第四章羰基化合物的反应及碳负离子
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04第4章：羰基化合物的反应B2
2014-5-29 15
（2）电子效应 ①诱导效应 当羰基连有吸电子基时，使羰基碳上 的正电性增加，有利于亲核加成的进行； 强吸电子基团
H2O Cl3C
CCl3CHO
H
C
OH OH
Cl Cl C Cl H C H O O H
2014-5-29
形成分子内氢键 产物稳定，平衡向右移动
16
②共轭效应 羰基上连有与其形成共轭体系的基团时， 由于共轭作用可使羰基稳定化，因而亲核加成速 度减慢。 • 使羰基碳正电性加强的因素都有利于反应。
2,4-二硝基苯腙
C=N— NH-C-NH2 (白）
31
H—NH—NH-C-NH2
氨基脲
缩氨脲
第三节：羰基加成反应的立体化学
羰基具有平面结构，Nu可从任何一面进攻羰基碳。在 下列的3中，加成后引入了第二个C＊，生成的两个非对映 体的量不相等，既亲核加成具有一定的立体选择性。 ① 当R=R′时，加成产物为同一物。 ② 当R≠R′时，加成产物为外消旋体（Nu从羰基两面进 攻的几率相等）。 ③ 当羰基与手性碳原子相连时，Nu从两面进攻的几率就 不一定相等，加成后引入第二个手性碳原子，生成的 两个非对映体的量也不一定相等。
(H3C)3C
K<<1
13
Nu
R R'
C
O
R R'
C
O Nu
sp2杂化 平面三角型 键角：120° 109°28 ′
sp3杂化 四面体
产物中基团拥挤程度增大。
2014-5-29
R 越大，妨碍Nu:进攻C原子。
14
缓解角张力
O
HCN
OH CN
K=10000
O + HCN
（2）电子效应 ①诱导效应 当羰基连有吸电子基时，使羰基碳上 的正电性增加，有利于亲核加成的进行； 强吸电子基团
H2O Cl3C
CCl3CHO
H
C
OH OH
Cl Cl C Cl H C H O O H
2014-5-29
形成分子内氢键 产物稳定，平衡向右移动
16
②共轭效应 羰基上连有与其形成共轭体系的基团时， 由于共轭作用可使羰基稳定化，因而亲核加成速 度减慢。 • 使羰基碳正电性加强的因素都有利于反应。
2,4-二硝基苯腙
C=N— NH-C-NH2 (白）
31
H—NH—NH-C-NH2
氨基脲
缩氨脲
第三节：羰基加成反应的立体化学
羰基具有平面结构，Nu可从任何一面进攻羰基碳。在 下列的3中，加成后引入了第二个C＊，生成的两个非对映 体的量不相等，既亲核加成具有一定的立体选择性。 ① 当R=R′时，加成产物为同一物。 ② 当R≠R′时，加成产物为外消旋体（Nu从羰基两面进 攻的几率相等）。 ③ 当羰基与手性碳原子相连时，Nu从两面进攻的几率就 不一定相等，加成后引入第二个手性碳原子，生成的 两个非对映体的量也不一定相等。
(H3C)3C
K<<1
13
Nu
R R'
C
O
R R'
C
O Nu
sp2杂化 平面三角型 键角：120° 109°28 ′
sp3杂化 四面体
产物中基团拥挤程度增大。
2014-5-29
R 越大，妨碍Nu:进攻C原子。
14
缓解角张力
O
HCN
OH CN
K=10000
O + HCN
第四章：缩合反应(1节)-1
CH3OCH2Cl + ZnCl2 ArH + CH2Cl
H3C
O
CH2Cl
CH3 OZnCl2 + CH2Cl
ZnCl2 ArCH2Cl H3 C
O H ZnCl2
+ H CH3OH + ZnCl2
CH3OZnCl2 + H
