第十二章 碳负离子反应
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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。
第十二章 碳负离子的反应
2014/5/31第十二章 碳负离子的反应一、克莱森酯缩合反应 1.举例2. 克莱森酯缩合反应特点 (1)α‐C上有两个H，反应易进行. (2) 用强碱催化，如醇钠、叔丁醇钠或NaH.乙酰乙酸乙酯 简称“三乙”(3) 反应产物：一分子酯羰基C与另一分子酯的α‐C 相连， 失去一分子醇. 产物：β‐ 羰基酸酯；C=O 与酯基处1,3 位. (4) 延长碳链的反应.克莱森酯缩合反应五步骤： 3.克莱森酯缩合反应机理 1. 一分子酯形成C‐ 2. C‐对另一分子酯的羰基亲核 加成形成O‐ 3. O‐ 消除RO‐ β‐羰基酸酯 4. 中和反应成盐 5. 盐酸化成酯缩合反应的动力：中和反应酯缩合反应不能用NaOH催化的原因1. 在NaOH作用下，酯易水解. 2. 中和反应不发生，反应无动力.4. 交叉酯缩合 一个酯有α‐H，另一个酯没有α‐H用极强的碱，可使带一个α‐H的酯反应实验中控制，使有α‐H的反应物浓度始终最小 (向反应体系中滴加)12014/5/31举例α‐C上引入酯基 草酸二乙酯无α‐H的酯有α‐H的酯醛酮可与酯进行缩合，醛酮的α‐H酸性较强， 可在碱性条件下形成C‐.如果是二元酸酯，可形成五员或六员环， 属分子内酯缩合。
例1.设计路线：1,3‐双官能 团化合物 分子内酯缩合，又称Dieckmann缩合，形成 五元或六元环状化合物。
主要适用制备： 1,6‐二羧酸酯，1,7‐二羧酸酯。
例2.另加上一个‐OC2H5 例3.例4. 思路 步骤： 思路： 步骤：例5.22014/5/31二、乙酰乙酸乙酯 1、制备 （1）实验室制备：克莱森酯缩合反应 （2）工业制备2、性质 1、与HCN,NaHSO3,NH2OH,PhNHNH2 反应，证明有CH3C=O 三乙 2、与反应显蓝紫色，证明有C=C‐OH 3、在Br2/CCl4中褪色，证明有C=C（1）酮式‐烯醇式互变异构三乙烯醇式含量多于丙酮的原因： 1、双键与形成共轭体系 2、OH与C=O形成六元环的氢键，使三乙烯 醇式结构增加 如体系中共轭体系延长，则烯醇结构增大。
《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。
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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。
12.碳负离子的反应
O C2H5ONa
+H
CH2 C OC2H5
H2C C OC2H5
-
O
+ C2H5OH
② 亲核加成
O H3C C OC2H5
+ H2 C
-
O C OC2H5
O
-
O
H3C C CH2 C OC2H5 OC2H5
③ 消除
O
-
O
H3C C CH2 C OC2H5 OC2H5
O H3C C CH2 C OC2H5
O H C OC2H5
+CH3COOC2H5
( 1 )C2H5ONa (2
+ )H3 O
O O H C CH2 C OC2H5
+ C2H5OH
O H5C2O C OC2H5
+
PhCH2COOC2H5
( 1 )C2H5ONa PhCH(COOC 2H5)2 + ( 2 )H3 O
+ C2H5OH
4、狄克曼(Dieckmann)酯缩合反应
O COOC2H5 C2H5ONa COOC2H5 C OC2H5 CH COOC2H5
-O
OC2H5 COOC2H5
O H3 O
+
COOC2H5
5、酮酯缩合反应 酮的 a-H 的酸性强于酯的 a-H 酸性。
O CH3 C CH3 C2H5ONa
O
CH3 C CH2
-
O CH3 C OC2H5
O
-
CH3COCH2COOC2H5
( 1 )C2H5ONa ( 2 )CH3Br
CH3CO CH COOC2H5 CH3
( 1 )C2H5ONa ( 2 )CH2=CHCOC2H5
+H
CH2 C OC2H5
H2C C OC2H5
-
O
+ C2H5OH
② 亲核加成
O H3C C OC2H5
+ H2 C
-
O C OC2H5
O
-
O
H3C C CH2 C OC2H5 OC2H5
③ 消除
O
-
O
H3C C CH2 C OC2H5 OC2H5
O H3C C CH2 C OC2H5
O H C OC2H5
+CH3COOC2H5
( 1 )C2H5ONa (2
+ )H3 O
O O H C CH2 C OC2H5
+ C2H5OH
O H5C2O C OC2H5
+
PhCH2COOC2H5
( 1 )C2H5ONa PhCH(COOC 2H5)2 + ( 2 )H3 O
+ C2H5OH
4、狄克曼(Dieckmann)酯缩合反应
O COOC2H5 C2H5ONa COOC2H5 C OC2H5 CH COOC2H5
-O
OC2H5 COOC2H5
O H3 O
+
COOC2H5
5、酮酯缩合反应 酮的 a-H 的酸性强于酯的 a-H 酸性。
O CH3 C CH3 C2H5ONa
O
CH3 C CH2
-
