第十二章 碳负离子反应
O
乙醛 在稀 碱催 化下 的反 应历 程
CH3CHO + OH
H3C H O C O + H2C C H
H2C CH + H2O
O H2C C H H3C C O H
O H2C C H H3C C OH β H
O H2C C H H3C C O H + H2O
+ OH
11
酸催化时碳负离子的形成:
R A B C C H O
C2H5O
=
=
=
C H2 C O C2H5
CH 2 C OC 2H5
28
pKa 16
pKa 24
=
①
H O α + CH2 C O C 2H5
=
C2H5OH
O
O
=
=
O
O
O O C2H5
O
=
=
=
②
C H3 C
+
C H2 C O C2H5
C H3 C C H2 C O C2H5
O C2H5
O
O
=
=
③
④
外消旋化
R A R C C B H O OH+
b
b
A B
C C
将通过互变异构发生消旋化,β手性碳构型不改变。
8
试写出下列化合物稳定烯醇式结构。
O 1. COOCH3 O 2. O N H H N O
1.
COOCH 3 O
COOCH 3 OH
O 2. O
H N O N H
HO N OH HO N
巴比妥酸
25
25
30
9
2
原因: (1)吸电子的诱导效应,使-C电子云密度降低;
(2)吸电子基团能使共轭碱的负离子离域化而稳定。
O R CH2 C CH3 O H+ + R CH C CH 3 O R CH C CH3
在亲核反应中常以碳负离子形式参加。
吸电子能力越强,吸电子基团越多,α-H的酸性越强。
乙酰乙酸乙酯负离子:
1. Claisen酯缩合 含α-H的酯在强碱(如:乙醇钠)催化下缩合,生成
β-酮酸酯的反应称为Claisen酯缩合。
(1) 相同酯的自身缩合
O CH3 C OC2H5
+
O O O C H ONa ① 2 5 CH3 C CH2 C OC2H5 CH3 C OC2H5 CH COOH ② 3
反应机理:
ClCHCOOEt
-Cl R1 R2 C O
26
H C
COOEt
O + ClCH2COOC2H5
t-BuOK
O
CH2COOC2H5
1) OH / H2O 2) H+
O
O CH C O H
OH C H
CHO
结果:羰基的位置增加一个醛基。
O Br CHO CH3ONa O O O C O H
27
二、酯缩合反应
需要稳定自身 通过恢复酮式
烯醇式
酸性条件优先生成
13
(一) 羟醛缩合反应 ①、羟醛缩合 β-羟基醛、α-β不饱和醛
②、羟酮缩合
β-羟基酮、α-β不饱和酮
AA + AB + BA + BB
③、交叉羟醛缩合 ④、共轭效应的影响
H H
C O + CH3CH=CHCHO OH
HOCH2CH2CH=CHCHO
25
(四)、Darzen(达 参)缩合 醛、酮与α-卤代酸酯在强碱催化下缩合生成α,β-环氧 羧酸酯的反应称为Darzen缩合。
R1 R2 C O + ClCH2COOEt EtONa R1 R2 C O H C COOEt
反应机理:
ClCH2COOEt
R1 R2 C O + EtONa O R1 R2 C H C Cl COOEt
C C
反应实质:酸酐的亚甲基与醛进行羟醛缩合。由于酸 酐的α-氢活性较低,催化剂羧酸盐又是弱碱,因此, 反应温度较高。
20
机理:
O CH
(CH3CO)2O + CH3COO
CH2COOCOCH3 + CH3COOH
+ CH2COCCH3 O O
CH O O O
O C CH2COCCH3 H O O
O
CHO + H3C C CH3
OH
C H
H C C CH3
O
加热直接脱水
15
⑥、分子内的羟醛缩合
O NaOH -H2O O O
O O
O
O
2,5-己二酮
O OH
- OH
经历碳负离子脱 -OH
产物以五、六元环为主(热力学稳定产物)。
16
O
O
NaOH -H2O
O O - OH O O
O
2,6-庚二酮
O NaOC2H5 C C H(R') R H2 O C C H