芳环上有释电子基，有利于反应进行；吸电子基 芳环上有释电子基，有利于反应进行； 则不利于反应进行。 则不利于反应进行。
4).分子内的醇醛缩合反应 4).分子内的醇醛缩合反应
具有α 具有α活性氢的二羰基化合物在催化剂碱的 作用下，发生分子内的醇醛缩合反应 作用下，发生分子内的醇醛缩合反应 ，生产五 六元环状化合物。 元、六元环状化合物。
O LDA O O O O HO O
H 3O
O
LDA : lithium diisopropylmide（二异丙胺锂） 二异丙胺锂） 二异丙胺锂
CH3 .HCl RCOCH3 + HCHO + HN CH3 H2O CH3 RCOCH2CH2N .HCl CH3
• 含活泼氢原子的化合物有：酮、醛、酸、酯、腈、硝基烷、 含活泼氢原子的化合物有： 硝基烷、 炔、酚及杂环化合物 • 醛可以是：甲醛、三聚甲醛、多聚甲醛及活性大的脂肪醛和 醛可以是：甲醛、三聚甲醛、 芳香醛 • 胺可以是：仲胺、伯胺及氨 胺可以是：仲胺、
芳醛的α 羟烷基化（安息香缩合） 2. 芳醛的α-羟烷基化（安息香缩合）
芳醛在含水乙醇中，以氰化钠为催化剂， 芳醛在含水乙醇中，以氰化钠为催化剂，加热后 发生双分子缩合生成α 羟基酮的反应。 发生双分子缩合生成α-羟基酮的反应。
2 C6H5CHO NaCN / EtOH / H2 O pH 7~8, C6H5C O CHC6 H5 OH 96%
第四章碳负离子型延伸碳链反应
② 尤其适用于醛的α-C烃化，用酸做催化剂，避免Aldol缩合
③ 无多烃化产物，只有单烃化产物
④ 不对称酮进行烃化时，取代产物发生在取代较少的 C上
19
O
N H
1)CH2=CHCH2Br O
N
CH2CH=CH2
2)H2O
O
CH3 +
N H
N
+
CH3
90%
N CH3
10%
20
4.3 酰基化反应
具有活泼亚甲基的化合物（如乙酰乙酸乙酯、丙二酸酯、
15
3. 含—个羰基的化合物和腈的α-碳烷基化
（1）弱酸性活泼亚甲基或甲基化合物有： ① 醛、酮以及羧酸衍生物（含—个羰基的化合物）; ② 腈（含—个腈基的化合物）。
16
（2）反应条件与特征：
① 弱酸性的化合物进行碳烷化反应时，常出现如自身缩合、 多烷基化等多种副反应 ； ② 当醛、酮化合物在进行C-烷基化反应时，为了避免酯缩 合反应，应选用很强的碱或位阻较大的碱 ，如：
(2)制备：醛、酮 + 胺缩合
(3)性质
R'2' N C C R2' + R'''-X
R'
R2N C C R ''' X
R
R R'
O R'
H2O
R C C R'''
R'
羰基α-C、β-C烯胺烃化
18
O
（4）影响因素
N
H
N H
N
脱水剂：Na2CO3 、K2CO3时用苯带水
优点：
① 操作简单，原料易得，收率较高
(优选)碳负离子反应ppt讲解
羰基化合物切断：
O
OH
R
O
OH
+ R
O OH R
OM 烯醇负离子
O
O
B
常用碱的性能：
强亲质子和亲核能力的碱：HO- , CH3O-, C2H5O-, RS-, CN-等。
强亲质子弱亲核能力的碱：H- , NH2-。 具有强亲质子和相当弱亲核性的碱：Et2N- ,C6H5N- ,
Me3Si-N-。
例 醛、酯的α-H烷基化时，不能用OH-去脱 质子。如用OH-时则：醛发生醇醛缩合：
（优选）第一章碳负离子反应 ppt讲解
1.1 基本原理
1.1.1碳负离子的形成
碳负离子：是以一个带有负电荷的三价碳为中心原 子的中间体，是有机化学反应中常见的活性中间
体。如甲基负离子
、烯丙基负离子
苄基负离子
、三苯甲基负离子
制备：金属有机化合物 异裂
