碳碳单键的形成反应-3

合集下载

碳的成键方式和结构

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°。

增长碳链的反应

增长碳链的反应

增长碳链的反应碳链是有机化合物的基本结构之一,它在生物体内起着重要的作用。

而增长碳链的反应是一种可以在有机化学中实现碳链延长的重要反应。

本文将介绍增长碳链的反应原理、常见的反应类型以及应用领域。

一、增长碳链的反应原理增长碳链的反应是指通过在已有碳链上添加新的碳原子,使碳链长度增加的化学反应。

在有机化学中,常用的增长碳链的方法主要有碳碳键形成反应和碳碳键断裂反应。

碳碳键形成反应是指通过碳原子与碳原子之间的化学键形成,使碳链长度增加。

常见的碳碳键形成反应有卤代烃的分子间或分子内的偶联反应,以及烯烃的加成反应等。

例如,卤代烃可以与有机锂试剂反应,生成新的碳碳键,从而实现碳链的延长。

碳碳键断裂反应是指通过碳原子与碳原子之间的化学键断裂,从而在碳链上形成自由基或离子,然后通过其他反应形成新的碳碳键,实现碳链的延长。

常见的碳碳键断裂反应有氢化、卤化、氧化等反应。

例如,烷烃可以与卤素反应,生成卤代烃,然后通过卤代烃的偶联反应形成新的碳碳键。

二、常见的增长碳链反应类型1. 碳碳键形成反应(1)卤代烃的偶联反应:卤代烃与有机锂试剂反应,生成新的碳碳键。

(2)烯烃的加成反应:烯烃与电子亲和性较强的物质反应,生成新的碳碳键。

2. 碳碳键断裂反应(1)氢化反应:烯烃与氢气反应,断裂碳碳双键,生成新的碳碳单键。

(2)卤化反应:烷烃与卤素反应,生成卤代烃,然后通过卤代烃的偶联反应形成新的碳碳键。

(3)氧化反应:醇与氧气反应,生成酮或醛,然后通过酮或醛的加成反应形成新的碳碳键。

三、增长碳链反应的应用领域增长碳链的反应在有机合成中具有广泛的应用。

它可以用于合成复杂的有机分子,如药物、天然产物等。

例如,通过控制不同反应条件,可以实现对具有特定生物活性的天然产物的合成,从而为药物研发提供了重要的手段。

增长碳链的反应还可以用于材料科学领域。

通过合成具有特定碳链结构的聚合物或杂化材料,可以获得具有特殊性能的材料,如高分子电子材料、光学材料等。

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

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 CH3CCH 2CCH 3 + CH2=CH-CH=O
给体 受体 EtO EtOH
O α β (CH 3C) 2CH CH 2CH2CHO
5 4 3 2 1,5-二羰基化合物 1
常用碱性催化剂:
, Et3N, KOH, EtONa, (CH 3)3COK, R 4N+OH-
N H
二 反应机制
二甲基汞 [(CH3)2Hg] 四甲基硅 [(CH3)4Si]
③路易斯酸性:Mg B Al Ga In
三甲基铝 [(CH3)3Al] 三甲基镓 [(CH3 )3Ga]
二、重要性
金属有机化合物作为有机合成试剂和有机反应的
高效、高选择性催化剂,近二十年来进行了广泛而 深入的研究,发展迅速。 此外,在塑料添加剂、抗震剂、杀菌剂等方面 也有着广泛应用。如果没有金属有机化合物作为催 化剂,精细有机化工如制药工业、香料工业的发展 简直不可想象。
100%的1,4-加成产物:
(1)C6H5MgBr O C 6H 5 CH CH C Bu-t (1)C2H5MgBr (2)H2O C6H5CH C 2H 5 CH2 O C Bu- t C6H5CH C 6H5 CH2 O C Bu- t 1,4-加成产物(100%)
1,4- 加成产物(100%)
Cl
Br + Mg
例如
Et2O
Cl
MgBr
+ Cl
Mg*
THF MgCl
卤代物中含有-COOH、-OH、-NH2、-SO3H等
能和生成的反应。-
NO2则氧化格氏试剂。因此含这些基团的卤代
物不能用于制备格氏试剂。
二、氢-镁交换反应
O
O CH3 + CH2=CH-C-CH 3

