第十四章β-二羰基化合物 两个羰基被一个亚甲基相间隔的二羰基化合物叫做β-二羰基化合物。例如 H.C-CHa-CCH HC-CHa-C-0 C2H5OC-CH2-C-OC2H 有酸性 有酸性 有酸性 乙酰丙酮 乙酰乙酸乙酯 2,4-戊二酮 β-丁酮酸乙酯 β一二羰基化合物的α一H受两个羰基的影响,具有特殊的活泼性! 141酮-烯醇互变异构 0 CH3 -G-CH2GO0G2H5 CH3-G=CHGOOG2 H5 酮式(92.5% 烯醇式(7.5% 能与羟胺、苯肼反应,生成肟、苯腙等 能与钠作用放出氢气; 能与 NaHSO3, HCN等发生加成反应 能与乙酰氯作用生成酯; 能被还原为-羟基酸酯 能使Br2/CCl4褪色; 经水解、酸化后,可以脱羧生成丙酮。 能与FeCl作用呈现紫红色 乙酰乙酸乙酯既有羰基的性质,又有羟基和双键的性质,表明它是由酮式和烯醇式两 种互变异构体组成的:其烯醇式结构有一定的稳定性: C-OC2 H5 CH3-C CCH- -c-oC?He 六元环 共轭体系 化合物490420901+5 CH3CCHGOC2H CHCCH9mho5h均 00 00 00 烯醇式含 0.00015 0.1 了5 760 900 下列数据说明了结构对烯醇式含量的影响 注意下列表达方式的不同含义 0 CHa-C 不同的共振结构式 142乙酰乙酸乙酯的合成及应用142.1乙酰乙酸乙酯的合成 - claisen酯缩合反应 H CH2CO0C2H5 Naoc2H5 CH2-C-00 Hs +=CH2=C-0C), I 乙酸乙酯
第十四章 β-二羰基化合物 两个羰基被一个亚甲基相间隔的二羰基化合物叫做β-二羰基化合物。例如： β－二羰基化合物的α－H 受两个羰基的影响，具有特殊的活泼性！ 14.1 酮-烯醇互变异构 乙酰乙酸乙酯既有羰基的性质，又有羟基和双键的性质，表明它是由酮式和烯醇式两 种互变异构体组成的： 其烯醇式结构有一定的稳定性： 下列数据说明了结构对烯醇式含量的影响： 注意下列表达方式的不同含义： 14.2 乙酰乙酸乙酯的合成及应用 14.2.1 乙酰乙酸乙酯的合成——Claisen 酯缩合反应 CH3C-CH2-CCH3 O O O O C2H5OC-CH2-C-OC2H5 O O CH3C-CH2-C-OC2H5 d + d + d + 有酸性 有酸性 有酸性 乙酰丙酮 乙酰乙酸乙酯 丙二酸二乙酯 2,4-戊二酮 b-丁酮酸乙酯 C O H O C CH CH3 OC2H5 六元环 CH3-C CH-C-OC2H5 OH O 共轭体系 CH3 -C=CH-C-OC2 H5 OH O CH3 -C-CH2 -C-OC2 H5 O O 互变异构 CH3 -C=CH-C-OC2 H5 O - CH3 -C-CH-C-OC2 H5 O O O - 不同的共振结构式 CH2 COOC2 H5 H NaOC2 H5 O - CH2 =C-OC2 H5 - CH2 -C-OC2 H5 O 乙酸乙酯
00 CH3-C-CHOCOOC H5 ONa 0 =-)C-OC2H5 <5--CH3C=CH-CoC2H5+ C2H5OH 消除 乙酰乙酸乙酯钠盐 有酸性,PKa=11 CH, COOH CH3-C-CH2CO0C2H5 00 总反应:20cH3c0o0HNa0c, CH3COOH CH3CCH2C0025 讨论: Claison酯缩合反应的本质是利用羰基使α一H的酸性大增,在强碱(碱性大于OH )作用下,发生亲核加成-消除反应,最终得到β-二羰基化合物。 ②酮的酸性一般大于酯,所以在乙醇钠的作用下,酮更易生成碳负离子 例如 2He CH2-C-CH I CH3-C-CH2 +=CH3-C-=CH2 CH3-C-0C2 H5 +_CH2-C-CH CH3-C-CH2-C-CH3 CH2CH 0 00 00 +H600-(p一 2H5 ③交错的酯缩合反应: 例1: H-C-OEt CH3 CH2 C00E+(1)NaOEt H-C-CHCOOEt 甲酸酯,形 (2)H CH3 19J2: EtO-C--C-OEt+CH3CH2 C00Et(1)NaOEtCH3CHCOOEt 草酸酯,一H (2)H COoT ④分子内的酯缩合反应被称为 Dieckmann反应: CH2 CooT ComEt ComEt EtoNa CH2CH2c0Et苯,80°C 80%
