第六章羰基化合物的反应27

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。
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
O C2 H5 O C
12.7
10.7
9.0
⑷. 有机金属化合物中的碳负离子
卤代烃与金属作用，生成烷基锂、格氏试剂等 有机金属化合物，其中烷基都像碳负离子一样，是 较强的亲核试剂，也是强碱。
a.作为强碱可与比RH强的酸反应：
RC C H + R'
δ
MgX
δ
RC C MgX + R' H
b.作为亲核试剂，易与活泼的卤代烃发生偶联反应。 活泼的卤代烃：烯丙基卤、苄基卤
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：
• 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。


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
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。
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
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
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。
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
• 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
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
从内侧进攻得外型 产物，产物稳定。
从外侧进攻得内产 物，产物不稳定。
对于同一反应物，所用Nu体积的大小，也影响其 进攻方向。例如：
O C LiAlH4 LiBH(S-Bu)3 C 90% 12% H OH + C 10% 88% OH H
空阻差别大时，主要得从空阻小的方向
进攻的产物——空间靠近控制。 空阻差别不大时，主要得稳定产物—— 产物生成控制
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
O R' C CHR H B R'
O C CHR R'
O C CHR
烯醇负离子 (enolate) （较稳定的共振式）
OH R' C CHR
碳负离子
烯醇 (enol)

其它类型烯醇负离子
O R'O C CHR H B
O
O R'O C CHR
O R'O C CHR
酯
烷氧基烯醇负离子
Rwk.baidu.com
R

H


R'
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
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
31%
H
a H3C H O + b
OH H 反 3 甲基环戊醇 40% H3C OH
H H 顺 3 甲基环戊醇 60%
樟脑
CH 3 CH 3
CH3
CH3
(2)外
CH3
CH3
LiAlH4
OH +
O
H OH
(2)冰片(内型) (10%)
(1)内
空阻差别 不大时， 主要得稳 定产物。
H
(1)异冰片(外型) (90%)
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
6.9特殊和普遍的酸碱催化
6.10分子内催化作用
6.1 羰基化合物的反应机理
富电子试剂进攻缺电子的羰基碳所 引起的加成反应叫亲核加成反应 .
R (R)H
C
=O
R
+
OH C CN
HCN (R)H
1.简单亲核加成历程
2.复杂亲核加成反应
醛酮与氨或伯胺加成生成亚胺（西佛碱，Schiff base）
C=O + H—NH—G C——N—G HO H -H2O C=N—G
6.4 碳负离子
1.碳负离子的结构
• 其结构和氨一样，大多是角锥形sp3杂化构型。 • 这样的构型一方面由于孤对电子是位于sp3（含有 25℅的s成分）杂化轨道中，它与孤对电子位于p 轨道上的sp2 杂化结构相比，孤对电子更靠近原 子核，故能量低（S-特性效应） ；
• 另一方面，在角锥形构型中，孤电子对与另三对 成键电子之间的斥力也比平面形的构型小，前者 的键角靠近109.50，后者的键角是900。
O N O CH2 H B O H3C S O CH2 H B
O N O CH2
O N O CH2
O H3C S O CH2 H3C
O S O CH2
N
C
CH2 H B
N
C
CH2
N
C
CH2
⑵. 醛酮α-氢的电离
醛酮在羰基的影响下， C-H的σ键与C=O上 π键存在超共轭效应，α-氢有一定的酸性，可以电 离并形成较稳定的碳负离子。酮和烯醇在碱的催化 下形成动态平衡，中间体是碳负离子的共振体：
一分子提供C=O，另一分子提供活泼α- H 碳负离子对羰基的亲核加成反应或加成-消除反应
1.羟醛缩合反应（Aldol缩合）
含有α－氢的醛或酮，在碱或酸的催化下，生成β－羟基醛
或酮类化合物的反应称为羟醛或醇醛（Aldol）缩合反应。 β－羟基醛或酮经消除便成α，β－不饱和醛酮。
例：
O H3C C H + H2C H O C H OH H3C OH CH CH2 O C H
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
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。