RLi，RMgX，RC CNa
碳负离子是有机分子中的碳氢键失去质子后 所形成的共轭碱 ：
OH CC
H NCC
H NO2 C
强碱
O CC
强碱 NCC
强碱
NO2 C
O CC
NCC O NC O
1.1.2碳负离子的形成条件
从结构上讲，至少含有一个氢的碳原子的邻位要有 一个活化基团，一些带有双键或三键的吸电子基 团 C O 、—NO2、—SO3H、—CN、—C≡CH等 都是活化基团。活化基团有两个作用：
化下，丁二酸酯或α-羟基取代的丁二酸酯却能和酮
羰基反应（Stobbe反应），机理：
EtO2C
CH2CH2 CO2Et
EtO EtOH
EtO2C
CH CH2 COOEt
第四章_有机合成
影响烯醇负离子形成的区域选择性的因素包括： （1）α-H的酸性
（2） Bronsted 碱的碱性
(3)非质子性溶剂可以减少烯醇负离子的逆反应，有 利于动力学控制产物的形成。
O S CH3 CH3 DM SO
O HCCH3
CH3 DM F
N(CH3)2
CH2OCH3
O P N(CH3)2
O N
2 与亲电烯的反应 带有酯基、氰基、硝基等吸电子基团的烯烃称为亲电烯，
其能与硫叶立德发生环丙烯化反应
硫叶立德在低温下与α，β-不饱和酮反应生成环氧化 合物，而亚砜型硫叶立德则在较高的温度下与α，β-不饱 和酮反应生成三员碳环化合物。
热力学控制
动力学控制
2 二甲亚砜负离子作为中间体的化学反应
二甲亚砜是非常弱的酸，必须用强碱如NaH除去质子形 成负离子。
a. Wittig 反应可以用于制备合成能量上不利的环外双键化合物 的合成。
b. 当与α，β-不饱和羰基化合物作用时，不会发生1，4-加成。 十分适合于合成萜类、多烯类化合物
c. 反应具有立体选择性。在非极性溶剂中，稳定的磷叶立德
与醛反应优先生成反式烯烃；而活泼的磷叶立德则优先生成 顺式烯烃。
动力学控制 热力学控制
4 与卤代烃的偶合反应
C 2 H 5 M g B rC H 2 C H C H 2 B r C 2 H 5 C H 2 C H C H 2 9 4 %
三 有机铜化合物在合成中的应用
有机铜锂试剂较相应的烷基锂碱性、亲核性弱，与孤立的羰基 酯基、羧基等不反应，但其可以与卤代烃或磺酸酯发生亲核取代 反应，并使环氧乙烷开环，而且还可以与α，β-不饱和羰基化合 物发生共轭加成。
在惰性溶剂（如氯仿、二氯甲烷、乙醚、苯）中，烯烃与 过氧酸（如过氧苯甲酸、间氯过氧苯甲酸、过氧三氯乙酸、过 氧乙酸）反应生成环氧化合物，反应具有立体选择性。过酸通 常优先作用于空间障碍小的一边，并得到顺式加成物。
羰基化合物的亲核加成和亲核取代反应
Nu E
2) 羰基氧被N取代 C O
H2NY
C OE Nu
Y CN
3) 羰基氧被C取代
CO
4) 亲核取代反应
CO Y
Ph3P CR1R2
R1 CC
R2
Nu
CO + Y
Nu
一、羰基的结构及反应特性
4、亲核反应活性 烷基给电子作用和体积位阻效应
一、羰基的结构及反应特性
4、 亲核反应活性
空间位阻影响
一、羰基的结构及反应特性
MO 位阻较小
Nu
E
L
S
R
OE
M
S
+
R
Nu
L
主要产物
OE
M
S
Nu
R
L
次要产物
二、羰基的亲核加成
2. 含O, S亲核试剂
包括H2O, ROH, RSH, 和NaHSO3 (1) H2O
水合物
酸或碱催化，加快平衡的达到，但不影响平衡移动。
二、羰基的亲核加成
(1) H2O
O +
H3C CH3 99.8%
Et
CH3
1,4-加成 100%
O CH CH C
1.
