1) NaCN, H2O 2) H2SO4
OH CH3CCH3 CN
与亚硫酸氢钠的加成
OH C O + NaHSO3 C SO3Na
O CH3 + NaHSO3 O
O CH3 SO3Na O
与金属有机物的加成
OM C O + R M C R
HC CNa O NH3, -35 C
ONa H O 3 C H
C-H键的异裂
C H + B
共轭酸
C + HB
共轭碱
碳原子酸
HC
CH
NaNH3 液 NH3
NaNH3 液 NH3
HC
CNa
NH3
Ph3C H
Ph3CNa
NaOEt
NH3
CH3COCH2COOEt
CH3COCHCOOEt
O H C C
O C C
O C C
H N C C H O2N C
N C C
N C C
邻近原子有孤对电子时 碳负离子稳定性降低
CH3OCH2
+
CH3O=CH2 .. .. CH3O---CH2
+
很稳定
CH3O-CH2-
很不稳定
3) 应 共轭效应
与共轭体系相连时 负电荷分散稳定性增加
PhCH3 pKa 35 Ph2CH2 Ph3CH 32 30
R-CH=CH-CH2
CH2
-
H
H
-C效应的影响
-H2O O O O
Cl Ti Cl Cl
二.Knoevenagel-Doebner 缩合
在弱碱作用下 醛和酮与含有活泼亚甲基 的化合物失水缩合的反应
R O + (H)R
X CH2 Y R C (H)R Y X
-COOH, -COR, -CN, -NO2, -COOR
CHO + CH2(CO2Et)2
RCH2C=CCOR R R
R CHCOR
2CH3CHO
OH
CH3CHCH2CHO OH
CH3CH=CHCHO
2CH3(CH2)2CHO
OH
CH3(CH2)2CHCHCHO OHCH2CH3
CH3(CH2)2CH=CCHO CH2CH3
羟醛缩合反应中碳碳键形成的立体化学 与加成反应中椅式环己烷过渡态构象有关
SP3杂化的角锥形构型容易发生反转 反转是通过中心碳原子的再杂化 由SP3杂化转变为SP2杂化 最后达到平衡
R2 R1 R3
:
R
1
R R
2
3
R1
:
R3 R2
: SP3杂化
SP3杂化
SP2杂化
光学活性
C6H12
-70
º C,20%光学活性 0 º 外消旋化 C,
H H H 1)CO2 BuLi C6H12 C CH3 C6H12 C CH3 C CH3 2)H3O COOH Li I
过渡态的构象取决于碳负离子共振结构中 烯醇离子的Z、E型结构 及反应属动力学控制还是热力学控制有关
R1 H R2 R O O
M
R2 R1 O R OH
E型烯醇盐
anti(threo-)β-羟基酮
R1 H O R R2 z型烯醇盐 O
M
R2 R1 O R OH
syn(erythro-)β-羟基酮
H H3C
C(CH3)3 O
PhCHO (H C) C 3 3 O
CH3 Ph OH
羰基化合物中的取代基越大 这种立体选择性越强
环状结构的酮只能形成E型烯醇盐 产物以anti-产物为主
OLi PhCHO
O
OH Ph
羟醛缩合也可在酸的催化下进行
OH CH3C CH3
O H CH3CCH3
OH OH -H CH3C CH2 CH3C CH2 H
OHC-CH2-CHO CH3COCH2COCH3 NCCH2CN CH3NO2 pKa 5 9 11 10
杂化作用
C-H键中碳的ｓ成分越多 H越易以质子形式解离
H C
C H
H2C
CH2
CH3CH3 37
CH-
pKa
25
36.5
C- > H2C
42
Stability H C
>
CH3CH2-
7.5 重要的缩合反应
Ph Ph
R
CH3
S
Ph Ph
R
CH3 CH3
CH3
Nu S Ph
Ph
Cornforth规则
当酮的α-手性碳原子上连卤素原子 由于卤原子与羰基的偶极作用 O O L S S 优势构象是卤原子与羰基在对位交叉位置 L 试剂优先从空间位阻小的一边进攻 Nu
RX Nu X R
O H CH3 CH Cl
OH
C6H5 H 25% H源自O MeO BrMg-Me Ph Ph Me 1) NaBH4 2)H2O MeO Me
