烯醇化物-形成、稳定性和简单反应

一切都是关于包络的

• 烯醇化物能通过去掉a附近碳上的质子形成吗羰基(即“α碳”)。由此产生的阴离子比典型的烷烃稳定得多，因为负电荷可以通过共振离域到氧原子上。
• 烯醇化物可以由醛和酮形成，也可以由酯类酰胺,腈还有很多其他的羰基包含的化合物。当一个额外的吸电子基团出现在α碳，烯醇化物更容易形成。
• 烯醇化物是的亲核试剂和亲电试剂有很多有用的反应。在这篇文章中，我们将讨论烯醇化物与H+、卤素和简单亲电试剂的反应。

目录表

1. 什么是电离层离子?
2. 烯醇化物介导的酮-烯醇互变异构
3. 烯醇化物倾向于与碳原子上的亲电试剂反应
4. 烯醇化的外聚化(和氘化)
5. 烯醇化物是很好的亲核试剂!一些简单的例子(卤化，醛)
6. 影响烯酸酯稳定性的因素
7. 酯和酰胺的烯醇化物
8. 酮烯醇化物
9. 结论
10. 笔记
11. 测试你自己!
12. (高级)参考资料和进一步阅读

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1.什么是电离层离子?

醛类和酮类与强碱[如HO(-)]反应生成碱烯醇化物离子。

碳上的碳氢键断了相邻到羰基碳(即“α碳”)。离羰基永远不会去质子化。

反应是可逆的，平衡对起始物质的影响约为100:1 [注1考虑到我们对碳氢键的了解，这仍然是一个相当令人惊讶的结果。毕竟，烷烃对碱(pK)的抵抗力非常强_一个= 50)所以这里有东西在制造醛或酮约30多pK_一个单位(= 10)^30.)比平时更酸。

为什么会这样?

要了解酸度，首先要看的是检查的稳定性共轭碱。回到Org 1，我们看了很多影响酸度的因素注意到负电荷是稳定的

• 归纳影响(相邻的吸电子基团)
• 共振移位(特别是如果负电荷可以放在电负性更强的原子上)
• 增加了电负性带负电荷的原子(f> O >n >c)

(看看我们在有机化学第一季度学到的所有这些概念是如何在许多章之后继续相关的!)

如果我们比较共轭碱烷烃和共轭碱一个醛或酮，有两件事应该突出。

• 的烯醇化物离子有一个相邻的C=O基团来稳定负电荷电感的影响。
• 如果负电荷在α碳，它可以是非定域化的通过共振将负电荷放在电负性更强的原子上(O的电负性为3.5，而碳的电负性为2.5)。

注意，如果我们在β——或者γ-碳，共振离域是不可能的。

为了烯醇化物形成，在那里必须是一个氢α碳。如果一个醛或酮缺少一个质子α碳我们称之为“非-”enolizable”。

还要避免这个常见的错误:的醛碳氢键不是酸性的！［注2]

事实证明，烯醇化物离子在很多反应中都是非常重要的中间产物我们会花很多时间来了解它们。

我们将从介绍它们的一些简单反应开始，然后通过探索影响它们稳定性(和反应性)的各种因素来结束。

2.烯醇化物介导的酮-烯醇互变异构

烯醇酸酯可以被认为是醛和酮(以及其他)的共轭碱，但它们也是烯醇。

酮烯醇通过将酸或碱加入到一种物质中，可发生互变异构醛或酮。如果你需要复习，回去看看这篇文章：Keto-Enol互变现象]

一般来说酮互变异构体在平衡状态下更受青睐[主要是因为C-O键比C-C键强20千卡/摩尔］．

当酮烯醇互变异构是通过碱的加入发生的，它是通过中间产物的形成进行的烯醇化物在质子化转化成烯醇的形式。

自醛/酮(pK_一个= 17-19)是比H弱的酸₂O (pK_一个15)平衡主要取决于左，意思是烯醇化物是反应混合物的次要成分。

如果这看起来不太令人兴奋，你也可以原谅。

所发生的一切就是碱被用来形成一个化合物烯醇)，在大多数情况下，在平衡状态下，它们的数量至少会超过100:1。谁在乎呢?

