第六章羰基化合物的反应27

6.5 碳负离子涉及的重要缩合反应
由两个或两个以上的化合物通过反应，失去一
个小分子化合物（如水、醇、盐等）而形成一
个新的较大分子化合物的反应称为缩合反应。 本章主要讨论： 由活泼氢形成的碳负离子型缩合
各种缩合反应的机理相似：先在碱的催化下形成 碳负离子作为亲核试剂；然后对另一分子羰基进 攻发生亲核反应：
反应中产生碳负离子
Cl3CCOOO2N Cl BCl3COH+ CO 2 O2N OH Cl -XC C -Cl-
-
O2N
OH
H －C－C—X
-HB
H －C－C－X
-
（7）形成碳负离子的外界条件
碱（B-）有亲质子性和亲核性二重特性。亲质 子性即碱进攻有机结构中的质子，使之脱去氢，形 成碳负离子；亲核性即进攻该分子中正电荷较多的 碳原子，发生亲核加成或亲核取代反应。如：
-
CH2(COOC2H5)
C2H5ONa -C2H5OH
CH(COOC2H5) 2
-

一些 典型的C—H的酸性比较
化合物
H H H H H CH2CH3 CH2CH CH2 CH2 CH2C N O CH2 SCH3 O
pKa
~50 35
化合物
H H O CH2 COC2H5 O CH2 CCH3 O CH2 C O CH2N O
R R C R' O + Nu C R' R C R' Nu Nu O O
1.Cram规则一 由美国化学家克拉姆于1952年提出
设α-手性碳原子上所连的三个基团L、M、S代表 其大、中、小，将羰基与其-碳上最大的基团摆放成 反位，Nu主要从最小基团一边进攻羰基。
H
O
C2H5
主要产物
1 RMgX
2 H2O
目录
6.1 羰基化合物的反应机理 1.简单亲核加成历程 2.复杂亲核加成历程 3.影响醛酮反应活性的因素 6.2 羰基加成反应及产物 1.亲核加成反应 2.亲核加成-消除反应 6.3 羰基加成反应的立体化学 1.Cram规则一 2.克莱姆规则二 3.Cornforth规则 4.环酮的还原
6.4 碳负离子 1.碳负离子的结构 2.碳负离子的稳定性 6.5.碳负离子涉及的重要缩合反应 1.羟醛缩合反应（Aldol缩合） 2.克脑文盖尔(Knoevenagel)反应 3. 曼里许（Mannich）反应 4. 克莱森（Claisen）酯缩合反应 5. 达森（Darzen）反应 6.迈克尔(Michael)加成反应 7. 瑞佛马斯基（Reformatsky） 反应 8.柏金 (Perkin)反应 9.安息香（Benzoin）缩合反应
n–C18H37Br
Mg 纯醚,
n–C18H37 MgBr
CH3(CH2)16CH2 Br
n–C18H37 C18H37
⑸. 亲核试剂加到活性烯、炔烃上 如CN-、-OH、-SR、-OR 等加成到炔烃上。
＋ HCN NaOH － CH3－ C＝ CH CN
⑹.在脱羰反应、芳香族亲核取代反应及E1cb等
pKa
~24 20
34
H
~25 29
16
H
10.2

一些羰基α-H
化合物
O H2 C H O H2C H C O CH H O H3C C O H3C C CH H CH H O C CH3 O C OC2H5 C OC2H5 CH3 C OC2H5
pKa
~24
酸性的比较
20
β-二羰基 化合物 α-氢酸性 相对较强。


O

R R'


