最新第14章 碳负离子的反应
碳负离子的反应
第14章 碳负离子的反应——β-二羰基化合物§14.1 α-H 的酸性和互变异构14.1.1 α-H 的酸性 1、?-H 的酸性在有机化学中，与官能团直接相连的碳原子均称为?-C ；?-C 上的氢原子均称为?-H 。
?-H 以质子形式解离下来的能力，即为?-H 的活性或?-H 的酸性。
因此烃也可叫做氢碳酸。
表14-1-1 常见化合物?-H 的p K a 值羧酸衍生物中的?-H 的活性一般比醛酮为弱，但酰氯中由于氯原子与羰基的共轭程度差且吸电子效应强，反而使其?-H 的酸性增强。
酸性大小： 酰氯＞醛、酮＞酯＞酰胺 Cl ：吸电子诱导＞给电子共轭 O ：给电子共轭＞吸电子诱导 2、影响?-H 的酸性的因素1）?-C 所连接的官能团及其官能团的吸电子能力。
总的吸电子能力越强，?-H 的酸性就越大； 2）取决于氢解离后生成的碳负离子(carbanion)结构的稳定性。
负离子上电子的离域范围越大越稳定；3）分子的几何形状、介质的介电常数、溶剂等都有关系。
3、β-二羰基化合物α-H 的活性分析乙酰乙酸乙酯是一个典型的1，3-二羰基化合物，由于受两个羰基的吸电子作用，亚甲基上的H 特别活泼，和碱作用形成稳定的负离子。
负离子特别稳定是因为负离子可以同时和两个羰基发生共轭作用，具有比较广泛的离域范围。
烯醇负离子其他1，3-二羰基化合物情况相似，其他的吸电子基团如硝基、氰基等与羰基作用相同在含有氢的碳原子上连有两个吸电子基团的化合物都含有一个活泼的亚甲基，它们统称为含活泼亚甲基（氢 ）的化合物。
β-二酮 β-羰基酸酯 丙二酸酯 氰乙酸酯 硝基乙酸酯 活泼氢化合物的双重反应性能： 碳负离子 烯醇负离子 氧负离子 一般情况下，这些物质在反应时可以看作是碳负离子对其它官能团的亲核加成反应。
14.1.2 酮式和烯醇式的互变异构可以看作是活泼H 可以在α-C 和羰基O 之间来回移动。
1、酸碱对互变平衡的影响痕量的酸、碱甚至是玻璃仪器都能促使平衡的快速建立。
碳负离子的反应
COOC2H5
稀-OH
H+
O CH3C
t
COOH
-CO2
O CCH3
选用合适的原料制备下列结构的化合物
O
O
O
CH3CCH2CH2CH2COH
O O CH3CCH2COEt EtO
-
ClCH2CH2COEt
O CH3C-CH-COOEt CH2CH2COOC2H5
OH H 2O
-
H
+
指含有α 指含有α～H的酯与不含α～H的酯在碱催化下所发生 的酯与不含α 的缩合反应。 的缩合反应。
例如
O O 1. NaOC2H5 2. H
+
O
O
HCOC2H5 + HCH2COC2H5
HCCH2COC2H5
79% 3—氧代丙酸乙酯
这是在分子中引入甲酰基的一个很好的反应。 这是在分子中引入甲酰基的一个很好的反应。
C6H5CHO + (CH3CO)2O
CH3COOK 170℃ ℃
C6H5CH =CHCOOH
+ CH3COOH
通式： 通式：
O ArCHO + R R CH2 C CH2 C O O
RCH2COOK or K2CO3
肉桂酸
ArCH
C R
COOH
α,β-不饱和酸
+ RCH2COOH
反应机理： 反应机理：
O R O R R R' CO2Et
雷弗马斯基(Reformatsky) (Reformatsky)反应 5 雷弗马斯基(Reformatsky)反应
OZnBr RCHO BrCH2COOC2H5 BrZnCH2COOC2H5 RCH CH2COOC2H5 OH (1) OH OH H2 O RCHCH 2COOC2H5 (2) H RCHCH2COOH+ C2H5OH
《碳负离子的反应》课件
防护措施
禁止事项
应急处理
废弃物处理
实验时需佩戴实验服、 护目镜等防护装备。
禁止在实验过程中饮食 、吸烟等行为。
熟悉实验中可能发生的 意外情况及处理方法。
按规定正确处理实验废 弃物。
实验废弃物的处理
分类处理
根据废弃物的性质进行分类， 如有机废弃物、无机废弃物等
。
回收利用
部分废弃物可进行回收利用， 以节约资源。
