应前后分子结构的变化（2）反应需要-氢的参与（3）至少含有两个-氢时才会发生脱水（4）酸也可以催化,注意,碱催化机理,酸催化机理,二、交叉羟醛缩合,1.醛、酮反应差异性控制,1）使用不含-氢的醛、酮,注意：不含-氢的醛、酮作为亲电体的活性应高于含-氢的醛、酮,苯基和羰基的双重活化作用,动力学控制的实验条件：低温、位阻大的强碱、非质子型溶剂、酮不过量。热力学控制的实验条件：较高的温度、相对较弱的碱或酸、质子型溶剂。,2）动力学控制和热力学控制,动力学控制,热力学控制,2.引导的羟醛缩合反应,1）预制烯醇负离子,动力学控制,热力学控制,2）通过烯醇硅醚Mukaiyama反应,烯醇硅醚的获得,动力学控制,热力学控制,3.类羟醛缩合：碳负离子与醛酮（亲核体）的加成,1）Mannich反应胺甲基化反应,3.2.3不同类型羰基化合物间的缩合反应,1.醛、酮与羧酸衍生物（酯）的缩合醛酮的烯醇负离子与羧酸衍生物加成消除得到1,3-二羰基化合物,1)预制的羧酸衍生物烯醇负离子,2)使用不含-氢的醛,2.羧酸衍生物（酯）与醛、酮的缩合,3、活化的羧酸衍生物Knoevenagel缩合,X、Y:-COOR、-COOH、-OR、-CN、-NO2等,常见的碱：胺、吡啶等弱碱，避免醛、酮的自身缩合,醛或酮与具有活泼亚甲基的化合物缩合反应,4、酯与酯的缩合,1）分子间酯缩合Claisen酯缩合,2）分子内酯缩合Dieckmann缩合,Dieckmann缩合反应只适合于五、六元环的合成,3.4烯烃合成法：C=C的形成,3.4.1Wittig反应,Wittig试剂,用途：定向形成C=C键,Wittig反应的立体选择性,非稳定化的叶立德主要产生Z-烯烃,稳定化的叶立德主要产生E-烯烃,HWE反应机理:,常用碱：NaH,常用溶剂：DME(乙二醇二甲醚)、THF,HWE反应(HornerWadsworthEmmonsReaction):,HWE反应特点:,膦酸酯-碳负离子具有较高反应性，可与酮反应。,副产物水溶性O,O-二乙基磷酸钠可通过萃取方法分离。,反应表现为（E）式立体选择性，可通过改变磷上的R1基团调节反应的立体选择性。,Example:,3.5基于有机硼、硅、锡、钯试剂的反应,有机硼试剂在碳碳键形成中的应用有机硅化物在碳碳键形成中的应用有机锡化物在碳碳键形成中的应用钯催化的碳碳键形成反应,3.5.1有机硼试剂B：第三周期IIIA族元素，硼与碳形成三价化合物有机硼试剂是高度缺电子的试剂，易发生亲核反应,用于碳碳键形成的有机硼试剂主要有：,一、有机硼试剂的制备,烷基硼和烯基硼试剂主要通过烯烃和炔烃的硼氢化反应制备。,通过烃基金属试剂与硼酸酯或氟化硼反应制备,烯烃和炔烃于硼烷的加成反应,二、有机硼的羰基化反应,具有Lewis酸性的三烷基硼可与具有Lewis碱性的CO反应形成酸根性硼配合物，而后硼原子上的烷基可向碳亲电中心迁移，控制不同的反应条件可以分别得到一个、两个、三个烷基迁移的产物。,中间体为四配位的酸根型配合物，C-B键被削弱，烷基带一对电子转移至缺电子的羰基上。,硅具有较大的原子半径和较小的电负性因此SiC键比SiH键是显著极化的，硅原子显电正性，易受亲核试剂进攻具有空的3d轨道，可与邻位的2p轨道相互作用：可稳定a-碳负离子；b-碳正离子，和g-碳正离子Si-O键能：532kJ/mol，Si-F键808kJ/mol，可作为羟基的保护基,3.5.2有机硅化物,有机硅试剂,含硅的碳亲核试剂主要有：烯醇硅醚；烯丙基硅烷类试剂；乙烯基硅烷类试剂；含硅a-碳负离子类,烯醇硅醚,烯丙基硅烷类,乙烯基硅烷类,含硅a-碳负离子,稳定a-碳负离子；b-碳正离子，和g-碳正离子,1.