MgBr
2.H3O
O CH CH2 C
1,4-加成 92%
O
1.
MgBr
CH CH C CH3
2.H3O
O CH CH2 C CH3 +
OH CH CH C H
1,4-加成 12%
1,2-加成 80%
三、羧酸及其衍生物的亲核取代反应
1.亲核取代反应的机理
4、亲核反应活性
O C RX
碳负离子的反应
含有α氢原子的酮与酯之间也可以进行缩合 反应主要产物为β-二酮。
例如：
第二节 β-二羰基化合物的烷基化、酰基 化及其在合成中的应用
两个羰基被一个碳原子隔开的化合物称 为β-二羰基化合物。
β-二羰基化合物一般泛指β-二酮、β-酮 酸酯、丙二酸酯等含活泼亚甲基化合物 。
这类化合物主要的反应类型是亚甲基碳 上的烷基化、酰基化反应。
一、乙酰乙酸乙酯
无色，具有水果香味，沸点118℃， 微溶于水，易溶于多种有机溶剂。
反应可在不同的酯之间进行，称为交叉 酯缩合。
Claisen 缩合举例
混合酯缩合
反应机理
狄克曼（Dieckmann)缩合（也叫酯分子内 缩合）
含6个或7个碳的二元酸酯，在碱性催化 剂作用下环化生成五元或六元环为主的 -酮酯称为狄克曼反应。
分子内羟醛缩合
羟醛缩合反应不仅可以在分子间进行，含有α-氢原子的 二元醛或酮也可以进行分子内缩合，生成环状化合物， 是制备5~7元环化合物的常用方法之一。
ห้องสมุดไป่ตู้
β-羟基醛在加热时即失去一分子水，生成 α,β-不饱和醛
常用的碱性催化剂除了氢氧化钠、氢氧化钾外，还有叔 丁醇铝、醇钠等。 由此可见，通过羟醛缩合反应可以制备α,β-不饱和醛，进 一步还可以转变为其它化合物。所以羟醛缩合反应是有 机合成中用于增长碳链的重要方法之一。
含有α-氢原子的酮在稀碱作用下也 可以发生类似反应，即羟酮缩合反应， 但是反应的平衡偏向反应物一侧，例如 ，丙酮在氢氧化钡催化下，发生反应。
碳负离子的结构与碳正离子或碳自由基 不同，因为带负电荷的碳原子最外层有3对 成键电子和1对未成键电子，这样的4对电子 需要采取相互远离的方式排列，因此碳负离 子采用sp3杂化轨道成键，未成键电子对与3 个共价键形成一个四面体结构。碳正离子、 碳自由基和碳负离子的结构对比如下图所示 。
高等有机化学羰基化合物的反应
R
R
Nu CCCO H
R
Nu C C C OH
R
2） 影响加成方式的因素
a.羰基活性小;b.试剂的亲核性弱时 c.两者空间位阻大时， 一般按1，4 －加成；反之按1，2 －加成：
O PhCH CHC R EtMgBr
Et PhCHCH2COR
Et
PhCH2 CH C R OH
R
H Me Et i-Pr
无a-H的芳香醛在CN-的作用下生成a-羟基酮
OδCH
δ+
Ⅰ
O CH CN Ⅱ
H迁移 极性反转
O OH H C C
CN
OH O CC CN H
Ⅳ
H迁移
O OH
-CN
CC CN H
Ⅴ
O OH C CH
Ⅵ
六、羰基与 Wittig 试剂反应
1、Wittig 试剂制备： 膦的叶立德 (ylid)
Ph3P + X CH R Ph3P CH R
*羰基上空阻大小（空间因素）
*共轭作用存在时羰基稳定，反应活性减少
结论：脂肪醛>甲基酮>环已酮>芳香酮 芳醛>芳香酮
二、 加成-消去反应 OH
R C NHR
C=O + NH2 Y
R
C=NH
*反应机理：亲核加成-
Y
消去反应
NH2 Y 亚胺
*酸催化：控pH=6，
NH2 NH2
R 取代亚胺
（希夫碱） OH
反应需要 过量的强碱
O
O
CH3C CH COEt
无α－H的酯可和有α－H的酯或酮可交叉缩合：
O
O
1. NaH
HCOOEt
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共轭碱
举例：
1）E1cb消除
.. B H-CH2-CH-CH2CH3 X E1cb CH2-CH-CH2CH3 X CH2=CH-CH2CH3
2）羰基化合物的烯醇负离子互变 在碱性条件下：
O B R-C-CH-R' O O -
R-C-CH2R'
R-C=CHR'
3）通过加成-消除的亲核芳香取代反应
..