副产物的生成。
06
碳负离子反应的实验操作 与安全注意事项
实验操作规程
01
02
03
04
实验前的准备
确保实验室环境整洁，检查实 验器材是否齐全、完好。
试剂取用
按照需求适量取用，避免浪费 或不足。
操作步骤
按照规定的顺序进行实验操作 ，不可省略或颠倒。
数据记录
实时记录实验数据，确保准确 无误。
安全注意事项
安全处置
对于无法回收利用的废弃物， 需按照规定进行安全处置。
记录存档
对废弃物的处理过程进行记录 ，并存档备查。
THANKS
感谢观看
自由基反应
总结词
自由基反应是碳负离子与自由基的反 应，通常发生在碳负离子的未共用电 子对被自由基的空轨道接收的过程中 。
详细描述
在自由基反应中，碳负离子与自由基 相互作用，形成新的碳-碳键或碳-自 由基键。这种反应通常在高温或光照 条件下进行，有利于自由基的形成和 反应。
光化学反应
总结词
光化学反应是碳负离子在光的作用下发 生的化学反应，通常需要特定波长的光 照射。
β-羟基酸酯的合成
总结词
β-羟基酸酯是有机合成中的一种特殊结构， 碳负离子可以用于合成β-羟基酸酯。
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。
碳负离子的反应
官能团转化反应
卤代烃的水解反应
卤代烃在碱性条件下生成碳负离 子，与水发生亲核取代反应生成 醇。
酯的水解反应
酯在碱性条件下生成碳负离子， 与水发生亲核取代反应生成羧酸 和醇。
立体选择性反应
烯烃的顺反异构化反应
在光照或加热条件下，烯烃与卤素发生 加成反应生成卤代烷，卤代烷在碱性条 件下生成碳负离子，再与另一分子烯烃 发生亲核加成反应，生成具有立体选择 性的顺反异构体。
碳负离子的反应
汇报人：XX
• 碳负离子概述 • 碳负离子的反应类型 • 碳负离子在有机合成中的应用 • 碳负离子的反应机理与动力学 • 碳负离子的实验方法与检测技术 • 碳负离子的应用前景与挑战
01
碳负离子概述
定义与性质
定义
碳负离子是指带有负电荷的碳原子， 通常表示为$C^-$。它是许多有机化 学反应中的重要中间体。
自由基反应
自由基引发
在某些条件下，如高温或过氧化物存在下，碳负离子可以引发自由基链式反应。通过均裂产生自由基，进而引发 后续的自由基传递和终止步骤。
自由基加成
碳负离子可以作为自由基受体，与自由基发生加成反应。例如，在烯烃的自由基加成反应中，碳负离子与烯烃中 的双键发生加成，生成新的自由基中间体。
电化学反应
性质
碳负离子具有亲核性，可以与亲电试 剂发生反应。它的稳定性取决于其所 处的化学环境，如溶剂、温度、pH值 等。
结构与稳定性
结构
碳负离子的结构通常是一个或多个碳 原子通过共价键与其他原子或基团相 连，并带有一个负电荷。这个负电荷 可以通过共振结构进行分散，从而提 高其稳定性。
稳定性
碳负离子的稳定性与其结构密切相关 。一般来说，具有较大共轭体系或能 够通过共振稳定化的碳负离子更稳定 。例如，苯基负离子比甲基负离子更 稳定。
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 。
碳负离子的反应
（二）克脑文格尔反应
定义：在弱碱性催化剂作用下,醛或酮与具 有活泼亚甲基的化合物的缩合反应,称为克 脑文格尔反应. 常用的碱性催化剂有吡啶、哌啶、胺等。 反应通式：
R R
/
C O + CH2
Y Y/
R R/ C C
Y Y/
Y或 Y/ = COR COOR COOH CN
NO 2 等
反应机理
Y H2C Y
CH2 — C
CH2—CH2
C2H5ONa -C2H5OH
-
CH2 — C CH2 CH2 CH2—CH2
=
CH2 CH2 — C CH-COOC2H5 CH2 CH2—CH2 O
Oຫໍສະໝຸດ ==反 应 特 征
反应物：具有H,并能够形成五、六元环的二元羧酸酯。 催化剂：C2H5ONa 产 物：环状-酮酸酯 过 程：-C2H5OH
抗变态反应药物曲尼司特中间体3-(3,4-二甲氧 苯基丙烯酸的合成.
