羰基化合物反应以及碳负离子

1、关于羰基化合物的反应及碳负离子第一张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月C H + B共轭酸C + HB共轭碱一、碳负离子的产生、结构和稳定性1、产生碳负离子：有机分子通过碳上失去质子形成的带负电荷的活性中间体。1）强碱作用下； 2）邻近有使电子离域之基团。第二张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月举例：1）E1cb消除XXE1cb.BH-CH2-CH-CH2CH3CH2-CH-CH2CH3-CH2=CH-CH2CH32）羰基化合物的烯醇负离子互变在碱性条件下：OOOR-C-CH2RR-C=CHRB-R-C-CH-R-第三张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月3）通过加成-消

2、除的亲核芳香取代反应O2NNO2NO2ORNO2O2NO2N+OR-OROR NO2NO2OR NO24）通过金属有机化合物异裂RLi、RMgX、RC = CNa第四张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月2、结构两种合理构型推测：.10928Csp3 杂化棱锥型.90Csp2杂化平面三角型第五张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月C6H13CH3H举例：碳负离子的空间构型取决于所连基团。通常情形，棱锥型碳负离子的孤对电子处于sp3杂化轨道上，斥力小，稳定。.C第六张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月但对三苯甲基负离子，中心碳sp2杂化，碳负离子呈平面型，有利于三个苯环共轭，

3、稳定碳负离子。第七张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月Cl桥头碳负离子，能形成稳定的棱锥形构型。1) CO22) H3O+COOH.第八张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月碳负离子构型证明：1 CO 22 H3OBuLiC6H12 CH CH3IC6H12CH CH3LiC6H12 CH CH3COOH0C ， 生成dl外消旋体-70C, 生成80% 外消旋体，20%构型保持。第九张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月HCCHC6H13C6H13HCH3CCH3H.CCH3CO2C6H13CO2C6H13H3O+COOHCCH3H3O+C6H13CH3HCOOH第十张，P

4、PT共一百零一页，创作于2022年6月思考：HHHCH3HCOOHHHHCH3HLiHHHCH3-. . 1)CO2H 2)H3O +第十一张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月3、碳负离子稳定性及测定方法将烃类视为碳氢酸，测定其酸离解常数，由pK来判定碳负离子的稳定性。R-H+B-R-+HB第十二张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月+可由两个酸性烃类化合物与其金属盐之间建立平衡，求得pKa值。R-H+RK+RKRHR-HR+H-+R-HRH-+设法将两种烃的酸离解平衡常数或平衡酸度关联起来：已知pKa值，可求pKa值。-RHR -RHR RHR K -RHR K pKa-pKa

5、= log= log第十三张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月一些烃的酸度第十四张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月4、影响碳负离子稳定性的因素1）诱导效应与共轭效应(1) 中心碳上连有吸电子基时，C-稳定性增加F3C-H (CF3)3C-HpKa 28 pKa 11(2) p- 键共轭，C-稳定性增加ph3CH ph2CH2 phCH3ClClClCl( Cl)3C-第十五张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月OCOOOR-C-C-R-C-NR-NR-COSCC-CCC-OSONOC-ONOC-第十六张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月季鏻盐：C H2 Ph3P

6、（3）p-d轨道共轭+Ph3P CH3Br-PhLi+Ph3PCH2-Ph3 PCH2+Br-PhLi(CH3)2S+-C H2(CH3)2SC H2PhLi+(CH3)3 N-CH2反应活性：+-CH2(CH3)2S+-CH2+ (CH3)3 N叔锍盐：(CH3)3S季铵盐：(CH3)4 N + Cl -第十七张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月RCC- R2C-CH Ar- R3CCH2-sp杂化sp2sp32) S电子成分效应S成分： 50%33.3%25%第十八张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月3）芳香性符合休克尔规则的C- 稳定HRRHRRB：-B ：-反芳香性，反

7、应速度慢4n+2=6, 芳香性，反应速度快第十九张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月+ OH -4) 溶剂非质子性的溶剂利于C- 的裸露CH3CH3非质子性溶剂，正极埋在溶剂分子内部，负极与亲核试剂的正离子形成离子-偶极键，将亲核试剂正负离子隔开，使碳负离子裸露，反应速度加快。质子性溶剂使C- 溶剂化，反应速度降低。 +N -OH CRM - +HMOH-+H+H-R+HOH-OH-第二十张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月冠醚的加入可将负离子亲核试剂裸露在外，促进反应。OOOOOO+MR-第二十一张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月RCCH2+-HB二、烯醇和烯胺1、

