有机合成稳定化碳负离子的烃基化和缩合反应1.pptx
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1、第三章第三章 稳定化碳负离子的烃基化和酰基化稳定化碳负离子的烃基化和酰基化 主要内容:主要内容:一、烯醇负离子的形成及其反应性一、烯醇负离子的形成及其反应性二、缩合反应二、缩合反应 第1页/共57页3.1 3.1 原理原理烯醇负离子的形成及其反应性烯醇负离子的形成及其反应性碳负离子是通过对烃类化合物进行活化进而碳负离子是通过对烃类化合物进行活化进而用碱夺取酸性的用碱夺取酸性的-氢而产生的氢而产生的3.1 3.1 原理原理稳定化的碳负离子极其反应性稳定化的碳负离子极其反应性无机化学,无机化学,酸碱平衡酸碱平衡 有机化学,有机化学,酸性很弱酸性很弱 第2页/共57页为了促使这种异裂的发生:为了促使
2、这种异裂的发生:提高碳氢化合物的酸性或其共轭碱的稳定性(引入活化基以提高提高碳氢化合物的酸性或其共轭碱的稳定性(引入活化基以提高C-HC-H氢的酸性)氢的酸性)提高所用的碱的碱性(促使平衡向右进行)提高所用的碱的碱性(促使平衡向右进行)稳定化的碳负离子是活性中间体,作为亲核试剂,它们可以与正极化的碳中心反稳定化的碳负离子是活性中间体,作为亲核试剂,它们可以与正极化的碳中心反应。应。第3页/共57页碳负离子碳负离子.三类具有同等重要的反应是:卤代烃的三类具有同等重要的反应是:卤代烃的亲核取代反应;亲核取代反应;不饱和亲电试剂不饱和亲电试剂的亲核加成反应;的亲核加成反应;第4页/共57页稳定碳负离
3、子的因素稳定碳负离子的因素共振稳定作用共振稳定作用高共轭效应稳定化作用高共轭效应稳定化作用吸电子诱导稳定作用吸电子诱导稳定作用邻位正电荷稳定作用邻位正电荷稳定作用轨道的稳定化作用轨道的稳定化作用杂化轨道效应的稳定化作用杂化轨道效应的稳定化作用符合休克尔规则的芳香性稳定作用符合休克尔规则的芳香性稳定作用偶极稳定化作用偶极稳定化作用多取代基和多因素的稳定化作用多取代基和多因素的稳定化作用第5页/共57页共振稳定作用共振稳定作用碳负离子的碳负离子的-位有重键,碳负离子的未共用电子位有重键,碳负离子的未共用电子对与重键的对与重键的电子体系的共轭而被稳定化电子体系的共轭而被稳定化第6页/共57页高共轭效
4、应稳定化作用高共轭效应稳定化作用当一个带有共轭基团的分子由于不含当一个带有共轭基团的分子由于不含-氢或由氢或由于结构上的限制无法通过轨道交盖稳定于结构上的限制无法通过轨道交盖稳定-碳负碳负离子,而非邻位如离子,而非邻位如-位碳负离子在角度和空间位碳负离子在角度和空间位置上可与该共轭基团的位置上可与该共轭基团的p p轨道相互作用时,共轨道相互作用时,共轭基团可以稳定该轭基团可以稳定该-碳负离子,此即高共轭效碳负离子,此即高共轭效应应第7页/共57页吸电子诱导稳定作用吸电子诱导稳定作用诱导效应是通过碳链传递的,当负碳中心与一个诱导效应是通过碳链传递的,当负碳中心与一个具有吸电子诱导作用的基团(具有
5、吸电子诱导作用的基团(-I-I基基)连接时,也连接时,也会导致碳负离子的稳定化,其作用不如吸电子的会导致碳负离子的稳定化,其作用不如吸电子的共轭效应强共轭效应强邻位正电荷稳定作用邻位正电荷稳定作用碳亲核试剂是磷、硫、砷、锑、铋、硒和氮的内碳亲核试剂是磷、硫、砷、锑、铋、硒和氮的内鎓盐鎓盐-叶立德,它们是一些相邻两原子带相反电叶立德,它们是一些相邻两原子带相反电荷,三种最重要的叶立德是磷叶立德、硫叶立德、荷,三种最重要的叶立德是磷叶立德、硫叶立德、砷叶立德砷叶立德第8页/共57页轨道的稳定化作用轨道的稳定化作用处在周期表中第三周期的元素,特别是硫、磷、处在周期表中第三周期的元素,特别是硫、磷、硅