烯醇硅醚的反应：,2.乙烯基硅烷类试剂,烯烃的构型保持,3.烯丙基硅烷类试剂：,1,4-加成,4.Peterson反应硅基稳定的a-碳负离子,-硅基碳负离子与醛、酮反应生成-羟基硅烷,继而在碱性或酸性溶液中脱除硅基得到烯烃。,该反应在形式上与Wittig反应相似，收率较好。反应涉及醛、酮的亲核加成以及消去反应.,锡是硅的同族元素，其电负性与硅相当，但Sn的原子半径比Si大，因而在Sn-H键和Sn-C键中，键的极化更显著，Sn呈正电性。Sn-H和Sn-C键更弱，更易断裂。,3.5.3有机锡化物,1.三丁基氢化锡：Sn-H键弱，易发生均裂产生三丁基锡自由基（n-Bu3Sn），因而可以作为自由基的携带体广泛用于自由基引发的C-C键形成反应，也可以用作聚合反应的引发剂。,2.三烷基卤化锡：与有机金属试剂反应制备亲核性有机锡化合物。还可以被NaBH3CN还原制备n-Bu3SnH，用于自由基反应。,烯丙基型三丁基锡烷,与烯丙基型三甲基硅烷具有相似的反应性，与亲电试剂的加成具有高度的区域专一性，反应发生在-位在Lewis酸催化下（E）或（Z）烯烃与醛反应得到同侧加成产物,3.5.4钯催化的碳碳键形成反应,有机钯催化的C-C键形成反应在有机合成中占有重要地位，最重要的是四个有机人名反应：Heck反应Stille反应Suzuki反应Sonogashira反应,卤代芳烃、卤代烯烃、芳基三氟甲烷磺酸酯、烯基三氟甲烷磺酸酯、芳基碘盐、烯基碘盐或芳基重氮盐等在Pd（II）催化下与烯烃的偶联反应。,Heck反应,芳基、烯基卤或三氟磺酸的芳基、烯基酯，碘盐或重氮盐与烯烃的偶联合成单取代和双取代烯烃的有效方法以Pd(OAc)2等二价钯为催化剂，反应过程中现场生成Pd（0）来催化反应反应需要助亲核试剂和碱烯烃的取代反应发生在取代少的一侧IBrOTfCl,Heck反应,芳基或烯基锡烷与芳基、烯基、苄基、烯丙基卤或其三氟甲烷磺酸酯在Pd（0）催化下的叉偶联反应。,Stille反应,合成含易水解基团烯基-烯基，芳基-芳基和烯基-芳基化合物的有效方法锡转移的基团：烷基、烯基、芳基和炔基无需助亲核试剂由于锡的毒性和不易除去受限制,Stille偶联反应,连接芳基和烯基的重要方法参与反应的硼化物：二烷基亚硼酸酯和二烷基硼烷双键的几何构型保持硼化物易除去,Suzuki反应有机硼化物偶联反应,芳基或烯基硼在Pd催化下与卤代芳烃、卤代烯烃、芳基三氟甲烷磺酸酯、烯基三氟甲烷磺酸酯、芳基碘盐、烯基碘盐或芳基重氮盐等的交叉偶联反应。,Suzuki反应,Pd(PPh3)4为催化剂IBrOTfCl,末端炔烃与卤代芳烃、卤代烯烃在Pd(PPh3)4与CuI共同作用下的交叉偶联反应。,Sonogashira反应,离去基活性：IOTfBrClSp2杂化碳活性：乙烯基丙二烯基杂芳环芳环高温下反应需要铜共催化,自由基的产生自由基的结构和稳定性形成碳碳键的自由基反应,自由基型反应,自由基的产生,通过s-键均裂产生自由基含弱化学键的分子，张力较大的分子:过氧化物，偶氮化合物,通过光化学方法产生自由基：存在吸光基团分子卤