第15章 碳负离子 缩合反应
合集下载
第15章 碳负离子 缩合反应
碱催化：
O C CH(R) B H 酮式 O C CH(R) H-B OH C CH(R) 烯醇式
缩合反应
15.3 缩合反应简述
将分子间或分子内不相连的两个碳原子连接 起来的反应通称为缩合反应
无机酸、碱、盐或醇钠、醇钾是常用的缩合剂 缩合往往需要经过加成、消除、取代等过程。
15.4、羟醛缩合反应
*2 烯醇负离子是一个两位负离子，在羟醛缩合反 应中，主要是烯醇负离子的C-端去进攻。
*3 羟醛缩合反应是一个可逆反应，温度低有利于 正向反应，而加热回流有利于逆向反应。
15.4.2 羟醛缩合反应的分类
１ ２ 醛和酮的自身缩合 醛和酮的交叉缩合
1 自身缩合-----分子间缩合和分子内缩合
醛的自身缩合
O Na2CO3 O
O -H2O OH
O
2
醛和酮的交叉缩合
两种不同的醛、酮之间发生的羟醛缩合 反应称为交叉的羟醛缩合反应。
有两种情况 （1）一种醛或酮有-H，另一种醛或酮无-H。 （2）两种醛酮都有-H。（在定向缩 合反应中讨论。）
HCHO +
(CH3)2CHCH2CHO
K2CO3
(CH3)2CHCHCHO CH2OH
（1）定义： 有-H的醛或酮在酸或碱的作用下，缩合生成羟基醛或-羟基酮的反应称为羟醛缩合。
O CH3CCH3
Ba(OH)2
OH
O
(CH3)2CCH2CCH 3
O
-H2O
(CH3)2C=CHCCH 3
15.4.1 羟醛缩合反应的机理
酸催化下的反应机理
+
O CH3CCH3
H+
+
OH
碳负离子-缩合反应
研究背景和意义
随着生物医药和材料科学的发展，对具有特定结构和功能的有机化合物的需求不断 增加。
碳负离子-缩合反应作为合成这些化合物的重要手段，其研究具有重要的实际意义和 应用价值。
目前，尽管已有许多关于碳负离子-缩合反应的研究，但仍存在许多挑战和未解决的 问题，需要进一步探讨和深入研究。
02 碳负离子
碳负离子作为反应物
碳负离子是一种重要的有机反应 中间体，在缩合反应中常被用作
反应物。
碳负离子可以与多种亲电试剂如 醇、硫醇、酚等发生缩合反应， 生成相应的醚、硫醚、酚醚等化
合物。
碳负离子作为反应物的优点在于 其反应活性高，选择性好，可以
有效地避免副反应的发生。
碳负离子在有机合成中的应用
碳负离子在有机合成中有着广泛的应 用，可以用于合成多种有机化合物。
对未来研究的建议
加强机理研究的深度和广度，深入了解反应过 程中的电子转移和键合变化等微观机制。
将碳负离子-缩合反应与其他有机合成方法相结合， 探索其在复杂分子合成和天然产物全合成等领域的应
用潜力。
进一步探索碳负离子-缩合反应在不同底物和反 应条件下的应用范围，以拓展其在有机合成领 域的应用。
结合计算化学和实验手段，研究反应过程中的动 态行为和过渡态结构，为优化反应条件和提高反 应效率提供理论指导。
碳负离子的定义
碳负离子是一种具有负电荷的碳原子，通常与一个或多个正 电荷共享。
碳负离子是许多有机化学反应的重要中间体，尤其在缩合反 应中。
碳负离子的性质
碳负离子具有很强的反应活性，容易与其它分子或离子发 生反应。
由于碳负离子具有不稳定性，通常需要在特定的条件下保 存和操作。
碳负离子的形成
碳负离子可以通过多种方式形成，如 取代反应、氧化反应、还原反应等。
碳负离子反应
穿戴防护装备：实验过程中必须穿戴防护 服、手套、护目镜等防护装备。
实验环境：实验应在通风良好的实验室中 进行避免在密闭空间内进行。
实验材料：实验材料应妥善保管避免接触 皮肤和眼睛。
实验操作：实验过程中应严格按照实验 步骤进行操作避免操作不当导致危险。
实验废弃物：实验结束后应妥善处理实验 废弃物避免环境污染。
碳负离子反应是合 成有机化合物的重 要方法之一广泛应 用于药物合成、材 料科学等领域。
