《碳碳键的形成》PPT课件.ppt

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1、第二章第二章 碳碳键的形成碳碳键的形成Formation of Carbon-Carbon bondContents1.1.离子型反应离子型反应2.2.自由基型反应自由基型反应3.3.协同型协同型(或周环或周环)反应反应按反应机理分类，碳按反应机理分类，碳-碳键的形成可分为：碳键的形成可分为：离子型反应离子型反应 1.1.非稳定化负碳离子的反应非稳定化负碳离子的反应2.2.稳定化负碳离子的反应稳定化负碳离子的反应3.3.有机硼、硅、锡、钯试剂的反应有机硼、硅、锡、钯试剂的反应有机金属化合物有机金属化合物 3.1 基于非稳定化负碳离子的反应基于非稳定化负碳离子的反应M:Li、Na、K、Mg、Al

2、、Zn、Cu、Hg 等等 反应活性：金属的电负性越大，反应活性越弱！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碳亲核体碳亲核体碳碳负负离离子子 非稳定碳负离子非稳定碳负离子 稳定碳负离子稳定碳负离子 有机金属化合物有机金属化合物(RM)3.1.1 有机镁、有机锂试剂的制备有机镁、有机锂试剂的制备一、有机镁试剂（一、有机镁试剂（Grignard 试剂试剂,RMgX）1.RX 与与 Mg 反应反应l RX反应活性：反应活性：RI RBr RCl；1o 2o 3o RXl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，活泼

3、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活性很差的卤代烃使用活性镁2.氢氢-镁交换反应镁交换反应 l 只有酸性较强的烃基氢才可以与格氏试剂进行交换只有酸性较强的烃基氢才可以与格氏试剂进行交换 二、有机锂试剂二、有机锂试剂1.RX 与与 Li 反应反应l CH2=CHCH2X、PhCH2X 不宜用此法制备相应的锂不宜用此法制备相应的锂 试剂试剂(容易发生偶联反应容易发生偶联反应)2.锂锂-氢交换反应氢交换反应 适用于酸性较强的烃基氢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格氏试剂和有机锂试剂的反应一、一、与烃基化试剂反应与烃基化

4、试剂反应Wurtz 反应反应用途：增长碳链或增加支链用途：增长碳链或增加支链 该反应是典型的该反应是典型的SN2反应反应 l 苄基型、烯丙型以及一级卤代烃效果较好；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乙烯型卤代烃不反应 二、醛、酮反应二、醛、酮反应制备醇制备醇用途：合成醇用途：合成醇1.1.合成醇合成醇三、与羧酸衍生物反应三、与羧酸衍生物反应 2.2.合成醛、酮合成醛、酮 1 1）与酰胺反应）与酰胺反应 2）与腈反应与腈反应 制备酮制备酮3）格氏试剂与原甲酸酯反应合成醛格氏试剂与原甲酸酯反应合成醛 四、格氏试剂与四、格氏试剂与CO2反应反应 用途：合成羧酸用途：合成羧酸五、

5、格氏试剂与亚胺反应五、格氏试剂与亚胺反应用途：合成胺用途：合成胺 l 亚胺中亚胺中C=N的活性比的活性比C=O低，与格氏试剂加成低，与格氏试剂加成时，亚胺的时，亚胺的-H会会发生去质子化反应发生去质子化反应六、与环氧化物反应六、与环氧化物反应用途：合成醇用途：合成醇反应的选择性：有机金属试剂一般进攻位阻较小反应的选择性：有机金属试剂一般进攻位阻较小的碳的碳 有机锌试剂有机锌试剂一、有机锌试剂的制备一、有机锌试剂的制备1.RX与与Zn反应反应2.金属交换反应：锂试剂和格式试剂与卤化锌制备金属交换反应：锂试剂和格式试剂与卤化锌制备 二、二、有机锌试剂在有机合成中的应用有机锌试剂在有机合成中的应用

