碳碳键的形成学习教案

1、会计学1碳碳键的形成碳碳键的形成(xngchng)第一页，共77页。有机金属化合物有机金属化合物 M: Li、Na、K、Mg、Al、Zn、Cu、Hg 等等 反应反应(fnyng)活性：金属的电负性越大，反应活性：金属的电负性越大，反应(fnyng)活性越弱！活性越弱！RK RNa RLi RMg RAl RZn RCu RHg0.82 0.93 0.98 1.31 1.61 1.65 1.90 2.00碳亲核体碳亲核体碳碳负负离离子子 非稳定非稳定(wndng)碳负离子碳负离子 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) 第2页/共77页第二页，共77页。一、有机一、有机(

2、yuj)镁试剂（镁试剂（Grignard 试剂试剂, RMgX ） 1. RX 与与 Mg 反应反应(fnyng)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，活性很差的卤代烃使用活性镁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，活性很差的卤代烃使用活性镁第3页/共77页第三页，共77页。2. 氢氢-镁交换镁交换(jiohun)反应反应 l 只有酸性较强的烃基氢才可以只有酸性较强的烃基氢才可以(ky)与格氏试剂进行交换与格氏试剂进行交换 第4页/共77页第四页，共77页。二、有机

3、二、有机(yuj)锂试剂锂试剂1. RX 与与 Li 反应反应(fnyng)l CH2=CHCH2X、PhCH2X 不宜用此法制备相应不宜用此法制备相应(xingyng)的的锂锂l 试剂试剂 (容易发生偶联反应容易发生偶联反应 )第5页/共77页第五页，共77页。2. 锂锂-氢交换氢交换(jiohun)反应反应 适用适用(shyng)于酸性较强的烃基氢于酸性较强的烃基氢第6页/共77页第六页，共77页。3.1.2 格氏试剂和有机格氏试剂和有机(yuj)锂试剂的反应锂试剂的反应一、一、 与烃基化试剂与烃基化试剂(shj)反应反应Wurtz 反应反应用途用途(yngt)：增长碳链或增加支链：增长碳

4、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 第7页/共77页第七页，共77页。l 苄基型、烯丙型以及一级卤代烃效果苄基型、烯丙型以及一级卤代烃效果(xiogu)(xiogu)较好较好；l 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(fnyng)制备醇制备醇用途用途(yngt)：合成：合成醇醇第8页/共77页第八页，共77页。1.1.合成合成(hchng)(hchng)醇醇三、与羧酸三、与羧酸(su sun)(su sun)衍生物反应衍生物反应 2.2.合成合成(hchng)(hchng)醛、酮醛、酮 1 1）与酰胺反应）与酰胺反应 第9页/共77页第九页，

5、共77页。2）与腈反应）与腈反应(fnyng) 制备酮制备酮3）格氏试剂与原甲酸酯反应）格氏试剂与原甲酸酯反应(fnyng)合成醛合成醛 四、格氏试剂与四、格氏试剂与CO2CO2反应反应 用途用途(yngt)(yngt)：合成羧酸：合成羧酸第10页/共77页第十页，共77页。五、格氏试剂与亚胺反应五、格氏试剂与亚胺反应(fnyng)(fnyng)用途用途(yngt)(yngt)：合成胺合成胺 l 亚胺中亚胺中C=NC=N的活性比的活性比C=OC=O低，与格氏试剂加成时低，与格氏试剂加成时，亚胺的，亚胺的-H-H会发生会发生(fshng)(fshng)去质子化反应去质子化反应第11页/共77页第

6、十一页，共77页。六、与环氧化物反应六、与环氧化物反应(fnyng)(fnyng)用途用途(yngt)(yngt)：合成醇合成醇反应的选择性：有机金属试剂反应的选择性：有机金属试剂(shj)(shj)一般进攻位阻较一般进攻位阻较小的碳小的碳第12页/共77页第十二页，共77页。3.1.3 有机有机(yuj)锌试剂锌试剂一、有机一、有机(yuj)锌试剂的制备锌试剂的制备1. RX与与Zn反应反应(fnyng)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 第13页/共77页第十三页，共77页。二、有机锌试剂在有机合成二、有机锌试剂在有机合成(yuj h

7、chng)中的应用中的应用 Reformatsky反应反应醛，酮在锌的作用醛，酮在锌的作用(zuyng)下与下与a-卤代酯的反应卤代酯的反应第14页/共77页第十四页，共77页。3.1.4 有机有机(yuj)铜试剂铜试剂 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(zhbi)1. RLi 与与 CuX 反应反应(fnyng) 2. 与末端炔烃加成与末端炔烃加成第15页/共77页第十五页，共77页。1. 偶联反应偶联反应(fnyng)增长碳增长碳链链（1）RX：CH3X, 1o, 2o, C=CX, ArX (X：Br, I)（2）酮羰基）酮羰基