CHO 丙二酸
CH = CHCOOH
CH = CHCONH COOH
OCH3 吡啶/哌啶 OCH3
OCH3 OCH3 91%
OCH3 OCH3 曲尼司特
3-(3,4-二甲氧苯基)丙烯酸
酮一般不与丙二酸与丙二酸酯作用，但可与活性 更强的氰乙酸酯反应，缩合产物经水解、脱羧也可制 得不饱和酸。
（三）达琴反应
定义:在強碱(醇钠、氨基钠）作用下,醛、酮与α-卤代 酸酯反应，生成α，β-环氧酸酯的反应称为达琴反应。 通式：
R R/(H) C=O +
ClCH2COOC2H5
C2H5O Na
R
R/(H)
O C - CHCOOC2H5
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
有机化学碳负离子的反应
O R'O C
CHR
H
B
酯
O R'O C CHR
烷氧基烯醇负离子
O
β
Rγ
α
R'
H
B (γ 位 H 有
弱酸性)
α,β-不饱和 羰基化合物
β
O
Rγ
α
R'
共轭烯醇负离子
O R'O C CHR
O β
Rγ
α
R'
O
N CH2
O
H
B
O H3C S CH2
OH
B
N C CH2 H B
O N CH2
O
O
H3C
S CH2 O
¾芳醛中羰基化合物的反应活性受电子效应和空间结 构位置的影响，空间位阻较大时它将起主要的作用。
¾当苯环上为烷基时，由于烷基是给电子的基团，又 有位阻使反应物羰基活性下降，反应难以进行，产率 也低。
¾邻位甲基的位阻十分明显，导致不发生反应。
¾当苯环上有吸电子基团时有利于反应进行，不仅反 应的速度加快，并且产率也大大增加。
新型强碱
z 1. LDA 二异丙基胺锂 z 2. LHMDS六甲基二硅胺锂 z 3. LATMP四甲基哌啶锂
特点: z 1. 碱性强pKa大于33 z 2. 能溶解于非极性溶剂 z 3. 位阻大亲核性差
二、互变异构
O R' C CHR
H
O R' C CHR
B 烯醇负离子 (enolate)
（较稳定的共振式）
COOH
−CH=O + H2C
COOH
NH3,C2H5OH -H2O
COOH −CH=CHC
第十四章有机合成与相关有机反应小结介绍
1o 醇 2o 醇（R' = H） 3o 醇
NaOEt / HOEt
CO2Et O CH3
Michael 加成，分子内醇醛缩合。
5. 己二酸和庚二酸受热后则同时发生失水和脱羧, 生成：
五元环酮和六元环酮
O C OH C OH O △ O H2C H2C H2C H2 C H2 C O C OH C OH O △ O
H2C H2C
H2 C H2 C
O RMgBr BrZnCH2 OEt
酰氯、酸酐、酯
C C
二、 成环反应
1. 狄尔斯-阿尔德(Diels-Alder)反应
G W + G G G G
(六元环)
G W
W
2. 分子内傅瑞德尔-克拉夫茨(Friedel-Crafts)反应 (五元、六元环的合成)
Cl AlCl3
O G O O AlCl3 G HO
SN2
O (1) R C C Na (2) H 2O R' R
高级炔烃
OH C C CH2CH R'
SN2
b-炔基醇
炔基负离子
(1) R'
O C
OH R"(H) R C C C R"(H)
亲核试剂
(2) H2 O
亲核加成
R' a-炔基醇（炔丙型醇）
《碳负离子的反应》课件
2 碳负离子反应多种多样，具有重要的应用价值
碳负离子可以发生取代、消除和加成等多种反应，广泛应用于有机合成、制药化工和生 物化学领域。
3 进一步研究碳负离子反应的机理和应用前景具有重要意义
对碳负离子反应的深入研究有助于理解有机化学反应的机制，并且为新型反应的发展提 供了契机。
有机合成
碳负离子反应在有机合成中起 着至关重要的作用，可以用于 合成复杂的有机分子结构。
制药化工
许多药物和化工品的制备都离 不开碳负离子反应，它们成为 了现代化工领域的重要工具。
生物化学
碳负离子反应在生物化学研究 中也有广泛应用，有助于揭示 生命活动中的关键反应过程。
总结
1 碳负离子是有机化学中重要的反应中间体
《碳负离子的反应》PPT 课件
欢迎大家来到本课程的《碳负离子的反应》PPT课件。在本课程中，我们将深 入探讨碳负离子的概念，不同类型的反应以及它们的应用。让我们一起开始 这段知识之旅吧！
碳负离子的概念简介
定义
碳负离子是带有负电荷的碳 离子，作为重要的有机化学 反应中间体存在。
特性
碳负离子具有高度活泼性， 容易发生取代、消除和加成 等多种反应。
形成方式
碳负离子可以通过电子捐赠 基团的取代反应或者临近负 电荷基团的裂解而形成。
碳负离取代反应是碳负离子最常见的反应类型，包括单取代和多取代反应。
2
消除反应
碳负离子也可以发生β-消除反应，生成双键或三键化合物。
3
加成反应
加成反应是碳负离子与亲电性试剂形成新键，包括1,2-加成和1,4-加成。
碳负离子反应的实例
单取代反应的例子
第14章-β-二羰基化合物
与酰卤作用，引入酰基 酮式分解得-二酮
14.6 * 碳负离子和,-不饱和羰基化合物的共轭加成 ——麦克尔(Michael)反应
◆-二羰基化合物和碱作用生成稳定的碳负离子，可和
,-不饱和羰基化合物发生共轭（1，4）加成反应， 结果碳负离子加到碳原子上，碳原子上加H： 例如：
* *
• 水解、加热脱羧——1,5-二羰基化合物
第十四章 -二羰基化合物
本章主要内容: 1. -二羰基化合物的概念与典型化合物 2. -二羰基化合物的结构及反应特征 3.丙二酸二乙酯的制备与应用 4.乙酰乙酸乙酯的制备(Claisen酯缩合）与应用 5.碳负离子和,-不饱和羰基化合物的共轭
加成（Ｍichael加成反应）
14.1 -二羰基化合物的概念与典型化合物
◆分子中含有两个羰基官能团的化合物叫二羰基化合物； 其中两个羰基为一个亚甲基相间隔的化合物叫-二羰 基化合物。
◆-二羰基化合物的亚甲基对两个羰基来说都是位置， 所以-H特别活泼。 也叫含有活泼亚甲基的化合物。
14.2 -二羰基化合物的结构及反应特征
① 酸性：亚甲基同时受到两个羰基的影响，使-H 有较强的酸性（比醇和水强）。
室温
FeCl3 蓝紫色（具烯醇结构）
OH O CH3-C=CH-C-OC2H5
烯醇式(7%)
◆三乙可与金属钠作用放出H2，形成钠盐；使溴水褪色； 与FeCl3作用显色．这是烯醇式结构的典型性质.
