一个碳-碳单键的形成
碳的成键方式和结构
碳的成键方式和结构
碳的成键方式主要有单键、双键和三键，其依据是成键两原子间共用电子的对数。
具体来说，两原子间共用一对电子的共价键称为单键，如C—C、C—O、C—H；两个原子间共用两对电子的共价键称为双键，如C＝C、C＝O；两原子间共用三对电子的共价键称为叁键，如C≡C、C≡N。
在碳的单键中，每个碳原子与另外的四个原子形成四对共价电子，从而形成正四面体结构。
在烷烃分子中，碳原子与其它原子形成四个单键，因此键角接近109.5°，这使得烷烃分子中的碳链呈现出折线型的结构。
在碳的双键中，每个碳原子与另外两个原子形成两对共价电子，形成平面型结构。
例如，乙烯分子中存在C＝C双键，两个碳原子和四个氢原子共平面。
双键不能转动，双键碳上连接的原子始终与双键共平面，也与碳碳双键周围的氢原子共平面，相邻两个键的键角约为120°。
在碳的三键中，每个碳原子与另外两个原子形成三对共价电子，形成直线型结构。
例如，乙炔分子中存在C≡C叁键，两个碳原子和两个氢原子处于同一条直线上。
相邻键的键角为180°。
c-c键的构筑
碳-碳键的构筑：有机化学的核心一、引言有机化学是研究有机化合物的结构、性质、合成及其变化的科学。
碳-碳键的构筑是有机化学的核心内容之一，因为它是有机化合物形成和转化的基础。
本文将详细探讨碳-碳键的构筑及其在有有机化学中的重要性，让读者更好地理解有机化学的基本原理。
二、碳-碳键的基本类型在有机化学中，碳-碳键主要有三种基本类型：单键、双键和三键。
这些键的形成和性质决定了有机化合物的多样性和反应活性。
1. 碳-碳单键：两个碳原子通过共享一对电子形成的化学键。
这种键在烷烃等饱和化合物中非常常见，具有较高的稳定性。
2. 碳-碳双键：两个碳原子通过共享两对电子形成的化学键。
这种键在烯烃等不饱和化合物中常见，具有较高的反应活性，可进行加成、氧化等多种反应。
3. 碳-碳三键：两个碳原子通过共享三对电子形成的化学键。
这种键在炔烃等不饱和化合物中常见，反应活性更高，可进行多种加成反应。
三、碳-碳键的构筑方法1. 烷基化反应：通过烷基化合物与卤代烃等亲电试剂发生取代反应，形成新的碳-碳键。
这是构建碳-碳单键的一种重要方法。
2. 烯烃的加成反应：烯烃可以与多种亲核试剂发生加成反应，形成新的碳-碳单键或双键。
例如，烯烃可以与卤素、水、氢卤酸等发生加成反应。
3. 炔烃的加成反应：炔烃具有较高的反应活性，可以与多种亲核试剂发生加成反应，形成新的碳-碳单键或双键。
此外，炔烃还可以通过[2+2]环加成反应等形成新的环状化合物。
4. 偶联反应：偶联反应是一种通过金属催化剂实现的碳-碳键构筑方法。
例如，Suzuki偶联反应可以通过芳基硼酸与卤代芳烃在钯催化剂的作用下发生交叉偶联，形成新的碳-碳键。
这种方法广泛应用于药物合成和材料科学领域。
5. 醛酮的缩合反应：醛和酮可以通过醛酮缩合反应形成新的碳-碳键。
例如，羟醛缩合反应是一种通过醛或酮与含有α-氢原子的醛或酮在碱催化下发生缩合反应，形成β-羟基醛或β-羟基酮的方法。
这种方法在合成复杂有机化合物中具有重要应用。
第三章 形成碳碳单键的反应 第三节 麦克尔加成反应 第四节 有机金属化合物的反应
O
O
H+
Br
O
KOH C2H5OH
O
H+
O
4 由α- 卤代烯制备
hv Br2
Br
NaOH
OH
CrO3 吡啶
O
5 通过烯烃和酰卤的反应制备
O + RCCl
AlCl3
Cl CR O
Na2CO3, H2O
O CR
6 通过魏悌息反应来制备
O R-CHO + Ph 3P-CHCPh O R-CH=CH-CPh
CH3K 甲基钾 (CH3)2Hg 二甲基汞 (CH3CH2)3Al 三乙基铝 n-C4H9Li 正丁基锂
2、以硅烷或锡烷等衍生物命名。
(CH3)4Si (CH3CH2)2SnCH3 四甲基硅烷 三乙基甲基锡烷
3、当金属原子除了与有机基团相连外，还连有 无机原子，可将其看作是带有有机基团的无机 盐加以命名.