8、烯醇：羰基化合物可互变成酮式和烯醇式，派生出的1）碱催化RRROCCHOCR-CH烯醇盐和碳负离子是羰基化合物反应的中间体。OHOR R C CH R-B +-HHO + H CH2CHOHOH +CH2 CHOCH2CHO例：第二十二张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月（1）同位素跟踪RRDORORB-R2 COC-+SDCR2 COR2CHC-ROC-R2 CR2 CC-第二十三张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月R2CHC-R-B（2）动力学证明OO反应 速 度 R2CHC-R B - 去质子速度为反应速度控制步骤。RRROROXR2 COCOC-R2 CC-R2 C+X

9、2CR2 C慢 反应-快反应-第二十四张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月去质子活性与电子效应和空间效应有关。相对速度41.5第三十六张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月活性中间体烯胺在合成中应用酮的-烷基化OOCH2Ph第三十七张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月ONHHONNCH2PhNOCH2PhNH+H+-H2O+N-PhCH2ClH2O+H+第三十八张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月例2：NHOH5C2OOCCH2CH2CH2CH2COOC2H5+CH2CHCOOC2H5C2H5OH+NCH2CHCOOC2H5-HOC2H5CH2CHCOOC2H5H

10、Cl,H2O,C2H5OH60%OOH5C2OOCCH2CH2CH2CH2COOC2H5第三十九张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月例3：OOCH2NCH3CH2CCH2CH3OCH3CH2ClCH2CHCH2CH3HCH3CH2CH3HCH2CH3CH2CCHCH2CHOCH3CH2NHCH3CH2CCH2CH3+CCH3CH2CCHCH2CHCH3+NC-+NCHC-ClCH2CH+H2OHCl第四十张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月快三、羰基化合物的反应O1、羰基的亲核加成反应机理1： Nu A C BOA C B慢OA C B HNuNuOHA C BNu 试剂进攻羰

11、基上C原子，生成氧负离子的一步是决定反应速率的一步。 为使亲核试剂的负电荷裸露出来，增加亲核性，常需碱催化。第四十一张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月机理2：AC BOBHA COHBA COH慢OHBA COHNuNuA CB 快羰基质子化，可以提高羰基的亲核性。第四十二张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月+HH举例：半缩酮ORORORO + ROHOHORCC+CCOHOR+OH 2ORCOH 2+C+OR + H2OC+OR + ROHCOR+COR+ORHC+ORH+缩酮第四十三张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月举例：与其它亲核试剂的加成反应：HCN、NaS

12、O3H、RMgX与亲核试剂加成-消除反应：RNH2、HONH2、NH2NHR、亚胺肟腙第四十四张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月CRRONusp2杂化平面三角型CRRONusp3杂化四面体羰基加成的立体化学：1）若R、R不含手性碳，则加成产物为外消旋体。第四十五张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月羰基加成的立体化学：2）若羰基的邻近碳原子有手性，亲核加成遵循Cram规则HEtPhCH3HOHHO1) LiAlH4EtCH3Ph2) H2OLMSROLMSCC+-CNuRCOH+H NuCram规则-1第四十六张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月羰基加成的立体化学：Cr

13、am规则-2ORLSYHRLSYH-ONuHOPhPhOCH3HOPhLiPhCH3OCH3HOHOCH3CH3PhPhLiCH3YH= -OH, -NH2举例：第四十七张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月2、Wittig 反应 （羰基与叶立德的反应）Wittig 试剂：Ph3P C R2Ph3P CHRPh3P CH2(n-Bu)3P CHR(RO)3P CHRWittig 试剂与羰基发生亲核加成反应，生成烯烃：C OPh3P CRRCC RR第四十八张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月Georg Wittig第四十九张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月C反应机理：C