O CH3 C OC2H5
O
-
CH3COCH2COOC2H5
( 1 )C2H5ONa ( 2 )CH3Br
CH3CO CH COOC2H5 CH3
( 1 )C2H5ONa ( 2 )CH2=CHCOC2H5
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
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• 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
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
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
碳负离子的反应
-
ClCH2CH2CCH3
O CH3C-CH-COOEt CH2CH2CCH3 O
OH H2O
-
H
+
- CO2
O
O
CH3CCH2CH2CH2CCH3 + CH3COOH
用乙酰乙酸乙酯合成二羰基化合物
O O O CH3CCH2COC2H5 NaOC2H5 O O
O XCH2CCH3 1. OH2. H ,
CH2CH2COOH CH2CH2COOH
COOC2H5 COOC2H5
CH2(COOC2H5)2
2 C2H5ONa
Br(CH2)4Br
1) OH2) H+
COOH
合成螺环化合物
CH2(COOC2H5)2 2NaOC2H5 BrCH2CH2CH2Br
CH2OH CH2OH
CO2C2H5 CO2C2H5
CH3C=CHCOC2H5
O O
CH3CCH2COC2H5
O
NaH
-H2
O
CH3COCl
O O CH3COCCH3
CH3CCHCOC2H5
O
O COCH3
Na+
OO CH3C=CHCOC2H5
CH3C-CH-COC2H5
CH3COOC2H5
O
以乙酸乙酯为原料合成4-苯基-2-丁酮
CH3CCH2CH2C6H5
Y ArCHO + CH2 Z or
N H N
Ar
Y CH C Z
O
Y、Z 为吸电子集团如：
COOH CH2 COOH
O CCH3 CH2 CCH3 O
COOEt CH2 COOEt
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
12 碳负离子的反应
例：
CH2(CN)2
CHO
O
PhCH2NH2
CN
O CH C
+ H2O
CN
NCCH2CO2Et O
RNH3OACH2
CHO
CH2(COOH)2 吡啶，
CN C
CH2Et
+ H2O
COOH + H2O
3. Darzen reaction(达琴反应)
R C O + ClCH2COOC2H5 C2H5ONa
(H)R'
II. Claisen condensation(酯缩合反应)
1.定义
具有-活泼氢的酯，在碱的作用下,两分子
酯相互作用，生成β-羰基酯,同时失去一 分子醇的反应。
O
RO
OR O
RCH2C-OC2H5
+
H-CHCOC2H5
1 C2H5ONa 2 HOAc
RCH2C-CHCOC2H5
结果相当于一分子酯的-氢被另一分子酯的酰基取代
C CH2COC2H5
3. 狄克曼缩合
二元酸酯若分子中的酯基被四个以上的碳原子 隔开时，就发生分子中的酯缩合反应，形成五员 环或更大环的酯，这种环化酯缩合反应称为狄克 曼酯缩合。
CH2CH2CO2C2H5 Na, C2H5OH(少量)
CH2CH2CO2C2H5
C6H5CH3
CO2C2H5 O
4. 酮 酯 缩
OH
CH3COONa
香豆素（一种重要香料）
OO
（2） Knoevenagel reaction(克脑文格尔反应)
N
H3C
CHO
+ CH2(CO2Et)2
H
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+
12 碳负离子的反应
反应机理：
酸性
HO + H O CH3C O CH3 H
CH 2CHO
快
+ CH2CHO
慢
CH2CHO + H2O 碳负离子 O CH 3 CHCH2CHO OH CH3CHCH 2CHO + OH
CHCH2CHO + H
快
OH反应物特征：发生反应的醛必须 Nhomakorabea有α-氢。
二、酯缩合反应
O CH3C OC2H5 + O H CH2COC2H5
注意：当引入基团不同时，通常是先引入体积较大的基团
经乙酰乙酸乙酯可合成甲基酮：
O H CH3C C CH2Ph C2H5
分析：(1) 产物为甲基酮，合成时一定要经过酮式分解。
(2) 将目标产物的结构与丙酮进行比较，确定引 入基团。 (3) 最后确定合成路线。
O
C H 3C C H 2 C O O C 2 H 5
pKa=11
四、乙酰乙酸乙酯
1、酮式和烯醇式互变异构
O O
H
O
H3C
O C
OC2H5
CH3CCH2COC2H5
C
C H
酮式 92.5%
烯醇式 7.5%
实验事实依据： 1 、能与HCN、NaHSO3反应； 2 、能与金属Na反应，能使溴的CCl4溶液褪色； 3 、能使FeCl3显色。
酮式--烯醇式互变异构(P294表9-4）：
71%
O
O + CH2 CHCN
CH3CCH2 CCH3