C
C6H13 H
CH3
但对三苯甲基负离子，中心碳sp2杂化，碳负离 子呈平面型，有利于三个苯环共轭，稳定碳负 离子。
桥头碳负离子，能形成稳定的棱锥形构型。
1) CO2
Cl
..
2) H3O
+ COOH
碳负离子构型证明：
BuLi 1 CO 2
C6H12 CH CH3 I
C6H12CH CH3
2 H3O
思考：
H
CH3 Li
H
CH3
. . 1)
H 2)
H
CO2 H3O +
CH3 COOH
H H
H -
H H
H
H
H
3、碳负离子稳定性及测定方法
将烃类视为碳氢酸，测定其酸离解常数， 由pK来判定碳负离子的稳定性。
R-H
+
B
-
R
-
+
HB
可由两个酸性烃类化合物与其金属盐之间建立平 衡，求得pKa值。
R-H
H + N
ClCH2CH CH2 CH3CH2 O H2 O C H C CH3 CH2
Cl
CH2
CH2CH
CH3CH2CCHCH2CH
+
N H
+
HCl
CH3
三、羰基化合物的反应
1、羰基的亲核加成反应
机理1：
Nu A
O
C B
慢
O A C B Nu
快
H
O A C B Nu OH
A C B Nu
① 试剂进攻羰基上C原子，生成氧负离子的一步 是决定反应速率的一步。 ② 为使亲核试剂的负电荷裸露出来，增加亲核性， 常需碱催化。
Li
C6H12 CH CH3 COOH
0º C ， 生成dl外消旋体 -70º C, 生成80% 外消旋体， 20%构型保持。
..
C6H13 C
..
H
C6H13 C H C6H13
CO2
CH3
CH3
CO2
CH3
C
H
..
CH3
H3 O +
COOH C6H13 C H
H3O+
C6H13 H
C
CH3
COOH
Ph3P CH2
(n-Bu)3P CHR
Wittig 试剂与羰基发生亲核加成反应，生成烯烃：
C O
Ph3P C
R R'
C
C R R'
Georg Wittig
反应机理：
C O + Ph3P
C O C O
CR2
C O R2C PPh3
O C C + PPh3 R
R2C PPh3 R2C PPh3
氧膦环丁烷中间体
第四章 碳负离子及羰基化合物的反应 (Carbanions and Reactions of Carbonyl Groups)
一、碳负离子的产生、结构和稳定性
1、产生
碳负离子：有机分子通过碳上失去质子形成的带负 电荷的活性中间体。 1）强碱作用下； 2）邻近有使电子离域之基团。
C H+ B
共轭酸
C + HB
+ +
CH2
-
Ph3 P (CH3)2S
CH2 C H2
(CH3)2S PhLi
C H2 CH2
季铵盐：(CH ) N + Cl 反应活性：
(CH3)2S
+ (CH3)3 N
+
C H2 > Ph3P
-
+
-
CH2
+ > > (CH3)3 N
CH2
2) S电子成分效应
RC
C
-
> R2C
CH ≈ Ar
-
-
> R3C
CH2
-
sp杂化
S成分： 50%
sp2
33.3%
sp3
25%
3）芳香性
符合休克尔规则的C- 稳定
B： R B： R -
反芳香性，反应速度慢
R
H
4n+2=6, 芳香性，反应速度快
H
R
4) 溶剂
非质子性的溶剂利于C- 的裸露
δδ+
R
M δ-
+ H
OH
-
O
δ+
HC
N
CH3 CH3
+ H R + H
去质子速度为反应速度控制步骤。
去质子活性与电子效应和空间效应有关。
O CH3CCH2CH3 O B CH3CCH2C(CH3) 3 B O CH3CCH-CH3 H3 C H3 C
O
C CH C CH3
相对速度 41.5
CH3