c-c键的构筑

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。

有机合成基础

有机合成基础

2、氯甲基化反应:通过苯与甲醛、氯化氢在无水 氯化锌作用下反应生成氯化苄,转化基团可生成 多种化合物
ZnCl2 60 C
0
HCHO
HCl
CH2Cl
3、金属有机化合物反应
在格式试剂中,镁原子以共价键同碳原子相连,碳原子电负性大于 镁,因此成建电子向碳原子转移,使得C-Mg键高度极化,故羟基 是一种活性很高的亲核试剂,能够发生加成、取代、偶合反应。见 课本P8
α—呋喃丙胺
α—呋喃丙胺是治疗血吸虫的药物
c、克诺文盖尔(Knoevenagel)反应。
定义:在弱碱的催化作用下,醛、酮与含有双重
致活的活泼亚甲基化合物发生的缩合反应叫克诺
文盖尔(Knoevenagel)反应。
R' C=O + R Z' H2 C Z 弱碱 R' C=C R Z' + H2O Z
主要有机物之间转化关系图 烷
烯 炔
卤代烃
水解

氧化
还原

氧化
羧酸
酯 化
水 解

2、正向合成分析法
此法采用正向思维方法,从已知原料入手, 找出合成所需要的直接可间接的中间产物,逐步 推向目标合成有机物。
基础原料
中间体
中间体
目标化合物
正向合成分析法示意图
3、逆向合成分析法
是将目标化合物倒退一步寻找上一步反应的 中间体,该中间体同辅助原料反应可以得到目标 化合物。 所确定的合成路线的各步反应,其反应条件 必须比较温和,并具有较高的产率,所使用物基 础原料和辅助原料应该是低毒性、低污染、易得 和廉价的。
O O NaOC2 H5 CH3 C CH2 C OC2H5

高等化学之构成碳链的反应(形成碳碳单键)

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

碳碳单键和双键 三键的轨道分布

碳碳单键和双键 三键的轨道分布

碳碳单键和双键三键的轨道分布引言碳原子是有机化学中最重要的元素之一,它有着特殊的电子结构和化学性质。

碳原子可以形成不同类型的化学键,包括碳碳单键、双键和三键。

这些化学键的形成与碳原子的轨道分布密切相关。

本文将详细介绍碳碳单键、双键和三键的轨道分布及其形成机制。

碳碳单键的轨道分布碳碳单键是由两个碳原子之间的一个σ轨道形成的。

在碳原子的电子配置中,有四个价电子,分布在2s和2p轨道上。

其中,2s轨道是球对称的,而2p轨道则是沿着x、y和z三个轴方向延伸的三个互相垂直的轨道。

碳原子的2p轨道包括一个2px轨道、一个2py轨道和一个2pz轨道。

当两个碳原子之间形成单键时,它们的2sp3杂化轨道将参与化学键的形成。

在2sp3杂化轨道形成过程中,碳原子的一个2s轨道和三个2p轨道线性组合,形成四个等能量的sp3杂化轨道。

这些sp3杂化轨道具有四面体结构,其中三个轨道以120度的角度相互分离,分别与x、y和z轴平行,而剩下的一个轨道则将与另外一个碳原子的sp3杂化轨道重叠,形成碳碳单键的σ轨道。

碳碳双键的轨道分布碳碳双键是由两个碳原子之间的一个σ键和一个π键形成的。

在形成碳碳双键的过程中,碳原子的2sp2杂化轨道将参与化学键的形成。

在2sp2杂化轨道的形成过程中,碳原子的一个2s轨道和两个2p轨道线性组合,形成三个等能量的sp2杂化轨道。

这些sp2杂化轨道具有三角结构,其中两个轨道以120度的角度相互分离,分别与x、y轴平行,而剩下的一个轨道与z轴平行。

当两个碳原子之间形成双键时,它们的一个sp2杂化轨道与对应的sp2杂化轨道重叠,形成碳碳单键的σ轨道。

同时,两个碳原子的未杂化的p轨道也将重叠,形成碳碳双键的π轨道。

碳碳双键的π轨道位于平面上,垂直于两个碳原子之间的σ轨道。

由于π轨道的叠加方式不同于σ轨道,碳碳双键具有与碳碳单键不同的化学性质。

碳碳三键的轨道分布碳碳三键是由两个碳原子之间的一个σ键和两个π键形成的。

有机合成反应思考题及练习题集(10)