14、 O + Ph3PCR2C OR2C PPh3C OR2C PPh3ROC + PPh3RC OR2C PPh3氧膦环丁烷中间体产物稳定，反应向右进行。第五十张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月C O ,RPh3P + X CH RRXPh3P CH R XWittig 试剂是鏻盐在强碱的作用下制备的：-Wittig 反应的应用：RC O:R(H)R, ArZCH2R(H)Z: OH, OR, NR2C C CO对，试剂只与羰基作用。RR+Ph3P-CBuLi鏻盐离子型的内鎓盐，=第五十一张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月Ph3PCHCH3COOCH2CH3CHOCOOCH2

15、CH3Ph3POCH CHCH3CHOCH3OH+H2OPh3P CHOCH3CHO第五十二张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月OOCH2H2COH2CCH2+ Ph3P+第五十三张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月3、碳负离子与羰基的反应1）羟醛缩合反应 (Aldol Condensation)带有-氢的酮或醛在酸或碱的催化下发生缩合反应生成- 羟基醛或酮。分为自身羟醛缩合和混合羟醛缩合。通式：OOC-+CCC-第五十四张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月CH3CHO + CH3CHOOHCH3CHCH2C HOH碱催化反应机理:HO + H CH2CHOHOH +C

16、H2 CHOCH2CHOStep 1形成烯醇负离子(1)自身羟醛缩合反应举例：O第五十五张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月CH3CHOOCH2 CHCH2CHOOCH3CHCH2CHOStep 2Step 3OCH 3CHCH 2CHOHOHCH 3CH CH 2CHOHOOH第五十六张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月生成的- 羟基醛或酮很容易逆转。可设法通过脱水使总反应进行到底。举例：H3CCH3H3CCH3H3CCHCH3CH3H3CCH2CH3CH3OC+OCBa(OH)2OCCOCOHCOH-H2O第五十七张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月OCH3CCH3

17、 + H ClOHCH3C CH2 H + ClOHCH3C CH2-HClOHCH3CH3C CH2 + C OHCH3CH3C CH2OHCH3C OHCH3酸催化机理：羰基质子化及烯醇的生成：烯醇进攻质子化的羰基：OHCH3C CH2CH3C OHCH3O H CH3CH3C CH C OH2CH3-H2O, -HO CH3CH3CCH CCH3形成羟基酮，并进一步脱水形成,-不饱和酮第五十八张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月(2) 分子内的羟醛缩合实例：鲁滨逊关环(Robinson)反应：CH3OOOHOOOOCH3O-H2OCH3+OCH2CHCOCH3共轭加 成CH3CH

18、2 CH2COCH3O吡咯烷例1： O例2：第五十九张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月(3) 混合羟醛缩合：克莱森-施密特(Claisen-schmidt)羟醛缩合：涉及到二个不同羰基化合物的反应，需考虑反应选择性。有应用价值的混合羟醛缩合：第六十张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月混合羟醛缩合反应实例：碱催化，与甲基反应；酸催化，与亚甲基反应。例1：第六十一张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月酸催化下的反应历程：因此：碱催化得直链式缩合产物，酸催化时得支链式缩合产物。第六十二张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月混合羟醛缩合反应实例：例2：例3：O(CH3)3

19、CCCH3+ PhCHOCHOCHCC(CH3)3OH-CHOCHOO+ CH3CH2COCH2CH3NaOEt第六十三张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月NaOH更多的Claisen-Schmidt反应的应用：CHOOCH3CCH3HHCOCH3PhHPhHOHNO2PhHCNPhPhHOC6H5CHO + CH3CC(CH3)3NaOHH2O-C2H5OHOC6H5CH=CHCC(CH3)3(88%-93%)+NaOHH2OH3O+CC(60%-66%)O2C6H5CHO + CH3CCH3 H2O-C2H5OHCHCCHCC(90%-94%)C6H5CHO + CH3NO2NaO

20、H,H2OCH3OHHClH2OCCC6H5CHO+C6H5CH2CNCH3CH2ONaC2H5OHCC(80%-83%)(83%-91%)第六十四张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月XYXYR2CO + CH2R2CCX= -COOR, -COR, -CN, -NO2 ,-H;Y= -COOR, -COR, -NO2 等2）混合羟醛缩合的变相反应：(1) Knoevengal-Doebner condensation含活泼亚甲基的化合物在胺的催化下与羰基化合物发生羟醛缩合。第六十五张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月H举例：ArCH=NC4H9ArCH=NC4H9CH2NO2