6、Reformatsky反应反应醛，酮在锌的作用下与醛，酮在锌的作用下与a a-卤代酯的反应卤代酯的反应3.1.4 有机铜试剂有机铜试剂 二烃基铜锂（二烃基铜锂（Gilman试剂）试剂）一、一、二烃基铜锂的制备二烃基铜锂的制备1.RLi 与与 CuX 反应反应 2.与末端炔烃加成与末端炔烃加成1.偶联反应偶联反应增长碳链增长碳链（1）RX：CH3X,1o,2o,C=CX,ArX(X：Br,I)（2）酮羰基不需保护，）酮羰基不需保护，RX中允许有中允许有COOEt、CN、CO。二、二、二烃基铜锂在有机合成中的应用二烃基铜锂在有机合成中的应用（3）立体化学：）立体化学：卤代烷烃构型翻转（卤代烷烃构型

7、翻转（SN2），），卤代烯烃构型保持，卤代烯烃构型保持，2.与环氧化物反应合成醇与环氧化物反应合成醇 类似类似SN2反应，反应，构型反转构型反转加成在位阻小的一侧加成在位阻小的一侧3.与酰氯反应合成酮与酰氯反应合成酮 4.4.共轭加成共轭加成 二烷基铜锂很重要的应用二烷基铜锂很重要的应用1,4-加成产物加成产物双烃基化产物的生成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及其形成 稳定化碳负离子稳定化碳负离子(A为稳定碳负离子的因素为稳定碳负离子的因素)稳定化碳负

8、离子的反应稳定化碳负离子的反应 2.稳定碳负离子的因素稳定碳负离子的因素 1）共振稳定化作用：）共振稳定化作用：C-的的a a位有重键位有重键2）邻位正电荷的稳定化作用）邻位正电荷的稳定化作用叶立德叶立德(Ylide)试剂试剂 P,S,As叶立德最常见叶立德最常见3)d轨道的稳定化作用：轨道的稳定化作用：S，P，Si的的d 轨道与轨道与C-的反键轨道作用的反键轨道作用4)其他作用：其他作用：符合符合Huckel规则的芳香性稳定化作用规则的芳香性稳定化作用杂化轨道效应杂化轨道效应3.稳定化碳负离子的反应性稳定化碳负离子的反应性 1）亲核取代）亲核取代 烷基化烷基化 酰基化及缩合反应酰基化及缩合反

9、应 2）亲核加成）亲核加成 缩合反应缩合反应 羟醛缩合羟醛缩合 烃基化反应烃基化反应 Michael加成加成 1,4-加成加成3.2.2 羟醛缩合反应羟醛缩合反应（Aldol reaction）一、一般的羟醛缩合一、一般的羟醛缩合（1）反应前后分子结构的变化）反应前后分子结构的变化（2）反应需要）反应需要-氢的参与氢的参与（3）至少含有两个）至少含有两个-氢时才会发生脱水氢时才会发生脱水（4）酸也可以催化）酸也可以催化 注意注意 碱催化机理碱催化机理 酸催化机理酸催化机理 二、交叉羟醛缩合二、交叉羟醛缩合 1.醛、酮反应差异性控制醛、酮反应差异性控制 1）使用不含）使用不含-氢的醛、酮氢的醛、

10、酮 注意：不含注意：不含-氢的醛、酮作为亲电体的活性应氢的醛、酮作为亲电体的活性应高于含高于含-氢的醛、酮氢的醛、酮 苯基和羰基的双重活化作用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。子型溶剂、酮不过量。热力学控制的实验条件：较高的温度、相对较弱的碱热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。或酸、质子型溶剂。2 2）动力学控制和热力学控制）动力学控制和热力学控制 动力学控制动力学控制 热力学控制热力学控制 2.引导的羟醛缩合反应引导的羟醛缩合反应1）预制烯醇负离子）预制烯醇负

11、离子 动力学控制动力学控制热力学控制热力学控制2）通过烯醇硅醚）通过烯醇硅醚 Mukaiyama 反应反应 烯醇硅醚的获得烯醇硅醚的获得 动力学控制动力学控制热力学控制热力学控制3.3.类羟醛缩合：类羟醛缩合：碳负离子碳负离子与醛酮（亲核体）的加成与醛酮（亲核体）的加成 1）Mannich 反应反应 胺甲基化反应胺甲基化反应 不同类型羰基化合物间的缩合反应不同类型羰基化合物间的缩合反应 1.1.醛、酮醛、酮 与与 羧酸衍生物（酯）的缩合羧酸衍生物（酯）的缩合醛酮的烯醇负离子与羧酸衍生物加成醛酮的烯醇负离子与羧酸衍生物加成消除得到消除得到1,3-1,3-二羰基化二羰基化合物合物 1)1)预制的羧