碳负离子反应的机 理包括亲核加成、 亲核取代、亲核消 除等。
碳负离子反应的分类
碳负离子反应可以分为两类：亲核碳负离子反应和亲电碳负离子反应 亲核碳负离子反应是指碳负离子作为亲核试剂与亲电试剂发生反应 亲电碳负离子反应是指碳负离子作为亲电试剂与亲核试剂发生反应 碳负离子反应在合成化学中具有广泛的应用如合成有机化合物、药物合成等
碳负离子反应的特点
碳负离子是一种重要的有机合成中间体 碳负离子反应具有高度选择性和立体选择性 碳负离子反应可以生成多种类型的有机化合物 碳负离子反应在合成化学中具有广泛的应用
碳负离子反应的原理
碳负离子反应的化学键特征
碳负离子反应是一种化学反应其中 碳原子失去电子形成负离子。
碳负离子反应的化学键特征还与反 应条件、反应物浓度等因素有关。
碳负离子反应的研究趋势和展望
研究热点：碳负离子反应在材料科学、化学合成等领域的应用 研究方法：理论计算、实验验证相结合的研究方法 研究挑战：如何提高碳负离子反应的效率和选择性 研究展望：未来可能会在能源、环保等领域取得突破性进展
碳负离子反应的研究方法和手段
实验方法：通过实验观察碳负离子反应的过程和结果 理论研究：通过理论推导和计算来研究碳负离子反应的机理和规律 模拟计算：通过计算机模拟来研究碳负离子反应的条件和影响因素 合作研究：与其他研究机构或企业合作共同推进碳负离子反应的研究
碳负离子的经典反应.
R" R"
烯醇与亚胺 正离子结合
例如：
O O
HCl
O CCHCH2N(CH3)2.HCl CH3
CCH2CH3 + HCH + HN(CH3)2
O
O
O + HC H
+
HN
HCl
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
N
. HCl
二.β-二羰基化合物的烷基化，酰基化及其应用
（1）乙酰乙酸乙酯
特殊的性质
在合成中的应用
（2）丙二酸二乙酯
Y ArCHO + CH2 Z
Y、Z 为吸电子集团如：
N
or
N H
Ar
Y CH C Z
O
O CCH3 CH2
O
COOH CH2 COOH
COOEt CH2 COOEt
CH2
CN COOEt
CCH3 O
因亚甲基上的氢足够活泼，活泼亚甲基化合物优先与弱碱反应形成碳负离子，从而降低 了醛分子之间的Aldol缩合的可能，因此，可脑文格尔反应的收率较高，广泛应用于α，β-不 饱和化合物的合成。例如：
O
1,3—二酮
O O CH3CCH2CH2CCH3
CH3CCHCOC2H5
-CO2
-
O CH2=CHCCH3 1. OH 2. H+, -CO2
1,4—二酮
O
O CH3CCH2CH2CH2CCH3
1,5—二酮
若将α—卤代酮、α,β—不饱和酮分别改用α—卤代酸酯
α,β—不饱和酸酯，则可用来合成1,4—、1,5—羰基酸。
Claisen 缩合机理
O OR'
RCH
第15章 碳负离子 缩合反应
(1)OH /H2O (2)H /
O H3C C CH2 C4H9-n
+
-CO2
用2mol的乙酰乙酸乙酯与1mol的二卤代烃反应可制备二酮：
O O 2 H3C C CH2 C OC2H5 (2)ClCH Cl H3C C CH CH2 HC C CH3 2 COOC2H5 COOC2H5 (1)2C2H5ONa O O
COOC2H5 + COOC2H5
COOC2H5 COOC2H5 COOC2H5 (1) C2H5ONa O O (2) H O
3
COOC2H5
15.7.4 酮与酯的缩合反应
当用酮与酯或酮酸酯本身进行缩合时，主要产物是β-二酮。
C6H5COOC2H5 + CH3COC6H5 (1) C2H5ONa (2) H3O C6H5COCH2COC6H5 + C2H5OH
2 CH3COOC2H5 (1) C2H5ONa (2) H3O CH3COCH2COOC2H5 + C2H5OH
