β二羰基化合物2学时Word文件下载.docx
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教学目的要求:
1.掌握酯的水解和克莱森(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。
教学方法和教学手段:
本课程以课堂讲授为主,结合必要的课堂讨论。
教学手段以板书和多媒体相结合。
讨论、思考题、作业:
教材:
1①②;
3①;
8①③;
9①②;
10;
思考11
参考资料:
1.邢其毅等,《基础有机化学》.高等教育出版社,1993
2.胡宏纹主编《有机化学》高等教育出版社1990
3.王积涛等《有机化学》南开大学出版社1993
4(美)莫里森、博伊德编《有机化学》(第二版),复旦大学化学系有机化学教研室译,科学出版社,1993年。
第十四章β-二羰基化合物
§
14.1β-二羰基化合物的酸性和烯醇负离子的稳定性
分子中含有两个羰基官能团的化合物,统称为二羰基化合物;
其中两个羰基为一个亚甲基相间隔的化合物,叫做β-二羰基化合物。
14.1.1β-二羰基化合物的酸性
由于β-二羰基化合物中的亚甲基同时受到两个羰基的影响,使这个碳上的α氢原子显得特别活跃,具有较强的酸性。
该类化合物的pka在9~13之间,远比醇和水的酸性强。
因而,β-二羰基化合物具有自己独特的反应。
14.1.2烯醇负离子的稳定性
乙酰乙酸乙酯:
又叫β-丁酮酸乙酯,简称三乙,是酮式和烯醇式互变异构的一个最著名的例子。
(1)性质:
在室温下为无色液体,无色有水果香味的液体;
沸点180.4CO;
微溶于水,易溶于乙醚、乙醇等有机溶剂。
以酮式和烯醇式两种结构以动态平衡而同时存在的互变异构体。
1.互变异构现象
(1)生成的烯醇式稳定的原因
1°
形成共轭体系,降低了体系的内能。
2°
烯醇结构可形成分子内氢键(形成较稳定的六元环体系)
(2)烯醇负离子:
在碱的作用下生成烯醇负离子,以2,4-戊二酮为例
14.2β-二羰基化合物碳负离子的反应
由共振结构式可知,碳负离子都具有带负电荷的碳原子或氧原子,都具有亲核性能,但反应主要发生在亲核的碳原子上。
亚甲基活泼氢的性质:
1.酸性
乙酰乙酸乙酯的α-C原子上由于受到两个吸电子基(羰基和酯基)的作用,α-H很活泼,具有一定的酸性,易与金属钠、乙醇钠作用形成钠盐。
2.钠盐的烷基化和酰基化
乙酰乙酸乙酯的钠盐与卤代烃、酰卤反应,生成烃基和酰基取代的乙酰乙酸乙酯。
(a)烷基化:
注:
①R最好用1°
,2°
产量低,不能用3°
和乙烯式卤代烃。
②二次引入时,第二次引入的R′要比R活泼。
3RX也可是卤代酸酯和卤代酮。
(b)酰基化:
3.酮式分解和酸式分解
(a)酮式分解乙酰乙酸乙酯及其取代衍生物与稀碱作用,水解生成β-羰基酸,受热后脱羧生成甲基酮。
故称为酮式分解。
例如:
(b)酸式分解乙酰乙酸乙酯及其取代衍生物在浓碱作用下,主要发生乙酰基的断裂,生成乙酸或取代乙酸,故称为酸式分解。
14.3丙二酸二乙酯
丙二酸二乙酯CH2(COOC2H5)2为无色液体,有芳香气味,沸点199.3℃,不溶于水,易溶于乙醇、乙醚等有机溶剂。
(1)制法:
可以从氯乙酸的钠盐来制备丙二酸二乙酯。
(2)性质
1.酸性和烃基化:
活泼亚甲基能与醇钠反应生成钠盐,产生的碳负离子(强亲核试剂)与卤代烃反应,产生一烃基取代的丙二酸酯。
2.水解脱羧
丙二酸二乙酯及其取代衍生物水解生成丙二酸,丙二酸不稳定,易脱羧成为羧酸。
3.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用途很广,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,用丙二酸酯合成法合成下列化合物,其结构分析如下:
具有活泼亚甲基的化合物容易在碱性条件下形成稳定的碳负离子,所以它们还可以和羰基发生一系列亲核加成,例如,柯诺瓦诺格(Knoevenagel)反应,迈克尔(Michael)反应。
14.4.酯缩合反应:
1克莱森(Claisen)缩合反应-乙酰乙酸乙酯的合成
这类反应称为Claisen缩合反应
历程:
乙酸乙酯的酸性是很弱的(Pka~24),而乙醇钠又是一个比较弱的碱(乙醇Pka~15.9)。
因此,可以想到乙酸乙酯形成的负离子在平衡体系中是很少的。
这也就是说,用乙氧负离子把乙酸乙酯变为-CH2COOC2H5是很困难的。
但是在实际上为什么这个反应会进行的如此完全呢?