12、酸衍生物烯醇负离子预制的羧酸衍生物烯醇负离子 2)2)使用不含使用不含-氢的醛氢的醛 2.羧酸衍生物（酯）与羧酸衍生物（酯）与 醛、酮的缩合醛、酮的缩合 3、活化的羧酸衍生物、活化的羧酸衍生物 Knoevenagel 缩合缩合 l X、Y:-COOR、-COOH、-OR、-CN、-NO2 等等l 常见的碱：胺、吡啶等弱碱，常见的碱：胺、吡啶等弱碱，避免醛、酮的自身缩合避免醛、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、酯与酯的缩合 1）分子间酯缩合）分子间酯缩合 Claisen 酯缩合酯缩合 2）分子内酯缩合）分子内酯缩合 Di

13、eckmann 缩合缩合 Dieckmann 缩合反应只适合于五、六元环的合成缩合反应只适合于五、六元环的合成 3.4 烯烃合成法：烯烃合成法：C=C 的形成的形成 3.4.1 Wittig 反应反应 Wittig 试剂试剂 用途：定向形用途：定向形成成 C=C 键键Wittig 反应的立体选择性反应的立体选择性非稳定化的叶非稳定化的叶立德主要产生立德主要产生Z-烯烃烯烃稳定化的叶稳定化的叶立德主要产立德主要产生生E-烯烃烯烃HWE反应机理反应机理:常用常用碱：碱：NaH 常用溶剂：常用溶剂：DME(乙二醇二甲乙二醇二甲醚醚)、THFHWE反应反应(HornerWadsworthEmmons

14、Reaction):HWE反应特点反应特点:膦酸酯膦酸酯-碳负离子具有较高反应性，可与酮反应。碳负离子具有较高反应性，可与酮反应。副产物水溶性副产物水溶性O,O-二乙基磷酸钠可通过萃取方法分离。二乙基磷酸钠可通过萃取方法分离。反应表现为（反应表现为（E）式立体选择性，可通过改变磷上的）式立体选择性，可通过改变磷上的R1基团基团 调节反应的立体选择性。调节反应的立体选择性。Example:基于有机硼、硅、锡、钯试剂的反应基于有机硼、硅、锡、钯试剂的反应v有机硼试剂在碳碳键形成中的应用有机硼试剂在碳碳键形成中的应用v有机硅化物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v有机锡化物在碳碳键形

15、成中的应用有机锡化物在碳碳键形成中的应用v钯催化的碳碳键形成反应钯催化的碳碳键形成反应有机硼试剂有机硼试剂B：第三周期：第三周期IIIA族元素，硼与碳形成三价化合物族元素，硼与碳形成三价化合物有机硼试剂是高度缺电子的试剂，易发生亲核反应有机硼试剂是高度缺电子的试剂，易发生亲核反应用于碳碳键形成的有机硼试剂主要有：用于碳碳键形成的有机硼试剂主要有：三烷三烷基硼基硼酸根型配合酸根型配合物物二烃基硼二烃基硼酸酸二烃基硼二烃基硼酸酯酸酯烃基硼酸烃基硼酸 烃基硼酸烃基硼酸酯酯R3BR3R B-M+R2BOHR2BORRB(OH)2RB(OR)2一、有机硼试剂的制备一、有机硼试剂的制备烷基硼和烯基硼试剂主

16、要通过烯烃和炔烃的硼氢化反应制备。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烯烃和炔烃于硼烷的加成反应二、有机硼的羰基化反应二、有机硼的羰基化反应v具有具有Lewis酸性的三烷基硼可与具有酸性的三烷基硼可与具有Lewis碱性的碱性的CO反应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个、三个烷基迁移的产物。