◆ 烯醇式结构稳定的原因:
(a).形成共轭体系，降低了体系的内能:
OO
O H O
C H 3-C -C H 2-C -O C 2H 5
凡有-H原子的酯，在乙醇钠或其他碱性催化剂 （如氨基钠）存在下，都能进行克莱森酯缩合反应。 克莱森（酯）缩合反应是合成-二羰基化合物的方法。
碳负离子的反应_图文
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。
乙酰乙酸乙酯对石蕊呈中性，但能溶 解于稀氢氧化钠溶液中；不发生碘仿反 应。
（一）化学性质
与三氯化铁的显色反应 室温下，乙酰乙酸乙酯能以烯醇式异构 体的形式存在，所以，乙酰乙酸乙酯能 与三氯化铁发生颜色反应显紫色。 此反应可用于乙酰乙酸乙酯或部分β-酮 酸酯类化合物的定性鉴别。
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。
应用
迈克尔加成反应常与分子内的羟醛缩合反应联合起来构 建环，称为罗宾森环化反应。
当亲核试剂的两个位置都可以和α，β—不饱和羰基化 合物发生迈克尔加成反应时，反应大多发生在取代基 较多的碳原子上。
（1）苄基型或烯丙型一般较稳定； （2）碳正离子或碳自由基是：3°＞2°＞1°； （3）碳负离子则是1°＞2°＞3°。
碳负离子的反应
碳负离子的反应通常是指含活泼α氢 的化合物在碱性环境下以碳负离子或烯 醇氧负离子形式参与的亲核取代或亲和 加成反应。
碳负离子的反应是改变化合物碳的 骨架，增长碳链或在分子中引入新官能 团的重要手段，广泛运用与有机合成。
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 。
碳负离子反应
CH3COONH4
CH3C CHCOOH CH3
Dazen 反应
在强碱(醇钠、氨基钠等)作用下，醛、酮 与α-卤代酸酯反应，生成α,β-环氧酸酯
R O C CHCOOC2H5 (H)R'
R C O + ClCH2COOC2H5 (H)R'
C2H5ONa
O C2H5O + H CH COC2H5 Cl
缩合反应机理：
R CH2 CHO + HO－
O R CH2 C H
O
R
CH CHO + H2O
O
+ R
CH CHO
R CH2
C CH CHO H R
H2O
R CH2 C CH CHO H R
R CH 2
OH C CH H R CHO
+ OH－
2 羟醛缩合反应的衍生类型
（1） Peking 反应
（2）Knoevennagel 反应 （3）Dazen 反应
O
OC2H5
O O C OC2H5
交叉酯缩合反应
不同的具α －H 的酯进行酯缩合时，可能有四种 产物，在合成上无意义
CH3COOC2H5 和 CH3CH2COOC2H5
不具有α-氢的酯可以提供羰基，与具有α-氢的酯 进行酯缩合反应时，可得到较纯的产物。这种缩合 称为交叉酯缩合（crossed ester condensation）。
R－X R CH
COOC2H5 COOC2H5
H2 R C COOH
1. H2 2. H3+O,heat
O,OH-
1.EtONa EtOH 2.R’－X
O R CHC R' OH
第14章碳负离子的反应
第14章碳负离子的反应——β-二羰基化合物§α-H的酸性和互变异构α-H的酸性1、-H的酸性在有机化学中，与官能团直接相连的碳原子均称为-C；-C上的氢原子均称为-H。
-H以质子形式解离下来的能力，即为-H的活性或-H的酸性。
因此烃也可叫做氢碳酸。
表14-1-1 常见化合物-H的p K a值羧酸衍生物中的-H的活性一般比醛酮为弱，但酰氯中由于氯原子与羰基的共轭程度差且吸电子效应强，反而使其-H的酸性增强。
酸性大小：酰氯＞醛、酮＞酯＞酰胺Cl：吸电子诱导＞给电子共轭O：给电子共轭＞吸电子诱导2、影响-H的酸性的因素1）-C所连接的官能团及其官能团的吸电子能力。
总的吸电子能力越强，-H的酸性就越大；2）取决于氢解离后生成的碳负离子(carbanion)结构的稳定性。
负离子上电子的离域范围越大越稳定；3）分子的几何形状、介质的介电常数、溶剂等都有关系。
3、β-二羰基化合物α-H的活性分析乙酰乙酸乙酯是一个典型的1，3-二羰基化合物，由于受两个羰基的吸电子作用，亚甲基上的H 特别活泼，和碱作用形成稳定的负离子。
负离子特别稳定是因为负离子可以同时和两个羰基发生共轭作用，具有比较广泛的离域范围。
