碳负离子-缩合反应课件

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1、第十五章第十五章第十五章第十五章 碳负离子碳负离子碳负离子碳负离子 缩合反应缩合反应缩合反应缩合反应exit第一节第一节 氢碳酸的概念和氢碳酸的概念和氢的酸性氢的酸性 烃烃(CH4, R-H)可以看作是一种氢碳酸，类似于可以看作是一种氢碳酸，类似于NH3, H2O, HX。 按电离出按电离出H+的能力的大小，他们的能力的大小，他们 酸性强弱顺序应该是：酸性强弱顺序应该是： CH4 NH3 H2O 羧酸羧酸 碳酸碳酸 酚酚 水水 醇醇 炔炔pKa 45 6.35 10 15.7 18 25有关化合物的有关化合物的pKa： CH3CH3 CH2=CH2 NH3 CH CH C2H5OH H2OpK

2、a 50 40 34-35 25 16 15.7pka 15.1 10 9.62 8.3吡咯的酸性，（其酸性介与乙醇和苯酚之间）吡咯的酸性，（其酸性介与乙醇和苯酚之间） pka=16环戊二烯的酸性环戊二烯的酸性(C6H5)3CH的的pKa: 31.5LDA(CH3)2CH2NH)的的pKa: 40 一、一、 -H的酸性的酸性R-CH2-YR-CH-Y + H+ -H以正离子离解下来的能力称为以正离子离解下来的能力称为 -H的活性或的活性或 -H的酸性。的酸性。影响影响 -H活性活性的因素：的因素：Y的吸电子能力。的吸电子能力。 -H 周围周围的空间环境。的空间环境。 负碳离子的负碳离子的稳定性

3、。稳定性。 判断判断 -H活性活性的方法：的方法： pKa值值 同位素交同位素交换的速率换的速率化合物化合物 pKa 29 25 16 10.2常见基团的吸电子能力的相对强弱：常见基团的吸电子能力的相对强弱：1. 吸电子基的影响：吸电子基的影响：2. 共轭效应对碳负离子负电荷的稳定作用：共轭效应对碳负离子负电荷的稳定作用：pka=16CH3CH=CH2 pka=35的酸性比的酸性比强。强。3. -H 周围的空间环境周围的空间环境：但是，下面的负电荷就不能被共轭但是，下面的负电荷就不能被共轭羰基的羰基的 -H是十分活泼的。是十分活泼的。二、羰基二、羰基 -H的活性分析的活性分析不同羰基结构的不同

4、羰基结构的 -H的活性的差异：的活性的差异：pKa 10.2 16 17 pKa 20 25 30 有机反应中可以碳负离子形式参与反应的常见有机化合物：有机反应中可以碳负离子形式参与反应的常见有机化合物： 1. 1. 醛、酮、羧酸衍生物醛、酮、羧酸衍生物( (酸酐和酯更多酸酐和酯更多) )、硝基烷、硝基烷 等的等的碳碳 2. 2. 金属有机试剂中的负电性的烃基碳金属有机试剂中的负电性的烃基碳 3. 3. 活泼亚甲基化合物活泼亚甲基化合物 负电性碳的反应性质：负电性碳的反应性质： 1. 碱性：碱性： 结合结合H+，形成，形成CH键键 2. 亲核性：亲核性： 和正电性的碳结合和正电性的碳结合( (

5、向正电性的向正电性的C进攻进攻) )，发生，发生亲核反应亲核反应RMgX + HOH RH + HOMgXRLi + H2O RH + LiOH亲核取代：亲核取代：亲核加成亲核加成: 羟醛缩合反应羟醛缩合反应RMgX + RXR-R + MgX2酸或碱酸或碱1. 由键能数据可以判断，破坏酮式需要更多的能量。由键能数据可以判断，破坏酮式需要更多的能量。 + = 791kJ / mol; + = 728kJ / mol 1 2341 234第二节第二节 酮式、烯醇式的互变异构酮式、烯醇式的互变异构LDACH3OCH2CH2OCH3(CH3)3SiCl-LiCl蒸馏分离蒸馏分离纯净纯净99% 1%2

6、. 实验证明：酮式、烯醇式都是存在的。实验证明：酮式、烯醇式都是存在的。3 在一般情况下，在一般情况下，烯醇式在平衡体系中的含量是比较少的，但随着烯醇式在平衡体系中的含量是比较少的，但随着 -H活性活性 的增强，的增强，烯醇式也烯醇式也可能成为平衡体系中的主要存在形式。可能成为平衡体系中的主要存在形式。1.5 10-4 7.7 10-3 2.0 10-27.3 76.5 最多最多 烯醇烯醇式含式含量量的烯醇式含量高的原因：的烯醇式含量高的原因：下列重氢交换关系的解释：下列重氢交换关系的解释：1. 1. 通过碳负离子直接和重氢交换通过碳负离子直接和重氢交换2. 2. 通过烯醇负离子和重氢交换通过

