第十三章-碳负离子的反应

第十三章碳负离子的反应第一节α-氢的酸性和互变异构一、α-氢的酸性一些常见化合物α-氢的pKa值参见p.399表13-1第一列官能团吸电子能力↗α-氢酸性↗碳负离子烯醇负离子各类羧酸衍生物α-氢相对酸性大小次序酰卤>

醛>

酮

>

酯16172025PKaβ-二酮β-酮酸酯丙二酸酯氰乙酸酯硝乙酸酯

参见p.399表13-1第二列在同一个碳原子上连有两个吸电子基的化合物——活泼亚甲基化合物

像乙酰乙酸乙酯、丙二酸酯这类化合物，因同一个碳原子上连有两个吸电子基,其碳原子上的氢原子有明显的酸性，在碱的催化下易形成碳负离子，因此,这类化合物在碱性介质中均为良好的含碳亲核试剂，通常将这类化合物称为活泼亚甲基化合物。除乙酰乙酸乙酯和丙二酸酯外，活泼亚甲基化合物还有β-二酮（RCOCH2COR）、氰乙酸乙酯（NCCH2COOC2H5）和脂肪族硝基化合物（RCH2NO2）等。二、互变异构通常，单羰基化合物烯醇式含量很少，互变异构平衡主要偏向于酮式结构对互变异构体相对含量的影响1.在羰基化合物中再引入一个吸电子基，烯醇式含量相应增多

α-氢酸性愈强烯醇式含量愈高2.能形成更大p-π共轭体系的烯醇结构，含量相应愈高3.β-二羰基化合物因分子内氢键之故，烯醇式含量也相应愈高

(参见p.402表13-2）分子内氢键互变异构对手性药物的影响1.极性不饱和基团处于α位手性碳上时，湿储存可导致药物的构型转化或外消旋化互变异构现象的普遍性构型转化外消旋化若手性碳原子连在极性官能团的β-位时，则手性碳构型不会发生变化，也不会引起外消旋化第二节缩合反应

缩合反应：—两个或多个有机物分子通过反应形成新的较大分子的同时脱去一些小分子（如水、醇、氨）的反应羰基亲核加成简单加成（加HCN、NaHSO3、加H2等）复杂加成（缩合）加成取代缩合（缩醛的生成）

(p.256-257)加成消除缩合（与羰基试剂的缩合）

(p.259－260）Aldol缩合除醛酮可作为α-碳负离子形式参与缩合外，其他形式的碳负离子也可以与醛酮发生类似的缩合反应，生成α,β-不饱和化合物....................

一、羟醛缩合型反应

β-羟基醛β-羟基酮柏琴反应机理（参见p.404-405）柏琴反应活性与环上取代基性质有关环上连有吸电子基反应速率↗环上连有斥电子基反应速率↘在碱性催化剂的作用下，芳香醛与酸酐反应生成β-芳基-α,β-不饱和羧酸的反应称为柏琴反应

（一）Perkin（柏琴）反应肉桂酸一般为E-构型（二）Knoevenagel（克脑文盖尔）反应在弱碱性催化剂的作用下，醛或酮与具有活泼亚甲基的化合物反应的缩合反应称为克脑文盖尔反应可以用来合成各类α,β-不饱和化合物活泼亚甲基化合物的α-氢酸性强于醛酮α-氢，优先生产碳负离子而与醛酮发生缩合反应克脑文盖尔反应机理反应活性：醛>脂环酮>脂肪酮78%78%三、Darzen(达参）反应醛或酮与α-卤代酸酯在碱的催化下缩合生成α,β-环氧羧酸酯的反应称为Darzen缩合。α,β-环氧羧酸酯达参反应机理：E-构型产物为主Darzen缩合的应用：其产物经水解、脱羧转化成比原有醛、酮反应物增加一个碳原子的醛或n个碳原子的酮。与Reformansky反应(p.361)对比合成思考题：丁美酮“萘普生”中间体二、酯缩合反应

