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第三章-碳碳键的形成.课件.ppt

1、有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形成碳碳单键的形成是增长碳链的重要方法，最常用的方法是通过碳负离子的反应，如亲核取代反应、缩合反应、麦克尔（Michael）加成反应、偶联反应、自由基反应。碳碳单键的形成碳碳单键的形成碳负离子及其形成碳负离子及其形成C -ACHA+B-+BH碳负离子( A ( A 为稳定碳负离子的因素为稳定碳负离子的因素 ) )有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形成碳负离子的稳定化作用碳负离子的稳定化作用 1、共振稳定化作用、共振稳定化作用 OONCH2NCH22、邻位正电荷的稳定化作用、邻位正电荷的稳定化作用 R2CPPh3+R2CS(CH3)2+R2CPPh3+R2

2、CS(CH3)2+有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形成3 3、d d 轨道的稳定化作用轨道的稳定化作用 SSH HSSHn-BuLiTHFOOH HOOHn-BuLiTHF4 4、LiLi+ + 配位稳定化作用配位稳定化作用 LiOCNCH2ArLiOCNCH2EtO有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形成3.1 烷基化反应烷基化反应CRAC ARX+X +有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形成简单醛、酮、酯及腈的烷基化反应简单醛、酮、酯及腈的烷基化反应只含有一个羰基的简单酮也可以直接烷基化，但反应产物往往比较复杂。使用氨基钠、氢化钠或三苯甲基钠可以将酮完全转化为烯醇负离子，但如果使用

3、的溶剂是极性溶剂，这些碱溶解度低，反应为非均相反应，造成烯醇负离子缓慢生成，容易发生自身羟醛缩合的副反应。然而用大位阻仲铵盐（LDA ，LHMDS， Li-TMP）不会出现这种情况。有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形成反应在非质子溶剂、极强的碱和不过量酮的条件下为动力学控制反应在质子溶剂和过量酮的条件下热力学控制/过量酮过量酮有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形成通过烯醇硅醚得到特定结构的烯醇负离子通过烯醇硅醚得到特定结构的烯醇负离子有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形成有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形成有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形成有机合成有机合成第 3 章碳碳键的

4、形成活泼亚甲基化合物的烷基化活泼亚甲基化合物的烷基化与一个硝基或两个吸电子基（如酮基、酯基、氰基）相连的亚甲基化合物称为活泼亚甲基化合物，该类化合物亚甲基的酸性比简单酮的酸性强得多，如乙酰乙酸乙酯的pKa为9.7，而丙酮的pKa为20，因此它们与醇钠的无水醇溶液作用就可以形成烯醇负离子。在有机合成中，活泼亚甲基化合物烷基化比简单酮的直接烷基化具有更大的优越性，这是由于活泼亚甲基化合物是在更弱碱存在下的反应，大大降低了烷基化试剂可能发生的消除反应；活泼亚甲基化合物更容易完全转化为烯醇负离子，从而减少了缩合反应副反应的发生；活泼亚甲基化合物更容易制备单烷基化产物。有机合成有机合成第 3 章碳碳

5、键的形成烯胺的烷基化烯胺的烷基化醛酮的直接烷基化，容易得到混合物，其中一个替代的方法就是烯胺与活泼烷基化试剂的烷基化反应。有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形成烯胺可以方便地由醛酮与仲胺在脱水剂存在下制备，最好以甲苯为溶剂、以对甲苯磺酸为催化剂，通过分水器共沸除水得到。最常用的仲胺为四氢吡咯，其次是吗啉和六氢吡啶。四氢吡咯吗啉六氢吡啶有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形成和醛酮的直接烷基化相比，烯胺的烷基化反应有下列优点：（1）烯胺的烷基化不需要使用强碱，反应条件温和，可避免醛酮的自身缩合反应；（2）烯胺的烷基化一般为单烷基化反应，不易产生多烷基化产物；（3）烯胺的烷基化具有较好的区域

6、选择性，总是发生在取代基少得一边，而醛酮的直接烷基化反应容易得到混合物。但是烯胺与一般的卤代烷反应，较多的生产无用的N-烷基化产物而不是C-烷基化产物。只有采用活泼的烯丙基卤、苄基卤、-卤代酮、-卤代腈等，才能得到较高产率的C-烷基化产物。这是由于活泼卤代烷虽然也可以产生N-烷基化产物，然而这种N-烷基化产物的活泼取代基可以从氮原子不可逆地转移到碳原子上。有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形成有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形成妨碍了氮上孤对电子与双键体系的共轭有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形成有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形成3.2 缩合反应缩合反应缩合反应是烯醇负离子

7、（或碳负离子）与羰基之间通过亲核进攻而生成缩合产物，是一种形成碳-碳单键的好方法。缩合反应主要包括羟醛缩合反应（Aldol Condensation）、Claisen缩合反应。羟醛缩合反应羟醛缩合反应CCHHOCCHHCOHCHOCCHHCCO2OH , 或或 H+ H2O（1 1）反应前后分子结构的变化）反应前后分子结构的变化（2 2）反应需要）反应需要-氢的参与氢的参与（3 3）至少含有两个）至少含有两个-氢时才会发生脱水氢时才会发生脱水（4 4）酸也可以催化）酸也可以催化注意注意有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形成碱催化机理碱催化机理 CCHHOCCHO OH CCHHOCCHH