烯醇负离子其他1，3-二羰基化合物情况相似，其他的吸电子基团如硝基、氰基等与羰基作用相同在含有氢的碳原子上连有两个吸电子基团的化合物都含有一个活泼的亚甲基，它们统称为含活泼亚甲基（氢）的化合物。
β-二酮β-羰基酸酯丙二酸酯氰乙酸酯硝基乙酸酯活泼氢化合物的双重反应性能：碳负离子烯醇负离子氧负离子一般情况下，这些物质在反应时可以看作是碳负离子对其它官能团的亲核加成反应。
酮式和烯醇式的互变异构可以看作是活泼H可以在α-C和羰基O之间来回移动。
1、酸碱对互变平衡的影响痕量的酸、碱甚至是玻璃仪器都能促使平衡的快速建立。
（1）酸催化过程在酸催异构化过程中，酸首先与羰基氧原子作用形成 盐，其共轭碱——水再夺取-H形成烯醇。
碳负离子的反应及在合成中的应用
:O
H CH
O COEt
CH3C
2,4-戊二酮
O O
1
:
H O H 3C C C H
0.09
O C
CH3CCH2CCH3
与金属钠反应，使溴的CCl4溶液褪色 使FeCl3显色
1
:
3
14.2 酯缩合反应及其在有机合成中的应用 一、酯缩合反应 强碱 缩合 酸化 Claisen 酯缩合
O RCH 2CCH3
1) OH /H2O + 2) H , _
O
O
C2H5ONa
O
O
RX
O R
O
CH3CCH2COC2H5
CH3CCHCOC 2H5
CH3CCHCOC2H5
O CH3CCH
R R'
_ 1) OH /H2O CH3CCCOC2H5 + 2) H ,
OR O
C2H5ONa
R'-X
R'
RX、R’X: 伯、仲卤代烷
O + CH2(COOC2H5)2
C2H5ONa C2H5OH
2–环己烯酮
CH2 CH C
(C2H5)3N,叔丁醇 N + CH3CCH2CCH3 室温
3–氧代环己基丙二酸二乙酯 (90%) O O
CH(COOC2H5)2
丙烯腈
CH3CCHCCH3 O O
2,4–戊二酮
4–乙酰基–5–氧代己腈 (77%)
Br CH2 O CH2 H5C2OC C CH2 H5C2OC O
① 水解 ② 脱羧
Br
CH2 CH2 HOCCH CH2
O
第14章---碳负离子的反应
第14章碳负离子的反应——β-二羰基化合物§14.1 α-H的酸性和互变异构14.1.1 α-H的酸性1、a-H的酸性在有机化学中，与官能团直接相连的碳原子均称为a-C；a-C上的氢原子均称为a-H。
a-H以质子形式解离下来的能力，即为a-H的活性或a-H的酸性。
因此烃也可叫做氢碳酸。
表14-1-1 常见化合物a-H的p K a值羧酸衍生物中的a-H的活性一般比醛酮为弱，但酰氯中由于氯原子与羰基的共轭程度差且吸电子效应强，反而使其a-H的酸性增强。
酸性大小：酰氯＞醛、酮＞酯＞酰胺Cl：吸电子诱导＞给电子共轭O：给电子共轭＞吸电子诱导2、影响a-H的酸性的因素1）a-C所连接的官能团及其官能团的吸电子能力。
总的吸电子能力越强，a-H的酸性就越大；2）取决于氢解离后生成的碳负离子(carbanion)结构的稳定性。
负离子上电子的离域范围越大越稳定；3）分子的几何形状、介质的介电常数、溶剂等都有关系。
3、β-二羰基化合物α-H的活性分析乙酰乙酸乙酯是一个典型的1，3-二羰基化合物，由于受两个羰基的吸电子作用，亚甲基上的H 特别活泼，和碱作用形成稳定的负离子。
负离子特别稳定是因为负离子可以同时和两个羰基发生共轭作用，具有比较广泛的离域范围。
烯醇负离子其他1，3-二羰基化合物情况相似，其他的吸电子基团如硝基、氰基等与羰基作用相同在含有氢的碳原子上连有两个吸电子基团的化合物都含有一个活泼的亚甲基，它们统称为含活泼亚甲基（氢）的化合物。
β-二酮β-羰基酸酯丙二酸酯氰乙酸酯硝基乙酸酯活泼氢化合物的双重反应性能：碳负离子烯醇负离子氧负离子一般情况下，这些物质在反应时可以看作是碳负离子对其它官能团的亲核加成反应。
14.1.2 酮式和烯醇式的互变异构可以看作是活泼H可以在α-C和羰基O之间来回移动。
1、酸碱对互变平衡的影响痕量的酸、碱甚至是玻璃仪器都能促使平衡的快速建立。
（1）酸催化过程在酸催异构化过程中，酸首先与羰基氧原子作用形成 盐，其共轭碱——水再夺取a-H形成烯醇。
有机化学碳负离子的反应
新型强碱
z 1. LDA 二异丙基胺锂 z 2. LHMDS六甲基二硅胺锂 z 3. LATMP四甲基哌啶锂
特点: z 1. 碱性强pKa大于33 z 2. 能溶解于非极性溶剂 z 3. 位阻大亲核性差
二、互变异构
O R' C CHR
H
O R' C CHR
B 烯醇负离子 (enolate)
（较稳定的共振式）
