烯醇负离子的C或O烷基化选择性和哪些因素有关?

烯醇负离子有两种主要的共振式,氧原子和α-碳原子上都带有部分负电荷。烷基化发生在碳原子上还是在氧原子上和亲电试剂和反应条件有关,一般情况下α-碳原子具有相对较高的亲核性。

一、溶剂效应影响

HMPA,DMF, DMSO等一些极性非质子溶剂,具有很高的介电常数,但没有羟基,也不能形成氢键,因此可以将烯醇盐的金属离子络合物住,使氧负离子暴露出来,更利于进行氧烷基化反应。而叔丁醇等质子性溶剂可以和氧负离子形成氢键,降低了氧原子的亲核性,有利于形成碳烷基化产物。
极性非质子溶剂对烯醇盐溶解度较高,更有利于形成氧烷基化产物,而四氢呋喃等极性较低的非质子溶剂对烯醇盐溶解度较低,烯醇盐以离子簇形式存在,更有利于形成碳烷基化产物。

二、烷基化试剂影响

根据软硬酸碱理论,磺酸酯属于硬酸,卤代烷烃属于软酸,而氧负离子属于硬碱,碳负离子属于软碱,根据“硬亲硬,软亲软”,磺酸酯更有利于氧烷基化,卤代烃更有利于碳烷基化。

三、结构因素影响

根据分子轨道理论,成键过程就是轨道的重叠,根据底物空间结构的不同,可能导致成键方向的不同而形成碳烷基化产物或氧烷基化产物。烷基化试剂的LUMO轨道如果进行碳烷基化,必须要和羰基基本处于垂直方向进行重叠,因此上述分子碳链较短时,空间上不能形成有效重叠,因此只能生成氧烷基化产物。

四、烯醇盐金属离子的影响

烯醇盐金属离子的半径不同,对选择性也有很大影响,较小半径的离子能够更加紧密的聚合到一起,因此氧端位阻更大,有利于形成碳烷基化产物,反之亦然。
总之,烯醇负离子的烷基化反应,利用硫酸烷基酯在极性非质子溶剂中反应可以最大量得到O-烷基化产物。利用卤代烃(溴代烃或碘代烃)作为烷基化试剂在偏小极性溶剂(THF或DME)中反应,可以最大量得到C-烷基化产物。当然一些特殊空间结构的底物除外。

参考资料

中科院高等有机课件,吕海燕教授

相关反应(点击查看

有机酸碱理论

分子轨道理论

烯醇式结构为什么不稳定?

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