令人兴奋的是烯醇化物它本身就是伟大的亲核试剂它能与其他亲电试剂反应如果它们恰好存在，比如:

• 醛或酮(这就得到了醛醇反应[看到帖子:醇醛反应]
• 卤素(这允许例如溴化α碳）
• 烷基卤化物(这使得新的碳碳键在α碳通过烷基化)

我们会讲到的!但首先，一些后果烯醇化物形成。

3.烯醇化物倾向于与碳原子上的亲电试剂反应

烯醇化物有两种突出的共振形式，可以带负电荷碳或者带一个负电荷氧气。

他们是平所以它们最“正确”的形式是把它们带负电荷的氧画出来。

然而，它们倾向于像碳原子一样反应，通过碳原子攻击大多数亲电试剂。有一些方法可以让氧比碳更活泼，但现在我们将把这个问题推迟到更高级的课程中去讨论[注3］．为了我们的目的，我们把带负电荷的碳画出来。

4.烯醇化物的外聚化和氘化

包络子的平坦度有一个重要的结果。

如果从手性中心开始α碳用碱处理α碳，是平的，将失去手性。如果烯醇化物然后与另一个反应亲电试剂(例如H+)它可以从平面的任何一个面这样做烯醇化物，导致外消旋化在那个碳上。更具体地说，我们通常把这个过程称为差向异构化作用［注意4因为它不会导致外消旋混合物的对映体如果存在另一个手性中心。

(碳或碳上的手性中心不受影响，因为这些碳氢键不是酸性的)。

为了好玩，如果我们用a氘类溶剂D₂用O代替H₂O(回想一下，D是氢的重同位素)那么我们将用C-D键取代碳氢键。这是一种有效的整合方式氘。

5.烯醇化物是亲核试剂

卤化

如果我们做一个烯醇化物在卤素如Br存在的情况下₂, Cl₂，否则我₂，就会形成一个新的c -卤素键。这叫做卤化烯醇化物。

在基本条件下进行卤化反应时需要注意的一个关键问题是，该反应具有饼干怪物的特征(饼干怪兽从不只吃一块饼干)。

吸电子基团使相邻的碳氢键更酸，因为它们稳定负电荷。因此产物的碳氢键酸性更强更有可能被碱移除。它会导致失控反应多个卤素可以安装在同一个碳上。［看到帖子:卤仿反应]

更好(和更可控)的方法是不可逆地形成烯醇化物用超强的碱乔治。然后加上(例如)Br₂。没有失控的反应。

醇醛反应

烯醇化物可以与其他醛类或酮类反应!这叫做醇醛反应（看到帖子:醇醛反应）

醛醇反应有很多表亲，有各种各样的名字，比如克莱森缩合反应，亨利反应，诺文纳格尔反应等等。它们都可以归结为同样重要的东西:an烯醇化物亲核试剂攻击一个羰基碳亲电试剂。

6.额外的吸电子基团使烯醇化物更稳定

如果醛类和酮类是酸性的(pK_一个17-19)发生了什么酸度α碳当我们给它加上一个吸电子基团?

记住任何稳定的因素共轭碱会增加酸度。所以它会变成更强的酸因为它带负电荷共轭碱可以分散在多个氧原子上，并且也通过附加的感应效应稳定。

最重要的是，有两个相邻吸电子基团的烯醇化物更容易形成!

比如-酮酯类和乙酰乙酸酯类(pK_一个约11)可以很容易地被像CH这样的强碱去质子化_3.CH₂O (-) (注5]。

这些烯醇化物的一个有用的反应是它们会进行S_N2 .反应烷基形成一个新的碳碳键。这被称为“烷基化”。

然后可以使产物失去CO₂(脱羧)过程被称为丙二酸酯合成(di -酯类)或乙酰乙酸酯合成(beta-keto酯类）.（参见post: The Malonic酯和乙酰乙酸酯合成）

［注6- - - - - -关于与普通酮类的反应]

7.酯和酰胺的烯醇化物

反过来看，酸度会发生什么变化α碳如果我们把a换掉酮对于一个酯？

在an的情况下酯的α碳实际上变成了减少酸性。因此酯烯醇化物是更不稳定比醛类和酮类要多。

这似乎令人惊讶。为什么酯烯醇化物少稳定吗?毕竟，我们难道不认为它应该“更好”，因为它有一个吸电子的OR基团吗?

