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刚进实验室做反应时,会经常关注到体系中会加入一些碱。
但是有时候用的是有机碱,有时候用的是无机碱; 有时候是催化量的,有时候是当量的,还有时直接做溶剂;……
所以,为什么要加它们呢?
干什么用?
能不能不加呢?
想搞明白这个,我们需要了解一下碱在有机反应中的作用:
1、简单的酸碱反应
简单的酸碱反应初中就有涉及,所以这个很简单就不举例了。啰嗦一下就是要了解在有机合成中一个常用的手段,见:
2、去质子,增加亲核物种的亲核能力,一个示例如下:
所以这里面的正丁基锂是当量的,且一般会比底物(1-甲基吡唑)的当量多一点。
3、缚酸剂,中和反应中产生的酸,使反应正向进行,一个示例如下:
这个里面的三乙胺也是当量的,同样要求比底物当量多一点,且一般来讲,多加几个当量,对反应影响并不大,只会干扰后处理
4、很多时候去质子和做缚酸剂是联合使用的,一个示例如下:
这个体系中有两个酚羟基去质子,同时产物也会出现HBr或HI,所以为了维持碱性环境,碳酸钾用量一般会超过3eq。
5、对高价金属的还原,如三级胺可还原二价钯为零价钯
三级胺不止只有三乙胺,常用的还有DIEA,另外DMF不单单是溶剂,其在一定程度上也可以视为三级胺。之所以说是一定程度上,主要是因为N和醛基链接的地方更像1.5个键。
6、做反应的催化剂,一个很好的示例在机理学习时我们有讲过, 见:
如你所见,在这个循环体系中,DMAP只是一个临时的搬运工。
7、自身做亲核试剂取代,一些 示例如下:
同样是当量的,属于凭借美貌挖墙脚,一挖一个不吱声!
8、脱保护基,如酯基的水解,乙酰基的脱除
一般碱的用量都是大大过量的。
9、用于色谱预处理,饱和酸性位点
如过柱子或爬板子时,如遇到易拖尾、易分解的碱性化合物,常在洗脱剂(展开剂)种加入0.1~1%的三乙胺饱和Si-OH,防止分解和死吸附;
10、控制反应途径
如在卤代烃取代和消除的竞争反应中,体格较小的KOH会促进取代反应的进行,而体格较大的叔丁醇钾则容易导致消除;
这种类似的示例非常多,如果你是做方法学的,在筛条件或衍生化的时候想必一定很有感触。
11、稳定高能反应中间体
许多反应都会产生带正/负电荷的中间体,这些“旱的旱死,涝的涝死”的中间体很不稳定,但为了增加选择性,我们又要尽量控制;
于是化学家们会加一些含有“反离子”的碱加以控制,这里面最经典的就是用碱金属镁稳定的碳负离子,即:格式试剂;
12、辅助配体交换,优化金属中心配位环境,促进金属交换
在过渡金属催化反应中,碱会通过置换弱配位配体(如下图中卤素),引入强配位配体(如O⁻、NR₂⁻),优化金属中心的配位结构以促进金属交换。
13、做溶剂,同时体现碱性
吡啶大概是高频有机溶剂之一。用到的反应类型很多,常见的如:亲核取代反应,Michael加成反应,以及与CrO3配合用于氧化还原反应:
其他用法也有很多,如与干燥氟化氢反应形成氟化氢-吡啶络合物(PPHF),作为氟化氢的原位生成试剂;
但如你所见:几乎所有的反应过程中都能体现出吡啶N上孤电子对的作用,无论是与金属螯合还是做缚酸剂,亦或者直接当碱。
至于吡啶会不会影响生育能力,虽然没有很明确的佐证,但是不可能空穴来风,这个必然是有一定依据的,使用的时候还是要注意。
14、清洗剂,复杂的降解反应;
在有机实验室,强碱如氢氧化钠,常搭配乙醇,水配成碱缸用于清洗脏试剂瓶,该过程机制较复杂;
以上
暂时想起来这么多,不知道还有没有,欢迎评论区留言补充。
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