(C2H5 )3 N t-BuOH/25℃
CH2CH2CN CH3COCHCOCH3
Knoevenagel( 克脑文格尔)反应
12-碳负离子的反应(药学专升本陆涛7版)
O
HCH2CR
1. C2H5ONa 2. H
+
1，3 -二酮
O O
+
O
O
1. C2H5ONa 2. H
C2H5OCOC2H5 + HCH2COC2H5
C2H5OCCH2COC2H5
1，3 -二酯 反应的共同特点是一组分脱去氢，另一组分脱去乙 氧基（烷氧基）。
例 ： 选用合适的原料合成
O
R
O C CHCOOC2H5
(R') H α ， 环氧酸酯 β
例如：
O O C6H5 CH2C OC2H5 NaOC2H5 O C CHCOOC2H5 CH3
C6H5C CH3 + Br
用途：合成环氧酸酯，以及合成比原料醛、酮
多一个碳的醛、酮。
ClCH2CO2Et (CH3)3COK,10-15℃ O R ClCHCO2Et (CH3)3COK,10-15℃ O R CO2Et O CO2Et
R' C=O + R Z' H2 C Z 弱碱 R' C=C R Z' + H2O Z
常用弱碱:
N
,
N H
, RCH2NH2, R2NH
等
O O Z、Z`: CHO CR, COR, CN, NO2 等
O CCH3 CO2C2H5 H2 C CO2C2H5 CO2C2H5 H2 C COOH COOH
CH3CCHCOC2H5 O O
CH3C CHCOC2H5 OO
乙酰乙酸乙酯可与卤代烷、活泼卤代不饱和烃 或酰卤发生亲核取代反应，生成烃基化或酰基取代
的乙酰乙酸乙酯，然后在稀碱液中水解、酸化、加
涉及碳负离子的反应
O 2CH3C OC2H5 (1) NaOC2H5
O
O
CH3C CH2 C OC2H5
(2) 50% CH第3十C二O章2羧H酸衍生物
7
Claisen 缩合机理
H CH2COOC2H5 NaOC2H5
乙酸乙酯
O
-CH2-C-OC 2H5
O-
CH2=C-OC 2H5
O
CH3-C-O-C2H5 +
-CH2COOC 2H5
酯缩合产物可得β酮酸酯（两个酯缩合产物）和β-二酮（酯和 酮的缩合产物），他们的亚甲基活性很大，在碱（RONa,NaH, NaNH2）作用下，很容易形成碳负离子进行亲核取代反应。
具有下列结构的化合物都可进行以上反应：
如： 活泼氢!
O
N C CH2 C OC2H5 碱
氰基乙酸乙酯
C2H5I，120 。C，6h
O
O
CH3 C CH2 C OC2H5 NaOC 2H5
O
O
[CH3 C
CH C
OC2H5 ] Na+
O
O
[CH3 C
CH C
OC2H5 ] Na+
RX
OR O CH3 C CH C OC2H5
二烃基取代的甲基酮：
第十二章 羧酸衍生物
17
2. 合成甲基酮中的应用： 例 1: 以乙酸乙酯为原料合成4-苯基-2-丁酮
OO
R'OCCH2COR' 1，3-二 酯
1,3-二羰基化合物中的亚甲基上的氢很活泼，被碱拔取后形成
负碳离子，它是极强的亲核试剂，易发生亲核取代及加成反应。
第十二章 羧酸衍生物
12
16.3 碳负离子的亲核取代及在合成上的应用
12章 碳负离子的反应
O CH3C CH2COOC2H5 NaH
O CH3C CHCOOC2H5 Na+
O C6H5COCl CH3CCHCOOC2H5 O C C6H5
O CH3CCHCOONa O C C6H5 H+ O CH3CCHCOOH O C C6H5 - CO2 O O CH3CCH2CC6H5
5% NaOH
O
O
OH
O
CH3 C CH2 COC2H5
酮式92.5%
CH3 C=CH COC2H5
烯醇式7.5%
烯醇含量高的原因：六元环的分子内氢键 + 烯醇与酯 基共轭体系 + 碳负离子与羰基和酯基共轭，使电子离域。
CH3 O H O O O C CH C OC2H5 H+ H O O CH3 C CH C OC2H5
O CH2C CH3
NO2 H2C C O R'酯，硝乙酸酯
碳负离子的反应通常是指含活泼 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 的亲核取代或亲核加成的反应。如羟醛缩合反应 即可看成是碳负离子对羰基亲核加成的结果。 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，因 此被广泛用于有机合成。
苯甲酰丙酮
RCl、RCOCl、ClCH2COCH3、ClCH2COOC2H5均可作为卤代物。
烃基化的乙酰乙酸乙酯在浓碱中加热发生酸式分解，生 成取代乙酸。由于在酸式分解产物中也有部分酮式分解产 物（反应发生后，碱的浓度慢慢降低成为稀碱，发生酮式 分解），故常用丙二酸合成法制备取代乙酸，用乙酰乙酸 乙酯的酮式分解制备甲基酮。
1.乙酰乙酸乙酯的特性及应用 烃基化反应——合成取代的丙酮（主） 或取代乙酸（较少） 2. 丙二酸二乙酯——合成取代乙酸
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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'
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'