答案与OH和OR的原因有关激活组在芳香环上而不是在失活基团上。

是的，氧是电负性的，但是孤电子对意味着它也是pi-donor，能与。形成C-O键羰基碳。捐赠大于电负性因素。

从某种意义上说，C=O酯是不太能够稳定负电荷的烯醇化物因为烯醇化物阴离子与“或”基团上的孤电子对“竞争”。

除了…之外酯类，其他能够充当pi受体的基团，如NO₂， CN和酰胺也会形成烯醇化物。

知道了这些，你认为酰胺的烯醇化物(NR)₂)会是更多的或少比an稳定酯(提示:回想一下芳环上的激活基团)

一个简单的理解方法是把C=O看成一个桶，用来接收碳上孤电子对的电子对。当已经有一个电子给体的时候比如异位或异位₂在C= 0的附近，就会有更少的空间留给碳上的电子对，还有烯醇化物会更不稳定。

把这些趋势放在这样一个数字上可能会有所帮助:

8.酮烯醇化物

如果不简要地提到随之而来的一些复杂情况，本文就不完整酮烯醇化物。

在许多情况下，治疗a酮用碱可以得到两种不同的烯化物。

那么我们怎么知道哪一个“赢了”呢?

我们用处理双键的方法来处理它，也就是。扎伊采夫规则。就像烯烃，取代的越多烯醇化物会是最稳定的吗。

［请注意7]

由于这个原因，更多的被取代烯醇化物叫做“热力学?烯醇化物——它在热力学上更稳定。

然而，这种趋势形成了更多的取代烯醇化物会干扰我们精心策划的计划!有很多时候我们想要形成一个烯醇化物在a的少代入的一边酮不管它在“热力学”上想要什么。

克服这种倾向的一个方法是使用结实但笨重的底座。基地锂二异丙基酰胺（乔治。正合你的要求。它就像一条大锤头鲨，很难把鼻子伸进狭窄的角落。所以当有一个酮有两个不同的碳原子，它会以压倒性的优势移除连接在取代较少的碳原子上的碳原子。

乔治。的烯醇化也很有用酯类，酰胺，和腈，但我们将在以后的文章中对此进行更多讨论。

9.总结

我们学到了什么?

• 烯醇化物是由质子的移除引起的a的邻碳羰基(“α碳”)。由于感应效应，它们是稳定的，但更重要的是由于移位(通过共振)碳上的孤电子对和电负性更强的氧。
• 醛/酮没有一个碳氢键在α碳都叫，"非enolizable因为它们缺少酸性质子。
• 烯醇化物是平的。如果是对映体纯的酮具有手性α碳是用底子处理，小心损失的吗光学纯度因为去质子化/质子化。
• Base-catalyzed酮烯醇醛和酮的互变异构通过一个烯醇化物。
• 烯醇化物会与卤素(如溴)反应₂, Cl₂,我₂)醛类/酮类，以及烷基卤化物。
• 烯醇化物有两个吸电子基团连着α碳特别容易形成吗。
• 烯醇化物的酯类酰胺是更加困难形成醛和酮的烯醇化物
• 在许多情况下，治疗a酮加碱可以产生两种不同的烯醇化物。对于像NaOH或NaOR这样的强碱，倾向于形成更多的代替烯醇化物因为烯烃稳定性随着替代的增加而增加。
• 这种倾向可以通过使用像二异丙基酰胺锂(乔治。)，构成“动能"烯醇化物。

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笔记

注1。我们可以通过观察酸碱反应的四个组分(酸，碱，共轭酸，共轭碱)比较pK_一个酸的S和共轭酸。酸是醛(pK_一个= 17)由于我们的酸是HO(-共轭酸是H₂O (pK_一个= 15.7)。因此，平衡常数K大致为(16-17 = -1)或10¹在产品的方向上。非常少烯醇化物会在任何时间出现。

注2。的醛碳氢化合物不是酸性的，尽管它看起来应该是酸性的!