O

R'
B
共轭烯醇负离子
α, β－不饱和羰基化合物 (g 位 H 有弱酸性)
⑶. β-酮酸酯中活性亚甲基的酸性离解
β-酮酸酯分子中羰基和酯基之间的亚甲基， 受两个吸电子基团的影响而有很高的活性，称为 活性亚甲基。活性亚甲基在碱性条件下容易失去 氢原子，形成碳负离子。
CH3COCH2COOC 2H5 C2H5ONa － C 2H5OH CH3COCHCOOC 2H5
碳负离子中心杂化轨道S成分越多，电子对靠近原子核， 碳负离子越稳定。 ﹥ ﹥
⑵.电子效应
拉电子诱导基团、共轭体系均使碳负离子稳定
⑶.芳香性
具有芳香性的环状碳负离子有较好的 稳定性，如环戊二烯负离子等。
⑷.溶剂效应
极性非质子溶剂（DMSO）可溶剂化正离子，不能溶剂化 负离子，因此负离子在极性非质子溶剂中更加活泼，这也是 一些反应所需要的。
①反应条件：稀碱， 含有α氢的醛或酮； ②产物：β-羟基醛（酮） 或αβ-不饱和醛（酮）。
醇(alcohol) 醛(aldehyde) aldol condensation 羟醛缩合、醇醛缩合
⑴反应机理：
O C + H C OH H C C O C
-H2O C C O C
C
C
H OH CH3
72%
28%
Cram规则主要适用于金属氢化物和金属有机 化合物与酮的作用。
用纽曼式表示：
C6H11 CH3 LiAlH4 H O CH3 H3O
+
C6H11 H H OH CH3 CH3 CH3
C6H11 H CH3 OH
+
H
72%
28%
• 利用分子中已存在的不对称因素的诱导作用，通 过某种立体选择性反应，生成特定的构型化合 物—不对称合成。
不稳定,易失水
O2N G: -H -OH -NH2 -NH— -NH— NO2
亚胺 (西佛碱)
O -NH-C-NH2
Schiff碱系化合物由于在生化反应中起到转氨基作用而具 有抗肿瘤、抗菌等生物活性。
6.3 羰基加成反应的立体化学
羰基具有平面结构，Nu可从任何一面进攻羰基碳。在 下列的3中，加成后引入了第二个C＊，生成的两个非对映 体的量不相等，既亲核加成具有一定的立体选择性。 ① 当R=R′时，加成产物为同一物。 ② 当R≠R′时，加成产物为外消旋体（Nu从羰基两面进 攻的几率相等）。 ③ 当羰基与手性碳原子相连时，Nu从两面进攻的几率 就不一定相等，加成后引入第二个手性碳原子，生成 的两个非对映体的量也不一定相等。
O H CH3 OH CH3
1)C2H5MgBr 2)H2O
H
Cl CH3
C2H5 Cl
CH3
4.环酮的还原
脂环酮的羰基嵌在环内，环上所连基团空间位 阻的大小，明显的影响着Nu的进攻方向。
O CH 3 H
NaBH4 (CH3)2CHOH
H2 O
H OH CH3 H
+
OH H CH 3 H
69%
a 空间位阻大 H AlH3 b 空间位阻小 H3C
3. 碳负离子的产生
碳负离子的形成是酸碱反应，是 C-H 键异裂的结果。
• 有机物中碳原子与碱反应释放出质子，C-H 键的 电离也应当看作是酸性电离： RH + :B → R- + BH+ ⑴有机分子的碳氢键脱质子作用 所有电负性基团邻近的α-C上都可能离解其氢。
RC CH Li RC CLi
Na/THF
O C C H B 亲质子反应
亲核反应
欲形成碳负离子，应选择亲质子能力强而亲核 能力弱的碱性化合物 。

一些常用于生成烯醇负离子的碱
强碱
Na NH2 CH(CH3)2 Li N CH(CH3)2 O Na CH2 Na H S CH3
NaOH NaOR
较强碱
较弱碱
叔胺类
(LDA)
吡啶衍生物
上述体积大的负离子有亲核性小碱性强的特点。 强碱可使羰基化合物完全烯醇负离子化
PhH
H H
+
OH C2H5 R Ph
次要产物
楔形式的表示法：
M S L C———C R O M Nu-H+ S L C———C OH Nu M S L C———C Nu OH
主
R
次
R
实例:
CH3 H
C
C
O LiAlH 4 CH3
CH3 H C6H11
C
C
OH H CH3
CH3 H C6H11
C6H11
6.6羰基与叶立德（ylide）的反应 1.维蒂希（Witting）反应 2. 季磷盐与维蒂希试剂 3.Wittig试剂在有机合成中应用 4.硫叶立德与羰基的反应 6.7 羧酸极其衍生物的亲核取代 1.BAc2机理 3.AAl1机理 2.AAc2机理 4.AAc1机理 6.8亲核性碳 1.烯醇负离子和硅醚 2.仲胺与醛酮缩合成烯胺 3.噁唑啉衍生物的α-碳负离子
• 醛酮中原有的手性碳原子为不对称因素。
2.克莱姆规则二
当醛、酮的-C上有 -OH、-NH时，由于这些基团 能与羰基形成氢键，所以形成 如下构象（见图），若发生加 成，亲核试剂主要从S基团一 侧进攻。
H O O
L
R
S
Nu-
3.Cornforth规则 （p85）
• 当酮的α不对称碳上连有卤原子时，由于卤原子 与羰基的排斥作用，酮的优势构象是卤原子和羰 基互为对位，羰基反应时，试剂仍优先从小基团 一边进攻，称为Cornforth规则。
• 但为形成烯醇化物而稳定的碳负离子和与不饱和 键相连的碳负离子是平面形的，碳负离子为sp2 杂化。 • 这样碳上负电荷所在的p轨道可以与相邻基团的π 轨道发生最大程度的轨道重叠，因而体系能量下 降。
-
-
O CH3－ C－
B
-
-HB
O CH2－ C－
O CH2＝ C－
2.碳负离子的稳定性
⑴.杂化效应