8、(tn j)不需保护，不需保护，RX中允许有中允许有COOEt、 CN、CO。二、二烃基铜锂在有机合成二、二烃基铜锂在有机合成(yuj hchng)中的应用中的应用第16页/共77页第十六页，共77页。（3）立体化学）立体化学(l t hu xu)：卤代烷烃构型翻转（卤代烷烃构型翻转（SN2），），卤代烯烃构型保持，卤代烯烃构型保持，第17页/共77页第十七页，共77页。2. 与环氧化物反应与环氧化物反应(fnyng)合成醇合成醇 类似类似SN2反应反应(fnyng)，构型反转构型反转加成在位加成在位(ziwi)阻小阻小的一侧的一侧3. 与酰氯反应合成酮与酰氯反应合成酮 第18页/共77页第十

9、八页，共77页。4.4.共轭加成共轭加成 二烷基铜锂很重要二烷基铜锂很重要(zhngyo)(zhngyo)的的应用应用1,4-加成产物加成产物(chnw)第19页/共77页第十九页，共77页。双烃基化产物双烃基化产物(chnw)的生成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第20页/共77页第二十页，共77页。3.2.1 稳定稳定(wndng)化碳化碳负离子负离子 1. 稳定稳定(wndng)化碳负离子及化碳负离子及其形成其形成 稳定稳定(wndng)(wndng)化碳负离子化碳负离子( A( A为稳定为稳定(wndng)(wndng)碳负离子碳负离子

10、的因素的因素) )3.2 稳定化碳负离子的反应稳定化碳负离子的反应 第21页/共77页第二十一页，共77页。2.稳定稳定(wndng)碳负离子的因素碳负离子的因素 1）共振）共振(gngzhn)稳定化作用：稳定化作用：C-的的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(zuyng)叶立德叶立德(Ylide)试试剂剂 P, S, As叶立德最常见叶立德最常见第22页/共77页第二十二页，共77页。3) d轨道轨道(gudo)的稳定化作用：的稳定化作用：S，P，Si的的d 轨道轨道(gudo)与与C- 的反键的反键轨道轨道(gudo)作用作用4) 其他作用：其他作用：符合

11、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杂化轨道(gudo)效应效应第23页/共77页第二十三页，共77页。3. 稳定稳定(wndng)化碳负离子的反应性化碳负离子的反应性 1）亲核取代）亲核取代(qdi) 烷基化烷基化 酰基化及缩合酰基化及缩合(suh)(suh)反应反应 第24页/共77页第二十四页，共77页。2）亲核加成）亲核加成 缩合缩合(suh)反应反应 羟醛缩合羟醛缩合(suh) 烃基化反应烃基化反应(fnyng) Michael加成加成 1,4-加成加成第25页/共77页第二十五页，共77页。3.2.2 羟醛缩合羟醛缩合(suh)反反应应 （Aldol

12、 reaction）一、一般一、一般(ybn)的羟醛缩合的羟醛缩合 （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(lin )-氢时才会发生氢时才会发生脱水脱水（4）酸也可以催化）酸也可以催化 注意注意 第26页/共77页第二十六页，共77页。碱催化机理碱催化机理 第27页/共77页第二十七页，共77页。酸催化机理酸催化机理 第28页/共77页第二十八页，共77页。二、交叉二、交叉(jioch)羟醛缩合羟醛缩合 第29页/共77页第二十九页，共77页。1. 醛、酮反应醛、酮反应(fnyng)差异性控制差异性控制 1

13、）使用）使用(shyng)不含不含-氢的醛、酮氢的醛、酮 注意注意(zh y)：不含：不含-氢的醛、酮作为亲电体的活氢的醛、酮作为亲电体的活性应高于含性应高于含-氢的醛、酮氢的醛、酮 第30页/共77页第三十页，共77页。苯基和羰基的双重活化苯基和羰基的双重活化(huhu)(huhu)作用作用 第31页/共77页第三十一页，共77页。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、酮不过子型溶剂、酮不过(bgu)(bgu)量。量。热力学控制的实验条件：较高的温度、相对较弱的碱或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

14、。酸、质子型溶剂。 2 2）动力学控制）动力学控制(kngzh)(kngzh)和热力学控制和热力学控制(kngzh) (kngzh) 第32页/共77页第三十二页，共77页。动力学控制动力学控制(kngzh) (kngzh) 热力学控制热力学控制(kngzh) (kngzh) 第33页/共77页第三十三页，共77页。2. 引导引导(yndo)的羟醛缩合反应的羟醛缩合反应1）预制）预制(y zh)烯醇负离子烯醇负离子 动力学控制动力学控制(kngzh)(kngzh)热力学控制热力学控制第34页/共77页第三十四页，共77页。2）通过）通过(tnggu)烯醇硅醚烯醇硅醚 Mukaiyama 反应反