< 0.1
空间位阻大，去质子速度慢； 烷基取代基多，烯醇负离子稳定性好。
sp3杂化 四面体
羰基加成的立体化学：
2）若羰基的邻近碳原子有手性，亲核加成遵循Cram规则
Nu
C M C OH
Cram规则-1
S
L
C M C
R
+
O
+ H Nu
L S
R
Et Ph
O
H
1) LiAlH4 2) H2O
Et HO
H
H CH3
CH3
Ph
羰基加成的立体化学：
Cram规则-2
L O R O
2）酸催化
O R + R C OH C CH2 R'+ H + 快 R OH R C
+
OH
C
CH2
R'
慢
CH2
R'
CH R'
+
H
+
例：
O
OH CH3C CH2 H + Cl
-HCl
OH CH3C CH2
CH3CCH3 + H Cl
质子化酮去除α-质子形成烯醇的速度是反应速度控制步骤。
3）酸催化与碱催化比较 （1） 酸催化，形成多取代烯醇， 碱催化，形成取代基较少烯醇负离子。 （2） 酸催化，形成烯醇， 碱催化，形成烯醇盐。 （3） 烷基取代基对活性的影响在碱催化时比在 酸催化时明显。 （4） 无论酸或碱催化，含有单独一个酮基、醛 基、酯基的化合物，平衡时几乎不存在烯 醇式，以酮式存在。
+ + OH H OH M OH -
非质子性溶剂，正极埋在溶剂分子内部，负极与亲核试剂的 正离子形成离子-偶极键，将亲核试剂正负离子隔开，使碳负 离子裸露，反应速度加快。 质子性溶剂使C- 溶剂化，反应速度降低。
冠醚的加入可将负离子亲核试剂裸露在外，促进反应。
O O
O + O M O O
R
-
二、烯醇和烯胺
（5）形成烯醇时的动力学与热力学控制
O R2CHCCH2R' B ka O kb O B -
R2C=CCH2R'
R2CHC=CHR' B
[A] = [B]
ka
kb
A
动力学控制：取决于去质子速度（非质子溶剂、强碱、 无过量酮存在） 位阻小的H易被夺去 热力学控制：取决于产物的稳定性（过量酮存在、质子 性溶剂稳定C- ），C=C上取代基多的烯 醇稳定
NO2 O2N OR NO2 NO2
+
-
OR'
O2N
-
OR OR ' NO2 NO2
O2N
OR '
NO2
4）通过金属有机化合物异裂
RLi、RMgX、RC = CNa
2、结构
两种合理构型推测： ..
..
109°28′
C
sp3 杂化 棱锥型
C
sp2杂化 平面三角型
90°
举例：
碳负离子的空间构型取决于所连基团。 通常情形，棱锥型碳负离子的孤对电子处于sp3 杂化轨道上，斥力小，稳定。
CH
H
COOC2H5 OC2H5
CH2
COOC2H5 H5C2OOCCH2CH2
O CH2CH2COOC2H5
HCl,H2O,C2H5OH 60%
O
O CH3CH2CCHCH2CH CH3 CH2
例3：
CH3CH2CCH2CH3
O CH3CH2CCH2CH3+ N CH3CH2
+ N C
C
H
CH3
O R2CHC-R'
B R2 C
O C
-
O
R'
R2 C O
C
R'
O
R2 C C
R'
+
S
D
R2 C D
C
R'
（2）动力学证明
O ' R2CHC-R O
R2 C C R' 慢 反应 B O R2 C C R' R2 C O
C
R'
O
+
O
快反应 X2 R2 C X
举例：
1）E1cb消除
.. B H-CH2-CH-CH2CH3 X E1cb CH2-CH-CH2CH3 X CH2=CH-CH2CH3
2）羰基化合物的烯醇负离子互变 在碱性条件下：
O B R-C-CH-R' O O -
R-C-CH2R'
R-C=CHR'
3）通过加成-消除的亲核芳香取代反应
..