讨论：① Claison 酯缩合反应的本质是利用羰基使α－H 的酸性大增，在强碱(碱性大于 OH －)作用下，发生亲核加成-消除反应，最终得到β-二羰基化合物。 ② 酮的酸性一般大于酯，所以在乙醇钠的作用下，酮更易生成碳负离子。 例如： ③ 交错的酯缩合反应： ④ 分子内的酯缩合反应被称为 Dieckmann 反应： C H3-C-CH2C-OC2H5 - C2H5O - C2H5O - 消 除 C H3C=CH-COC2H5 ONa O + C2H5O H C H3COOH 乙酰乙酸乙酯钠盐 有酸性，PKa=11 O O C H3-C-CH2COOC2H5 O - C H2COOC2H5 C H3-C-CH2COOC2H5 O - O C2H5 亲核加成 CH3-C-O-C2H5 O d + d - + 2CH3 COOC2 H5 NaOC2 H5 CH3 COOH CH3 CCH2 COC2 H5 O O 总反应： CH3-C-CH3 O C2H5ONa O CH3-C-CH2 - CH3-C=CH2 O - CH3-C-OC2H5 + O O CH2-C-CH3 - CH3-C-CH2-C-CH3 O O - OCH2CH3 CH3-C-CH2-C-CH3 O O 例1： H-C-OEt O + CH3 CH2 COOEt (1) NaOEt (2) H+ O H-C-CHCOOEt CH3 甲酸酯，无 -H (1) NaOEt (2) H+ EtO-C--C-OEt + CH3CH2COOEt O O CH3CHCOOEt COOEt C=O -CO CH3CH(COOEt)2 草酸酯，无 -H 例2： COOEt O - COOEt O H + 苯，80 C。 80% EtONa CH2 CH2 COOEt CH2 CH2 COOEt
14.2.2乙酰乙酸乙酯的性质(甲)成酮分解 乙酰乙酸脱羧历程: c9A2)平09cH图0数 0 CH2-c-oH 微热CH0H2+H六元环状过态 CH3COCH3 (乙)成酸分解 0 40% NaOH CH3CCH2-00215-△ 2 CH3C-ONa C2H5OH Nao:H 反应历程: 0 CH3-C-CH2-C-OCHs+OH-- CH3-C3CH2-C-0G2H5---CH3-c CH2-C-0C2H5 CH3C-0+CH3C-OC2HsOH--2 CHa C-0+CHOH 14.2.3乙酰乙酸乙酯在合成上的应用(甲)制甲基酮 制一烃基取代的甲基酮 0 CH3C-CH2-CoC2HsN20 2s[ CH3C-CH-COCzHs Nat RX-CH3C-CH-CoC2H 活泼氢 基乙酰乙酸乙酯 0 成酮 5% Na0H+CH3C-CH2+R +C0 2+C2H5OH 成酮分解 副产物少,产率高,常用 CH3C+CH+C-0-C2Hs 40% NaoH-RiCH, COONa +CH3COONa C2H5OH 制二烃毫最代的酸:成酸分解副产物(酮式)多,产率低,不常用 0R'0 CH3C-CH-COC2H5 N0 2H5-CH3C-C-CoC2HsNat*RiX-CH3c-C-COC2Hs R R 烃基乙酰乙酸乙酯 成酮 5% NaOH 0:R:0 成酮分解 l3C-CH-R C02 C2H5OH CH3C:C+C-0: C2H5 酸成酸 成酸分解 Ri-CHCOONa:+ CH- COONa Ch-C