8、CO CHOH2OCCHHCOHCHOOH CCHHCOHCO CCHHCCO OH 有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形成酸催化机理酸催化机理 CCHOHCCHH+OHCCHHOCCHH+OHH+ H CCHHCOHCH+OH H2OCCHHCOHCHOCCHHCCO H H+CCHHC+OH2CHOCC+HHCCHO H 有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形成同样条件下，酮的自身缩合比醛困难。不同醛酮之间的混合缩合反应比较复杂，一般容易生成混合物，但是没有-H的醛（如芳香醛、甲醛）与含有-H的醛酮之间的缩合反应，则容易得到交叉缩合的产物。有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形成CH3

9、CHO + HCHO(HOCH2)3CCHOC(CH2OH)4HCHOOHOH注意：不含注意：不含-氢的醛、酮作为亲电体的活性应高于含氢的醛、酮作为亲电体的活性应高于含-氢的醛、酮氢的醛、酮亲电体活性:高于OHPhO+OHPhO10 % NaOHPhO有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形成两种醛酮都含有-H，则可以先将其中一种以强碱转化为烯醇负离子，再加入另一种反应物，可得到较高产率的交叉缩合产物。两种不同醛之间的交叉缩合可以预先将其中一种醛转化为亚胺，再与强碱作用，得到的碳负离子与另一种醛发生缩合反应，可以顺利得到两种不同醛之间的交叉缩合产物。有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形成

10、利用醛的烯醇硅醚也可以代替烯醇负离子进行缩合反应Mukaiyama 反应反应。PhOOH+OHTiCl4(cat.)CH2Cl2, 78oCH2OPhMe3SiO有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形成 78oCOEtOLDA, THFOOEtOOHCOOEtOSiMe3OEtPhOPhCOOEtOH(1) LDA(2) Me3SiClTiCl4EtONaPhCHO + CH3COOEtPhCOOEt羧酸衍生物（酯）与羧酸衍生物（酯）与醛、酮的缩合醛、酮的缩合有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形成活化的羧酸衍生物与醛酮的缩合反应活化的羧酸衍生物与醛酮的缩合反应-Knoevenagel-

11、Knoevenagel缩合缩合 l X、Y: COOR、COOH、COR、CN、 NO2 等吸电子基等吸电子基 l 常见的碱：胺、吡啶等弱碱常见的碱：胺、吡啶等弱碱 COR(H)RCH2XYB+CCR(H)RXY有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形成ClaisenClaisen缩合反应缩合反应 Claisen缩合反应主要指酯与酯在强碱作用下的缩合反应，或酮的烯醇负离子与酯之间的缩合反应。其中分子内酯与酯在强碱条件下的成环缩合也成为Diekmann缩合。CCH2OCH3COOEtCH3COEtOHAcEtONa2COCH3OEtCOCH2OEtH EtOH有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形

12、成CH3COEtOCH3COEtOCH2COEtO CCH2O CH3OEtCOOEtEtONaCCH2OCH3COOEt + EtO CCHOCH3COOEt + EtO HAcC CH2OCH3COOEt 机理机理有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形成90 %PhCH2COOEt + HCOOEtEtONaPhCHCOOEtCHO80 %EtONaPhCHCOOEtCOCOOEtPhCH2COOEtCOOEtCOOEt+PhCHCOOEtCOOEt 两种不同的酯发生Claisen缩合反应，容易生成自身和交叉缩合的混合物。使用没有-H的酯与另一种含-H的酯发生缩合反应，则可制备交叉缩合产物

13、。有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形成Dieckmann 缩合反应只适合于五、六元环的合成缩合反应只适合于五、六元环的合成 C2H5OOCCOOC2H5COOC2H5OC2H5ONaH+H+EtONa CO2OH CO2EtCO2EtCO2EtOEtO2CCO2EtOCO2EtOEtO2COO2有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形成3.3 麦克尔（麦克尔（Michael）加成反应）加成反应麦克尔加成反应也是形成碳碳键的重要方法，该反应是指碳负离子（烯醇负离子或烯胺）与,-不饱和羰基化合物或， -不饱和腈等进行的共轭加成反应。有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形成OCH2=CCO2Et

14、OCO2Et+t-BuOKNO+OO1. reflux2.hydrolysis有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形成Robinson 环化反应环化反应有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形成有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形成3.4 应用有机金属试剂的反应应用有机金属试剂的反应许多有机金属试剂可用于碳碳单键的形成，包括有机锂试剂、有机镁试剂（格氏试剂）、有机锌试剂、烃基铜锂试剂、过渡金属试剂（如钯试剂）等。它们通常由卤化物与各种金属直接作用得到，也可以通过一些特殊方法制备。如有机锂试剂可以通过氢-金属交换而制得。有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形成碳亲核体碳亲核体碳碳负负离离子子

