羰基的烯醇異構可以說是有機化學中有十分乃至九分重要的異構化反應,一般來說,中性條件下,在無共軛等因素加持下,烯醇體是占據劣勢,因為碳碳雙鍵鍵能略小於碳氧雙鍵。
烯醇異構反應機理並不復雜,因此我簡要帶過:
一般來說分為酸性下的和堿性下的異構化,具體機理不同,但這不是這邊文章的側重點
理論上,任何一個有機反應,都有可能有選擇性,因此我們才要去研究他的反應機理
首先我們來分析一下反應的構象。以丙酮為例:
筆者此處直接用自己的筆記來分析,字醜見諒。
反應構象是左側的而非右側的,主要有兩點原因:
1.位阻:左側沒有重疊而右側H和甲基全重疊,但是這樣的排斥其實不算太大。
2.活化能:左側被拔的H酸性強於右側,原因來源於C-H鍵對於羰基的超共軛。
C-H對於羰基π*的超共軛
這時候有讀者要agure瞭(sxw語,略改瞭下),那為什麼C-H對於C-O超共軛的後者不好呢?
原因其實無外乎兩點:
位阻上,此時H和甲基全重疊,有較大排斥
軌道作用上,σ鍵軌道重疊大於π鍵,因此σ成鍵軌道能量低於π成鍵。那麼相反的σ*的能量高於π*。本著分子軌道成鍵的能量相近要求,你覺得哪種作用好呢?
確定瞭反應構象,接下來考慮哪種構象優勢就好。
當所用的LA不大的時候,或者LA可以像9BBN骨架一樣隱藏大取代基的時候,α-H一側的大基團傾向於靠近羰基。
但當LA比較大,比如遇到-B(c—Hex)2Cl的時候,羰基就變得肥大,因此大基團傾向於遠離。
由此順利解決瞭clayden的兩例選擇性
好的遊戲結束瞭?不對,這個題目叫啥來著?哦,令人抓狂的選擇性,那我再抓點例子來吧。這不就來活瞭:
發生甚麼瞭,對於Et的情況似乎和我們剛剛分析的情況相反,理論上甲基應當傾向和O在一起
如果按照剛剛的分析,應當後面的才是主產物,因為理論上甲應當喜歡和小巧玲瓏的o在一起。
不過奇怪的是R變成t-Bu的時候情況卻相反瞭。
好在clayden還算良心旁邊的小字給瞭我們思路:去康康Ireland模型:
Ireland模型最早由Robert E. Ireland等人在1976年報道,羰基化合物在THF中,經過胺基鋰去質子化立體選擇性形成 Z 或 E -烯醇負離子的模型。
Ireland模型,註意,當R較大的時候順式烯醇選擇性好,但R小的時候選擇性並不好
模型提出瞭兩種可能的環狀過渡態中 1和 2,其中生成1的過渡態中,R1和R2有明顯的1,2排斥。而生成2的過渡態主要排斥來自N上取代基於R2的1,3直立排斥。二者之間的互相博弈決定瞭產物的比例。
對於Et的時候1,3排斥,主導,而t-Bu則用它雄偉的身軀讓甲基跪著唱征服,硬生生掰瞭上去
syn戊烷作用不光有范德華作用,還有偶極偶極排斥落井下石
所以就看到瞭clayden上的結果,不過不是誰都和t-Bu一樣臃腫,所以上圖中1,3排斥不是很明顯,選擇性就沒那麼高。
這時候又有讀者要agure瞭(sxw語,略改瞭下),這是屬於你Ireland的精妙模型沒錯,可我就是要用和你對著幹,怎麼辦?我就是要用R=Et的情況得到E形產物。
其實並不難,隻要幹碎這個環就好瞭,怎麼幹碎?加HMPA就可以瞭
上面的N和O可以和Li配位
中有上有類似的Eg:
不過當我拿這個去問 @Creeper Batter 的時候,creep學長給我瞭一個有意思例子:
新的風暴已經出現
恰好,成環秘籍上也有此題,我就放出來
到這我說是令人抓狂應該沒有問題吧
兩者唯一不同就來自堿瞭,那麼看堿就行瞭。
可能很多人會和我一開始想的一樣,Si穩定β位的C正離子能力甚至可以和臨位的羥基相提並論(sxw:β矽基穩定碳正離子的能力不亞於羥基)
那麼對於負離子,矽不應當是去穩麼?加上Si電負性遠小於碳,這下可以說是在危樓頂上蹦迪瞭,危上加危。理論上這是比LDA更強的堿,可一查表,LDA比它強瞭10個數量級左右,怎麼肥事?
知己知彼,百戰不殆,我們犯錯的原因是不瞭解si,看看si元素的元素化學就好瞭,這不就來瞭嗎:
個人傾向於是超共軛而不是d軌道,原因看我中有糾錯的文章
牛屲,原來如此,這就不奇怪瞭,原來是d軌道啊。其實對於重周期,都有穩定臨位負離子的能力,隻不過我們接觸的短周期比較多,本身反常的是短周期而不是重元素,可卻因為接觸的多而攻守之勢異也。
那麼,對於LHMDS,它的堿性就弱瞭,因此去質子一步放熱就少,由Hammond假說,應當在過渡態中體現更多產物烯醇的結構,因而偏離瞭椅式。而LDA由於堿性太強瞭因為過渡態相當靠前,擁有較多酮成分,椅式過渡態能比較完好。
圖源成環秘籍
那麼對於1,2和1,3排斥,兩者耐受性不一樣。我們可以認為前者甚至開始向著半椅構象接近,因此1,2排斥就相對大,1,3排斥就變小瞭,因此產生瞭區別於LDA的產物。
感謝閱讀!筆者水平尚淺,如有不妥或不足之處,望各位聚銠不吝賜教。
致謝:
感謝 @Creeper Batter @Makestudy 以及qq一位陜西的學長幫忙答疑解惑
彩蛋:
此處第一個應當是抄反瞭,參考J. Org. Chem. 1997, 62, 7516-7519