乙酰乙酸乙酯
OH O CH3-C = CH-C-OC2H5 (7.5%)
O
O
CH3-C-CH2-C-OC2H5
同时具有酮和烯醇的性质
反应机理：
(1) C2H5O + H O (2) CH3 C OC2H5 + CH2COOC2H5 CH2COOC2H5 CH2COOC2H5 + C2H5OH O CH3 C OC2H5 CH2COOC2H5
缩合反应
15.3 缩合反应简述
将分子间或分子内不相连的两个碳原子连接起来的反应通 称为缩合反应 无机酸、碱、盐或醇钠、醇钾是常用的缩合剂; 缩合往往需要经过加成、消除、取代等过程。
关于碳负离子反应课件
CH2 Br
O CH3 Br
O O CH3
C
1.2 碳负离子反应 1.2.1与含羰基的化合物反应 C-形成后，它虽然是共振稳定的，但仍具有
很高的能量，可以发生多种亲核加成反应：
与含羰基的化合物反应
C+ C O
CCO
醛、酮在碱作用下，形成的烯醇负离子是双位性负离
子。可以发生氧负和碳负的两位加成。反应可以使碳
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：
形成单一部位的烯醇盐：需要从形成碳负离子时的 条件上加以控制：
①动力学控制形成碳负离子部位碳氢被碱提取质子 的相对速度。一般在较低温度下和体积较大的碱 条件下，易使碳负离子在位阻较小部位的碳-氢键 处形成；
②热力学控制两种碳负离子能相互转化并达到平衡， 一般在较高温度、体积较小的碱条件下，取代基 较多部位的碳-氢键易于形成碳负离子 。
ClCH2CO2Et RONa
ClC-HCO2Et RCO
Cl R2C C CO2Et
链增长1~3个碳原子。
O RCH2 C R + B-
O RCH C R' + BH
R CH
OC R'
( R'=H,R )
O RCH2 C R
O
RC- HC R' RCH2 O-
O CH3 Br
O O CH3
C
1.2 碳负离子反应 1.2.1与含羰基的化合物反应 C-形成后，它虽然是共振稳定的，但仍具有
很高的能量，可以发生多种亲核加成反应：
与含羰基的化合物反应
C+ C O
CCO
醛、酮在碱作用下，形成的烯醇负离子是双位性负离
子。可以发生氧负和碳负的两位加成。反应可以使碳
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：
形成单一部位的烯醇盐：需要从形成碳负离子时的 条件上加以控制：
①动力学控制形成碳负离子部位碳氢被碱提取质子 的相对速度。一般在较低温度下和体积较大的碱 条件下，易使碳负离子在位阻较小部位的碳-氢键 处形成；
②热力学控制两种碳负离子能相互转化并达到平衡， 一般在较高温度、体积较小的碱条件下，取代基 较多部位的碳-氢键易于形成碳负离子 。
ClCH2CO2Et RONa
ClC-HCO2Et RCO
Cl R2C C CO2Et
链增长1~3个碳原子。
O RCH2 C R + B-
O RCH C R' + BH
R CH
OC R'
( R'=H,R )
O RCH2 C R
O
RC- HC R' RCH2 O-
碳负离子的反应_图文
第一节 缩合反应
两个或多个有机化合物通过反映，形成 一个新的较大分子的反应都可称为缩合 反应。
缩合剂—缩合反应通常需要在酸或碱性 试剂催化下进行，此时的催化剂又专称 为缩合剂。
一、羟醛缩合型反应
两分子含有α-氢原子的醛在酸或碱的催化下（
通常使用稀碱），相互结合形成β-羟基醛的反应称为
羟醛缩合反应（aldol condensation），也称为醇
