碳负离子的反应.ppt

1、碳负离子的反应,夏文鑫 2015级药学四班201504020431,碳负离子,碳负离子是有机分子中碳氢键失去质子形成的共轭碱，一般是-位上有一些吸电子的基团如羰基、酯基、硝基、氰基等活性甲基、亚甲基化合物，由于这些取代基的存在，使该原子上的氢（-氢）具有一定的酸性。在酸或碱的催化下-位上的氢解离下来形成碳负离子。,碳负离子的稳定性,碳负离子带有一个单位负电荷，通常是四面体构型，其中孤对电子占一个sp3杂化轨道。通过比较相应酸的酸性大小，可以大致判断碳负离子的稳定性大小。一般地，具有能稳定负电荷的基团的碳负离子具有较高的稳定性。这些基团可以是苯基、电负性较强的杂原子（如O,N，基团如-NO2、-

2、C（=O）-、-CO2R、-SO2-、-CN和-CONR2等）或末端炔烃（也可看作电负性的缘故）。,碳负离子的结构与碳正离子或碳自由基不同，因为带负电荷的碳原子最外层有3对成键电子和1对未成键电子，这样的4对电子需要采取相互远离的方式排列，因此碳负离子采用sp3杂化轨道成键，未成键电子对与3个共价键形成一个四面体结构。碳正离子、碳自由基和碳负离子的结构对比如下图所示。,碳正离子、碳自由基和碳负离子的结构与稳定性直接受到与之相连接的基团的影响。它们稳定性的一般规律如下： （1）苄基型或烯丙型一般较稳定； （2）碳正离子或碳自由基是：321； （3）碳负离子则是123。,碳负离子的反应,碳负离子的

3、反应通常是指含活泼氢的化合物在碱性环境下以碳负离子或烯醇氧负离子形式参与的亲核取代或亲和加成反应。 碳负离子的反应是改变化合物碳的骨架，增长碳链或在分子中引入新官能团的重要手段，广泛运用与有机合成。,第一节 缩合反应,两个或多个有机化合物通过反映，形成一个新的较大分子的反应都可称为缩合反应。 缩合剂缩合反应通常需要在酸或碱性试剂催化下进行，此时的催化剂又专称为缩合剂。,一、羟醛缩合型反应,两分子含有-氢原子的醛在酸或碱的催化下（通常使用稀碱），相互结合形成-羟基醛的反应称为羟醛缩合反应（aldolcondensation），也称为醇醛缩合反应。例如：乙醛在稀碱作用下缩合生成3-羟基丁醛。,羟醛

4、缩合的机理,在稀碱催化下羟醛缩合反应机理如下(以乙醛在稀碱催化下的缩和反应为例)：一分子醛在碱作用下转变成碳负离子和烯醇负离子，碳负离子与另一分子醛的羰基进行亲核加成生成氧负离子，后者接受一个质子生成-羟醛（-hydroxyaldehyde）。,-羟基醛在加热时即失去一分子水，生成,-不饱和醛,常用的碱性催化剂除了氢氧化钠、氢氧化钾外，还有叔丁醇铝、醇钠等。 由此可见，通过羟醛缩合反应可以制备,-不饱和醛，进一步还可以转变为其它化合物。所以羟醛缩合反应是有机合成中用于增长碳链的重要方法之一。,含有-氢原子的酮在稀碱作用下也可以发生类似反应，即羟酮缩合反应，但是反应的平衡偏向反应物一侧，例如，丙

5、酮在氢氧化钡催化下，发生反应。,交叉羟醛缩合,交叉羟醛缩合 两种不同的含有-氢原子的醛或酮之间进行缩合反应，可生成四种不同的缩合产物，由于分离困难，所以实用意义不大。但若使用一个含有-氢原子的醛或酮和一个不含有-氢原子的醛或酮，进行交叉羟醛缩合（crossed aldol condensation）反应，则具有合成价值。,由芳香醛和含有-氢原子的醛或酮之间进行交叉羟醛缩合反应，称为克莱森-许密特（Claisen-Schmidt）反应。例如：,（一）柏琴反应芳醛和酸酐在催化剂作用下缩合，生成-芳基-不饱和羧酸的反应。,一般生成的-芳基-不饱和羧酸为反式构型，即芳基与羧基处于双键的异侧。如：苯甲醛

6、与乙酸酐在乙酸钾的催化下生成反式-苯基丙烯酸（肉桂酸）,反应机理芳环上有吸电子取代基，可使反应容易进行，反之则难以反应。,（二）克脑文格尔反应,定义：在弱碱性催化剂作用下,醛或酮与具有活泼亚甲基的化合物的缩合反应,称为克脑文格尔反应. 常用的碱性催化剂有吡啶、哌啶、胺等。 反应通式：,反应机理,因亚甲基上的氢足够活泼，活泼亚甲基化合物优先于弱碱反应形成碳负离子从而降低了醛分子间发生Aldol缩合的可能，因此，克脑文格尔反应的收率较高，广泛应用于，-不饱和化合物的合成。,抗变态反应药物曲尼司特中间体3-(3,4-二甲氧苯基丙烯酸的合成.,酮一般不与丙二酸与丙二酸酯作用，但可与活性更强的氰乙酸酯反