CMgBr + HCON
CH3 CH3
CH3(CH2)3C
C CHO
51%
反应的可能机理是：
H RMgX + C O H R C OMgBr 2H NR 2' H R C O NH R'2 H R H C O NR'2
RMgX + R'CON
R'' R''
OMgX R C R' N
R'' R''
H
RCOR' + MgX + R''2NH
+
②与酮反应： R'COR'' ③与酰卤反应：
碳原子之间可形成
碳原子之间可形成
1. 单键：一个碳原子与另一个碳原子通过共用一对电子形成的共价键。
单键通常较为稳定，例如在烷烃分子中，碳原子之间通过单键相连。
2. 双键：一个碳原子与另一个碳原子通过共用两对电子形成的共价键。
双键比单键更强，包含更多的能量。
双键常见于烯烃分子中，如乙烯（C2H4）。
3. 三键：一个碳原子与另一个碳原子通过共用三对电子形成的共价键。
三键比双键更强，具有更高的能量。
三键常见于炔烃分子中，如乙炔（C2H2）。
4. 芳香环：碳原子之间通过特殊的共轭双键形成的环状结构。
芳香环具有特殊的稳定性和化学性质，常见于苯、萘等芳香化合物中。
5. 碳链：碳原子之间通过单键连接形成的长链结构。
碳链可以是直链、支链或环状，是许多有机化合物的基本骨架。
6. 官能团：碳原子与其他原子（如氢、氧、氮等）结合形成的官能团，如羟基（-OH）、羰基（-CO-）、氨基（-NH2）等。
这些官能团赋予了有机化合物特定的化学性质。
碳原子之间的化学键类型和连接方式决定了有机化合物的性质、反应活性和用途。
通过控制碳原子之间的化学键形成，可以合成出各种各样的有机化合物，应用于医药、材料科学、农业等领域。
高等化学之构成碳链的反应(形成碳碳单键)
机理：
RC N HCl ZnCl2 RC NH RC=NH Cl OH RC=NH OH
H C R NH Cl
OH C R NH2 Cl
-
OH HCl C R O
3、芳环上甲酰化反应
Gattermann反应
CH3 Zn（CN）2 HCl AlCl3 ClCH2CH2Cl CH3 CHO
HCN
HCl
构成碳链的反应(形成碳碳单键) 主要内容 一、碳烷基化
1. 芳烃上的烷基化 2. 活泼亚甲基上的烷基化 3. 弱酸性活性亚甲基的碳烷基化 4. 烯胺的形成与碳烷基化 5. 烯醇硅醚的碳烷基化 6. 炔烃的碳烷基化 二、碳酰基化 1. 芳烃上的酰基化 2. 活泼亚甲基上的酰基化 3. 烯胺的碳酰基化 三、缩合反应 1. 酯与酯分子间的缩合 2. 腈与酮和酯的缩合 3. 甲醛与含α -活泼氢的羰基化合物的缩合 4. 有机金属化合物与羰基的缩合 5. Mannich，Ddarzens反应 四、环加成反应 1. Diels-Alder反应
常用的催化剂的活性： HF>H2SO4>P2O5>H3PO4
一般催化剂的用量是烷基化试剂的1/10mol
d、溶剂的影响：
Lewis酸作催化剂，限制了许多有机物作溶剂，大多数有
机物均与Lewis酸反应。 芳烃为液体时可用过量的芳烃作溶剂。 芳烃为固体时，可用CS2，石油醚，四氯化碳作溶剂。 酚类可在醋酸，石油醚、硝基苯、苯作溶剂。
C2H5OC
CHCR
OH-/H2O H+
HOC
CHCOR
-2CO2
C2H5OC
O
C2H5OC
O
HOC
O
△
RCOCH3
第三章 碳碳键的形成讲解
—CN、>CO。
有机钯催化的形成碳碳键的反应是构筑分子结构的有效方法，具有高的化学选 择性和区域选择性。Heck、Negishi和Suzuki三位化学家因在钯催化交叉偶联方面 做出的杰出贡献而获得2010年诺贝尔化学奖。
有机合成
第3章
碳碳键的形成
有机合成
第3章
碳碳键的形成
有机合成
第3章
碳碳键的形成
羟醛缩合反应
OH 2 CC
OH, 或 H+
O
OH H
CCCC
H2O
H
H
H
注意
（1）反应前后分子结构的变化
（2）反应需要α -氢的参与 （3）至少含有两个α -氢时才会发生脱水 （4）酸也可以催化
O
H
CCCC
H
有机合成
第3章
碳碳键的形成
碱催化机理
OH CC
OH
H
O
OH H
CCCC
H
H
OH
O CC
四氢吡咯
吗啉
六氢吡啶
有机合成
第3章
碳碳键的形成
和醛酮的直接烷基化相比，烯胺的烷基化反应有下列优点：
有机合成基本反应
卡宾的形成及反应
在不同条件下可得到不同电 子状态的卡宾，从而得到不同 构型的环丙烷衍生物。例如：
酮醇缩合
分子内缩合
Robinson 缩环反应
与卤代烃反应：
有机铜化合物的 反应
现代有机合成化学
研究生课程
有机铜化合物的反应
与酰氯作用
现代有机合成化学
