醛和酮

通过詹姆斯·阿森赫斯特

羰基:10个关键概念(第二部分)

最后更新:2021年5月24日|

如果你正处于典型的大学周期,那么你现在很可能正在学习OrgII。正如你们现在非常清楚的一样【比你们希望的更清楚,我可以听到你们中的一些人说】Org II的主要焦点之一是羰基化学的许多不同方面。紧随其后以前的职位在研究这些物种的化学时,这里有五个进一步的重要观点。[注 - 这些将包含在目前准备的第二个羰基摘要表中]。无需再费周折…

6.羰基使相邻的烷基更酸性。

酸性增加多少?考虑乙烷。实际上,乙烷对碱是惰性的:它氢的pKa是50。但是当你把乙烷的一个质子交换成羰基(比如-COOCH3)时,会发生一些惊人的事情。酸度的变化是10的25次方倍。这是一个让人难以置信的数字。不同物种之间的化学反应性的差异可以令人难以置信的,思想令人沮丧的广阔。我们不是在讨论佩顿·曼宁和丹·马里诺之间的四分卫能力的差异,甚至也不是在讨论勒布朗·詹姆斯和凡尔纳·特罗耶之间的篮球技术差异。反应性的差异*是真正的宇宙性的:就像比较你臂展的宽度和银河系的长度。

羰基通过共振使共轭碱稳定,使相邻的烷基更酸

这里发生了什么?简单地,羰基π系统为碳酸碳为提供“水槽”以捐赠电子密度,在α-碳和羰基氧之间设置负电荷的共享。关键结构特征并不是如此的共振,尽管这是一个因素 - [丙烯的下部PKA(42)是共振稳定的一个好例子]原因是羰基稳定碳水碳的原因负电荷集中在一个电负性更强的原子(氧)上,能够更好地稳定负电荷。

澄清一下:反应性=酸和共轭碱之间平衡的位置,而不是相对能量。为了得到相对能量,你必须解出ΔG = -RT (lnK),并进行比较。

7.羰基的亲电性越强,α-质子的酸性就越强。

羰基的稳定性取决于它的电子贫乏程度。在羰基附近放置一个高电负性基团,如CF3,使羰基更亲电,从而使其能够更好地稳定负电荷。另一方面,带有给电子基团的羰基(如酰胺)不稳定负电荷几乎一样好. 这意味着阿尔法质子的酸度降低。

由于羰基的亲电性更强,其α质子的酸性更强,例如三氟甲基丙酮和酰胺

顺便说一下,这些影响是附加的。记住这个原则,你应该能够根据酸度来确定以下二羰基化合物的等级。

酸度和离域的加法效应

8.羰基也能使烯烃发生亲核反应。

乙烯(乙烯)与亲电试剂如Br2和mCPBA反应良好,但与亲核试剂如二乙胺结合时,不会发生反应。尽管这个反应在热力学上是有利的,但这是事实:你用一个C-Cπ键和N-H单键交换一个新的C-H单键和一个C-N单键。与#6一样,缺乏反应性的原因是由亲核攻击产生的由此产生的碳酸是非常不稳定的。

羰基使烯烃被亲核试剂攻击,如乙烯不被二乙基酰胺锂攻击

然而,用羰基衍生物取代氢,烯烃会突然变得更加活泼。同样,原因是亲电羰基能够稳定新产生的负电荷。共轭加成的直接产物是烯醇酯,然后可以根据反应条件快速质子化。关键是羰基能稳定反应的中间体,使其能够继续。

在αGreata不饱和酯上的缀合物加入锂二乙基酰胺

9.α、β不饱和羰基的反应活性与其烯醇酯的稳定性成正比。

假设要求你对以下α、β不饱和羰基衍生物对亲核试剂的反应性进行排序:

用亲核试剂的αβ不饱和羰基的反应性与其烯丙基三氟甲醛的稳定性成比例

通过了解羰基上每个取代基的相对供体能力(如NEt2 > OEt > CH3 > CF3)你可以对将生成的烯醇酯的稳定性进行排序通过共轭加成。因为亲核加成是这个反应的限速步骤,因此,您将知道添加的相对率。

α,β-不饱和羰基和烯醇酯之间的交集导致了化学上的各种创新发现。[不在考试中:贝里斯-希尔曼反应].

