第15章++碳负离子+缩合反应

NaOH H2O-C2H5OH
H
C=C
H
E 构型为主
CC(CH3)3 O
88 % -93%
第五节 曼尼希反应 —— 氨甲基化反应
一、定义 具有活泼氢的化合物、甲醛、胺同时缩合，活 泼氢被氨甲基或取代氨甲基取代的反应，称为曼尼 期 (Mannich, C.)反应，生成的产物称为曼氏碱。
O R CH3-C-CH2-H + CH2O + HN R'
有关化合物的pKa：
CH3CH3 pKa ~50 CH2=CH2 ~40 NH3 ~34-35 CHCH ~25 C2H5OH ~16 H2O ~15.7
O CH3CNH2
pka ~15.1
O
O
NH
SO2NH2
O
~10
NH O
8.3
9.62
环戊二烯的酸性 (C6H5)3CH的pKa: 31.5
pKa=16
OH
O
N H
+ CH2O + HN(CH3)2 H2O HAc CH2N(CH 3)2 N H 95 %
N H
N
3 制备杂环化合物
CH2 CH=O CH2 COOH
+ H2NCH3 +
CH2 CH=O CH2 CH NCH3 CH2 CH
C=O CH2 COOH CH COOH C=O CH COOH CO2
O O CH3 C CH2CH2CH2CH2 CH
KOH / H2O
CHO CH3
O O HC CH2CH2CH2CH CH NaOH H2O C2H5
O O CH3 C CH2CH2CH2 C CH2 Ph
NaOH H2O
CHO C2H5
Ph O
CH3
2. 交叉羟醛缩合反应 两种不同的醛、酮之间发生的羟醛缩合反 应称为交叉的羟醛缩合反应。
CH3CH O + CH3 CHO OH OH- CH CH CH CHO 3 2 CH3CH CH2 CHO
O CH3CCH3
Ba(OH)2 -H2O
OH
O
O
(CH3)2CCH2CCH 3
(CH3)2C=CHCCH 3

酸碱皆可催化该缩合反应
常用的碱催化剂：NaOH、KOH、Ba(OH)2 NaCO3、NaOC2H5、 (t-BuO)3Al 常用的酸催化剂：磺酸、硫酸、路易斯酸
O
O O
O
烯 醇 式 含 量 ％
CH3CCH3
C2H5OCCH 2COC 2H5
1.5×10-4
O O
7.7×10-3
O O
2.0×10-2
O O
CH3CCH2COC2H5 CH 3CCH2CCH 3 CH3CCH2CCF 3
7.3
76.5
最多
O
O
CH 3CCH2CCH 3 的烯醇式含量高的原因：
康尼查罗反应
H + CH2O（过量） CHO
-OH
CH2OH CH2OH
(2) 其他无α-H的醛
PhCH O (CH3)3C CH O
O CHO
O
CHO + CH3CH O
NaOH H2O, C2H5OH
O
CH CHCH O
(3) 无α-H的醛和其他活泼含α-H化合物的缩合
CHO + CH3NO2
O O CH3CCH 2CCH 3 + CH2=CH-CH=O
给体 受体
EtO EtOH
O α β (CH 3C) 2CH CH 2CH2CHO
酮的自身缩合
O 2CH 3CCH3
-H2O (CH3)2C=CH C CH3 Soxhlex 提取器 I2
O
H+
(CH3)2C=CH C CH=C(CH 3)2
~
~
CH3CCH3
O
~
Ba(OH)2
O
分子内羟醛(酮)缩合：
O O CH3 C CH2CH2CH2CH2 C CH3
KOH / H2O
CH3 C CH3 O
O-Li+ CH3
+
O-Li+ CH3
(CH3)3SiCl -LiCl
OSi(CH3)3 CH3
+
OSi(CH3)3 CH3
99%
蒸馏分离
1%
OSi(CH3)3 CH3
纯净
3 在一般情况下，烯醇式在平衡体系中的含量是比 较少的，但随着α-H活性 的增强，烯醇式也可能成 为平衡体系中的主要存在形式。
有两种情况 （1）一种醛或酮有α-H，另一种醛或酮无α-H。
（2）两种醛酮都有α-H。 （在定向羟醛缩合反应中讨论。）
(1) 甲醛的羟甲基化反应
CH2O + H-CH2CHO
-OH -OH
