羰基α-取代反应

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α-取代反应发生在羰基旁边的位置,即α-位,并且涉及 由亲电子试剂 E通过烯醇烯醇化物离子中间体取代 α  原子

阿尔法替代方案



反应机制

因为它们的双键是富含电子的,所以烯醇表现为亲核试剂并且与亲电子试剂反应的方式与烯烃的方式大致相同但是由于相邻氧气上的孤对电子的共振电子给予,烯醇比烯烃更富电子并且相应地更具反应性。注意在以下乙烯醇(H 2 C = CHOH)的静电电位图中,α碳上是否存在大量的电子密度。

阿尔法替代机制2

当烯烃与亲电试剂如HCl反应时,初始加入 H +得到中间阳离子,随后与Cl -反应得到加成产物然而,当烯醇与亲电子试剂反应时,只有初始加入步骤是相同的。中间阳离子不是与CI反应-得到加成产物,而是失去OH -质子,得到α-取代的羰基化合物[1]845

醛和酮的α-卤化

在一种特别常见的α-取代反应实验室卤化在其α位置由反应氯2,溴2或I 2在酸性溶液中。通常使用乙酸溶剂中的

值得注意的是,酮卤化也发生在生物系统中,特别是在海藻中,其中已发现二溴乙醛丙酮,1,1,1-三溴丙酮和其它相关化合物。

卤化是典型的α-取代反应,其通过酸催化形成烯醇中间体而进行。

α-氢原子的酸性:烯醇离子形成

上的羰基化合物的α位的氢是弱的酸性,并且可以通过一个强除去,得到烯醇化物离子。例如,在比较丙酮(pK a = 19.3)与乙烷(pK a = 60)时,相邻羰基的存在使酮相对于烷烃的酸度增加了10 40

当CH键大致平行于羰基的p 轨道取向时,发生质子从羰基化合物中的提取烯醇化物离子的α碳原子是sp 2 -杂化的并且具有与相邻的羰基p轨道重叠的p轨道。因此,负电荷电负性氧原子共享,并且烯醇化物离子通过共振稳定

羰基化合物比烷烃更酸性,原因与羧酸酸性比醇类相同。在这两种情况下,阴离子都通过共振来稳定。然而,烯醇离子与羧酸根离子不同,因为它们的两种共振形式不相等 - 氧上的负电荷形式的能量低于带有碳上电荷的形式。然而,共振稳定背后的原理在两种情况下都是相同的。

因为羰基化合物仅是弱酸性的,所以烯醇化物离子形成需要强碱。如果使用醇盐如乙醇钠作为碱,则去质子化仅发生在约0.1%的程度,因为丙酮是比乙醇弱的酸(pK a = 16)。然而,如果使用更强力的碱如氢化钠(NaH)或二异丙基氨基锂(LDA),则羰基化合物可以完全转化为其烯醇化物离子。通过强碱丁基锂二异丙胺的反应容易制备的二异丙基氨基锂(LDA)在实验室中广泛用作从羰基化合物制备烯醇离子的碱。

许多类型的羰基化合物,包括硫酯酰胺,可以通过与LDA反应转化成烯醇离子。请注意,腈类也是酸性的,可以转化为烯醇类阴离子(称为腈类阴离子)。当氢原子侧接两个羰基时,其酸度进一步增强。β-二羰基化合物的这种增强的酸度是由于通过两个羰基上的负电荷离域而使得到的烯醇化物离子稳定化。[1]850

烯醇离子的反应性

由于两个原因,烯醇离子比烯醇更有用。首先,纯的烯醇通常不能被分离,而是仅以低浓度的短寿命中间体产生相比之下,通过与强碱反应,可以从大多数羰基化合物容易地制备纯烯醇离子的稳定溶液。其次,烯醇离子比烯醇离子更具反应性,并且经历许多烯醇离子不会发生的反应。虽然烯醇是中性的,但烯醇离子带负电荷,使它们成为更好的亲核试剂。因此,在实验室和生物化学中,烯醇离子比烯醇更常见。

因为它们是两个非等价形式共振杂交体,烯醇化物离子可以在无论是作为乙烯基被看作醇盐(C = C-Ò 或α-ketocarbanions(- CC = O)。因此,烯醇离子可以与氧或碳上的亲电子试剂反应。对氧的反应产生烯醇衍生物,而对碳的反应产生α-取代的羰基化合物。两种反应性都是已知的,但对碳的反应更常见。[1]853

烯醇离子的烷基化

也许烯醇离子最重要的单一反应是通过用烷基卤化物甲苯磺酸盐处理进行烷基化,从而形成新的CC键并将两个较小的片段连接成一个较大的分子当亲核烯醇化物离子在SN 2反应中与亲电烷基卤化物反应并通过背面攻击取代离去基团时发生烷基化

烷化

烷基化反应受到影响所有SN 2反应的相同约束因此,在烷基化剂RX离去基团X可以是,或甲苯磺酸酯Tile烷基R应为伯或甲基,并且优选应为烯丙基苄基二级卤化物反应很差,叔卤化物根本不反应,因为反而发生竞争性的E2 消除 HX。乙烯基和芳基卤化物也是非反应性的,因为空间阻止了背面方法。[1]855



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