15、非稳定碳负离子非稳定碳负离子稳定碳负离子稳定碳负离子有机金属化合物有机金属化合物(RM) M: Li、Na、K、Mg、Al、Zn、Cu、Hg 等等有机金属化合物有机金属化合物 (RM) CM +反应活性：反应活性：RK RNa RLi RMg RAl RZn RCu RHgKNaLiMgAlZnCuHgM 的电负性的电负性0.820.930.981.311.611.651.902.00CM 的离子性的离子性51%47%43%35%18%有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形成有机金属化合物与羰基化合物的反应有机金属化合物与羰基化合物的反应用途：合成醇用途：合成醇CORMgBror RL

16、i+COHREt2O or THFH3O+COHRRRCHOHRRCH2OHR 对切断的启示对切断的启示格氏试剂有机锂试剂有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形成有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形成(CH3)2CHCCH(CH3)2O(CH3)2CHCHCH(CH3)2OHCH3CH=CH2(1) (CH3)2CHMgBr+(2) H3O+(CH3)2CHCCH(CH3)2O(CH3)2CHCCH(CH3)2OHCH(CH3)2(1) (CH3)2CHLi(2) H3O+CRMgXMgOR1RXR2格格氏氏试试剂剂与与醛醛、酮酮加加成成CHCCMgOR1XR2醛醛、酮酮被被还还原原（与与

17、格格氏氏试试剂剂的的 - -氢氢作作用用）CCHRMgOX格格氏氏试试剂剂被被酸酸解解（与与醛醛、酮酮的的 - -氢氢作作用用）还原产物加成产物有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形成(1) 2 RMgBr(2) H3O+CORORCOHRRRCNR(1) RMgBr(2) H3O+CORR H3O+RCORCOROHRLiRCOLiROLi H3O+HCOEtOEtEtOHCOEtROEtHCORRMgBr H3O+RMgBr+ CO2RCOOHH3O+ORMgX +ROH有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形成偶联反应偶联反应R2CuLi + RXRR+ RCu + LiX（1）RX：CH

18、3X, 1o, 2o, C=CX, ArX (X：Br, I)（2）酮羰基不需保护，）酮羰基不需保护，RX中允许有中允许有COOEt、 CN、CO。有机钯催化的形成碳碳键的反应是构筑分子结构的有效方法，具有高的化学选择性和区域选择性。Heck、Negishi和Suzuki三位化学家因在钯催化交叉偶联方面做出的杰出贡献而获得2010年诺贝尔化学奖。有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形成有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形成有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形成有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形成碳碳双键的形成碳碳双键的形成碳碳双键的形成方法包括消除反应、Wittig反应、炔烃的还原及

19、烯烃复分解反应等。消除反应消除反应酸催化条件下的醇脱水反应（X =OH），碱性条件下酯、卤代烃、烷基磺酸酯的消除反应，以及巯盐或季铵盐的Hofmann消除反应。当消除反应按E1机理进行时，容易生成双键碳原子上取代基较多的烯烃；而碱性条件下巯盐或季铵盐的消除反应优先得到双键碳原子上取代基较少的烯烃。有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形成有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形成Wittig Wittig 反应反应 +COCC+Ph3P=OCCPh3P+O CCPh3POWittig 试剂试剂 Ph3PC +有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形成 Wittig反应是一种有效的构建碳碳双键的方法

20、，和消除反应相比，它具有以下优点：（1）区域选择性高，反应总是在羰基化和物碳氧双键的位置形成碳碳双键，不发生双键的异构化；（2）原料醛酮和季磷盐容易得到，反应条件温和，选择反应条件可以控制产物的立体化学。OHHPh3P=CH2OPh3P=CHOMeOMeCHOH3O+Ph3PC +PPh3Ph3PCH+CHBrB有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形成有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形成不稳定膦叶立德不稳定膦叶立德有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形成有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形成稳定膦叶立德稳定膦叶立德有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形成O(C2H5O)2PO CCOHW

21、E (Horner-Wadsworth-Emmons) 反应反应 (C2H5O)2POC (C2H5O)2POCHCC(C2H5O)2POCC ONaH+P(OC2H5)2 OO+CHBr(C2H5O)3P有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形成+(C2H5O)2+POCH(C2H5O)3P+CBrH(C2H5O)2POCHC2H5Br Arbuzov 重排重排 (C2H5O)2POOEtOOEtO(1) NaH, THF(2) n-BuCHO, THF(C2H5O)2POOEtOOEtO(1) LiCl-DBU(2) i-PrCHO有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形成炔烃还原炔烃还原有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形成有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形成烯烃复分解反应烯烃复分解反应 R1CHCHR2R2CHCHR1R1CHCHR1R2CHCHR2MoMo、W W、RhRh 等卡宾型催化剂等卡宾型催化剂 +Catalyst有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形成有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形成有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形成有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形成有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形成有机合成有机合成第 3 章碳碳键的形成

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