C
C6H13 H
CH3
但对三苯甲基负离子，中心碳sp2杂化，碳负离 子呈平面型，有利于三个苯环共轭，稳定碳负 离子。
桥头碳负离子，能形成稳定的棱锥形构型。
1) CO2
Cl
..
2) H3O
+ COOH
碳负离子构型证明：
BuLi 1 CO 2
C6H12 CH CH3 I
C6H12CH CH3
2 H3O
思考：
H
CH3 Li
H
CH3
. . 1)
H 2)
H
CO2 H3O +
CH3 COOH
H H
H -
H H
H
H
H
3、碳负离子稳定性及测定方法
将烃类视为碳氢酸，测定其酸离解常数， 由pK来判定碳负离子的稳定性。
R-H
+
B
-
R
-
+
HB
可由两个酸性烃类化合物与其金属盐之间建立平 衡，求得pKa值。
R-H
H + N
ClCH2CH CH2 CH3CH2 O H2 O C H C CH3 CH2
Cl
CH2
CH2CH
CH3CH2CCHCH2CH
+
N H
+
HCl
CH3
三、羰基化合物的反应
1、羰基的亲核加成反应
机理1：
Nu A
O
C B
慢
O A C B Nu
快
H
O A C B Nu OH
A C B Nu
① 试剂进攻羰基上C原子，生成氧负离子的一步 是决定反应速率的一步。 ② 为使亲核试剂的负电荷裸露出来，增加亲核性， 常需碱催化。
Li
C6H12 CH CH3 COOH
0º C ， 生成dl外消旋体 -70º C, 生成80% 外消旋体， 20%构型保持。
..
C6H13 C
..
H
C6H13 C H C6H13
CO2
CH3
CH3
CO2
CH3
C
H
..
CH3
H3 O +
COOH C6H13 C H
H3O+
C6H13 H
C
CH3
COOH
Ph3P CH2
(n-Bu)3P CHR
Wittig 试剂与羰基发生亲核加成反应，生成烯烃：
C O
Ph3P C
R R'
C
C R R'
Georg Wittig
反应机理：
C O + Ph3P
C O C O
CR2
C O R2C PPh3
O C C + PPh3 R
R2C PPh3 R2C PPh3
氧膦环丁烷中间体
第四章 碳负离子及羰基化合物的反应 (Carbanions and Reactions of Carbonyl Groups)
一、碳负离子的产生、结构和稳定性
1、产生
碳负离子：有机分子通过碳上失去质子形成的带负 电荷的活性中间体。 1）强碱作用下； 2）邻近有使电子离域之基团。
C H+ B
共轭酸
C + HB
+ +
CH2
-
Ph3 P (CH3)2S
CH2 C H2
(CH3)2S PhLi
C H2 CH2
季铵盐：(CH ) N + Cl 反应活性：
(CH3)2S
+ (CH3)3 N
+
C H2 > Ph3P
-
+
-
CH2
+ > > (CH3)3 N
CH2
2) S电子成分效应
RC
C
-
> R2C
CH ≈ Ar
-
-
> R3C
CH2
-
sp杂化
S成分： 50%
sp2
33.3%
sp3
25%
3）芳香性
符合休克尔规则的C- 稳定
B： R B： R -
反芳香性，反应速度慢
R
H
4n+2=6, 芳香性，反应速度快
H
R
4) 溶剂
非质子性的溶剂利于C- 的裸露
δδ+
R
M δ-
+ H
OH
-
O
δ+
HC
N
CH3 CH3
+ H R + H
去质子速度为反应速度控制步骤。
去质子活性与电子效应和空间效应有关。
