β-二羰基化合物.ppt

1、第十四章 -二羰基化合物,基本要求： 1掌握酯的水解和克來森（Claisen）酯縮合歷程。 2掌握乙酰乙酸乙酯和丙二酸二酯在合成上的應(yīng)用。 3. 理解互變異構(gòu)。 4理解合成路線設(shè)計的基本知識。 5了解麥克爾加成的涵義和應(yīng)用,作業(yè)：2，3，4，5，6，7，8，9，10，11,凡是兩個羰基中間為一個亞甲（CH2）隔開的化合物為-二羰基化合物 。這里所指羰基不限于醛、酮羰基，還包括羧基和酯的羰基。兩個羰基的作用使亞甲基很活潑，所以又叫活潑亞甲基化合物?；顫妬喖谆衔锊幌抻?-二羰基化合物 范圍更寬,二羰基化合物舉例 -二酮 -酮酸酯 丙二酸酯,14.1 -二羰基化合物的酸性及互變異構(gòu),1、幾種羰基

2、化合物甲基、亞甲基上氫pka值，理論解釋： 乙酸乙酯：25；丙酮:20; 丙二酸二乙酯：13； 乙酰乙酸乙酯：11；戊二酮：9 活潑亞甲基上氫的酸性遠(yuǎn)遠(yuǎn)強于乙酸乙酯和丙酮分子中甲基上氫的酸性。 理論解釋：用給出質(zhì)子后生成的負(fù)碳離子的穩(wěn) 定性說明。 進(jìn)一步說明幾種-二羰基化合物的酸性強度規(guī)律,一 -二羰基化合物的酸性及判別,化合物 pKa 烯醇式含量 CH3COCH3 20 1.510-4(痕量) H2O 16 ROH 15 EtO2CCH2CO2Et 13.3 7.710-3 NCCH2CO2Et 9 2.510-1 CH3COCH2CO2Et 10.3 7.3(純液態(tài))，氣態(tài)46.1%, 水

3、0.4% CH3COCH2COCH3 9 76.5 C6H5COCH2COCH3 99 100,表中的烯醇式含量均在純凈液態(tài)（無溶劑）下測定,碳負(fù)離子可以寫出三個共振式,1) (2) (3,酮式（92.5%） 41oC/2.66bar mp -39oC,烯醇式（7.5%） 32oC/2.66bar,乙酰乙酸乙酯的結(jié)構(gòu)及互變異構(gòu),存在酮式和烯醇式爭論: 酮式結(jié)構(gòu)：CH3COCH2COOC2H5 證據(jù)：有甲基酮的典型性質(zhì)與亞硫酸氫鈉等羰基的親核加成反應(yīng)；還原變?yōu)?羥基丁酮酸乙酯。 烯醇式結(jié)構(gòu)：CH3C=CHCOOC2H5 OH 證據(jù)：烯烴性質(zhì)加溴（使溴水褪色）；烯醇式結(jié)構(gòu)三氯化鐵水溶液顯色；醇的性

4、質(zhì)與三氯化磷，乙酰氯反應(yīng)等,乙酰乙酸乙酯實際是酮式和烯醇式混合物，酮式和烯醇式混合物是互變異構(gòu)，兩者處于平衡狀態(tài)，互相轉(zhuǎn)換,當(dāng)與酮式試劑反應(yīng)時，由于平衡移動，顯示出為酮式結(jié)構(gòu)， 在與溴水反應(yīng)時為烯醇式結(jié)構(gòu)。 烯醇式結(jié)構(gòu)本來是不穩(wěn)定的，但是在-二羰基化合物中是比較穩(wěn)定的。用共軛效應(yīng)和分子內(nèi)氫鍵解釋。 乙酰乙酸乙酯在不同溶劑中烯醇式和酮式比例不同，溶劑極性越小，烯醇式比例越高。質(zhì)子形極性溶劑易于與酮式形成分子間氫鍵，酮式比例高；非極性溶劑易于烯醇式分子內(nèi)氫鍵的形成，所以在環(huán)己烷類非極性溶劑中烯醇式比例高,14.2 -二羰基化合物的烷基化、?；?1 乙酰乙酸乙酯的-烷基化、 -酰基化2碳負(fù)離子與羰