14.2.2 乙酰乙酸乙酯的性质 (甲) 成酮分解 乙酰乙酸脱羧历程： (乙) 成酸分解 反应历程： 14.2.3 乙酰乙酸乙酯在合成上的应用 (甲) 制甲基酮 制一烃基取代的甲基酮： 制二烃基取代的甲基酮： CH3C-CH2-COC2H5 O O 5% NaOH CH3C-CH2-C-OH O O H + CH3C-CH2-C-ONa O O CH3C-CH2-H O -CO2 微 热 O C CH2 C O H H O 3C O C CH2 C O H H3C O H3C C CH2 O H O C O + 六元环状过渡态 CH3COCH3 CH3C-CH2-COC2H5 O O 40% NaOH NaO H CH3C-ONa O 2 + C2H5OH CH3C-OO CH3C-O 2 - O O H- + CH3C-OC2H5 + C2H5OH O + -OH d - d + CH3-C-CH2-C-OC2H5 O O O - OH CH3-C CH2-C-OC2H5 O OH CH3-C CH2-C-OC2H5 O O + - CH3C-CH2-COC2H5 O O 活泼氢 NaOC2H5 RX CH3C-CH-COC2H5 O O - Na+ R CH3C-CH-COC2H5 O O 一烃基乙酰乙酸乙酯 CH3C-CH2-R O 5% NaOH 成酮分解 40% NaOH 成酸分解 + CO2 + C2H5OH R-CH2COONa + CH3COONa + C2H5OH 副产物（酮式）多，产率低，不常用 副产物少，产率高，常用 R CH3C-CH-C-O-C2H5 O O 成酮 成酸 成酸 NaOC2H5 R CH3C-CH-COC2H5 O O R CH3C-C-COC2H5 O O - Na+ R'X O O CH3C-C-COC2H5 R R' 二烃基乙酰乙酸乙酯 5% NaOH 成酮分解 40% NaOH 成酸分解 R CH3C-C-C-O-C2H5 O R'O R-CHCOONa + CH3COONa + C2H5OH R' 成酮 成酸 成酸 CH3C-CH-R + CO2 + C2H5OH O R
制环状的甲基酮 I CH3-C-CH-C-OCH5 ]" Nat Br c24Br-CH3-C-CH-C-OCHs CH2(ch2) 3B 成酮分解 COOC2H5 (乙)制二酮制β-二酮(1,3-二酮): [ CH3 CCHCOCHS]Nat:oo+ CH3CCHCOC%使分解99 00 00 一 CHa CCH2C-R or (RCO)20 二酮 制1,4-二酮 0 0 2 CH3-C-CH2 -)Hs Nadc2Hsr-12 CH3-C-CH-C-OC2H5 CH2-C-CH-C-OC H5 5%NaOI C-CH2-CH2-C-CH3 制1,6-二酮: 0 0 例:由cH3-C-cH2-c-0C2H5 CH3-C-CH2:CH2 CH2--CH2-C-CH 0 Br Br CH3-C-CH-C-OC2H5 2 CH3-C-CH2-C-OC2H5 25-22 CH3-C-CH-C-OC2H5 5%NaOH CH3-C-CH2-CH2CH2-CH2-C-CH3 1432丙二酸二乙酯在有机合成上的应用(甲)制烃基取代乙酸 0 CHCOoNa aCN CH COONa C2Hs0H. H2S04-CH C-00 氯乙酸钠 水解、酯化同时进行0 丙二酸二乙酯 (丙二) Naoc H5 [ c-OC2H5 RX -OC2H5 R C-OC,H C-OC H5 C-OC H5 0 20/H -002 R-CH-COOH C-OH 150-200° 一烃基取代乙酸
制环状的甲基酮： （乙）制二酮 制β-二酮(1,3-二酮)： 制 1,4-二酮： 制 1,6-二酮： 14.3.2 丙二酸二乙酯在有机合成上的应用 (甲) 制烃基取代乙酸 CH3-C-CH-C-OC2H5 O O - Na+ CH3-C-CH-C-OC2H5 O O Br(CH2)4B r CH2(CH2)3Br NaOC2H5 COCH3 COOC2H5 C-CH3 O 成酮分解 R-C-Cl O or (RCO)2O - 成酮分解 Na+ CH3CCHCOC2H5 O O CH3CCHCOC2H5 O O C=O R b-二 酮 CH3CCH2C-R O O CH3-C-CH2-C-OC2H5 O O 2 NaOC2H5 CH3-C-CH-C-OC2H5 O O