6、对硅对-碳负离子有特殊的稳定化作用,当与碳碳负离子有特殊的稳定化作用,当与碳负离子连接时,它们的空的负离子连接时,它们的空的3d3d轨道与碳负离子轨道与碳负离子*反键轨道相互作用,对负电荷起稳定作用反键轨道相互作用,对负电荷起稳定作用杂化轨道效应的稳定化作用杂化轨道效应的稳定化作用由于由于S S轨道的吸电子能力比轨道的吸电子能力比P P轨道强,负碳中心杂轨道强,负碳中心杂化轨道所含化轨道所含S S轨道成分越高,越有利于稳定该碳轨道成分越高,越有利于稳定该碳负离子。炔基、烯基、烷基的负离子稳定性下降负离子。炔基、烯基、烷基的负离子稳定性下降第9页/共57页符合休克尔规则的芳香性稳定作用符合休克尔
7、规则的芳香性稳定作用闭合环状不饱和化合物去质子化,产生符合闭合环状不饱和化合物去质子化,产生符合HuckelHuckel规则的电子数,则产生的碳负离子可获得规则的电子数,则产生的碳负离子可获得芳香性的稳定化作用芳香性的稳定化作用第10页/共57页3.2 3.2 烯醇负离子的形成及其反应性烯醇负离子的形成及其反应性羰基化合物的切断及其合成的选择性问题羰基化合物的切断及其合成的选择性问题羰基化合物的切断羰基化合物的切断烯醇负离子烷基化的选择性问题烯醇负离子烷基化的选择性问题第11页/共57页羰基化合物的切断及其合成的选择性问题羰基化合物的切断及其合成的选择性问题羰基化合物的切断羰基化合物的切断 第
8、12页/共57页第13页/共57页烯醇负离子烷基化的选择性问题烯醇负离子烷基化的选择性问题羰基化合物的烃基化涉及两个步骤:用一个适当的碱羰基化合物的烃基化涉及两个步骤:用一个适当的碱进行羰基化合物进行羰基化合物-氢的去质子化产生烯醇负离子;氢的去质子化产生烯醇负离子;烯醇负离子作为碳亲核试剂与烃基化试剂(烯醇负离子作为碳亲核试剂与烃基化试剂(R-XR-X)进)进行亲核取代反应形成烃基化产物行亲核取代反应形成烃基化产物第14页/共57页对于不对称的酮产物更复杂对于不对称的酮产物更复杂第15页/共57页酮的烷基化所面临的问题包括酮的烷基化所面临的问题包括:区域选择性问题:原料为非对称的酮时,烯醇负
9、区域选择性问题:原料为非对称的酮时,烯醇负离子的形成就存在区域选择性问题,即羰基两侧离子的形成就存在区域选择性问题,即羰基两侧不同的氢那一个被去质子化,形成哪一个烯醇负不同的氢那一个被去质子化,形成哪一个烯醇负离子离子二烷基化和多烷基化问题:体系中的碱或烯醇负二烷基化和多烷基化问题:体系中的碱或烯醇负离子(它们既是碳亲核试剂、氧亲核试剂,也可离子(它们既是碳亲核试剂、氧亲核试剂,也可以作为碱)可以夺取新生成的烷基化产物的以作为碱)可以夺取新生成的烷基化产物的-氢,产生新的烯醇负离子,后者被烷基化后将生氢,产生新的烯醇负离子,后者被烷基化后将生成二烷基化副产物,进一步的反应将导致生成多成二烷基化
10、副产物,进一步的反应将导致生成多烷基化副产物烷基化副产物自缩合反应:如果起始的酮不能被快速、完全的自缩合反应:如果起始的酮不能被快速、完全的转变为,就存在着后者与尚未转变的原料酮发生转变为,就存在着后者与尚未转变的原料酮发生羟醛加成的反应的可能性羟醛加成的反应的可能性第16页/共57页碳碳-烷基化和氧烷基化和氧-烷基化问题:烯醇负离子是具有碳和氧两个反应中心的两可亲核烷基化问题:烯醇负离子是具有碳和氧两个反应中心的两可亲核试剂,因此,存在着烷基化到底发生在碳上或氧上的化学选择性问题试剂,因此,存在着烷基化到底发生在碳上或氧上的化学选择性问题立体选择性问题:多取代酮的烷基化还可以产生不同的立体异