研究生课程
与环氧化合物反应
现代有机合成化学
研究生课程
5、活泼亚甲基化合物的反应
• 活泼亚甲基化合物由于吸电子基的吸电子诱导效应，使得 2－碳上的氢具有一定的酸性．可以解离而生成碳负离子，
这类碳负离子通常称为烯醇负离子，此碳负离子因离域而 稳定。下面是一些常见的活泼亚甲基化合物：
反应实例
含一个杂原子的六元杂环化合物——吡啶的合成
二、官能团的引入和转换
• （一）、官能团的引入
1、饱和碳原于上官能团的引入 (1)饱和烃的卤代反应
(2)烯丙基化合物
N-溴代丁二酰亚 胺（NBS）
2、芳环上官能团的引入
缩合反应
• Claisen缩合反应
含有α-氢的酯在醇钠等碱性缩合剂作用下发生缩合作用，失去一分子醇 得到β-酮酸酯。如两分子乙酸乙酯在金属钠和少量乙醇作用下发生缩合 得到乙酰乙酸乙酯。
交叉缩合
Claisen缩合反应机理
Michael 加成反应
• 一个亲电的共轭体系和一个亲核的碳负离子进行共轭加成， 称为Micheal加成：
现代有机合成化学
研究生课程
• 活泼亚甲基化合物在碱(有 时在酸)的作用下作为亲核 试剂参与反应，重要的亲 核取代反应是活泼亚甲基 化合物的烃基化反应和酰 基化反应
有机化合物碳元素的共价键和有机物的命名规则
有机化合物碳元素的共价键和有机物的命名规则有机化合物是由碳元素构成的化合物，而碳元素通过共价键与其他元素形成化学键。
共价键是指两个或多个原子间由共用电子对所形成的键。
在有机化合物中，碳元素通过共价键与其他碳元素或其他原子组成分子结构。
同时，有机化合物还需要根据一定的命名规则进行命名。
本文将详细介绍有机化合物碳元素的共价键和有机物的命名规则。
1. 碳元素的共价键碳元素能够形成多个共价键，最多可形成四个共价键，因为碳元素的电子构型为2s²2p²，其中2s轨道上有两个电子，2p轨道上有两个电子。
这意味着碳元素还有两个未配对的电子，可以与其他元素的电子进行共享。
碳元素通过共价键能够形成线性、分支以及环状的结构。
在线性结构中，碳元素通过单共价键连接在一起；在分支结构中，一个碳原子与多个碳原子通过共价键相连；在环状结构中，碳原子通过共价键形成环状的分子。
2. 有机物的命名规则有机物的命名规则是依据化合物的结构、功能基团以及碳原子数量来命名的。
以下是一些常见的有机物命名规则：(1) 碳原子数量命名法：根据有机物中碳原子的数量，分别使用前缀"甲"、"乙"、"丙"、"丁"等来表示。
例如，甲烷表示碳原子数为1的有机物，乙烷表示碳原子数为2的有机物。
(2) 功能基团命名法：功能基团指的是有机物中功能性较强的官能团，例如羟基、羧基、醇基等。
根据功能基团的种类和位置，可以使用相应的前缀或后缀来命名。
例如，羟基的正式命名是"醇"，羧基的正式命名是"酸"。
(3) IUPAC命名法：国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）制定了一套统一的有机物命名规则。
根据IUPAC命名法，有机物的命名包括识别其主链、确定取代基的位置和命名取代基的名称等步骤。
除了以上常见的命名规则外，还有一些特殊的有机物命名规则，例如芳香族化合物、杂环化合物的命名等。
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3.2 Disconnections and synthons
• 碳-碳键的定义
– 采用最简单的术语定义 碳-碳键为在碳原子之 间共享一对电子。
自由基反应
• 碳-碳键的形成
– 1. 每个碳原子贡献一个 电子给共享的电子对， – 2. 一个碳原子提供两个 电子给共享电子对。
碳负离子和碳正离子
两种碳-碳键的形成方式图示
Introduction this chapter
• It is surely obvious that an essential part of most organic syntheses is the construction of the carbon skeleton of the desired endproduct. • It is true that for some small molecules containing six or seven carbon atoms it may be possible to achieve their synthesis from readily available starting materials merely by functionalization and/or group interconversion.