有机合成反应思考题及练习题集(10)

有机合成反应思考题及练习题集有机合成反应思考题及练习题集 (1)有机合成反应理论 (2)卤代反应习题 (2)还原反应习题 (5)氧化反应习题 (8)形成碳碳单键的反应 (11)形成长链烯烃的重要反应 (15)合成路线设计技巧 (17)习题参考答案..................................................... 错误!未定义书签。

有机合成反应理论思考题1、什么是电子效应?诱导效应和共轭效应的强度分别与哪些因素有关?2、活性中间体(如正碳离子、负碳离子及自由基)的稳定性取决于哪些因素?3、什么是亲电试剂和亲核试剂?通常可以用作亲电试剂和亲核试剂的化合物有哪些?4、什么是饱和碳原子上的亲核取代反应?请举例说明。

5、什么是芳香族化合物的亲电取代反应?请简述一取代苯和二取代苯的定位规律。

卤代反应习题一、思考题1、卤代反应的重要性主要表现在哪几个方面?2、常用的氯化剂、溴化剂有哪些?并说明各种试剂的应用范围。

3、用I2与芳烃反应制备碘代芳烃时,为使反应顺利进行,常采用什么措施?4、写出下列反应的机理,并讨论反应物的结构对反应的影响。

(1)X2对双键的加成;(2)芳环侧链的取代;(3)芳核上的取代;(4)HX对双键的加成;(5)NBS对双键的加成;(6)NBS对烯丙位的取代;5、何谓卤仿反应?它在分析与合成上有何重要性?二、解释下列反应三、完成下列反应(6)CH 3O COCH 3??(7) C 7H 15OHC 7H 15Cl?PhC O N H (C H 2)4CH 2CO O HC l 2 / P?(10)(11)CH 3O CH 2(CH 2)2CC 6H 5ON BS / hv , CCl 4?(12)(13)(14)(15)还原反应习题一、思考题1)何谓催化氢化和催化氢解、低压氢化和高压氢化?2)催化氢化法有何优点和不足?3)试比较R-Ni、Pt、Pd及CuCr2O4催化剂的性能特点及应用范围。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

碳碳单键的形成反应-3有机过渡金属化学概念Concepts•配位化学Coordination Chemistry : The chemistry of transition metal complexes thathave noncarbon ligands (Werner complexes). Classification applies to the catalyst and all reaction intermediates.OR = O i PrAllylic alcoholt BuOOH概念Concepts•有机金属化学Organometallic Chemistry: The chemistry of metal complexes that have M-C bonds (organometallic complexes).Classification applies to the catalyst and/or reaction intermediates.Pd(PPh3)4catalyst有机过渡金属的重要性•Organotransition Metal Chemistry :Transition metal mediated reactions that solve (or have potential to solve) challenging problems in the synthesis of organic molecules.过渡金属碳碳单键的形成:过渡金属催化的偶联反应氧化加成还原消除转金属化常用的Pd催化剂与配体•常用的Pd催化剂有0价和+2价。

Pd(0): Pd(dba)2, Pd(PPh3)4Pd(II): Pd(OAc)2, PdCl2(MeCN)2, PdCl2等•常用的配体分为单齿(monodendate)和多齿(chelating)过渡金属价轨道与18电子规则18 electron rule: upper limit of 18 e-can be accomodated w/out using antibonding molecular orbitals (MO's).配位/解离与氧化加成•Oxidative Addition (OA):metal mediated breaking of a substrate σ-bond andformation of 1or 2 new M-L σ bonds. OA requiresremoval of 2 electrons from the metal's d electron count.This is reflected in a two unit increase in the metal'soxidation state.氧化加成•烯基卤代物和芳基卤代物与Pd的氧化加成速度很快;但烷基卤代物的加成速度慢,另外,如果氧化加成中间体在C-Pd键的β位有氢原子,易于发生消除反应生成烯烃,称为β –Η消除(β−Η elimination)。