11、构体立体选择性问题:多取代酮的烷基化还可以产生不同的立体异构体其它问题:烷基化试剂的稳定性问题,碱与酮发生亲核加成的可能性其它问题:烷基化试剂的稳定性问题,碱与酮发生亲核加成的可能性第17页/共57页第18页/共57页影响羰基烯醇负离子形成及反应性的因素影响羰基烯醇负离子形成及反应性的因素 碳氢化合物的酸性是由其结构所决定,外界因素(碱,反应介碳氢化合物的酸性是由其结构所决定,外界因素(碱,反应介质)对羰基烯醇负离子形成、反应性、选择性也有重要的影响质)对羰基烯醇负离子形成、反应性、选择性也有重要的影响碱碱反应介质(溶剂)反应介质(溶剂)烷基化与烷基化与C-C-烷基化问题烷基化问题第19页/共
12、57页碱碱酮烃基化的副反应之一是羟醛加成反应,反应的成因是体系中酮烃基化的副反应之一是羟醛加成反应,反应的成因是体系中同时存在着烯醇负离子和部分未反应的起始酮。为使碳负离子同时存在着烯醇负离子和部分未反应的起始酮。为使碳负离子烷基化顺利的进行,首要条件是溶液中有足够浓度的碳负离子,烷基化顺利的进行,首要条件是溶液中有足够浓度的碳负离子,以使烃基化可以足够快的速度进行。因此,为避免这一副反应以使烃基化可以足够快的速度进行。因此,为避免这一副反应的办法之一是使用适当的碱,快速、完全的把酮全部转化为烯的办法之一是使用适当的碱,快速、完全的把酮全部转化为烯醇负离子醇负离子第20页/共57页第21页/共
13、57页对于只有一个吸电子基团对于只有一个吸电子基团(pKa=20-25)(pKa=20-25)稳定的碳负稳定的碳负离子,为了满足完全去质子化的要求,必须使用比离子,为了满足完全去质子化的要求,必须使用比氢氧化钠(氢氧化钠(H2O/NaOH,pKa=15.7H2O/NaOH,pKa=15.7)和甲醇钠)和甲醇钠(MeOH/MeONa,pKa=15.5)(MeOH/MeONa,pKa=15.5)等更强的碱。如叔丁醇等更强的碱。如叔丁醇钾(钾(t-BuOH/t-BuOK,pKa=19t-BuOH/t-BuOK,pKa=19),亲核性小,但是亲核性小,但是碱性强度不够,不能使酮完全转变成烯醇负离子。碱
14、性强度不够,不能使酮完全转变成烯醇负离子。采用更强的碱采用更强的碱NaNHNaNH2 2/NH/NH3 3,pKa=35,NaH/THF,pKa=35,NaH/THF,pKa=32pKa=32等,在常用的烃类溶剂中反应,强碱的溶解等,在常用的烃类溶剂中反应,强碱的溶解性不好,烯醇负离子的形成只是缓慢的进行,使得性不好,烯醇负离子的形成只是缓慢的进行,使得烯醇钠和酮同时存在,导致羟醛加成的副反应仍存烯醇钠和酮同时存在,导致羟醛加成的副反应仍存在在。第22页/共57页为了克服此缺点,发展了新一代的强碱,即大位为了克服此缺点,发展了新一代的强碱,即大位阻的二级胺的碱金属盐,如:阻的二级胺的碱金属盐,
15、如:LDA(lithium LDA(lithium diisopropylamide),LHMDS(diisopropylamide),LHMDS(六甲基二硅胺锂六甲基二硅胺锂)等,这些强碱有三个优点:等,这些强碱有三个优点:A.A.碱性很强(碱性很强(pKapKa3333)B.B.能够溶解于非极性能够溶解于非极性溶剂,甚至烷烃中,可实现对羰基化合物的完全溶剂,甚至烷烃中,可实现对羰基化合物的完全去质子化去质子化 C.C.位阻大,亲核性弱位阻大,亲核性弱六甲基磷酰胺六甲基磷酰胺第23页/共57页反应介质(溶剂)反应介质(溶剂)各种碳负离子的形成取决于羰基化合物结构各种碳负离子的形成取决于羰基化
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- 有机合成 稳定 负离子 烃基化 缩合 反应
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