（一）AA型酯缩合反应

酯中的a－H显弱酸性，在醇钠作用下可与另一分子酯发生类似于羟醛缩合（Aldol缩合）的反应，结果一分子的a－H被另一分子酯的酰基替代，生成b-酮酸酯，称为酯缩合反应或克莱森（Claisen）酯缩合反应。

pKa25pKa≈11反应机理：成盐反应使平衡向右进行75%只有1个a－H原子的酯在乙醇钠作用下，缩合反应需用比醇钠更强的碱催化，因为生成的b－酮酸酯没有a－H原子，不能成盐，即缺乏使平衡向右移动的推动力。酯缩合反应中常用的碱：1.A、B两种均有不同的a－H的酯（可能有4种产物）——意义不大2.A、B之一不含a－H的——有合成实用意义（如苯甲酸酯、甲酸酯、碳酸酯或草酸酯等）进行酯缩合反应时，可得到单一产物。此类交叉酯缩合反应在有机合成中有广泛的用途。有a－H的酯与甲酸酯的缩合，可生成a－甲酰化物，即在酯分子引入醛基；与碳酸酯缩合，可合成取代的丙二酸酯；与苯甲酸酯缩合，可生成苯取代的b－酮酸酯；与草酸酯缩合，可合成a－酮酸。（二）AB型酯缩合反应

α-草酰羧酸酯α-草酸二酯甲酸酯α-甲酰基羧酸酯碳酸酯取代丙二酸衍生物α-芳甲酰羧酸酯芳香酸酯二元酸酯在碱的作用下，可发生分子内或分子间的酯缩合反应；这种分子内的酯缩合反应称为例：——狄克曼(Dieckmann)缩合(环化)（三）分子内酯缩合反应

β-环酮酸酯不对称二酯缩合：主产物是动力学较稳定的分子间酯缩合当酮与酯缩合或酮酸酯自身进行缩合时，主要产物为b－二酮。这是由于酮的a－H的酸性强于酯的a－H，所以在碱催化下，酮先生成碳负离子，再与酯羰基发生亲核加成，然后消除乙醇，生成b－二酮。

2,4-戊二酮（乙酰丙酮）酯（酰基化试剂）酮(引入酯基)碳酸二乙酯1,3-二羰基类化合物b-羰基酯类（四）酮-酯缩合当酯与不对称酮缩合时，酮分子中含氢较多所连烷基较少的a－C容易形成碳负离子，因为烷基较多的α碳上的氢原子酸性较弱，形成的碳负离子也因烷基的+I效应较不稳定。思考题：(1)如何由CH3（CH2)8COCH3合成鱼腥草素（癸酰乙醛）？2-十一烷酮甲酸乙酯1,5-二官能团化合物活泼亚甲基化合物在碱性催化剂的催化下与具有极性的a,b-不饱和化合物发生共轭加成反应。麦克尔(Michael)加成例：p.304、p.414合成思考题：p.304鲁宾孙环化反应RobinsonAnnulation酮式(92.5%)烯醇式第三节β二羰基化合物的烷基化、酰基化反应在合成中的应用一、乙酰乙酸乙酯无色具水果香味的液体，b.p.181℃，微溶于水，可溶于多种有机溶剂，对石蕊呈中性，但能溶于稀氢氧化钠溶液，它不发生碘仿反应！在室温下乙酰乙酸乙酯的两种异构体以一定比例（酮式92.5%，烯醇式7.5%）呈动态平衡存在，两者之间互变速度很快，不可能将它们分离。但在特殊条件下，可以分离出两种异构体。如将乙酰乙酸乙酯的平衡混合物溶解在石油醚中，并冷却至-78℃，得到一种结晶，熔点为39℃。它不和溴发生加成反应，也不与三氯化铁溶液发生显色反应（即烯醇试验都为负性反应），但能与羰基试剂如亚硫酸氢钠、氢氰酸等反应，说明该结晶是酮式结构。若在-78℃用足够的盐酸分解乙酰乙酸乙酯钠，得到的液体不与羰基试剂反应，但遇三氯化铁显色，说明它具有烯醇式结构。（一）特殊的化学反应2.酮式分解和酸式分解1.与三氯化铁的显色反应酮式分解和酸式分解合成上可用于制备取代乙酸酮式水解酸式水解取代乙酸取代丙酮温度较低温度较高收率较好收率偏低乙酰乙酸乙酯在稀碱液中水解生成乙酰乙酸盐，酸化后加热则脱羧生成酮