5、基化合物的反應(yīng)3碳負(fù)離子與,-不飽和羰基化合物的反應(yīng),14.3丙二酸二乙酯在有機合成中的應(yīng)用,1）制法,2）性質(zhì),水解脫羧,丙二酸二乙酯在有機合成的應(yīng)用丙二酸二乙酯的上述性質(zhì)在有機合成上廣泛用于合成各種類型的羧酸（一取代乙酸，二取代乙酸，環(huán)烷基甲酸，二元羧酸等,例如，用丙二酸二乙酯法合成下列化合物，其結(jié)構(gòu)分析如下,14.4Claisen酯縮合-酸酯的合成,1，在乙醇鈉（金屬鈉+少量乙醇）作用下乙酸乙酯 縮合生成乙酰乙酸乙酯，反應(yīng)由三步組成。 反應(yīng)實質(zhì)：乙酸乙酯甲基具有一定酸性，在強堿作用下， 生成負(fù)碳離子，然后負(fù)碳離子進(jìn)攻酯分子中羰基碳，負(fù)碳 離子乙氧基取代下來，生成乙酰乙酸乙酯。 2，丙酸乙

6、酯的酯縮合反應(yīng) 3，乙酸乙酯和丙酸乙酯等量混合物的酯縮合反應(yīng) 4，草酸二酯（及無活潑氫的酯）與乙酸乙酯的酯縮合反 應(yīng) 5，己二酸二乙酯分子內(nèi)酯縮合反應(yīng) 6，丙酮與乙酸乙酯的酯縮合反應(yīng) 7，分子內(nèi)酮酯縮合 （用板書說明,1. 克萊森縮合反應(yīng),1）定義：具有-活潑氫的酯，在堿的作用下,兩分子酯相互作用，生成-羰基酯,同時失去一分子醇的反應(yīng),酯縮合反應(yīng),2）反應(yīng)機理,3）在強堿作用下的酯縮合反應(yīng),只有一個-H，必須用強堿作催化劑，才能使反應(yīng)進(jìn)行,在強堿作用下酯縮合的反應(yīng)機制,3 酮 酯 縮 合,從理論上分析，有可能生成四種化合物,NaH,EtO,EtO,NaH,H2O,H2O,H2O,H2O,CO,

7、4 狄 克 曼 酯 縮 合 反 應(yīng),二元酸酯若分子中的酯基被四個以上的碳原子隔開時，就發(fā)生分子中的酯縮合反應(yīng)，形成五員環(huán)或更大環(huán)的酯，這種環(huán)化酯縮合反應(yīng)稱為狄克曼酯縮合,實例 1,實例 2,實例 3,實例 4,實例 5,發(fā)生分子內(nèi)酮酯縮合時, 總是傾向于形成五元環(huán)、六元環(huán),凡有酯參與的縮合反應(yīng)統(tǒng)稱Claisen酯縮合反應(yīng),兩分子酯在堿作用下失去一分子醇形成-羰基酯,5. 酯縮合 (Claisen酯縮合)反應(yīng),1) 酯縮合,2）交叉酯縮合,3）分子內(nèi)酯縮合（ Dieckmann縮合,建立五、六元脂環(huán)系,兩種不同的酯，其中一個不含-H,環(huán)化方向 含兩種不同-H時, 酸性較大的-H優(yōu)先被堿奪去,酮的