过渡金属催化的偶联反应通常使用烯基卤代物或芳基卤代物烯基卤代物的制备方法MeCN/water碳碳单键的形成:过渡金属催化的偶联反应转金属化转金属化Transmetalation •Definition : the transfer of an organic group from one metal center to another. The process involves no formal change in oxidation state for either metal. Transmetalation is often a reversible process, with the equilibrium favoring the more ionic M-X bond .♣Subsequent reactivity of one L n M-R species can drive the equilibrium in one direction. This is often exploited in cross-coupling reactions,常用的转金属化试剂与相关反应In general, the rates of transmetalation of R follow the order: alkynyl> aryl,vinyl>alkyl还原消除Reductive Elimination •Reductive elimination is a key transformation in transition metal mediated catalysis, often representing the product forming step in a catalytic cycle.•Orbitals with more s character are less directional and lead to better overlap in the transition state for reductive elimination (RE). Note: cis orientation of the ligands is required for RE to occur.Negishi偶联:有机锌,有机铝,有机锆的偶联反应优点:官能团容忍性好Negishi偶联Negishi偶联Negishi偶联Negishi偶联:ZnNegishi偶联:ZnNegishi Coupling•The addition of ZnCl2increased the reactivity of the transmetalating reagent making the cross coupling of sterically hindered substratespossible. It is thought that the alkenylzirconium, alkenylalaneundergo in situ transmetalations with ZnCl2to form alkenylzinc, amore reactive transmetalating reagent.For Structure–Reactivity Relationships in Negishi Csp2-Csp2 Cross-Coupling Reactions, See: Chem. J. Eur. 2009, DOI: 10.1002/chem.200902132Suzuki偶联Suzuki偶联•硼试剂可以是三取代硼烷、硼酸、硼酸酯或氟硼酸盐Suzuki偶联:E式烯基硼制备Suzuki偶联:Z式烯基硼制备Suzuki偶联Suzuki偶联Suzuki偶联Suzuki偶联:Csp3-Csp2Suzuki偶联:Csp3-Csp3Stille偶联Stille偶联与金属锡相连基团在转金属化时的迁移速度是:Stille偶联Organotin Reagent:•Highly functional group tolerant•Readily synthesized via a variety of methods•Air and moisture stable (often distillable)•Stable to the vast majority of organic reagents.•Highly toxic!!!•β-hydride elimination can be a serious side reaction within alkyl palladium intermediates.•Oxidative addition and reductive elimination steps occur with retention of configuration for sp2-hybridized substrates.•Thus, Stille coupling is mainly used in sp2-sp2bonding.Stille偶联Heck反应Heck反应机理Synthetic Chemistry -Lecture 638Heck 反应•溶剂Solvents:Typically aprotic 通常用非质子溶剂; a range of polarities .•催化剂Catalyst:Pd(II) sources: Pd(OAc)2,PdCl 2PR 3, PdCl 2(CH 3CN)2Pd (0) sources: Pd(PPh 3)4, Pd(dba)2+ PR 3•碱Base: 2o or 3o amine, NaOAc, K 2CO 3, KHCO 3, KOAc The base may serve a dual purpose: reducing the Pd(II) precatalyst to Pd(0) and promoting reductive elimination of the PdH(X) intermediate by shifting the equilibrium towards Pd(0).TBAC添加剂降低反应温度保持烯烃反应物的立体化学TBAC添加剂•Jeffery conditions: the combination of tetraalkylammonium salts (phase-transfer catalysts) and insoluble bases accelerates the rate, so that lower reaction temperatures are possible.Jeffery, T. Tetrahedron 1996, 52, 10113–10130.•Explanation: Palladium complexes can be stabilized by the coordination of halide ions; thus, the catalyst is less likely to decompose under the Heck reaction conditions.J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 8375–8384区域选择性•RPdX中的R基团倾向于插入烯烃缺电子一端和位阻小的一端。

相关文档
最新文档