How to solve this problem?
• 直链C21化合物不容易得到，因此这个链不 得不从较小的单元来构成。 • 用什么样的较小单元?
– 一个C10和一个C11化合物？ – 或三个C7化合物? – 还是七个C3化合物? – Does it matter？ »The answer is yes!
扩展形式
自由基反应
亲核试剂与 亲电试剂的反应
δ+ δX
+ X-
δ+ δY
δ+ Z δ-
Y
δ+ δX
Z+
+
+：
– 意味着两个碳自由基相互作用，或一个亲核的 碳物种与一个亲电的碳物种的反应。
“速记”形式
+
+
• • • • • •
数学符号 ⇒ 代替“意味着”这一词； 符号 ⇒ 和反应箭号 → 之间的区别； ⇒过程不代表反应，是反应的逆过程； 切断：指的就是上述过程； 合成子：切断的产物，上过程右边的碎片； 逆合成分析：切断-合成子方法 。
第三章 碳-碳键的形成
Chapter 3 Formation of carbon-carbon bonds: the principles and application 2013,11,17~24 evening Ge Meng 孟歌 西安交通大学药学院
Chapter 3 Formation of carboncarbon bonds: the principles
Application
• 上述规则同样适用于简单环系： • 苯、环己烷、吡啶等的衍生物; • 自然界中丰富的天然产物分子，
– 如葡萄糖，胆甾醇或青霉素，
• 各种具有活性的药物靶分子等。 • In a word： “大道相通”
3.1 General strategy
• 对于任何指定的目标化合物的分子骨架的 构成，需同时关注以下两个方面的问题： • 1. 须注意以正确的方式把所需数目的碳原 子联在一起的问题；
5 6 7 8 9 10 O 11 12
－C5－+ －C6－+－C10－ －C5－+ －C6－+－C11－ －C6－+ －C5－+－C10－ －C6－+ －C4－+－C11－ －C7－+ －C4－+－C10－ －C7－+ －C3－+－C11－ ? 化合物 1
• 这几种切断的 方式是否可发 展成一种实用 的合成方法？ • 以后将进行分 析。 • 请思考！
2
限制因素
• 由于构成官能团方面的要求，在合成化合 物1时，构成C21链的方法受到严格限制。 • 导致碳-碳键形成的主要反应：
– i) 两个要连接的碳原子开始就带有官能团， – ii) 一个碳原子原来带有一个官能团，而另一个 碳原子与官能团直接相邻。这样的反应结果是 在产物中留下一个官能团，这个官能团或在碎 片的结合点上，或在离开结合点的一个碳原子 上。
• • • • •
Topics includes the following 4 sections： 3.1 General strategy 3.2 Disconnections and synthons 3.3 Electrophilic carbon species 3.4 Nucleophilic carbon species
化合物1合成方法的几条线索
• 从左侧一端，
– 可以考虑采用C5化合物，试图形成5, 6-键； – 或者用C7化合物，试图形成7, 8-键； – 甚至可以尝试使用C6化合物，直接形成双键。
• 在右侧一端，
– 最容易的方式应该是从官能团碳的两侧形成10, 11-或11, 12-键。
化合物1被切分的方式
– Further Explanation are shown nest slide：
Reason-2
• 如果最终产物是C21烷(2),那么使用一个C10和一个C11化 合物，或一个C12和一个C9化合物，或一个C16和一个C5 化合物或任何其他合适的一对，都同样令人满意。 • 但是烷烃作为合成化合物1过程的一个中间体并不好，因 为，没有明显的方法将官能团插入烷烃的适当位置。
• 2. 还须注意官能团在最终产物中的位置。
昆虫外激素的合成
H H 6 7 11 O 1
• 【化学名称】Z-二十一-6-碳烯-11-酮， • 【来源】Douglas枞树丛雌蛾为吸引同伴而产生。 • 【合成价值】合成该物质可作为雄蛾的引诱剂而 限制它们的繁殖，用作保护林业的农药。 • 【分析】该化合物是含21个碳原子的直链，在C6 和C7之间有Z(或顺)式双键，C11上有一个酮羰基。
Main reasons and two rules
• 规则-1，在合成中步骤的数目越少越好，
– 有机反应过程很少达到定量的产率，70-80％ 一般就认为是满意的高产率。这样，即使每步 有70％的产率，一个三步的合成，总产率只是 34％，而五步的合成只是17％。
• 规则-2，所需的官能团必须当碳骨架被建造 时就嵌在上面。