¾一般生成的β-芳基-α,β-不饱和羧酸为反式构型。
¾Perkin反应制备β－芳基丙稀酸衍生物的收率一般 不如Knoevenagel反应高，但前者所用原料较容易获得。
¾Perkin反应的所有原料必须仔细干燥，以便使酸酐 水解的可能性降到最低限度；在反应中，若有水存 在，则产物的收率降低。
（二）Knoevenagel(克脑文格尔)反应
O H CH2 CCH3
O H CH2 C
O H CH2N
O
pKa
~24 20 16 10.2
z 一些羰基 α-H酸性的 比较
α-双羰基化 合物（双活 化），α-氢 酸性相对较 强。
化合物
O
H2C C OC2H5
H O
H2C C CH3
O C2H5O C
H O
CH C OC2H5
H
O
O
H3C C CH C OC2H5
COOH
−CH=O + H2C
COOH
NH3,C2H5OH -H2O
COOH −CH=CHC
COOH
-CO2
−CH=CH8 0CO% OH 70～
例4：
例5：
O+
H2C
O CO2C2H5 CH3CO-NH4+
- 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)。
第14章碳负离子的反应12——β-二羰基化合物3§14.1 α-H的酸性和互变异构414.1.1 α-H的酸性51、-H的酸性6在有机化学中，与官能团直接相连的碳原子均称为-C；-C上的氢原子均称为-H。
78-H以质子形式解离下来的能力，即为-H的活性或-H的酸性。
因此烃也可叫做氢碳酸。
9表14-1-1 常见化合物-H的p K a值1011羧酸衍生物中的-H的活性一般比醛酮为弱，但酰氯中由于氯原子与羰基的共轭程度差且吸电12子效应强，反而使其-H的酸性增强。
13酸性大小：酰氯＞醛、酮＞酯＞酰胺14Cl：吸电子诱导＞给电子共轭151617O：给电子共轭＞吸电子诱导182、影响-H的酸性的因素1）-C 所连接的官能团及其官能团的吸电子能力。
总的吸电子能力越强，-H 的酸性就越大； 19 2）取决于氢解离后生成的碳负离子(carbanion)结构的稳定性。
负离子上电子的离域范围越大20 越稳定；2122 3）分子的几何形状、介质的介电常数、溶剂等都有关系。
23 3、β-二羰基化合物α-H 的活性分析24 乙酰乙酸乙酯是一个典型的1，3-二羰基化合物，由于受两个羰基的吸电子作用，亚甲基上的H 25 特别活泼，和碱作用形成稳定的负离子。
负离子特别稳定是因为负离子可以同时和两个羰基发生26 共轭作用，具有比较广泛的离域范围。
2728 烯醇负离子29 其他1，3-二羰基化合物情况相似，其他的吸电子基团如硝基、氰基等与羰基作用相同在含30 有氢的碳原子上连有两个吸电子基团的化合物都含有一个活泼的亚甲基，它们统称为含活泼亚甲31 基（氢 ）的化合物。
3233 β-二酮 β-羰基酸酯 丙二酸酯 氰乙酸酯 硝基乙酸酯 34 活泼氢化合物的双重反应性能：3536 碳负离子 烯醇负离子 氧负离子 37 一般情况下，这些物质在反应时可以看作是碳负离子对其它官能团的亲核加成反应。
3839 14.1.2 酮式和烯醇式的互变异构40两个羰基被一个碳原子隔开的化合物；当同一碳原子上41 可以看作是活泼H 可以在α-C 和羰基O 之间来回移动。
42 1、酸碱对互变平衡的影响43 痕量的酸、碱甚至是玻璃仪器都能促使平衡的快速建立。
44 （1）酸催化过程45 在酸催异构化过程中，酸首先与羰基氧原子作用形成 盐，其共轭碱——水再夺取-H 形成烯46 醇。
474849 （2）碱催化过程50 碳可以直接和α-H 结合，同时形成一个碳负离子。
通过电子对的转移，碳上的负电荷转移到氧51 上，形成烯醇负离子。
525354 2、化合物的结构对互变平衡的影响55 通常，单羰基化合物中的烯醇式异构体含量很少。
5657 -二羰基结构的化合物，在平衡状态下其烯醇式的含量较高。
通常以平衡混合物的形式存在。
58酮式中碳氧π键比烯醇式中碳碳π键更稳定！596061例：乙酰乙酸乙酯（三乙）6263酮式 92.5% 烯醇式 7.5%64b.p.=41℃(267Pa) b.p.=33℃(267Pa)65这类化合物的烯醇式异构体具有较大稳定性的原因有二：66①通过分子内氢键，形成稳定的六元环状化合物；6768②羟基氧上的未共用电子对，可以通过p-π共轭发生离域，使分子内能降低。