CH3-C-CH-C-OC2H5 O O -2NaI I2 5%NaOH H + CH3-C-CH2-CH2-C-CH3 O O CH3-C-CH2-C-OC2H5 O O CH3-C-CH2-CH2CH2-CH2-C-CH3 O O 例：由 5%NaOH H + CH2 CH2 CH3-C-CH-C-OC2H5 O O CH3-C-CH-C-OC2H5 O O CH3-C-CH2-C-OC2H5 O O 2 NaOC2H5 CH2-CH2 Br Br CH3-C-CH2-CH2CH2-CH2-C-CH3 O O CH2COONa Cl CH2COONa CN NaCN C2H5OH,H2SO4 CH2 C-OC2H5 C-OC2H5 O 氯乙酸钠 O 丙二酸二乙酯 水解、酯化同时进行 (丙二) CH2 C-OC2 H5 C-OC2 H5 O O CH C-OC2H5 C-OC2H5 O O Na+ NaOC - 2 H5 RX R-CH C-OC2 H5 C-OC2 H5 O O R-CH C-OH C-OH O O H2 O/H+ R-CH-COOH H 150-200 C 。 -CO2 一烃基取代乙酸
0 0 0 RA0MaRX,R、c0OrR、cb0OH C-0C H5 R H5 CH-C-OH 二烃基取代乙酸 (乙)制二元羧酸 CH2H(0C25)2 HD/r.CH2o2-21:0 cH2-CH(0o2“c2H20 2CH,(C00C2H5 2[CH(COOC2H5)2]Na*2 CH(CO0C2 Hs)2 H(c0Q2H5)2 H20/H CH(COOH) 2C0, CH2COOH cH(c02△cHco0H 144其它含活泼亚甲基的化合物下列化合物都属于含有活泼氢的化合物: 0 C-02-0-0025CH3C-CH-CCH3 RCH2-N 氰基乙酸乙酯 乙酰丙酮 有酸性 4-戊二酮 硝基化合物 它们都可与碱作用可生成具有亲核性的碳负离子,与: C=0
(乙) 制二元羧酸 14.4 其它含活泼亚甲基的化合物 下列化合物都属于含有活泼氢的化合物： 它们都可与碱作用可生成具有亲核性的碳负离子，与： 二烃基取代乙酸 R-CH C-OC2 H5 C-OC2 H5 O O NaOC2 H5 R'X R R' C C-OC2H5 O C-OC2 H5 O H2 O/H+ R R' C C-OH O C-OH O -CO2 R R' CH- C-OH O 2CH2(COOC2H5)2 2[CH(COOC2H5)2] - Na+ NaOC2H5 CH2-CH2 Br Br CH(COOC2H5)2 CH(COOC2H5)2 CH2- CH2- CH(COOH)2 CH(COOH)2 CH2- CH2- -2CO H 2 2O/H+ CH2COOH CH2COOH CH2- CH2- 2CH2(COOC2H5)2 2[CH(COOC2H5)2] - Na+ NaOC2H5 H2O/H+ CH(COOC2H5)2 CH(COOC2H5)2 CH2COOH CH2COOH CH(COOH)2 CH(COOH)2 -2CO2 I2 -2NaI RX C=O C=C C O 、
活泼氢 C2H5, 120 C, 6h 发生 ≡C-CH2-C-0C2H5 NGCHCOT005亲核 氰基乙酸乙酯 68% C2H5 形成新的碳一碳健,这在有机合成中非常重要。例如 若采用相转移催化法,反应可在强碱的水溶液中进行: NaOH, Ho NCCH2 CO0C2H5 BrCH2 CH2Br 0c2H5 hs CHN(C H5 )3CI Knoenenagel反应:醛、酮在弱碱(胺、吡啶等)催化下,与具有活泼a-氢的化合物进行的 缩合反应。例如: Ch2CH.C=0+N≡cCH2co 乙酸胺-乙酸, CH3 CH,-C=C-C0oC2H5 (1)H0/H:=-CHCOOH ArCH0+cH2(c05)2--ArCH=c(c0Hs)2(2)△ap-不饱和酸 ②00+(c① 14.5 Michael加成 Michael加成——碳负离子与q,B-不饱和羰基化合物进行共轭加成,生 成1,5-二羰基化合物的反应。