酮式分解

——酸式分解——乙酰乙酸乙酯如与浓的强碱液共热，不但酯基发生水解，而且酮羰基碳原子受高浓度亲核试剂OH–的进攻，发生亲核加成，然后引起碳碳键断裂，最后生成两分子乙酸。酸式分解机理此过程类似于哪个反应的机理？思考题：以下几种类型化合物在用浓碱水解（酸式水解）时分别生成何种类型产物？普通酮、酯的烷基化反应反应不可逆醛、酮酯烯醇负离子作为亲核试剂3.亚甲基上的烃基化和酰基化δ-δ-例－1：第一步若不采用强碱和低温，酮将不能完全烯醇负离子化，会发生醇醛缩合等副反应。应予以考虑的问题：反应的活性问题(一般酮和酯类化合物a

－H的酸性不够强，须强碱作用，反应条件较为苛刻)。反应的区位选择性问题(不对称酮有两种反应位置)。酮或酯的自身缩合问题(醇醛缩合和Claisen缩合)。例－2：例－3：不对称酮热力学控制动力学控制

1,3-二羰基化合物的烷基化反应双活化位置，反应优先发生其它活化基团如：－CN，－NO2，－Ar双活化例子例：RX：卤代烷——1°RX较好、2°产率低、

3°RX、PhX、CH2＝CHX不可用b)多卤代物——X(CH2)nXc)α-卤代酮——XCH2COCH3d)卤代酯——X(CH2)nCOOEte)酰卤——RCOX、PhCOX例：在酰化反应中，因酰卤与乙醇要发生反应，最好用氢化钠代替醇钠，或在苯液中用金属镁进行反应。（二）在合成中的应用应用1：制备取代丙酮（甲基酮）类化合物单取代丙酮二取代丙酮扩展：制备环烷基甲基酮乙酰乙酸乙酯:二卤代烃＝1:1环烷基甲基酮应用2：制备甲基二酮类化合物乙酰乙酸乙酯:二卤代烃＝2:1甲基二酮类化合物扩展：制备2,5-己二酮思考题：写出下列反应的产物应用3：通过酰基化制备

b-二酮类化合物b-二酮类化合物

二、丙二酸二乙酯无色有香味液体b.p.199℃丙二酸二乙酯，微溶于水制备分解反应取代乙酸丙二酸二乙酯乙酸酯实验条件较苛刻，产率不好.实验条件较温和，产率较好.比较以下两合成丙二酸二酯乙酸酯合成等价物烃基化及酰基化反应烃基化反应中，用伯卤烃反应最好，用仲卤烃产率低，而用叔卤烃主要发生消除反应，芳卤烃则不反应!一取代乙酸二取代乙酸合成一元羧酸：合成二元羧酸：思考题：由丙二酸二乙酯合成1，4-环己烷二羧酸？（注意烃化剂的投料比！）合成脂环羧酸：苯炔中间体实例：实例：

合成思考题：以丙二酸二乙酯为原料合成：1，5-二官能团化合物可作为Michael给体发生Michael加成反应

仲胺与含有α-H的醛酮反应，以另一种脱水方式缩合生成烯胺

思考题：试写出苯乙醛与二乙胺的反应产物第四节烯胺的烷基化和酰基化反应

烯胺和稀醇结构类似可看作是一种“氮烯醇式”，其氮原子上及α－碳上具有一定的亲核性，在有机合成中可在