6970在一些含氮化合物中也常发生互变异构现象：71724、异构化对化学性质的影响73（1）与FeCl3的显色反应（烯醇式含量多的物质）；7475（2）与溴的四氯化碳溶液加成；76（3）-H氘代（快速确定-H 的个数）；777879（4）构型变化。
8081如-C是手性中心并且手性碳上有氢原子，会发生外消旋化。
8283如-C不是手性中心则不会发生外消旋化。
84858614.1.3 碳负离子形成及其基本原理1、碳负离子的形成及其稳定性8788碳负离子是以一个带有负电荷的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。
89如甲基负离子、烯丙基负离子、苄基负离子、三苯甲基负离子等。
90碳负离子可以通过金属有机化合物异裂而产生。
碳氢键的碳原子上存在吸电子基时易形成碳负91离子。
如：92（1）内部条件93能形成碳负离子的化合物从结构上讲，至少含有一个氢的碳原子的邻位要有一个活化基团，一94些带有双键或叁键的吸电子基团C=O、NO2、SO2、CN、C≡C等都是活化基团。
95活化基团的作用：96①由于其吸电子作用，使氢碳酸的酸性增加，而容易脱质子化；97②使形成的CӨ的负电荷离域而趋于稳定。
9899活化基团的强弱顺序：-NO2＞-C=O＞-SO2＞-COOR＞-CN＞-C≡CH＞-C6H5＞-CH=CH2＞-R100除了要有一个活化基团外，分子中的其它基团的空间效应和电子效应对C—的形成和稳定性也有101影响，其中空间阻碍影响最大。
102（2）外部条件103有了一个带有活化基团的化合物后，还必须加入碱，才能把α-H交换下来，形成碳负离子。
104选择强度适合的碱，酸性弱的α-H要用强碱，反之用较弱的碱。
105在选择碱的时候，还要分清哪些碱是强亲质子性的（与质子结合的能力），哪些碱是强亲核性的106（与碳正离子的结合能力），哪些是两种都有的。
这是因为在形成CӨ的过程中，碱可能进攻碳原子，107也可能进攻质子氢。
108109一般来说，亲核试剂的亲核性能大致与其碱性的强弱次序相对应。
对具有相同进攻原子的亲核110试剂，碱性愈强者，亲核性愈强。
111下面列出常用碱的性能：112（1）具有强亲质子和强亲核能力的碱：HOӨ，CH3OӨ，C2H5OӨ，RSӨ，CNӨ等；113（2）具有强亲质子弱亲核能力的碱：HӨ，NH2Ө；114（3）具有强亲质子相当弱亲核性的碱：Et2NӨ，C6H5NӨ，Me3Si-NӨ。
115在形成碳负离子的外部因素中，还应指出的是溶剂的影响。
假如溶剂的酸性比氢碳酸强的多的116话，就不能产生很多的CӨ，因为刚形成的碱性很强的CӨ夺取溶剂的质子，又成为原来的化合物（内117返作用）。
118119一般应采用极性大但酸性弱的溶剂，即非质子溶剂。
有以下几种配合：120（1）t-BuOH，溶剂用t-BuOH或DMSO、THF；121（2）NaNH2，溶剂用液氨或醚、苯、甲苯、1，2-二甲氧基烷苯等；122（3）NaH、LiH，溶剂为苯、醚、THF等；123（4）(C6H5)3CNa，溶剂为苯基醚、液氨等。
124为了满足合成的需要，常常需要形成单一部位的烯醇盐。
因此需要从形成碳负离子时的条件上125加以控制：126①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127大的碱时，易使碳负离子在位阻较小部位的碳氢键处形成；128②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，129取代基较多部位的碳氢键易于形成碳负离子130如：1311322、碳负离子的反应133CӨ形成后（虽然是共振稳定的）具有很高的能量，可以发生多种亲核加成反应，重要的四类反134应用通式表示如下：135（1）与含羰基的化合物136137（2）酰基化反应：与羧酸及其衍生物的羰基发生亲核加成接着失去ROӨ或ZӨ形成β-酮酯或β-138二酮，这是酯缩合型反应，总的结果是在CӨ上带上一个酰基。
139（3）与烷基卤化物的反应140141（4）与活泼烯烃的加成反应142143144§14.2 缩合反应Ⅰ——羟醛缩合145见第11章《醛与酮》 11.3 α-H的反应146147§14.3 缩合反应Ⅱ——Mannich反应14814.3.1 Mannich反应149甲醛与仲胺在弱酸性介质中亲核加成，再脱水形成正碳离子与醛（酮）、羧酸、酯、硝基化合物、150腈的α-C，以及端炔、酚的邻、对位等具有负碳离子性质的位置偶联，称为Mannich反应，又称151胺甲基化反应。