15、应 第35页/共77页第三十五页，共77页。第36页/共77页第三十六页，共77页。烯醇硅醚的获得烯醇硅醚的获得(hud) (hud) 动力学控制动力学控制(kngzh)热力学控制热力学控制(kngzh)第37页/共77页第三十七页，共77页。3.3.类羟醛缩合类羟醛缩合(suh)(suh)：碳负离子与醛酮（亲核体）：碳负离子与醛酮（亲核体）的加成的加成 1）Mannich 反应反应(fnyng) 胺甲基化反应胺甲基化反应(fnyng) 第38页/共77页第三十八页，共77页。3.2.3不同类型羰基化合物间的缩合不同类型羰基化合物间的缩合(suh)反应反应 第39页/共77页第三十九页，共77

16、页。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消除(xioch)(xioch)得到得到1,3-1,3-二羰基化合物二羰基化合物 第40页/共77页第四十页，共77页。1)1)预制预制(y zh)(y zh)的羧酸衍生物烯醇负离子的羧酸衍生物烯醇负离子 2)2)使用使用(shyng)(shyng)不含不含-氢的醛氢的醛 2. 羧酸羧酸(su sun)衍生物（酯）与衍生物（酯）与 醛、酮的缩醛、酮的缩合合 第41页/共77页第四十一页，共77页。3、活化的羧酸、活化的羧酸(su sun)衍生物衍生物

17、Knoevenagel 缩缩合合 l X、Y: -COOR、-COOH、-OR、-CN、-NO2 等等l 常见常见(chn jin)(chn jin)的碱：胺、吡啶等弱碱，避免醛、酮的碱：胺、吡啶等弱碱，避免醛、酮的自身缩合的自身缩合 醛或酮与具有活泼醛或酮与具有活泼(hu po)亚甲基的化合物缩合反应亚甲基的化合物缩合反应 第42页/共77页第四十二页，共77页。第43页/共77页第四十三页，共77页。4、酯与酯的缩合、酯与酯的缩合(suh) 1）分子）分子(fnz)间酯缩合间酯缩合 Claisen 酯缩合酯缩合 第44页/共77页第四十四页，共77页。2）分子）分子(fnz)内酯缩合内酯缩

18、合 Dieckmann 缩合缩合 Dieckmann 缩合反应缩合反应(fnyng)只适合于五、六元环的只适合于五、六元环的合成合成 第45页/共77页第四十五页，共77页。3.4 烯烃烯烃(xtng)合成法：合成法：C=C 的形成的形成 3.4.1 Wittig 反应反应(fnyng) Wittig 试剂试剂(shj) 第46页/共77页第四十六页，共77页。用途：定向用途：定向(dn xin)(dn xin)形成形成 C=C C=C 键键第47页/共77页第四十七页，共77页。非稳定化的叶立非稳定化的叶立德主要德主要(zhyo)产生产生Z-烯烃烯烃稳定化的叶立稳定化的叶立德主要产生德主要产

19、生(chnshng)E-烯烃烯烃第48页/共77页第四十八页，共77页。HWE反应反应(fnyng)机理机理: 常用常用(chn yn)碱：碱：NaH 常用常用(chn yn)溶剂：溶剂：DME(乙二醇二甲醚乙二醇二甲醚)、 THFHWE反应反应(HornerWadsworthEmmons Reaction): 第49页/共77页第四十九页，共77页。HWE反应反应(fnyng)特点特点: 膦酸酯膦酸酯-碳负离子具有碳负离子具有(jyu)较高反应性，可与酮反应。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二乙基磷酸钠可通过萃取(cuq)方法分离。方法分离。

20、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 : 第50页/共77页第五十页，共77页。第51页/共77页第五十一页，共77页。用于碳碳键形成的有机硼试剂用于碳碳键形成的有机硼试剂(shj)主要有：主要有：三烷三烷基硼基硼酸根型配酸根型配合物合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第52页/共77页第五十二页，共77页。烷基硼和烯基硼试剂主要通过烯烃烷基硼和烯基硼

21、试剂主要通过烯烃(xtng)和炔烃的硼氢化和炔烃的硼氢化反应制备。反应制备。通过通过(tnggu)烃基金属试剂与硼酸酯或氟化硼反应制备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第53页/共77页第五十三页，共77页。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(zhuny)至缺至缺电子的羰基上电子的羰基上。第54页/共77页第五十四页，共77页。基3.5.2有机有机(yuj)硅化物硅化物第55页/共77页第五十五页，共77页。含硅的碳亲核试剂含硅的碳亲核试剂(shj)(s