只需记住:再加上α,β不饱和羰基就得到烯醇中间体。

[Fyi,还有另一种,α,β-不饱和羰基的微妙效果,我现在没有时间进入:质子是酸性的.]

10.烯醇化物是亲核试剂。

他们一次又一次地做出反应。通过了解他们的相对稳定性,您还可以理解其相对的反应性。

我的三年级有机化学老师萨雷克教授让我们在课堂上以小组的形式大声说出以下几句话,一节课讲几遍,直到我们最终把这个事实牢记在脑海中:

烯醇酸盐是一种亲核物质.”

如果你现在正在学习Org II,你可以想到3到4个例子你看到烯酸酯,加入到不同的亲电试剂中。

-醛醇反应

-克莱森冷凝

——迈克尔反应

-烯醇酯烷基化

相对反应性呢?回想一下羰基α-质子酸度的顺序:

三氟碳与酰胺的相对酸度趋势

亲核试剂的反应性与其稳定性成反比。很有道理,对吧?稳定度越低,反应性就越强。换句话说,羰基化合物的pKa越高,所得烯醇酯的反应性就越强。

亲核试剂的反应性与稳定性成反比,酰胺烯醇酸酯的反应性最强

大声说,自豪地说:烯醇化物是亲核的。

注释

评论部分

对“”的6个想法羰基:10个关键概念(第二部分)

  1. 吉姆,你的网站不错。烯醇酸离子讨论得很好。在生物化学中,这些类型的反应是常见的,包括含2酰胺的氨基酸,Q和N。

    关于丢失质子的可能性呢(对周围的胞质醇)留下的阴离子N后面能够将电子对送入羰基的阴离子N后面?通过这种方式,您还可以在与连接碳双键中使用N的负氧。也许酸/碱催化框架可以支持这一点。

    例如,考虑蛋白质和盐的连接。比如赖氨酸(K+)就在附近,可以为烯醇酸类负电荷氧原子提供稳定的正电荷。通常不稳定的烯醇酸离子,现在更有可能以烯醇酸的形式稳定吗?如上面提到的,胺N失去一个质子,然后将剩余的电子提供给羰基共振,导致稳定的N=C-O- .....K +盐链接吗?你认为这可能吗?你认为哪一种可能性最大,或者根本没有?我只是想把这个扔了——可能会帮助我更好地处理这个——我知道它不能太复杂,但我的有机化学有点生锈了。

    我需要对此做一些进一步的研究,也许简单的热力学可以提供答案。一个简单的NH3+ - o - r键在4kj /mol附近,所以也想知道这是如何影响两个潜在的烯酸型负离子的。

    只是一个想法。我目前正在研究这个问题,N与赖氨酸的距离大约为2.5 Ang。

  2. 关于二乙基氨基乙基(二苯丙沙胺)锂烯氨基/烯醇锂及其与卤代烷烃或卤代烯的反应。除了酰胺的氮原子外的一个很棒的中间体你说什么?射线

  3. 你能不能用另一种方式解释“羰基使相邻的烷基更酸”?我不明白它们和相邻碳的酸性有什么关系。

  4. 酸越强,它的共轭碱就越弱。所以,任何能稳定共轭碱的特性,都会增加共轭酸的酸度。

    当羰基碳附近的烷基失去H+并获得一个负电荷时,这个电荷由于共振而被羰基氧有效地持有。由于氧的电负性比碳更强,它比碳更能稳定电荷。相比之下,乙烷几乎是非酸性的,因为它不能稳定由于失去H+而带来的负电荷

  5. 为什么氢直接与羰基碳原子成键不酸性?在sp2轨道上,它的酸性会更强碳会被氧的i效应稳定下来。

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