第四章羰基化合物的反应及碳负离子

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
+ +
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
-
1、烯醇：羰基化合物可互变成酮式和烯醇式，派生出的 烯醇盐和碳负离子是羰基化合物反应的中间体。
1）碱催化
O R C B O R C CH2 -H + R' R B -
OH
C -H+ O
CH
R'
CH
R'
R
C
CH
R'
例：
O HO + H CH2CH HOH +
O
CH2 CH CH2
O CH
（1）同位素跟踪
（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
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
R
产物稳定，反应向右进行。
Wittig 试剂是鏻盐在强碱的作用下制备的：
-
Ph3P + X CH R R'
BuLi + Ph3P C R R'
Ph3P CH R X
X
鏻盐
R'
离子型的内鎓盐
Wittig 反应的应用：
R
C O: R'(H)
=Ar R,
O
，
ZCH2
C O, R'(H)
Z: OH, OR, NR2
+
OR
C
+
C
OR
OR H
+
OR H + H
缩酮
举例：
与其它亲核试剂的加成反应：
HCN、NaSO3H、RMgX
与亲核试剂加成-消除反应：
RNH2、HONH2、NH2NHR、 亚胺 肟 腙
羰基加成的立体化学：
1）若R、R’不含手性碳，则加成产物为外消旋体。
R
Nu
R'
C
O
R
R'
C
O
Nu
sp2杂化 平面三角型
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
C -
CH3
H3C
C
CH
C
CH3
OH -H2O
O H3C C CH2
C
H H H
活性中间体烯胺在合成中应用
酮的α-烷基化
O O
CH2Ph
O H +
HO
N
-H2O
N
+
N H
+
N
PhCH2Cl
N +
CH2Ph
H2O
O CH2Ph
+
N H
+
H
+
O H5C2OOCCH2CH2
O CH2CH2COOC2H5
例2：
N
H
+
N
+
CH
C2H5OH
CH2
CH
COOC2H5
CH2
-
..
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
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。
举例：
O CH3 t-BuLi OLi CH3 OLi CH3
+
+
碱过量 酮过量
OCH3 O
28% 94%
CH3
72% 6%
O-
动力学平衡 热力学平衡
O CH3 CH3
+
+
2、烯胺
碳-碳双键上连有氨基取代基的化合物称烯胺。 氨基的存在使β-碳亲核性更强，可用于烷基化反应。
烯胺的制备： 仲胺与醛或酮在酸性催化剂作用下加热缩合，除去生成的水而得。
+ + 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
NO2 O2N OR NO2 NO2
+
-
OR'
ห้องสมุดไป่ตู้
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。
-
> 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
机理2：
A C B H
慢
A C OH Nu A C B OH
B
A C OH
B
O
A C
OH B ＋ Nu 快
羰基质子化，可以提高羰基的亲核性。
举例：
OH C O + ROH OH C OR
+
C OR
+
半缩酮
+
H
+
OH 2 C OR
+
OH 2
C OR
+
C
OR + H2O
C
OR + ROH
OR C OR
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'