1521、反应通式1531542、Mannich反应机理155156 ※弱酸性介质的作用：①使醛与胺亲核加成的产物脱水，形成C+；②质子化羰基使α-C 成为负离子。
1571581593、Mannich反应举例16016116216314.3.2 Mannich反应在合成上的应用1641、合成β－氨基酮衍生物165166【例1】写出合成路线1671682、制备，-不饱和酮169170【例2】甲基乙烯基酮的制备171172通过Mannich碱产生173174175§14.4 缩合反应Ⅲ17614.4.1 卤代反应——见第11章《醛与酮》 11.3 α-H的反应 3、卤仿反应17714.4.2 酯的缩合反应1781791、Claisen缩合（两个相同酯之间的缩合）具有-活泼氢的酯，在碱的作用下，两分子酯相互作用，生成-羰基酯，同时失去一分子醇180181的反应。
182183其它常用碱：NaH，NaNH2，LDA，Ph3CNa，t-BuOK（弱亲核性强碱）；184碱用量对反应的影响185催化量：反应可逆186大于化学计量：反应完全187Claisen缩合举例：188189Claisen缩合机理190191（1）交叉酯缩合（两个不同酯之间的缩合）192193194混合酯缩合举例：1951962、Dieckmann缩合（分子内酯缩合）197二元酸酯若分子中的酯基被四个以上的碳原子隔开时，就发生分子内的酯缩合反应，形成五元198环或六元环的酯，这种分子内的环化酯缩合反应称为狄克曼酯缩合。
对称二羧酸酯的Dieckmann 缩合199200201例：Dieckmann 缩合的可逆性在合成上的应用202203如两个酯基间只隔有三个或三个以下的碳原子时，就不能发生分子内的缩合。
但这种二酸酯可204以发生分子间缩合，或与不含-H的酯缩合，也均能得到环状羰基酯。
如丁二酸二乙酯间的缩合：2052063、酮的酰基化（酮酯缩合）207208【反应机理】209210不对称酮的酰基化2112124、β-二羰基化合物的互变异构现象2132145、酮或酯的酰基化反应在合成上的应用215——制备β-二羰基型化合物（ 1, 3-二羰基化合物）2161, 3-二羰基型化合物的反合成分析217218【例 1】（反合成分析）219220【例 2】（反合成分析）221222【例 3】（反合成分析）223合成路线2242252266、酮和酯类化合物α位的烷基化反应227228229应予以考虑的问题：230（1）反应的活性问题（一般酮和酯类化合物α氢的酸性不够强，须强碱作用，反应条件较为231苛刻）；232（2）反应的区位选择性问题（不对称酮有两种反应位置）；233（3）酮或酯的自身缩合问题（醇醛缩合和Claisen缩合）。
234【例1】235【例2】236237238【例3】2392402411, 3 -二羰基化合物的烷基化反应242243【例4】244245246§14.5 缩合反应Ⅳ【复习】2472481、羰基α位的反应——酰基化（Claisen缩合，交叉酯缩合，Dieckmann缩合）和烷基化249 本节重点：羰基α位的酰基化和烷基化在合成上的应用 250 2、酮式水解和酸式水解251252 14.5.1 乙酰乙酸乙酯的制备及在合成中的应用253 1、乙酰乙酸乙酯的合成 乙酰乙酸乙酯−−−−→合成等价物丙酮 254255 2、在合成中的应用256 （1）制备取代丙酮（甲基酮）类化合物257258259扩展：制备环烷基甲基酮260261（2）制备甲基二酮类化合物262263扩展：制备2, 5-己二酮264 （3）通过酰基化制备β-二酮类化合物265266267 14.5.2 丙二酸二酯的制备及在合成中的应用268 1、丙二酸二酯的合成 丙二酸二酯−−−−→合成等价物丙酮 269270 2、在合成中的应用 271 （1）制备取代乙酸272273274扩展：制备环烷基乙酸275276（2）制备二元羧酸2772782793、乙酰乙酸乙酯和丙二酸酯合成法举例280281282283小结28428528614.5.3 羰基α位酯基的作用——活化、定位、引导断键287例：比较以下两条合成路线，你认为哪种较好，为什么？288289【例 1】分析并写出合成路线290291292293合成线路a294295合成线路b296297298299300【例 2】分析并写出合成路线301302303304§14.6 缩合反应Ⅴ30514.6.1 Michael加成306碳负离子与，-不饱和羰基化合物发生的1，4-加成反应，叫做Michael反应。