HOCH2-CH2CHO (HOCH2)3CCHO (HOCH2)4C + HCOOH
2CH2O 浓-OH CH2O
H H
CH3 H
不同羰基结构的α-H的活性的差异：
CH3 NO2 ＞ CH3 O O O CCl CH3 CC6H5 ＞ CH3 CH
pKa
10.2
16
17
＞ CH3
O O O CCH3 ＞ CH3 COCH3 CH3 CN ＞ CH3 CN(CH3)2
pKa
20
25
30
有机反应中可以碳负离子形式参与反应的常见有 机化合物： 1. 醛、酮、羧酸衍生物(酸酐和酯更多)、硝基烷 等的α碳 2. 金属有机试剂中的负电性的烃基碳 3. 活泼亚甲基化合物
RLi + H2O RH + LiOH 2. 亲核性： 和正电性的碳结合(向正电性的C进攻)，发生 亲核取代： RMgX + R’X R-R’ + MgX2 亲核反应 亲核加成: 羟醛缩合反应 CH3CH O + CH3 CHO OH
OH- CH CH CH CHO 3 2 CH3CH CH2 CHO
pH=5
CH2
CH NCH3
CH2 C=O CH2
CH2 CH
托品酮
4. 制α,β-不饱和酮、α,β-不饱和酯
O R-C-CH 2CH 2NMe2 CH 3I O R-C-CH 2CH 2NMe3 OH △
-
△ ，蒸馏
O R-C-CH=CH 2
O R-C-CH=CH 2
复习：麦克尔加成反应
一、定义 一个能提供亲核碳负离子的化合物(给体) 与 一个能提供亲电共轭体系的化合物，如α,β-不饱 和醛、酮、酯、腈、硝基化合物等(受体) ，在碱性 催化剂作用下，发生亲核1,4-共轭加成反应，此类 反应称为麦克尔加成(Michael, A.)反应。 (反应产物为1,5-二官能团化合物，尤以1,5-二 羰基化合物为多)。
H H Na H
+ H2
pKa=16
CH3CH=CH2 pKa=35
CH2
CH
CH2
3. α-H 周围的空间环境：
O O
O
CH 3CCH2CCH 3 的酸性比 CH3CCH3 强。
但是，下面的负电荷就不能被共轭
O H O －H+ O O
二、羰基α-H的活性分析
羰基的α-H是十分活泼的。
O CH3 O D2O NaOD D D O CH3 D
O O H3CC CH CCH3
H
H O H3CC C H O CCH3
下列重氢交换关系的解释：
O CH3 O D2O NaOD D D O CH3 D
CH3 1.H通过碳负离子直接和重氢交换 H
H OH CH3 H D 2O D H D D O O CH3 H CH3 D
2. 通过烯醇负离子和重氢交换
O O CH3C CH2 CCH3 O O CH3C CH2 COC2H5 O O C2H5OC CH2 COC2H5 O NC CH2 COC2H5 NC CH2 CN C6H5 CH2 CN CH3 NO2
N
CH3
负电性碳的反应性质： 1. 碱性： 结合H+，形成C－H键
RMgX + HOH
RH + HOMgX
CHO + CH3CN
OH-
CH CHNO2
CH CHCN
OH-
(4) 克莱森-斯密特反应 一种无α-H的芳香醛和一种有α-H的脂肪醛 或酮 ，在NaOH和乙醇的混合体系内，进行混合 的缩合反应，得到产率很高的α,β-不饱和醛酮， 这一反应称为克莱森-斯密特反应。
O CHO + CH3CC(CH3)3
O CH3CCHCH 2NMe2 HCl CH3
不对称酮反应时，亚甲基比甲基优先反应。
α β
O
CH3
+ CH2O + (CH3)2NH
HC l, H 2O
O
CH3 + (CH3)2NCH2 CH2N(CH3)2
O
CH3
67 %
33 %
2. 在芳、杂环上引入氨甲基
OH + CH2O + H+ N H CH2 N OH
1. 吸电子基的影响：
O SCH3 O CPh
化合物 pKa
CH3
CH3 C N
CH3
CH3 NO2
29
25
16
10.2
常见基团的吸电子能力的相对强弱：
NR3 ＞ ＞
NO2 , O CR ,
CF3 ,
CCl3 ＞ O O CH ＞ COH ,
SO3H , O COR
CN
2. 共轭效应对碳负离子负电荷的稳定作用：