碳负离子带有一个单位负电荷，通常是四面 体构型，其中孤对电子占一个sp3 杂化轨道。 通过比较相应酸的酸性大小，可以大致判断碳 负离子的稳定性大小。一般地，具有能稳定负 电荷的基团的碳负离子具有较高的稳定性。这 些基团可以是苯基、电负性较强的杂原子（如 O,N，基团如-NO2、-C（=O）-、-CO2R、SO2-、-CN和-CONR2等）或末端炔烃（也可 看作电负性的缘故）。
Br(CH2)4Br 分子内的亲核取代
H+
-CO2
稀-OH
Michael(迈克尔) 加成反应
迈克尔加成反应就是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，其反应通式为：
从形式上看是对C=C的加成，而实际上是通过1,4加成反 应后，再通过烯醇式与酮式互变而成的。
反应机理
第一步：
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。
醛缩合反应。例如：乙醛在稀碱作用下缩合生成3-羟
碳负离子缩合反应
共轭不饱和醛酮
反应特征：
(1) 烯醇负离子是一种两位负离子，在羟醛缩合反 应中，主要是烯醇负离子旳C-端去攻打。
(2) 在酸性及强碱性条件下易失水，一般旳碱性 条件，加热时失水。所以，如要制备-羟基醛、 -羟基酮，一般采用弱碱性催化剂，温度较低旳反 应条件。
三、羟醛缩合反应旳分类
*1 本身缩合 分子间缩合，分子内缩合
碱
共轭酸
pKa
O
O
[C2H5CCH2]-
C2H5CCH3
~20
[(CH3)2CH]2NLi [(CH3)2CH]2NH
40
② 制烯醇盐: 总是中和取代至少旳碳上旳H
O
CH3CCH2CH3 + LDA OLi
THF, -78oC CH2=C-CH2CH3 + (i-Pr)2NH
醛不能直接制成烯醇锂盐，因为醛羰基太活泼， 制成旳锂盐会与它反应。所以，在制锂盐时，必 须先加以保护。
第十五章 碳负离子 缩合反应
exit
第一节 氢碳酸旳概念和α氢旳酸性
烃(CH4, R-H)能够看作是一种氢碳酸，类似于 NH3, H2O, HX。
CH4
CH3- + H+ Ka 或 pKa
按电离出H+旳能力旳大小，他们 酸性强弱顺 序应该是：
CH4 < NH3 < H2O < HX
强无机酸 > 羧酸 > 碳酸 > 酚 > 水 > 醇 > 炔
O CH3-C-CH2-H + CH2O + HN
R R'
H+
O
CH3-C-CH2-CH2N
R R'
- 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、"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、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)。
-CO2
CH3
(1)OH /H2O (2)H /
+
R O R CH C CH3
C2H5ONa R-X
-CO2
• α-烃基化反应时宜采用伯卤代烃。因叔卤烃在碱性条件下 易发生消除反应，仲卤烃也因伴随有消除反应而产率低， 芳卤代烃则由于很不活泼而难反应。
酰化反应中一般选用NaH代替醇钠作为碱，以避免反应中的 醇与酰卤反应。
(1)OH /H2O (2)H+/
O
O
-CO2 H3C C CH2 CH2 H2C C CH3
“乙酰乙酸乙酯的合成应用”
O O C2H5ONa H3C C CH2 C OEt
1) NaOH 2) RCOX 3) H2O
O O H3C C CH2 C OEt
1) RX 2) H2O
O O H3C C CH C OEt COR
15.8.4 β-二羰基化合物的烃基化、酰基化反应
“三乙”在合成上的应用
O O H3C C CH2 C OC2H5 C2H5ONa O O R-X O O H3C C CH C OC2H5 H H3C C C C OC2H5 R