17、中间体为四配中间体为四配位的酸根型配位的酸根型配合物，合物，C-B键被键被削弱，烷基带削弱，烷基带一对电子转移一对电子转移至缺电子的羰至缺电子的羰基上。基上。v硅具有较大的原子半径和较小的电负性因此硅具有较大的原子半径和较小的电负性因此SiC键比键比SiH键是显著极化的，硅原子显电键是显著极化的，硅原子显电正性，易受亲核试剂进攻正性，易受亲核试剂进攻v具有空的具有空的3d轨道，可与邻位的轨道，可与邻位的2p轨道相互作用：轨道相互作用：可稳定可稳定a a-碳负离子；碳负离子；b b-碳正离子，和碳正离子，和 g-g-碳正离碳正离子子vSi-O键能：键能：532kJ/mol，Si-F键键808kJ

18、/mol，可作，可作为羟基的保护基为羟基的保护基有机硅化物有机硅化物有机硅试剂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；含硅试剂；乙烯基硅烷类试剂；含硅a a-碳负离子类碳负离子类烯醇硅醚烯醇硅醚烯丙基硅烷类烯丙基硅烷类乙烯基硅烷类乙烯基硅烷类含硅含硅a a-碳负离子碳负离子稳定稳定a a-碳负离子；碳负离子；b b-碳正离子，和碳正离子，和 g g-碳正离子碳正离子1.烯醇硅醚的反应：烯醇硅醚的反应：2.乙烯基硅烷类试剂乙烯基硅烷类试剂烯烃的构型保持烯烃的构型保持3.烯丙基硅烷类试剂：烯丙基硅烷类试剂：1,4

19、-加成加成4.Peterson反应反应硅基稳定的硅基稳定的a a-碳负离子碳负离子-硅基碳负离子与醛、酮反应生成硅基碳负离子与醛、酮反应生成-羟基硅烷羟基硅烷,继而在碱继而在碱性或酸性溶液中脱除硅基得到烯烃。性或酸性溶液中脱除硅基得到烯烃。该反应在形式上与该反应在形式上与Wittig反应相似，收率较好。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，但锡是硅的同族元素，其电负性与硅相当，但Sn的原的原子半径比子半径比Si大，因而在大，因而在Sn-H键和键和Sn-C键中，键的极键中，键的极化更显著，化更显著，Sn呈

20、正电性。呈正电性。Sn-H和和Sn-C键更弱，更易键更弱，更易断裂。断裂。3.5.3 有机锡化物有机锡化物1.三丁基氢化锡：三丁基氢化锡：Sn-H键弱，易发生均裂产生三丁基锡键弱，易发生均裂产生三丁基锡自由基（自由基（n-Bu3Sn），因而可以作为自由基的携带体广），因而可以作为自由基的携带体广泛用于自由基引发的泛用于自由基引发的C-C键形成反应，也可以用作聚合键形成反应，也可以用作聚合反应的引发剂。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。还可以被机锡化合物。还可以被NaBH3CN还原制备还原制备n-Bu3SnH，用

21、于自由基反应。，用于自由基反应。烯丙基型三丁基锡烷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，与亲电试剂的加成具有高度的区域专一性，反应发生在反应发生在-位位在在Lewis酸催化下酸催化下（E）或（）或（Z）烯烃与醛反应得到同侧加成产物）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钯催化的碳碳键形成反应有机钯催化的有机钯催化的C-C键形成反应在有机合成中占有重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：要地位，最重要的是四个有机人名反应：uHeck反应反应uStille

22、反应反应uSuzuki反应反应uSonogashira反应反应卤代芳烃、卤代烯烃、芳基三氟甲烷磺酸酯、烯基卤代芳烃、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三氟甲烷磺酸酯、芳基碘盐、烯基碘盐或芳基重氮盐等在盐等在PdPd（IIII）催化下与烯烃的偶联反应。）催化下与烯烃的偶联反应。Heck 反应反应v芳基、烯基卤或三氟磺酸的芳基、烯基酯，碘盐芳基、烯基卤或三氟磺酸的芳基、烯基酯，碘盐或重氮盐与烯烃的偶联或重氮盐与烯烃的偶联v合成单取代和双取代烯烃的有效方法合成单取代和双取代烯烃的有效方法v以以Pd(OAc)2等二价钯为催化剂，反应过程中现场等二价钯为催化剂