O CH3CCH2CH3 O B CH3CCH2C(CH3) 3 B O CH3CCH-CH3 H3 C H3 C
O
C CH C CH3
相对速度 41.5
CH3
< 0.1
空间位阻大，去质子速度慢； 烷基取代基多，烯醇负离子稳定性好。
sp3杂化 四面体
羰基加成的立体化学：
2）若羰基的邻近碳原子有手性，亲核加成遵循Cram规则
Nu
C M C OH
Cram规则-1
S
L
C M C
R
+
O
+ H Nu
L S
R
Et Ph
O
H
1) LiAlH4 2) H2O
Et HO
H
H CH3
CH3
Ph
羰基加成的立体化学：
Cram规则-2
L O R O
2）酸催化
O R + R C OH C CH2 R'+ H + 快 R OH R C
+
OH
C
CH2
R'
慢
CH2
R'
CH R'
+
H
+
例：
O
OH CH3C CH2 H + Cl
-HCl
OH CH3C CH2
CH3CCH3 + H Cl
质子化酮去除α-质子形成烯醇的速度是反应速度控制步骤。
3）酸催化与碱催化比较 （1） 酸催化，形成多取代烯醇， 碱催化，形成取代基较少烯醇负离子。 （2） 酸催化，形成烯醇， 碱催化，形成烯醇盐。 （3） 烷基取代基对活性的影响在碱催化时比在 酸催化时明显。 （4） 无论酸或碱催化，含有单独一个酮基、醛 基、酯基的化合物，平衡时几乎不存在烯 醇式，以酮式存在。
+ + OH H OH M OH -
非质子性溶剂，正极埋在溶剂分子内部，负极与亲核试剂的 正离子形成离子-偶极键，将亲核试剂正负离子隔开，使碳负 离子裸露，反应速度加快。 质子性溶剂使C- 溶剂化，反应速度降低。
冠醚的加入可将负离子亲核试剂裸露在外，促进反应。
O O
O + O M O O
R
-
二、烯醇和烯胺
（5）形成烯醇时的动力学与热力学控制
O R2CHCCH2R' B ka O kb O B -
R2C=CCH2R'
R2CHC=CHR' B
[A] = [B]
ka
kb
A
动力学控制：取决于去质子速度（非质子溶剂、强碱、 无过量酮存在） 位阻小的H易被夺去 热力学控制：取决于产物的稳定性（过量酮存在、质子 性溶剂稳定C- ），C=C上取代基多的烯 醇稳定
NO2 O2N OR NO2 NO2
+
-
OR'
O2N
-
OR OR ' NO2 NO2
O2N
OR '
NO2
4）通过金属有机化合物异裂
RLi、RMgX、RC = CNa
2、结构
两种合理构型推测： ..
..
109°28′
C
sp3 杂化 棱锥型
C
sp2杂化 平面三角型
90°
举例：
碳负离子的空间构型取决于所连基团。 通常情形，棱锥型碳负离子的孤对电子处于sp3 杂化轨道上，斥力小，稳定。
CH
H
COOC2H5 OC2H5
CH2
COOC2H5 H5C2OOCCH2CH2
O CH2CH2COOC2H5
HCl,H2O,C2H5OH 60%
O
O CH3CH2CCHCH2CH CH3 CH2
例3：
CH3CH2CCH2CH3
O CH3CH2CCH2CH3+ N CH3CH2
+ N C
C
H
CH3
O R2CHC-R'
B R2 C
O C
-
O
R'
R2 C O
C
R'
O
R2 C C
R'
+
S
D
R2 C D
C
R'
（2）动力学证明
O ' R2CHC-R O
R2 C C R' 慢 反应 B O R2 C C R' R2 C O
C
R'
O
+
O
快反应 X2 R2 C X