R
H(R')
O CH3CCHCOC2H5 O O O H3CC CH C OC2H5 O H3CC CH C OC2H5 O
pKa= 11
β- 二羰基化合物
3
当一个-CH2-与两个吸电子基团相连,酸性增加,称为 活泼亚甲基,该化合物称为含活泼亚甲基化合物。
常见的几个含活泼亚甲基化合物:
R O H2C O R R'O H2C O R'O R O H2C O R'O R'O O H2C O R'O CN H2C O NO2
30
(3) 分子内的Claisen酯缩合——Dieckmann缩合
CH2CH2COOC2H5 CH2CH2COOC2H5 ① C2H5ONa ,C6H6 ② H+ O β H α COOC2H5
Dieckmann缩合主要用于制备五元和六元环状β-酮酸酯。
31
4. 酯-酮缩合 在碱性条件下,醛(酮)的 α- 碳形成负碳离子对酯 羰基的亲核加成-消除反应,生成1,3-二酮。
9
下列化合物中,哪些能形成稳定的烯醇型?试写出 它们的酮型和烯醇型互变平衡式。
1. HO CH2CH2COOH O 3. HOOCCCH2COOH O COOCH3 2. CH3C CH O 4. CH3CC(CH3)2COOCH3 COOCH3
1和4不能形成稳定的烯醇型。2和3 存在酮型 和烯醇型互变平衡:
α-氢的性质
HCHO OH HCHO OH
(插烯规则)
(HOCH2)2CHCH=CHCHO (HOCH2)3CCH=CHCHO
14
⑤、芳香族醛酮的羟醛缩合
O O + OHC
NaOH/H2O 250C , 4h
OH C H
室温下缩合
O O + OHC
NaOH/H2O 25 C , 10d
0
C H
久置后脱水
O
O OH H3CC CH C OC2H5
1863(Geuther)
1、可使溴的四氯化碳溶 液褪色; 2、能使FeCl3溶液呈现紫 色; 3、能与乙酰氯作用成酯; 4、能与金属钠反应放出 H2。
5
现代物理学方法和化学的方法都证明乙酰 乙酸乙酯是一个酮式异构体和烯醇式异构体组 成的混合物。
O O α β CH3-C-CH2-C-OC2H5 酮式异构体 92.5% = = O OH CH3-C=CH-C-OC2H5 烯醇式异构体 7.5% =
肉桂酸
O CH3COONa CH COCCH 3 3 C H+ O O H C CH-C OH O
O
O
β- 呋喃 丙烯酸
H COOH H
分子内酯化
CHO CH3COONa OH (CH3CO)2O,
C C OH
O
O
22
香豆素
(三)、Knoevenagel(克脑文格尔)反应通式 醛酮在弱碱(氨、伯胺、仲胺、吡啶等有机碱)催化下 与含活泼亚甲基化合物的缩合,生成 c=c键,称为 Knoevenagel反应。 反应通式
C H3 C C H2 C O C2H5
+
C2H5O
O
O
O
O
CH3 C CH2 C OC2H5 + C2H5O
CH3 C CH C O C2H5
芳香酸酯的羰基碳正电性下降,须强碱,以增大烯醇负离子浓度。
O COOCH3 + CH C OC2H5 ① NaH + 3 ② H3O O O C CH2 C OC2H5
O O α O ① C2H5ONa β HCOOC2H5 + CH3 C OC2H5 H C CH2 C OC2H5 ② CH3COOH
O ① C2H5ONa COOC2H5 O + CH3 C OC2H5 α β ② CH3COOH CO CH C OC H COOC2H5 2 2 5 COOC2H5
R
R
OH
+H
+
A B
C C H
- H+
A
C C B
OH
R A C C B OH A
R C C B OH+
决速步骤
在烯醇式向酮式转变时产生碳负离子。
12
碱催化时碳负离子的形成:
R H A B C C O
R
R A C C B O
OH
- H2O
A
C C B
O
碳负离子通过生成烯醇式来稳定自己。
碳负离子
碱性条件优先生成
X Y
CH2 + O C
R R'