【教学课件】第十四章β-二羰基化合物.ppt

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1、第十四章-二羰基化合物,基本要求：1掌握酯的水解和克来森（Claisen）酯缩合历程。2掌握乙酰乙酸乙酯和丙二酸二酯在合成上的应用。3.理解互变异构。4理解合成路线设计的基本知识。5了解麦克尔加成的涵义和应用。,作业：2，3，4，5，6，7，8，9，10，11,凡是两个羰基中间为一个亚甲（CH2）隔开的化合物为-二羰基化合物。这里所指羰基不限于醛、酮羰基，还包括羧基和酯的羰基。两个羰基的作用使亚甲基很活泼，所以又叫活泼亚甲基化合物。活泼亚甲基化合物不限于-二羰基化合物 范围更宽,-二羰基化合物举例-二酮-酮酸酯 丙二酸酯,14.1-二羰基化合物的酸性及互变异构,1、几种羰基化合物甲基、亚甲基上

2、氢pka值，理论解释：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 活泼亚甲基上氢的酸性远远强于乙酸乙酯和丙酮分子中甲基上氢的酸性。理论解释：用给出质子后生成的负碳离子的稳 定性说明。进一步说明几种-二羰基化合物的酸性强度规律。,一-二羰基化合物的酸性及判别,化合物 pKa 烯醇式含量CH3COCH3 20 1.510-4(痕量)H2O 16ROH 15EtO2CCH2CO2Et 13.3 7.710-3NCCH2CO2Et 9 2.510-1CH3COCH2CO2Et 10.3 7.3(纯液态)，气态46.1%,水0.4%CH3COCH2COCH3 9 76

3、.5C6H5COCH2COCH3 99 100,*表中的烯醇式含量均在纯净液态（无溶剂）下测定。,碳负离子可以写出三个共振式,(1)(2)(3),酮式（92.5%）41oC/2.66barmp-39oC,烯醇式（7.5%）32oC/2.66bar,乙酰乙酸乙酯的结构及互变异构,存在酮式和烯醇式争论:酮式结构：CH3COCH2COOC2H5证据：有甲基酮的典型性质与亚硫酸氢钠等羰基的亲核加成反应；还原变为3羟基丁酮酸乙酯。烯醇式结构：CH3C=CHCOOC2H5 OH证据：烯烃性质加溴（使溴水褪色）；烯醇式结构三氯化铁水溶液显色；醇的性质与三氯化磷，乙酰氯反应等,乙酰乙酸乙酯实际是酮式和烯醇式混

4、合物，酮式和烯醇式混合物是互变异构，两者处于平衡状态，互相转换。,当与酮式试剂反应时，由于平衡移动，显示出为酮式结构，在与溴水反应时为烯醇式结构。烯醇式结构本来是不稳定的，但是在-二羰基化合物中是比较稳定的。用共轭效应和分子内氢键解释。乙酰乙酸乙酯在不同溶剂中烯醇式和酮式比例不同，溶剂极性越小，烯醇式比例越高。质子形极性溶剂易于与酮式形成分子间氢键，酮式比例高；非极性溶剂易于烯醇式分子内氢键的形成，所以在环己烷类非极性溶剂中烯醇式比例高。,14.2-二羰基化合物的烷基化、酰基化,1 乙酰乙酸乙酯的-烷基化、-酰基化2碳负离子与羰基化合物的反应3碳负离子与,-不饱和羰基化合物的反应,14.3丙二

5、酸二乙酯在有机合成中的应用,（1）制法,（2）性质,水解脱羧,丙二酸二乙酯在有机合成的应用丙二酸二乙酯的上述性质在有机合成上广泛用于合成各种类型的羧酸（一取代乙酸，二取代乙酸，环烷基甲酸，二元羧酸等）,例如，用丙二酸二乙酯法合成下列化合物，其结构分析如下：,14.4Claisen酯缩合-酸酯的合成,1，在乙醇钠（金属钠+少量乙醇）作用下乙酸乙酯缩合生成乙酰乙酸乙酯，反应由三步组成。反应实质：乙酸乙酯甲基具有一定酸性，在强碱作用下，生成负碳离子，然后负碳离子进攻酯分子中羰基碳，负碳离子乙氧基取代下来，生成乙酰乙酸乙酯。2，丙酸乙酯的酯缩合反应3，乙酸乙酯和丙酸乙酯等量混合物的酯缩合反应4，草酸二