8、-H比酯的-H活潑,4) 酮酯縮合,酮式-烯醇式互變異構(gòu) （具有酮和烯醇的雙重反應(yīng)性,成酮分解和成酸分解,2. 乙酰乙酸乙酯的性質(zhì)及應(yīng)用,14.5乙酰乙酸乙酯在有機合成上的應(yīng)用,1，乙酰乙酸乙酯的性質(zhì)： 1)酸性，實質(zhì)為活潑亞甲基性質(zhì)，前面講過，另外 它雖為甲基酮但不發(fā)生鹵仿反應(yīng)。 2）強堿作用下生成鈉鹽（為共振結(jié)構(gòu)，主要以負(fù) 碳離子形式反應(yīng)，為強親核試劑，進(jìn)攻鹵代烷等 在活潑亞甲基上引進(jìn)其他集團(tuán)。 3）酮式分解和酸式分解。 2，可以合成的化合物 甲基酮（丙酮衍生物)； 羧酸（乙酸衍生物，一般不用）；二元酮；二元酸（一般不用），酮酸酯；環(huán)酮，環(huán)狀二元酮,1 乙酰乙酸乙酯的-烷基化、 -?；?

9、CH3COOC2H5,C2H5ONa,C2H5OH,Na,CH3I,NaH,H2,Na,CH3COCl,三 -二羰基化合物的酮式分解和酸式分解,1 乙酰乙酸乙酯的酯縮合逆反應(yīng) 2 乙酰乙酸乙酯的酮式分解 3 乙酰乙酸乙酯的酸式分解,乙酰乙酸乙酯的酮式分解,乙酰乙酸乙酯的,H,CO2,OH（稀,乙酰乙酸乙酯的酸式分解,H2O,H2O,C2H5OH,OH（濃,-二羰基化合物在合成中的應(yīng)用實例,1. 以乙酸乙酯為原料合成4-苯基-2-丁酮,CH3COOC2H5,RONa (1mol,C6H5CH2Cl,1 稀OH,2 H,CO2,2. 選用不超過4個碳的合適原料制備,2 CH3COOC2H5,C2H

10、5ONa,C2H5ONa,Br(CH2)4Br,分子內(nèi)的親核取代,稀-OH,H,CO2,3. 制備,H,NaOEt,EtOH,NaOEt,EtOH,CH3I,CH3CH2CH2Br,OH-（濃,CH3COOH,酸式分解,4. 選用合適的原料制備下列結(jié)構(gòu)的化合物,合成舉例,1、用不超過三個碳的有機化合物為原料合成3甲基2丁酮 CH3COCHCH3 CH3,可以把這個化合物看成二取代的丙酮，先合成乙酰乙酸乙酯，然后在亞甲基上引進(jìn)兩個甲基，然后酮式分解 解題過程見板書,2、合成二元酮，例如2，5己二酮，2，6庚二酮 解：先把兩分子乙酰乙酸乙酯制成鈉鹽，然后與X-(CH2)n-X反應(yīng)，（這里X代表鹵原

11、子）再進(jìn)行酮式分解，當(dāng)n=0，得到2，5己二酮，當(dāng)n=1時得到2，6庚二酮 解題過程見板書,3、 2，3丁二酮的合成：用草酸二乙酯與乙酸乙酯縮合，然后經(jīng)過酮式分解。（用板書表示反應(yīng)） 4、2，4己二酮的合成：用乙酸乙酯與丙酮發(fā)生酮酯縮合。 （用板書表示反應(yīng)） 5、二元酸的合成，先把兩分子乙酰乙酸乙酯制成鈉鹽，然后與X-(CH2)n-X反應(yīng)，（這里X代表鹵原子）再進(jìn)行酸式式分解，當(dāng)n=0，得到丁二酸，當(dāng)n=1時得到戊二酸（用板書表示反應(yīng)） 通過乙酰乙酸乙酯合成的二元酸最少是丁二酸。一般用丙二酸二乙酯合成羧酸及二元酸,通過乙酰乙酸乙酯合成的二元酮最少是2，5己二酮，是甲基酮,6、酮酸酯的合成：乙酰