21、ArCH-NHC4H9CHNO2HArCH=CHNO2CH3NO2C4H9NH2CH2NO2ArCHO + C4H9NH2-+H+-苯甲醛与硝基甲烷在丁胺及丁胺盐缓冲体系中的羟醛缩合。第六十六张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月苯甲醛与乙酰基乙酸乙酯在哌啶催化下的羟醛缩合。OOCH3-C-CH=CHC6H5O+ CH3-C-CH2-C-OC2H5NHO O-CH3-C-CH-C-OC2H5C6H5CHONHC6H5CH=N +第六十七张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月羰基化合物与丙二酸化合物在吡啶催化下的羟醛缩合。PhCH=OPhCH=CCOOHC2H5N+ CH3CH2CH

22、(COOH)2CHCOOHOHArCHArCH=CHCOOHNOHPhCHO + CH2(COOH)2CONH+第六十八张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月（2）Cope缩合：O OCH3CCH2C-OCH3CH3NH4OAcONH4OAc+ NCCH2COOHOH ONCCH-CCH2C-OCH3CH3CO HO NCCH=CCH2C-OCH3第六十九张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月例1：Me2NH HCHOCH2COCH3Me2NCH2CH2COCH3HH通过二甲基亚铵离子与丙酮-C反应，生成-二甲氨基丁酮。CH CH3） Mannich 反应醛、胺（氨、伯胺、仲胺）与

23、含活泼氢的化合物( CH3NO2、 3COCH3 、3COCH2COOR 等) 缩合，使全部-活泼氢都胺甲基化，得到-氨基酮。第七十张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月H(CH3)2CHC例2：HOCH2N(CH3)2CH2(CH3)2CHCH2CHOOH(CH3)2CHCH=CHOH(CH3)2CHCH=CHCH2CHOHCH2-N(CH3)2(CH3)2CHC-CHOCH2HCHO + HN(CH3)2+- H2O+N(CH3)2H+N(CH3)2+第七十一张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月例3：CH2CH=OCH2CH=OCO2HOCO2HCH3NCOOHOCOOHCH

24、3NO+ H2NCH3+- 2 CO2第七十二张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月+ H2NCH3CH2C=NCH3 -+ OCH2CH=OCH2CH=OCH2CH=OCO2HCO2HCOOHOCOOHCOOHOCH3NOCOOHCOOHCH3NO-H2O+H+CH2C=NCH3CH2CH=OCH3N HCHOCH3N +-COOH-2 CO2-H2O-H+第七十三张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月Nu HCNuRLOHCONuRHLNuRC O + HL4） 羧酸衍生物与亲核试剂的反应烯醇负离子与羰基化合物（如羧酸衍生物）发生加成，并消除掉羰基上的一个取代基（如酯基），也称

25、作亲核性L: X，RCOO，RO，NH2，NHR碳的酰基化反应。反应机理： RC OL第七十四张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月OC2H5O OCH3CCH2COC2H5O第一步： CH3 COEtNaOC2H5OCH2 COEtC2H5OHOCH2 COEt（1） Claisen 酯缩合两个酯分子至少有一个酯分子是含有氢，在强碱的作用下，相互缩合成羰基酯。酯自身缩合：O2 CH3COC2H5反应机理：第七十五张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月OOCH3 COEt + CH2 COEtCH3 C OEtOCH2 COEtOOCH3 C CH2 COEtO+ OC2H5第二步

26、：由于是可逆反应，反应需要过量的强碱，至少需要二分子的酯分子作为亲核试剂，使平衡向右移动。作为催化剂的烷氧化物须用与酯相同的醇组份以免酯交换。第七十六张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月CH2COC2H5 + C2H5OCOC2H5(2) HCOC2H5 + CH3C OC2H5OO(1) NaOC 2H5(2) H+CCH2C OC2H5(60%)OO(1) NaOC 2H5+COC2H5CHCOC2H5OO(65%)两种不同酯，仅其中一种含 -氢，通常选用无氢的酯作为羰基底物。O O第七十七张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月C OOC2H5COOC2H5应用举例：CH3C