(1)OH /H2O (2)H /
+
O R CH2 C
O R O H3C C C C OC2H5 R
(2) NH4Cl O O H C C CH2 C CH3 COR
例题: 如何实现下列转换
CH3 O CH3 O
引入醛基 的目的是 帮助定向。
n-C4H9
CH3
O
C2H5ONa HCOOC2H5
CH3
O
CHO
烷 基 化 反 应 产 物
15.9 β-二羰基化合物在有机合成中的应用
乙酰乙酸乙酯
酮式分解：乙酰乙酸乙酯在稀碱中水解生成乙酰乙酸盐，
酸化后加热脱羧生成丙酮。
:O : O O O .. 稀 OH : H3C C CH2 C O H3C C CH2 C OEt . . H2O O ∆ H2 O H H3C C CH2
COOC2H5 + COOC2H5
COOC2H5 COOC2H5 COOC2H5 (1) C2H5ONa O O (2) H O
3
COOC2H5
15.7.4 酮与酯的缩合反应
当用酮与酯或酮酸酯本身进行缩合时，主要产物是β-二酮。
C6H5COOC2H5 + CH3COC6H5 (1) C2H5ONa (2) H3O C6H5COCH2COC6H5 + C2H5OH
1) 稀OH2) H+,∆
O H H3C C C COOEt R
1) EtONa 2) R'X 3) H2O
1) 稀OH2) H+,∆
O H3C C CH2 R
O O H3C C CH2 C R
O R H3C C C R'
O C OEt
1) 浓OH2) H+,∆
1) 稀OH2) H+,∆
R CH COOH R'
+
H
O H2C C OEt
H 2O
2CH3COOH
+ C2H5OH
β-羰基酯均能发生与乙酸乙酰乙酯类似的成酮或成酸分解反
应。例如：
(CH3)3CCOCH2COOC2H5 (1) OH(2) H
+
(CH3)3CCOCH3 + C2H5OH + CO2
(1) con. OH(2) H
+
(CH3)3CCOOH + CH2COOH
(1)OH /H2O (2)H /
O H3C C CH2 C4H9-n
+
-CO2
用2mol的乙酰乙酸乙酯与1mol的二卤代烃反应可制备二酮：
O O 2 H3C C CH2 C OC2H5 (2)ClCH Cl H3C C CH CH2 HC C CH3 2 COOC2H5 COOC2H5 (1)2C2H5ONa O O
O O NaH H3C C CH2 C OEt -H2
O H3C C CHCOOC2H5
O H3C C CHCOOC2H5
β-二酮
CH3COCH2COR RCOCH2COOH RCOCH3 取代甲基酮
RCO-X
O O H H3 C C C C OEt COR
H3C
O C CH2
O C OC2H5
H3C NaH
15.7.2 混合酯缩合反应
当采用不同的具有α-H的酯进行缩合时，可能有四种产物， 在合成上无意义。
CH3CH2COOC2H5 + CH3COOC2H5
四种产物
但若用含α氢的酯与无α氢且羰基比较活泼的酯进行酯缩 合时，可得到单一产物。如：
O HCOC2H5 + CH3COOC2H5
O H5C2OCOC2H5 + C6H5CH2COOC2H5
O COOC2H5 (1)OH /H2O C2H5 (2)H /
+
O -CO2 C2H5
练习题：由乙酰乙酸乙酯合成下列化合物
(1) O O O (2) C CH3 CCH2CH2CCH3
O
(3)
第（1）题：
O O C2H5ONa COCH2Br H3C C CH2 C OC2H5 (1)OH /H2O (2)H /
COOC2H5 COOC2H5
(1) C2H5ONa (2) H3O
O COOC2H5
丁二酸酯或戊二酸酯发生分子间的酯缩合或与草 酸酯缩合，生成相应的环酮酸酯。