6、酯（及无活潑氢的酯）与乙酸乙酯的酯缩合反 应5，己二酸二乙酯分子内酯缩合反应6，丙酮与乙酸乙酯的酯缩合反应7，分子内酮酯缩合（用板书说明）,1.克莱森缩合反应,（1）定义：具有-活泼氢的酯，在碱的作用下,两分子酯相互作用，生成-羰基酯,同时失去一分子醇的反应。,酯缩合反应,（2）反应机理,（3）在强碱作用下的酯缩合反应,只有一个-H，必须用强碱作催化剂，才能使反应进行。,在强碱作用下酯缩合的反应机制,3 酮 酯 缩 合,从理论上分析，有可能生成四种化合物。,NaH,EtO-,EtO-,NaH,H2O,H2O,H2O,H2O,-CO,4 狄 克 曼 酯 缩 合 反 应,二元酸酯若分子中的酯基被四

7、个以上的碳原子隔开时，就发生分子中的酯缩合反应，形成五员环或更大环的酯，这种环化酯缩合反应称为狄克曼酯缩合。,实例 1,实例 2,实例 3,实例 4,实例 5,发生分子内酮酯缩合时,总是倾向于形成五元环、六元环。,凡有酯参与的缩合反应统称Claisen酯缩合反应。,两分子酯在碱作用下失去一分子醇形成-羰基酯。,5.酯缩合(Claisen酯缩合)反应,1)酯缩合,2）交叉酯缩合,3）分子内酯缩合（Dieckmann缩合）,建立五、六元脂环系,两种不同的酯，其中一个不含-H。,环化方向 含两种不同-H时,酸性较大的-H优先被碱夺去。,酮的-H比酯的-H活泼。,4)酮酯缩合,酮式-烯醇式互变异构（具

8、有酮和烯醇的双重反应性）,成酮分解和成酸分解,2.乙酰乙酸乙酯的性质及应用,14.5乙酰乙酸乙酯在有机合成上的应用,1，乙酰乙酸乙酯的性质：1)酸性，实质为活泼亚甲基性质，前面讲过，另外 它虽为甲基酮但不发生卤仿反应。2）强碱作用下生成钠盐（为共振结构，主要以负碳离子形式反应，为强亲核试剂，进攻卤代烷等在活泼亚甲基上引进其他集团。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；环酮，环状二元酮,1 乙酰乙酸乙酯的-烷基化、-酰基化,CH3COOC2H5,C2H5ONa,-C2H5OH,Na+,CH3I,NaH

9、,-H2,Na+,CH3COCl,三-二羰基化合物的酮式分解和酸式分解,1 乙酰乙酸乙酯的酯缩合逆反应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（浓）,-二羰基化合物在合成中的应用实例,1.以乙酸乙酯为原料合成4-苯基-2-丁酮,CH3COOC2H5,RONa(1mol),C6H5CH2Cl,1 稀OH-,2 H+,-CO2,2.选用不超过4个碳的合适原料制备,2 CH3COOC2H5,C2H5ONa,C2H5ONa,Br(CH2)4Br,分子内的亲核取

10、代,稀-OH,H+,-CO2,3.制备,H+,NaOEt,EtOH,NaOEt,EtOH,CH3I,CH3CH2CH2Br,OH-（浓）,+CH3COOH,酸式分解,4.选用合适的原料制备下列结构的化合物。,合成举例：,1、用不超过三个碳的有机化合物为原料合成3甲基2丁酮 CH3COCHCH3 CH3,可以把这个化合物看成二取代的丙酮，先合成乙酰乙酸乙酯，然后在亚甲基上引进两个甲基，然后酮式分解 解题过程见板书,2、合成二元酮，例如2，5己二酮，2，6庚二酮解：先把两分子乙酰乙酸乙酯制成钠盐，然后与X-(CH2)n-X反应，（这里X代表卤原子）再进行酮式分解，当n=0，得到2，5己二酮，当n=