7、烯醇负离子和重氢交换缩合反应缩合反应1. 1. 缩合反应的概念缩合反应的概念2. 2. 羟醛缩合羟醛缩合3. 3. 曼尼希反应曼尼希反应氨甲基化反应氨甲基化反应 复习、麦克尔加成反应复习、麦克尔加成反应4. 4. 鲁宾逊鲁宾逊(Robinson)(Robinson)增环反应增环反应5. 5. 酯缩合反应酯缩合反应6. 6. 碳负离子的烃基化和酰基化碳负离子的烃基化和酰基化7. 7. 乙酰乙酸乙酯和丙二酸二乙酯乙酰乙酸乙酯和丙二酸二乙酯 在有机合成上的应用在有机合成上的应用8. 8. 浦尔金浦尔金(Perkin)(Perkin)反应反应9. 9. 脑文格反应脑文格反应10.10.达参反应达参反应

8、11.11.安息香缩合反应安息香缩合反应 分子间或分子内不相连接的两个碳原子连接起来形成新的碳碳键，成为新的化合物，同时分子间或分子内不相连接的两个碳原子连接起来形成新的碳碳键，成为新的化合物，同时往往有比较简单的无机或有机小分子化合物生成。这样的反应往往有比较简单的无机或有机小分子化合物生成。这样的反应统称为缩合反应统称为缩合反应。第三节第三节 缩合反应的概念缩合反应的概念第四节第四节 羟醛缩合羟醛缩合 有有 -H的醛或酮的醛或酮在酸或碱的作用下，缩合生成在酸或碱的作用下，缩合生成 - -羟基醛羟基醛或或 - -羟基酮羟基酮的反应称为的反应称为羟醛缩合羟醛缩合。一、一、 什么是羟醛缩合反应什

9、么是羟醛缩合反应Ba(OH)2-H2O酸碱皆可催化该缩合反应酸碱皆可催化该缩合反应 常用的碱催化剂：常用的碱催化剂：NaOH、KOH、Ba(OH)2 NaCO3、NaOC2H5、 (t-BuO)3Al 常用的酸催化剂：常用的酸催化剂：磺酸、硫酸、路易斯酸磺酸、硫酸、路易斯酸碱催化下的反应机理碱催化下的反应机理CH3CH=O-CH2CH=O-B：CH3CH=O-H2OCH3CH=CHCHO催化剂用量应在催化剂用量应在0.5mol0.5mol以上以上。H2O烯醇化烯醇化亲核加成亲核加成：二、反应机理二、反应机理-H+-H2O酸催化下的反应机理酸催化下的反应机理烯醇化烯醇化亲核加成亲核加成H+-H+

10、共轭不饱和醛酮共轭不饱和醛酮反应特性：反应特性：(1) 烯醇负离子是一个两位负离子，在羟醛缩合反应中，主要是烯醇负离子的烯醇负离子是一个两位负离子，在羟醛缩合反应中，主要是烯醇负离子的C-端去进攻。端去进攻。(2) 在酸性及强碱性条件下易失水，一般的碱性条件，加热时失水。所以，如要制备在酸性及强碱性条件下易失水，一般的碱性条件，加热时失水。所以，如要制备 -羟基醛、羟基醛、 -羟基酮，通常采用弱羟基酮，通常采用弱碱性催化剂，温度较低的反应条件。碱性催化剂，温度较低的反应条件。*1 自身缩合自身缩合 分子间缩合，分子内缩合分子间缩合，分子内缩合*2 交叉缩合交叉缩合 甲醛的羟甲基化反应甲醛的羟甲

11、基化反应 克莱森克莱森-斯密特反应斯密特反应*3 定向定向羟醛缩合羟醛缩合三、羟醛缩合反应的分类三、羟醛缩合反应的分类1. 自身缩合自身缩合-分子间缩合和分子内缩合分子间缩合和分子内缩合CH3CH2CH2CHO + CH2CHOCH3CH2CH2CH CHCHOCH2CH3-OHCH2CH3HOCH3CH2CH2CH=CCHOCH2CH3分子间缩合分子间缩合酮的自身缩合酮的自身缩合Ba(OH)2-H2OH+Soxhlex 提取器提取器I2分子内羟醛缩合：分子内羟醛缩合：2. 交叉羟醛缩合反应交叉羟醛缩合反应 两种不同的醛、酮之间发生的羟醛缩合反应称为交叉的羟醛缩合反应。两种不同的醛、酮之间发生