COOC2H5 + O OC2H5 C2H5O O (1) C2H5ONa (2) H3O O COOC2H5 COOC2H5 O
COOC2H5
2 CH3COOC2H5 (1) C2H5ONa (2) H3O CH3COCH2COOC2H5 + C2H5OH
乙酰乙酸乙酯
OH O CH3-C = CH-C-OC2H5 (7.5%)
O
O
CH3-C-CH2-C-OC2H5
同时具有酮和烯醇的性质
反应机理：
(1) C2H5O + H O (2) CH3 C OC2H5 + CH2COOC2H5 CH2COOC2H5 CH2COOC2H5 + C2H5OH O CH3 C OC2H5 CH2COOC2H5
择性。
1NaNH2 O O 2NaNH2 CH3C CH2 C OEt NH3(l) O O H3C C CH- C OEt more stable O O H2C C CH- C OEt (1) R-X (2) NH4Cl RCH2COCH2COOEt (1) RCOOEt O O H2C C CH2 C OEt OH2 C C C H OC OEt
R CH2COOH
1) 浓 OH2) H+,∆
O R H3C C CH R'
由酯缩合反应生成的其他β-酮酸酯经水解和脱羧后，生 成各种结构的酮及环酮等，在合成上也有广泛的用途。
CH2CH2COOC2H5 (1)C H ONa 2 5 CH2CH2COOC2H5 (2)H+ O COOC2H5 C2H5ONa C2H5Br
(3) O CH3 C OC2H5 CH2COOC2H5 O CH3 C CH2COOC2H5 + C2H5O O CH3 C CH2COOC2H5 + C2H5O O CH3 C CHCOOC2H5 + C2H5OH H+ O CH3 C CH2COOC2H5
(4)
A. 若一个酯α碳上只有一个H，一方面由于增加了烃基的给 电子的诱导效应，酸性减弱了，在乙醇钠的作用下碳负 离子很难形成；另一方面由于生成的β酮酸酯中没有α-H， 不能成盐，即缺乏使平衡向右移动的推动力。所以，只 有一个α-H的酯在乙醇钠的作用下很难发生酯缩合反应。 B. 此时若采用一个很强的碱, 如三苯甲基钠，使第（1）步 平衡向右移动，产生大量的碳负离子，酯缩合反应也能 完成。
+
-CO2
产物
第（2）题解答：
O H3C C
O H3C C COOC2H5 Br
O O (1)C2H5ONa (2) Br Br O O
H3C C CH2 C OC2H5
H3C C CH C OC2H5 CH2CH2CH2CH2Br
O C2H5ONa O H3C C C (CH2)3CH2Br COOC2H5 H3C C COOC2H5 (1)OH /H O 2 (2)H /
(1) C2H5ONa (2) H3O
O HC CH2COOC2H5
(1) C2H5ONa (2) H3O
C6H5CH(COOC2H5)2
15.7.3 分子内的酯缩合反应
狄克曼（Dieckmann）反应：
己二酸酯或庚二酸酯发生分子内酯缩合反应，形成五元或六 元环β酮酸酯：
COOC2H5 COOC2H5 (1) C2H5ONa (2) H3O O COOC2H5
－ H2
O H C C O C
O C OC2H5 O C OC2H5
Na
H3C CH3COX O H C C COCH3 CH3COOC2H5 O C OC2H5
H C
CH3COOCOCH3
H3C
产 化 酰基 反应 物
• 在合成中常利用乙酰乙酸乙酯的酮式分解制备甲基酮：
O O H H3C C C C OC2H5 H3C C CH2 C OC2H5 (2)n-C4H9Br C4H9-n (1)C2H5ONa O O
第十五章 碳负离子缩合反应
15.1 氢碳酸的概念和α-氢的酸性
烃可以看作是一个氢碳酸。