注3。烯醇化物倾向于与碳而不是氧反应。其中一个原因是氧倾向于与所使用的碱(如Li+或Na+)的反离子紧密结合。使氧更活泼的一种方法是使用体积更大、与氧形成较弱离子键的碱金属盐(如钾、K+)。

注4。当只有一个手性中心存在时，它在α碳，结果将是外消旋化。当有多个手性中心，其中一个在α碳，只有手性中心在α碳都会受到影响。

这可以导致形成异构体。Epimer是一个特殊的名字只有一个手性中心的构型不同的非对映体。

例如，用碱处理光学纯的(2S, 3S)-二甲基环己酮将得到(2S, 3S)-二甲基环己酮和(2R,3S)-二甲基环己酮的混合物。他们不是对映体因为它们在C-3有相同的结构。

注5。我们必须小心使用底料。如果我们用氢氧化钠，我们最终会皂化的酯(基本水解)。如果我们用强碱和不同的R基团我们最终会表现酯交换。

注6。以NaOR为碱的普通酮的烷基化反应烷基卤化物，如CH_3.我是个好坏参半的人。它通常会导致多个烷基化反应。进行这些反应的最好方法是不可逆地形成烯醇化物使用强碱乔治。然后使用烷基卤化物。

这方面的经典研究是豪斯和克莱玛。强烈推荐。

注7。在“热力学条件”(NaOR/ROH)下，热力学烯醇化物与动力学烯醇化物的典型比例约为4:1，但差异很大。第2页这篇文章提供了一个伟大的概述形成热力学烯醇化。

注8。我经常被问到的一个问题是为什么格氏试剂能够在不使酮去质子化的情况下加到酮上。在所有pK之后_一个一个醛或酮是16-18岁，pK是多少_一个一个烷烃的密度在50左右，所以为什么不希望发生酸碱反应呢?

答案是质子是酸性的但它们只有在碳氢键与碳氧键的p轨道对齐。这是因为共振离域只有在p轨道重叠时才有可能发生。

这使得碳原子的去质子化非常慢，相对于除了到羰基也相对于O-H的去质子化，不需要轨道重叠。

典型的例子是双环酮的桥头堡碳氢键。

注意9。我们在有机化学入门课上遇到的另外两种制造烯醇酯的方法也值得一提。

第一个是阿尔法光环酯类可以用Zn处理得到烯醇酸酯，这一过程称为烯醇酸酯的还原生成。这很像格氏试剂生成。

由此产生的烯醇化物可以在Reformatsky反应中加入醛和酮。

另一种制备烯醇酸酯的方法是共轭加成。添加a亲核试剂烯酮得到一个新烯醇化物。

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测试你自己!

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(高级)参考资料和进一步阅读

参考文献

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12. 伪麻黄碱作为手性助剂用于合成高度对映体富集的羧酸、醇、醛和酮
    Andrew G. Myers, Bryant H. Yang, Hou Chen, Lydia McKinstry, David J. Kopecky和James L. Gleason
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    伪麻黄碱n -酰化生成的烯醇化物可以选择性地面烷基化。这更容易诱导选择性很大在一个反应中构型,一种方法是用a手性辅助一种手性支架，附着在底物上，烷基化后再移除。这是一篇展示实用化学的论文——在当时，伪麻黄碱比现在更容易获得，迈尔斯教授(现在在哈佛大学)广泛地记录了反应和过程，以使其可重复性、健壮性和可靠性。
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    D. A. Evans, M. D. Ennis和D. J. Mathre
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    这是一篇具有里程碑意义的论文，在这篇论文中，Evans教授率先使用了手性助剂，并展示了它们如何用于不对称醛醇反应。这里使用的助剂是手性恶唑烷酮，这种化学反应被称为“埃文斯不对称醛醇”或“埃文斯手性助剂”。
14. 无环stereoselection。7.立体选择性合成2-烷基3-hydroxy羰基醛醇缩合化合物
    Clayton H. Heathcock, Charles T. busse, William A. Kleschick, Michael C. Pirrung, John E. Sohn和John Lampe
    《有机化学杂志198045(6), 1066 - 1081
    DOI：10.1021 / jo01294a030
    本文介绍了醛醇反应中立体选择性的概念烯醇化物是添加到另一个羰基化合物。讨论了过渡态模型，并说明了锂离子在螯合中的作用。