碳碳键的形成ppt课件

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1、第二章 碳碳键的形成,Formation of Carbon- Carbon bond,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！ RK RNa RLi RMg RAl RZn RCu RHg 0.82 0.93 0.98 1.31 1.61 1.65 1.90 2.00,碳亲核体,碳负离子,非稳定碳负离子,稳定碳负离子,有机

2、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：RI RBr RCl；1o 2o 3o RX 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

3、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

4、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，

5、 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.

6、 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 （Aldol reaction）,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

7、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、

8、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,3.4.1 Wittig 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：N

9、aH,常用溶剂：DME(乙二醇二甲醚)、 THF,HWE反应(HornerWadsworthEmmons Reaction):,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

10、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

11、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

12、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-Bu

13、3SnH，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

14、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

15、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：IOTfBrCl Sp2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 卤素分子，亚硝酸分子，次氯酸，N-氯代铵,自由基加成反应 自由基取代反应 自由基偶联反应,自由基的结构和稳定性,含有未配对电子 四面体、平面型或介于二者之间的分子,形成碳碳键的自由基反应,自由基加成反应：对不饱和键的加成,引发剂：AIBN 抽取底物中的：卤原子，PhS, PhSe引发反应 锡上的H或烯丙基为自由基供体终止反应,自由基取代反应,卤代烃的脱卤和醇的脱氧反应,自由基偶联反应,炔在碱性条件下和CuCl2存在下， Cu2+对乙炔负离子单电子氧化生成自由基再偶联,