23、，反应过程中现场生成生成Pd（0）来催化反应）来催化反应v反应需要助亲核试剂和碱反应需要助亲核试剂和碱v烯烃的取代反应发生在取代少的一侧烯烃的取代反应发生在取代少的一侧vIBrOTfClHeck 反应反应芳基或烯基锡烷与芳基、烯基、苄基、烯丙基卤或其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三氟甲烷磺酸酯在Pd（0）催化下的叉偶联反应。）催化下的叉偶联反应。Stille反应反应合成合成含易水解基团含易水解基团烯基烯基-烯基，芳基烯基，芳基-芳基和烯基芳基和烯基-芳基芳基化合物化合物的有效方法的有效方法锡转移的基团：烷基、烯基、芳基和炔基锡转移的基团：烷基、烯基、芳基和炔基无

24、需助亲核试剂无需助亲核试剂由于锡的毒性和不易除去受限制由于锡的毒性和不易除去受限制Stille偶联反应偶联反应v连接芳基和烯基的重要方法连接芳基和烯基的重要方法v参与反应的硼化物：二烷基亚硼酸酯和二烷基硼烷参与反应的硼化物：二烷基亚硼酸酯和二烷基硼烷v双键的几何构型保持双键的几何构型保持v硼化物易除去硼化物易除去Suzuki 反应反应有机硼化物偶联反应有机硼化物偶联反应芳基或烯基硼在芳基或烯基硼在PdPd催化下与卤代芳烃、卤代烯烃、芳催化下与卤代芳烃、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、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

25、。烯基碘盐或芳基重氮盐等的交叉偶联反应。Suzuki Suzuki 反应反应vPd(PPh3)4为催化剂为催化剂vIBrOTfCl末端炔烃与卤代芳烃、卤代烯烃在末端炔烃与卤代芳烃、卤代烯烃在Pd(PPh3)4与与CuI共同作用下的交叉偶联反应。共同作用下的交叉偶联反应。Sonogashira反应反应v离去基活性：离去基活性：IOTfBrClvSp2杂化碳活性：乙烯基杂化碳活性：乙烯基丙二烯基丙二烯基杂芳环杂芳环芳环芳环v高温下反应高温下反应v需要铜共催化需要铜共催化v 自由基的产生自由基的产生v 自由基的结构和稳定性自由基的结构和稳定性v 形成碳碳键的自由基反应形成碳碳键的自由基反应自由基型反

26、应自由基型反应自由基的产生自由基的产生u 通过通过s s-键均裂产生自由基键均裂产生自由基含弱化学键的分子，张力较大的分子含弱化学键的分子，张力较大的分子:过氧化物，过氧化物，偶氮化合物偶氮化合物u 通过通过光化学方法光化学方法产生自由基：存在吸光基团分子产生自由基：存在吸光基团分子卤素分子，亚硝酸分子，次氯酸，卤素分子，亚硝酸分子，次氯酸，N-氯代铵氯代铵u自由基加成反应自由基加成反应u自由基取代反应自由基取代反应u自由基偶联反应自由基偶联反应自由基的结构和稳定性自由基的结构和稳定性含有未配对电子含有未配对电子四面体、平面型或介于四面体、平面型或介于二者之间的分子二者之间的分子形成碳碳键的自由基反应形成碳碳键的自由基反应自由基加成反应：对不饱和键的加成自由基加成反应：对不饱和键的加成v引发剂：引发剂：AIBNv抽取底物中的：卤原子，抽取底物中的：卤原子，PhS,PhSe引发反应引发反应v锡上的锡上的H或烯丙基为自由基供体终止反应或烯丙基为自由基供体终止反应自由基取代反应自由基取代反应卤代烃的脱卤和醇的脱氧反应卤代烃的脱卤和醇的脱氧反应自由基偶联反应自由基偶联反应炔在碱性条件下和炔在碱性条件下和CuCl2存在下，存在下，Cu2+对乙炔负离子单电子氧化生成自由基再偶联对乙炔负离子单电子氧化生成自由基再偶联