12、的羟醛缩合反应称为交叉的羟醛缩合反应。 有两种情况有两种情况（1）一种醛或酮有）一种醛或酮有 -H，另，另一种醛或酮无一种醛或酮无 -H。（2）两种醛酮都有两种醛酮都有 -H。 （在定向（在定向羟醛缩羟醛缩 合反应中讨论。）合反应中讨论。）(1) 甲醛的羟甲基化反应甲醛的羟甲基化反应CH2O + H-CH2CHOHOCH2-CH2CHO(HOCH2)3CCHO(HOCH2)4C + HCOOH-OH-OH2CH2O康尼查罗反应康尼查罗反应-OHCH2O浓浓-OH+ CH2O（过量）（过量）(2) 其他无其他无 -H的的醛醛(3) 无无 -H的的醛醛和其他活泼含和其他活泼含 -H化合物的缩合化合

13、物的缩合(4) 克莱森克莱森- -斯密特反应斯密特反应 一种一种无无 -H的芳香的芳香醛醛和一种有和一种有 - -H的脂肪的脂肪醛或酮醛或酮 ，在，在NaOH和乙醇的混合体系内，进行混和乙醇的混合体系内，进行混合的缩合反应，得到产率很高的合的缩合反应，得到产率很高的 、 - -不饱和醛酮，这一反应称为不饱和醛酮，这一反应称为克莱森克莱森- -斯密特反应。斯密特反应。H2O-C2H5OHNaOH88 % -93%E 构型为主构型为主(5) 羟醛缩合的取向羟醛缩合的取向解决两个问题：解决两个问题：不对称酮发生不对称酮发生羟醛缩合反应时，提供羟醛缩合反应时，提供哪一側的哪一側的 -H参与反应？参与反

14、应？两个反应物都有两个反应物都有 -H时，到底哪个出时，到底哪个出 -H，哪个出羰基？，哪个出羰基？LDA的应用的应用 不对称酮发生不对称酮发生羟醛缩合反应时，提供羟醛缩合反应时，提供哪一側的哪一側的 - -H参与反应？参与反应？LDA: LiNCH(CH3)22 二异丙胺的锂盐二异丙胺的锂盐 制备：（制备：（i-C3H7)2NH + n-BuLi (i-C3H7)2NLi + C4H10碱碱 共轭酸共轭酸 pKa(CH3)2CH2NLi(CH3)2CH2NH4020(1) LDA在定向羟醛缩合中的应用在定向羟醛缩合中的应用3. 交叉羟醛缩合的定向缩合交叉羟醛缩合的定向缩合 制烯醇盐制烯醇盐:

15、 总是中和取代最少的碳上的总是中和取代最少的碳上的H+ LDATHF, -78oCCH3CHO + LDA Et2O 醛不能直接制成烯醇锂盐，因为醛羰基太活泼，制成的锂盐会与它反应。所以，在制醛不能直接制成烯醇锂盐，因为醛羰基太活泼，制成的锂盐会与它反应。所以，在制锂盐时，必须先加以保护。锂盐时，必须先加以保护。制备制备 Ph2C=CHCHOLDA Et2O-70-25oCPh2C=CHCHOH2O-H2O78 % -85%CH3CHO + + LDATHF -78oCCH3CHOH2OH2O制备制备(2) 烯醇硅醚在定向缩合中的应用烯醇硅醚在定向缩合中的应用第五节第五节 曼尼希反应曼尼希反应

16、氨甲基化反应氨甲基化反应 具有活泼氢的化合物、甲醛、胺同时缩合，活泼氢被氨甲基或取代氨甲基取代的反应，称具有活泼氢的化合物、甲醛、胺同时缩合，活泼氢被氨甲基或取代氨甲基取代的反应，称为为曼尼期曼尼期 (Mannich, C.)反应反应，生成的产物称为，生成的产物称为曼氏碱曼氏碱。曼氏碱曼氏碱一、定义一、定义1. 1. 具有具有-H的醛、酮、酸、酯、硝基化合物、腈、末端炔烃、的醛、酮、酸、酯、硝基化合物、腈、末端炔烃、含有活泼氢的芳香环系化合物。含有活泼氢的芳香环系化合物。2. 2. 二级胺二级胺( (用一级胺可同时进行两个用一级胺可同时进行两个-H位置的缩合位置的缩合) )。使用原料的范围使用原料的范围二、氨甲基化反应实例二、氨甲基化反应实例1. 1. 用来制备用来制备-氨基酮氨基酮不对称酮反应时，亚甲基比甲基优先反应。不对称酮反应时，亚甲基比甲基优先反应。2.2. 在芳、杂环上引入氨甲基在芳、杂环上引入氨甲基3 制备杂环化合物制备杂环化合物托品酮托品酮4. 制制,-不饱和酮、不饱和酮、,-不饱和酯不饱和酯H2C=N+(CH3)2 I-LDACH3INaHCO3实实 例例复习、麦克尔加