7、应，缩合产物经水解、脱羧也可制得不饱和酸。,（三）达琴反应,定义:在強碱(醇钠、氨基钠）作用下,醛、酮与-卤代酸酯反应，生成，-环氧酸酯的反应称为达琴反应。 通式：,反应机理,应用,达琴反应除用于合成，-环氧酸酯外，另一重要用途是可以用来制备醛或酮。即，-环氧酸酯经水解，酸化得到游离酸，后加热脱羧生成醛或酮。,二、酯缩合反应,克莱森（酯）缩合：酯中的- H显弱酸性,在醇的作用下可与另一分子酯发生类似与羟醛缩合的反应,称为Claisen （酯）缩合反应。 反应可在不同的酯之间进行，称为交叉酯缩合。,Claisen 缩合举例,混合酯缩合,反应机理,狄克曼（Dieckmann)缩合（也叫酯分子内缩合

8、）,含6个或7个碳的二元酸酯，在碱性催化剂作用下环化生成五元或六元环为主的-酮酯称为狄克曼反应。,分子内羟醛缩合,羟醛缩合反应不仅可以在分子间进行，含有-氢原子的二元醛或酮也可以进行分子内缩合，生成环状化合物，是制备57元环化合物的常用方法之一。,含有氢原子的酮与酯之间也可以进行缩合反应主要产物为-二酮。 例如：,第二节 -二羰基化合物的烷基化、酰基化及其在合成中的应用,两个羰基被一个碳原子隔开的化合物称为-二羰基化合物。 -二羰基化合物一般泛指-二酮、-酮酸酯、丙二酸酯等含活泼亚甲基化合物。 这类化合物主要的反应类型是亚甲基碳上的烷基化、酰基化反应。,一、乙酰乙酸乙酯,无色，具有水果香味，沸

9、点118，微溶于水，易溶于多种有机溶剂。 乙酰乙酸乙酯对石蕊呈中性，但能溶解于稀氢氧化钠溶液中；不发生碘仿反应。,（一）化学性质,与三氯化铁的显色反应 室温下，乙酰乙酸乙酯能以烯醇式异构体的形式存在，所以，乙酰乙酸乙酯能与三氯化铁发生颜色反应显紫色。 此反应可用于乙酰乙酸乙酯或部分-酮酸酯类化合物的定性鉴别。,酮式-烯醇式互变异构 （具有酮和烯醇的双重反应性）,(二) 酮式分解和酸式分解,1 乙酰乙酸乙酯的酮式分解,-OH（稀）,乙酰乙酸乙酯,H+,-CO2,2 乙酰乙酸乙酯的酸式分解,-OH（浓）,C2H5OH,H2O,H2O,(三) 乙酰乙酸乙酯的-烷基化、 -酰基化,-C2H5OH,C2

10、H5ONa,-H2,NaH,Na+,CH3I,Na+,(四) 乙酰乙酸乙酯在合成中的应用实例,eg 1: 以乙酸乙酯为原料合成4-苯基-2-丁酮,CH3COOC2H5,RONa (1mol),C6H5CH2Cl,1 稀OH -,2 H+,-CO2,eg 2: 选用不超过4个碳的合适原料制备,2 CH3COOC2H5,C2H5ONa,C2H5ONa,Br(CH2)4Br,分子内的亲核取代,稀-OH,H+,-CO2,Michael(迈克尔) 加成反应,迈克尔加成反应就是一个亲电的共轭体系和一个亲核的碳负离子进行共轭加成，其反应通式为：,从形式上看是对C=C的加成，而实际上是通过1,4加成反应后，再

11、通过烯醇式与酮式互变而成的。,反应机理,第一步：,由于羰基是强吸电子基团，致使亚甲基中的碳原子的电子云密度降低，在碱的作用下，容易失去质子而形成比较稳定的碳负离子，生成的碳负离子再作为亲核试剂参与之后的反应。,第二步：,R基是给电子基团，具有+I效应，使电子云发生偏移。 碳负离子可以有两种进攻方式，即就是进行1,2加成，或是1,4加成，分别是2号，4号位上的C。由产物我们可以知道，1,2加成得到的产物中无共轭效应，氧负离子不能分散，不稳定，而1,4加成得到的产物，有共轭体系，负电荷能被很好的分散，生成比较稳定的碳负离子。 所以迈克尔加成反应实际上是不饱和醛、酮的1,4-加成反应。,应 用,当亲核试剂的两个位置都可以和，不饱和羰基化合物发生迈克尔加成反应时，反应