《有機化學》課件-16-3

16.3

丙二酸二乙酯、“三乙”和其他酸性氫化合物的α碳負離子的親核取代反應及在合成中的應用一、丙二酸二乙酯的烴基化及在合成中的應用1.烴基化及產物的脫羧丙二酸二乙酯具有雙重α氫,呈現(xiàn)明顯的酸性(pKa13)。在堿作用下產生碳負離子,可與鹵代烴發(fā)生親核取代反應,結果在雙重α碳上導入烴基,稱為烴基化反應。烴基化產物堿性水解并酸化生成丙二酸類化合物,該化合物不穩(wěn)定,受熱脫羧生成一烴基乙酸。若一烴基丙二酸二乙酯再用NaOC2H5處理并與另一鹵代烴作用,則堿性水解、酸化加熱可得到二烴基乙酸。2.合成羧酸中的應用丙二酸二乙酯的烴基化及其產物的脫羧反應在合成羧酸上有重要的應用價值,根據(jù)反應物R-X中R-的不同可以制備各種羧酸。(1)取代乙酸的制備當采用丙二酸二乙酯合成羧酸時,反應物為單鹵代烴,則可以制備取代乙酸。如己酸可通過該法由丙二酸二乙酯和鹵代丁烷制備。(2)二元羧酸的制備2mol丙二酸二乙酯,2mol醇鈉和1mol雙鹵代烴作用,可以制備二元羧酸。(3)環(huán)烷酸制備1mol丙二酸二乙酯用2mol醇鈉處理可以得到雙鈉鹽。該鹽與1mol雙鹵代烴反應可以制備三、四、五和六元環(huán)的環(huán)烷酸。(4)1,4官能團化合物制備當采用α鹵代化合物進行上述反應,可以成功地合成1,4官能團化合物。

通過丙二酸酯合成羧酸是一個鹵代烴選擇的問題。從以上實例不難看出,被合成的化合物中丙二酸酯提供的部分是,此外的部分為鹵代烴提供。這個規(guī)律為設計合成路線提供了方便,如2-乙基丁酸合成,當劃出丙二酸酯提供的部分后,就會很快找出反應的鹵代烷是鹵代乙烷。二、“三乙”的烴基化及在合成中的應用1.“三乙”的烴基化及產物的脫羧乙酰乙酸乙酯亦為雙重α氫化合物,它的pKa為11,能與堿作用生成碳負離子,所以像丙二酸二乙酯負離子一樣能與鹵代烴發(fā)生親核取代反應,在雙重α碳上導入烴基。烴基化的“三乙”經(jīng)堿性水解、酸化加熱,則脫羧生成一取代或二取代的丙酮(見上反應圖示)。2.合成甲基酮中的應用通過“三乙”的親核取代及其產物的脫羧,可以合成各種甲基酮類。被合成的產物中,“三乙”提供的部分是,其余部分由相應的鹵代烴提供,像丙二酸二乙酯合成酸一樣,“三乙”合成甲基酮也是一個鹵代烴選擇問題。當采用單鹵代烴時,該法可合成取代丙酮,如3-甲基-2-己酮的合成,根據(jù)如下圖示可知是由“三乙”和鹵代甲烷和鹵代丙烷制備的。當采用雙鹵代烴,且“三乙”鈉鹽與雙鹵代烴摩爾比為2∶1時可制備二酮,如2,6-庚二酮是由1molCH2Cl2和2mol“三乙”制備的。當采用1mol1,4-二鹵代丁烷,1mol“三乙”和2mol醇鈉時,則得到環(huán)戊基甲基酮。“三乙”不像丙二酸二乙酯那樣,它不能生成雙鈉鹽,反應中是以兩次單鈉鹽的生成并分別進行親核取代關環(huán)而成。由于“三乙”不能生成雙鈉鹽,因此不能合成三、四元環(huán)。帶有官能團的α鹵代化合物與“三乙”反應,與丙二酸二乙酯一樣,可合成雙官能團化合物,如2,5-己二酮可由“三乙”和α鹵代丙酮制備。三、酯縮合產物和其他雙重α氫化合物的烴基化及在合成中的應用通過酯縮合可以得到β酮酸酯(兩個酯縮合產物)和1,3二酮(酯和酮縮合產物),這兩種產物均存在雙重α氫,能與堿,如NaOC2H5、NaH、NaNH2、OH-等,作用生成碳負離子。像“三乙”一樣可以與鹵代烴進行親核取代反應,獲得烴基化產物。這個形成C-C鍵的反應比“三乙”在合成上有更廣泛的意義?！叭摇敝皇酋タs合產物之一,它只能用來合成甲基酮,而不同結構的β酮酸酯和1,3二酮與不同的鹵代烴可合成各種酮類。下面僅舉兩例說明它們在合成上的應用。以上兩例起始于酯縮合,因此體現(xiàn)了酯縮合反應在合成中的重要性。當然,其他具有酸性氫的化合物在堿的作用下同樣可以發(fā)生類似反應,合成各種化合物。四、羧酸、酯、腈α碳負離子的生成、反應和應用1.羧酸α碳負離子的生成和烷基化羧酸與強堿二異丙基氨基鋰(LDA)作用可生成二鋰鹽,這個鹽的α碳負離子親核性比羧基氧負離子具有更強的親核性,故而可與鹵代烴反應,在α位導入烴基。這是一個有價值的實驗室由酸合成更高級酸的一種新方法。特別是對三取代乙酸合成顯示了它的獨到之處。2.酯和腈α碳負離子生成及反應與羧酸相同,酯和腈酸性α氫同樣與二異丙基氨基鋰作用生成α碳負離子,繼而與活潑鹵代烴發(fā)生親核取代反應,在α位直接導入烴基,這也是形成C-C鍵的重要反應。3.酸和酯的間接烴基化羧酸可與2-氨基-2-甲基-1-丙醇作用生成2-烷基-4,4-二甲基口惡唑啉3,3像酯一樣具有α氫,在強堿正丁基鋰