11、1时得到2，6庚二酮 解题过程见板书,3、2，3丁二酮的合成：用草酸二乙酯与乙酸乙酯缩合，然后经过酮式分解。（用板书表示反应）4、2，4己二酮的合成：用乙酸乙酯与丙酮发生酮酯缩合。（用板书表示反应）5、二元酸的合成，先把两分子乙酰乙酸乙酯制成钠盐，然后与X-(CH2)n-X反应，（这里X代表卤原子）再进行酸式式分解，当n=0，得到丁二酸，当n=1时得到戊二酸（用板书表示反应）通过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,通过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：乙酰乙酸乙酯的钠盐氯乙酸乙酯反应，再进行酮式分解，得到4戊酮酸乙酯。

12、如果乙酰乙酸乙酯的钠盐与3氯丙酸乙酯（也可以与丙烯酸乙酯）反应，再进行酮式分解，得到5己酮酸乙酯。（反应式见板书）,7、环状二元酮的合成：1，2环戊二酮，1，2环己二酮，用草酸二乙酯与戊二酸二乙酯或己二酸二乙酯缩合，再进行酮式分解则得到相应的目的物。（反应式见板书）1，3环戊二酮及1，3环己二酮的合成，得先合成出酮酸酯，然后进行分子内酮酯缩合。（反应式见板书）,8、进一步延伸，合成2烷基1，3环己二酮（反应式见板书）,9、1，4环己二酮的合成：两分子丁二酸二乙酯分子间交错酯缩合，直接得到目的物。（反应式见板书）,四、丙二酸二乙酯的制法及在合成上的应用：合成：用氯乙酸与氰化钠发生氰解，然后在浓硫

13、酸催化下与乙醇反应得到，一般不用丙二酸的酯化反应。,合成上的应用：依据：C2H5OOCCH2COOC2H5含活泼亚甲基，强碱作用下变成钠盐，为强亲核试剂，在亚甲基上引进其它基团。,可以合成一元羧酸（乙酸衍生物）、二元酸、环烷酸。1、通过丙二酸二乙酯合成丁酸，2甲基丁酸（反应式见板书）2、合成丁二酸、戊二酸：丙二酸二乙酯的钠盐与 X-(CH2)n-X反应，再进行水解、加热脱羧,当n=0时得丁二酸，当n=1时得戊二酸。3、由例2引深制环戊酮，环己酮（2，3反应式见板书）,4、合成环丁基羧酸：丙二酸二乙酯钠盐与1，3二氯丙烷反应，然后水解、脱羧（反应式见板书）,5、合成1，2环丁烷二酸、1，3环丁烷

14、二酸：两分子丙二酸二乙酯钠盐先与X2（通常是碘）反应，然后再制成钠盐与1，2二氯乙烷反应，之后水解加热脱羧，得到1，2环丁二酸。两分子丙二酸二乙酯钠盐先二碘甲烷反应，再制成钠盐，之后再与二碘甲烷反应，然后水解，加热脱羧，则得到1，3环丁烷二酸（二羧酸）（反应式见板书）,14.6麦克尔加成及1，5二羰基化合物的合成,麦克尔加成的实质是含活泼亚甲基的化合物在强碱作用下与，不饱和羰基化合物的1，4亲核加成，负碳离子加到碳上，反马氏规则含活泼亚甲基的化合物的通式为：A-CH2-AA,A是吸电基，包括：RCO-;-CO-;-COOR;-CONR2;CN;-NO2，不饱和羰基化合物可以是不饱和醛、酮及羧酸

15、酯；，不饱和可以是C=C,也可以是碳碳叁键。,-不饱和醛酮的结构特点是碳碳双键与羰基共轭，故,-不饱和醛酮兼有烯烃、醛、酮和共轭二烯烃的性质，若与亲电试剂加成，则应加到碳碳双键上，若与亲核试剂加成则应加到羰基上，但其特性反应是共轭加成。,麦克尔（Michael）反应,-不饱和醛酮、羧酸、酯、硝基化合物等与有活泼亚甲基化合物的共轭加成反应称为麦克尔（Michael）反应，其通式是：,反应举例及合成上应用,1、乙酰乙酸乙酯在乙醇钠作用下与丙烯醛加成2、丙二酸二乙酯在乙醇钠作用下与丙烯酸甲酯反应3、丙炔酸乙酯在乙醇钠作用下与乙酰乙酸乙酯反应4、1，3环戊二酮的合成（利用例3结果）（以上反应式见板书）作业：357页：2，3，5，6，8，9,