12、乙酸乙酯的鈉鹽氯乙酸乙酯反應(yīng)，再進(jìn)行酮式分解，得到4戊酮酸乙酯。如果乙酰乙酸乙酯的鈉鹽與3氯丙酸乙酯（也可以與丙烯酸乙酯）反應(yīng)，再進(jìn)行酮式分解，得到5己酮酸乙酯。 （反應(yīng)式見板書,7、環(huán)狀二元酮的合成： 1，2環(huán)戊二酮，1，2環(huán)己二酮，用草酸二乙酯與戊二酸二乙酯或己二酸二乙酯縮合，再進(jìn)行酮式分解則得到相應(yīng)的目的物。（反應(yīng)式見板書） 1，3環(huán)戊二酮及1，3環(huán)己二酮的合成，得先合成出酮酸酯，然后進(jìn)行分子內(nèi)酮酯縮合。 （反應(yīng)式見板書,8、進(jìn)一步延伸，合成2烷基1，3環(huán)己二酮 （反應(yīng)式見板書,9、1，4環(huán)己二酮的合成：兩分子丁二酸二乙酯分子間交錯酯縮合，直接得到目的物。 （反應(yīng)式見板書,四、丙二酸二乙

13、酯的制法及在合成上的應(yīng)用： 合成：用氯乙酸與氰化鈉發(fā)生氰解，然后在濃硫酸催化下與乙醇反應(yīng)得到，一般不用丙二酸的酯化反應(yīng),合成上的應(yīng)用：依據(jù)：C2H5OOCCH2COOC2H5含活潑亞甲基，強堿作用下變成鈉鹽，為強親核試劑，在亞甲基上引進(jìn)其它基團(tuán),可以合成一元羧酸（乙酸衍生物）、二元酸、環(huán)烷酸。 1、通過丙二酸二乙酯合成丁酸，2甲基丁酸 （反應(yīng)式見板書） 2、合成丁二酸、戊二酸：丙二酸二乙酯的鈉鹽與 X-(CH2)n -X反應(yīng)，再進(jìn)行水解、加熱脫羧,當(dāng)n=0時得丁二酸，當(dāng)n=1時得戊二酸。 3、由例2引深制環(huán)戊酮，環(huán)己酮 （2，3反應(yīng)式見板書,4、合成環(huán)丁基羧酸：丙二酸二乙酯鈉鹽與1，3二氯丙烷

14、反應(yīng)，然后水解、脫羧（反應(yīng)式見板書,5、合成1，2環(huán)丁烷二酸、1，3環(huán)丁烷二酸： 兩分子丙二酸二乙酯鈉鹽先與X2（通常是碘）反應(yīng)，然后再制成鈉鹽與1，2二氯乙烷反應(yīng)，之后水解加熱脫羧，得到1，2環(huán)丁二酸。 兩分子丙二酸二乙酯鈉鹽先二碘甲烷反應(yīng)，再制成鈉鹽，之后再與二碘甲烷反應(yīng)，然后水解，加熱脫羧，則得到1，3環(huán)丁烷二酸（二羧酸） （反應(yīng)式見板書,14.6麥克爾加成及1，5二羰基化合物的合成,麥克爾加成的實質(zhì)是含活潑亞甲基的化合物在強堿作用下與，不飽和羰基化合物的1，4親核加成，負(fù)碳離子加到碳上，反馬氏規(guī)則 含活潑亞甲基的化合物的通式為： A-CH2-A A,A是吸電基，包括：RCO-;-CO-; -COOR;-CONR2;CN;-NO2 ，不飽和羰基化合物可以是不飽和醛、酮及羧酸酯； ，不飽和可以是C=C,也可以是碳碳叁鍵,不飽和醛酮的結(jié)構(gòu)特點是碳碳雙鍵與羰基共軛，故,-不飽和醛酮兼有烯烴、醛、酮和共軛二烯烴的性質(zhì)，若與親電試劑加成，則應(yīng)加到碳碳雙鍵上，若與親