例如 0 0 0 1,4加成 OC2 H5 0c=0 Q s/,.09= 烯醇式重排 CH3C-CH-C-C< CH3C-CH-C-C 烯醇式 OC2H5 0C=0 CH2C-CH -CH 5%NaOH →-:CH3C-CH2:C-CH 酮式 5-二羰基化合物 (1,2-加成产物 其它碱和其它a,B-不饱和化合物也可进行 Michael加成。例如: CHc3+CH2=CH-C≡N①21)3N,叔丁醇、 H3COCHCOCH 8+825°0,71% CH2CH2CN CH3 COCHC00C 2 H5
发生 亲核 反 应， 形成新的碳－碳健，这在有机合成中非常重要。 例如： 若采用相转移催化法，反应可在强碱的水溶液中进行： Knoenenagel 反应： 醛、酮在弱碱(胺、吡啶等)催化下，与具有活泼α-氢的化合物进行的 缩合反应。例如： 14.5 Michael 加成 Michael 加成——碳负离子与α,β-不饱和羰基化合物进行共轭加成，生 成 1,5-二羰基化合物的反应。例如： 其它碱和其它α,β-不饱和化合物也可进行 Michael 加成。例如： NCCH2COOC2H5 + BrCH2CH2Br COOC2H5 CN NaOH,H2 O C6 H5 CH2 N(C2 H5 )3 Cl- ,86% + CH3 CH3CH2 C=O + N CCH2COOC2H5 乙酸胺-乙酸，苯 85% CH3 CH3CH2 C=C-COOC2H5 CN ArCHO + ArCH=C(COOC2H5)2 b-不饱和酸 CH2(COOC2H5)2 (1)H2O/H+ (2) ArCH=CHCOOH Et3N (CH3)2N CHO + CH3 NO2 C5 H11NH2 (CH3)2N CH=CHNO2 83% CH3-C-CH2-C-OC2H5 O O CH3-C-CH-C-OC2H5 O O - Na+ NaOC2H5 C C C O d + d - 1,4-加成 烯醇式 HOC2H5 C C C O OC2H5 - CH3C-CH O C=O OC2H5 CH3C-CH O C=O OH C C C 烯醇式重排 酮 式 1,5-二羰基化合物 (1,2-加成产物) OC2H5 CH3C-CH O C=O CH3C-CH2- O 5%NaOH H + C-CH C O C-CH C O
Michael加成是制取1,5一二羰基化合物的最好方法! 例1:由cH:C000-c2o2non 0 0 ONa CH3CCH2C00C2H5 +CH2=CH-C-CH3Na025-CH3CCH-CH2-CH=CCH 0 0 0 Huchhi5ChaCcH-chaCha ccHa 5%Na0H_H △-cH3CCH2CH2CH2GeH3 COOC2H5 例:由22-→oi 解: 0δ CH(COOC2H5)2 CH(COOC2H5)2 H0/H-O-CH(COOH)2 A CH COOH Robinson并环反应 即 Michae加成与羟醛 NaoT 缩合联用,合成环状化 Michae加成 合物 NaOH H20 羟醛编合
Michael 加成是制取 1,5－二羰基化合物的最好方法! 解： 解： Robinson 并环反应： 即 Michael 加成与羟醛 缩合联用，合成环状化 合物。 CH3CCH2COOC2H5 O CH3CCH2CH2CH2CCH3 O O 例1：由 1 2 3 4 5 CH3CCH2COOC2H5 O CH3CCH2CH2CH2CCH3 O O CH2=CH-C-CH3 O NaOC2H5 + CH3CCH-CH2CH2CCH3 O O COOC2H5 5%NaOH H HOC + 2H5 CH3CCH-CH2-CH=CCH3 O COOC2H5 ONa CH2(COOC2H5)2 NaOC2H5 CH3COOH O - CH(COOC2H5)2 + O d + d - O CH(COOC2H5)2 O CH2COOH O CH(COOH)2 H2O/H+ -CO2