OH Ph + Me 90% Ph Ph MeO
OH Ph Me H 10%
Cram规则II
羰基邻位的不对称碳原子上有羟基、氨基等 能与羰基氧形成羟基的基团时 H Y 亲核试剂从含氢键环的L3 O YH OH L H O Li-CH O OH 空间阻碍小的一边对羰基加成 HO CH3Li Nu O O
A
加成反应 遵循规则 LiAlH4还原 NaBH4还原 格氏试剂加成
B
当羰基邻位 为手性碳原子
分子内无氢键
基团的大小L>M>S
O S Nu R L M S Nu
O L R
M
O C2H5 NaBH3-H C6H5 1) NaBH 4 H CH3 2)H2O C2H5 H
OH C6H5 + H 75% CH3 C2H5 H3C
sp3杂化 四面体
产物中基团拥挤程度增大。 R 越大，妨碍Nu:进攻C原子。
缓解角张力
O
HCN
OH CN
K=10000
O + HCN
OH CN
K=1000
角张力缓解程度不大
反应试剂
试剂的体积越小 反应越容易进行 试剂极化度越大 试剂亲核性越强 Et 反应越容易进行 HCN 反应越容易进行 K=38 Et2COH C O Et 3CHO + H 2O CH3CH(OH)2 K≈ 1 CH CN K≈ 104 CH3CHOH CH3CHO + HCN
空间效应 羰基相连基团越大 越不利于反应进行
H3C H3CH2C (H3C)3C (H3C)3C
C O + HCN
OH C H3CH2C CN
H3C
K>1
C O + HCN
OH C (H3C)3C CN
(H3C)3C
K<<1
Nu
R R'
C
O
R C R'
O Nu
sp2杂化 平面三角型
键角：120° 109°28 ′
7.4碳负离子
C
H
:B
C:- + BH+
共价键发生异裂 形成带有负电荷的 三价碳原子的原子团
1.碳负离子的结构
..
109º 28′
90º
C
sp3 杂化 棱锥型
C
sp2杂化 平面三角型
孤对电子处于sp3杂化轨道上 电子对间的排斥力小负碳离子稳定
简单的烷基碳负离子的 中心碳原子可能为SP3杂化的角锥形构型 未共享电子对占据正四面体的一个顶点 若孤对电子与邻近的不饱和原子团共轭 为SP2杂化平面构型
将分子间或分子内不相连的 两个碳原子连接起来的反应 称缩合反应 缩合反应的机理相似 (condengsation reaction) 在酸或碱的作用下形成亲核试剂 对羰基进行亲核加成
一.羟醛(Aldol)缩合反应
RCH2COR HB
B
RCHCOR OH RCH2CR -H2O
O RCH COR 2 RCH=CR
3
OH 1)C2H5MgBr 2)H2O H CH3 Cl CH3
C2H5
若α-手性碳原子上连接的烃基较大 空间效应与电子效应的作用相当 Cornforth规则不适用
O H Cl Ph 1)LiAlH4 2)H2O CH3 H H
OH Ph + Cl 40% CH3 H H3C
OH Ph H
Cl 60%
OH R' C R R''
O C OH H CN H SO3Na C CN OH C SO3Na OH H OH C OH OH H OR C OR OH H NHY C NHY C NY C OR OR
7.3 加成反应的立体选择性
羰基化合物的加成反应 有一定的立体选择性 可用来进行手性合成
Cram规则I
第七章 羰基化合物的反应
Reaction of carbonyl compounds
2010.5.3
反应机理 加成反应
加成消去反应 反应活性
反应立体选择性
重要的缩合反应
7.1 羰基化合物反应机理
平面结构

C

O
有极性
亲核加成
羰基的亲核加成反应机理
亲核试剂
R C O (H)R' R + Nu (H)R' C Nu O
Et
Et
C O
CH3 >3 NHCOH OH 10-4 > K=4× NaHSO 2 CN Et
2
SO3Na
7.2 羰基加成反应
与氢氰酸的加成 与亚硫酸氢钠的加成 与金属有机物的加成 与水的加成 与醇的加成 与胺及氨的衍生物的加成 与格氏试剂的加成