其原因就是最后产物乙酰乙酸乙酯是一个比较强的酸(Pka~11),形成很稳定的负离子,可以使平衡朝产物方向移动。
体系中乙酸乙酯负离子浓度虽然很低,但一形成后,就不断的反应,结果使反应完成。
当酯的α-碳上只有一个氢时,由于增加了烃基的诱导效应,酸性减弱了,进行酯缩合反应时,需要使用比醇钠更强的碱(如ph3CNa,NaH),夺取酯的α氢,形成较稳定的α负碳离子,才能迫使反应朝右方进行。
②交叉Claisen缩合
如两个酯只有一个酯有α—H,相互缩合就能得到一个单纯产物。
③酮与酯缩合
酮的α-H比酯的α-H活泼:
④Dieckmann缩合反应
酯缩合反应也可在分子内进行,形成环酯,这种环化酯缩合反应又称为Dieckmann反应。
(己二酸酯和庚二酸酯在醇钠作用下进行自身的酯缩合反应)
注意!
酯缩合常用的碱性催化剂是醇钠RONa,不是醇加钠。
醇加钠是一组还原剂,它要将酯还原成醇。
它是合成五元环、六元碳环的一个方法。
(并不是所有的二元酸酯都能发生环缩合,一般局限于生成稳定的五、六碳环。
所以,只是有α氢的己二酸酯和庚二酸酯才能起Dieckmann缩合)如:
14.5乙酰乙酸乙酯在有机合成上的应用
由于乙酰乙酸乙酯的上述性质,我们可以通过亚甲基上的取代,引入各种不同的基团
后,再经酮式分解或酸式分解,就可以得到不同结构的酮或酸。
见P354。
同理,二取代乙酰乙酸乙酯进行酮式分解将得到二取代丙酮;
进行酸式分解将得到二取代乙酸。
例1:
合成
例2:
合成
例3:
说明:
乙酰乙酸乙酯合成法主要用其酮式分解制取酮,酸式分解制酸很少,制酸一般用丙二酸二乙酯合成法。
14.6不饱和羰基化合物
不饱和羰基化合物是指分子中即含有羰基,又含有不饱和烃基的化合物,根据不饱和键和羰基的相对位置可分为三类。
(1)烯酮(RCH=C=O)
(2)α,β-不饱和醛酮(RCH=CH-CHO)
(3)孤立不饱和醛酮(RCH=CH(CH2)nCHO)n≥1
孤立不饱和醛酮兼有烯和羰基的性质,α,β-不饱和醛酮、烯酮有其特性及用途,下面我们主要讨论这两类化合物。
14.6.1乙烯酮最简单且最重要的烯酮是乙烯酮。
14.6.2α,β-不饱和醛酮
α,β-不饱和醛酮的结构特点是碳碳双键与羰基共轭,故α,β-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。
1.共轭加成(1,2-加成或1,4-加成)
反应为1,2-加成还是1,4-加成决定于三个方面:
(1)亲核试剂的强弱弱的亲核试剂主要进行1,4-加成,强的主要进行1,2-加成。
(2)反应温度低温进行1,2-加成,高温进行1,4加成。
(3)立体效应羰基所连的基团大或试剂体积较大时,有利于1,4加成。
1.麦克尔(Michael)反应
α,β-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:
麦克尔(Michael)反应在有机合成上有其应用价值