27、OOC2H5HCOOC2H5C2H5ONaHCOCH2COOC2H5CH3COOC2H5CH3COOC2H5C2H5ONaO OCH3CCH2CCH3COOC2H5C2H5ONaCOCH2COPhOHCOOC2H5OCHO+CH3COOC2H5 +COOC2H5 + (CH3)2CHCOOC2H5C2H5ONa C OOC2H5C OCH2COOC2H5Ph3CONaO CH3C CO+ CH3CCH3O+ CH3CPh+NaHEt2O第七十八张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月OCH2CH2COOC2H5CH2CH2COOC2H5COOC2H5COOC2H5HCOOC2H5COOC2

28、H5O(1) NaOC2H5, C6H6, 80(2) H+， 80C2H5ONa（2）Dieckmann缩合：分子内关环酯缩合用于合成五元环、六元环。第七十九张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月OO(3) Stobbe缩合醛酮与丁二酸酯在强碱性催化剂下的缩合。反应机理：COOEtCOOEtRRRRCOOEtCH2OOEtOORRCH2COOHCOOEtCH2CH2OH-C-OHC CH2COEtCOOEtCCHCCH2 COOEtCH COOEt-CRHRCORRCC C H2COOEtCCH2O- H2O第八十张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月H举例：H3CH3CH3CH

29、3CCH2COOEtCOOEtCH2COOHCOOEtOCH2COOHCOOEtPhH3CCH2COOHCOOEtPhH3CCOOEtCH3COCH3 + CH2COOC2H5CH2COOC2H5CCC2H5OEt+CCPh2CC H2COOC2H5C H2COOC2H5+t-C4H9OKH+Ph2CC(90%-94%)C6H5COCH3 +C H2COOC2H5C H2COOC2H5NaHC6H6HOAcH2OCC+CC(Z)(E)第八十一张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月CHO C 2+应用：CH2COOHCOOEtCH2COOHHCHCCHCH+ , -CO2CH=CCH2CO

30、OEtCOOEtCH=CCH2COOHCOOHCH=CCH2COOHHHOOCOCOOEtCOOEt-HCH2EtONaH+-CO2HPPA萘满酮如：第八十二张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月(4) Darzen缩合醛酮与-卤代酸酯类化合物缩合生成,-环氧酸酯。机理：CHClCOOC2H5ORRClCHCOOC2H5RRCOOC2H5ORRCOOC2H5ClCH2COOC2H5 + B-+HBC+-ClCHCO -+Cl-第八十三张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月应用（,-环氧酸酯进一步水解、脱羧制备醛酮）：COCH3ClCH2COOC2H5C2H5ONaOOHCH3OHC

31、HOCH3+CH3CC H-COOC2H5NaOHEtOHCH3COC H-COONaHClCH3COC H-CO-CO2CCH CH第八十四张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月H3CCH3CH=CH-C=OH3CCH3CH=CH-COCOOCH3H3CCH3CH-CH=CCHO+ ClCH2COOCH3CH3ONa吡啶CHNaOHH+第八十五张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月（5）Perkin反应芳醛与脂肪酸酐在碱性催化剂存在下加热缩合，生成-芳基丙烯基羧酸。适用于芳醛或不含-H的脂肪醛。第八十六张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月OH3CH3COOH2CH3COC

32、H3COOHOCHOOH2CH3COOCH2-COOCOCH3HCH2-COOCOCH3CH-COOCOCH3HCH-COOHCOC+CH3COO-CC-+CC-OCH+CHO H-H2OCH2OCH+ CH3COOH例1：第八十七张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月CHOOOH2CH2COHCH2COOOOOOCH=CH-CH2COOH+CCO HCHCC-H2OCHCCCH2CH2O- CO2例2：第八十八张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月C C C ONuC ORNu C CNu C C C ORHR1,4加成C C C ORNuNuC C C ORNuC C C OHRH1,2加成5）Michael加成反应碳负离子与 ,-不饱和羰基化合物的加成反应反应机理：第八十九张，PPT共一百零一页，创作于2022年6月影响加成方式的因素：羰基活性大，试剂的亲核性强时，两者空间位阻都小时，一般按1,2-加成；反之按1,4-加成：PhCHEtMgBrCHCOREtPhCHCH2CORPhCH2CH C REtOHR1,4 产率H0%Me E