22、hj)主要有：烯醇硅醚；烯丙基主要有：烯醇硅醚；烯丙基硅烷类试剂硅烷类试剂(shj)(shj)；乙烯基硅烷类试剂；乙烯基硅烷类试剂(shj)(shj)；含硅；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(wndng)a-碳负离子；碳负离子；b-碳正离子，和碳正离子，和 g-碳正离子碳正离子第56页/共77页第五十六页，共77页。1. 烯醇硅醚的反应烯醇硅醚的反应(fnyng)：2. 乙烯基硅烷类试剂乙烯基硅烷类试剂(shj)烯烃烯烃(xtng)的构型保持的构型保持第57页/共77页第五十七页，共77页。

23、3. 烯丙基硅烷类试剂烯丙基硅烷类试剂(shj)：1,4-加成加成第58页/共77页第五十八页，共77页。该反应该反应(fnyng)在形式上与在形式上与Wittig反应反应(fnyng)相似，收率较好。相似，收率较好。反应反应(fnyng)涉及醛、酮的亲核加成以及消去反涉及醛、酮的亲核加成以及消去反应应(fnyng).第59页/共77页第五十九页，共77页。3.5.3 有机有机(yuj)锡化物锡化物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自键弱，易发生均裂产生三丁基锡自由基（由基（n-Bu3Sn），因而可以），因而可以(ky)作为自由基的携带体作为自由基的携带体广

24、泛用于自由基引发的广泛用于自由基引发的C-C键形成反应，也可以键形成反应，也可以(ky)用作用作聚合反应的引发剂。聚合反应的引发剂。2. 三烷基卤化锡：与有机金属试剂反应制备亲核性有机锡三烷基卤化锡：与有机金属试剂反应制备亲核性有机锡化合物。还可以被化合物。还可以被NaBH3CN还原制备还原制备n-Bu3SnH，用于自，用于自由基反应。由基反应。第60页/共77页第六十页，共77页。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与亲电试剂的加成具有高度(god)的区域专一性，的区域专一性，反应发生在反应发

25、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第61页/共77页第六十一页，共77页。3.5.4 钯催化钯催化(cu hu)的碳碳键形成的碳碳键形成反应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要键形成反应在有机合成中占有重要(zhngyo)地位，最重要地位，最重要(zhngyo)的是四个有机人名的是四个有机人名反应：反应：Heck反应反应Stille反应反应Suzuki反应反应Sonogashira反应反应第62页/共77页第六十二页，共77页。卤代芳烃、卤代烯烃、芳基三氟甲烷磺酸酯、烯基三氟卤代芳烃

26、、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盐等在甲烷磺酸酯、芳基碘盐、烯基碘盐或芳基重氮盐等在PdPd（IIII）催化）催化(cu hu)(cu hu)下与烯烃的偶联反应。下与烯烃的偶联反应。Heck 反应反应(fnyng)第63页/共77页第六十三页，共77页。Heck 反应反应(fnyng)第64页/共77页第六十四页，共77页。芳基或烯基锡烷与芳基、烯基、苄基、烯丙基卤或其三氟甲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烷磺酸酯在Pd（0）催化）催化(cu hu)下的叉偶联反应。下的叉偶联反应。Stille反应反应(fnyng)第

27、65页/共77页第六十五页，共77页。合成含易水解基团烯基合成含易水解基团烯基-烯基，芳基烯基，芳基-芳基和烯基芳基和烯基-芳基化芳基化合物的有效方法合物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、芳基和炔基无需助亲核试剂无需助亲核试剂由于锡的毒性和不易由于锡的毒性和不易(b y)除去受限制除去受限制Stille偶联反应偶联反应(fnyng)第66页/共77页第六十六页，共77页。Suzuki 反应反应(fnyng)有机硼化物偶联反应有机硼化物偶联反应(fnyng)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、芳基催化下与卤代芳烃、卤代烯烃、芳基三氟甲烷磺酸三氟甲烷磺酸(hun sun)(hun sun)酯、烯基三氟甲烷磺酸酯、烯基三氟甲烷磺酸(hun sun)(hun sun)酯、芳基碘盐、烯基碘盐或芳基重氮盐等酯、芳基碘盐、烯基碘盐或芳基重氮盐等的交叉偶联反应。的交叉偶联反应。第67页/共77页第六十七页，共77页。Suzuki Suzuki 反应反应(fnyng)(fnyng)v Pd(PPh