14二羰基化合物和有机合成

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1、第十四章第十四章 -二羰基化合物和二羰基化合物和有机合成有机合成 凡是两个羰基中间为一个亚甲（凡是两个羰基中间为一个亚甲（CHCH2 2）隔开的化合物称）隔开的化合物称为为-二羰基化合物二羰基化合物 。这里所指羰基不限于醛、酮羰基，还。这里所指羰基不限于醛、酮羰基，还包括羧酸和酯的羰基。两个羰基的作用使亚甲基很活泼，所包括羧酸和酯的羰基。两个羰基的作用使亚甲基很活泼，所以这类化合物又叫以这类化合物又叫活性亚甲基化合物活性亚甲基化合物。活性亚甲基化合物不。活性亚甲基化合物不限于限于 -二羰基化合物，范围更宽。二羰基化合物，范围更宽。这类化合物在有机合成上用处很大，所以单独设章介绍，这类化合物在有

2、机合成上用处很大，所以单独设章介绍，其中最常用的是其中最常用的是丙二酸二乙酯丙二酸二乙酯和和乙酰乙酸乙酯。乙酰乙酸乙酯。-二酮二酮 -酮酸酯酮酸酯 丙二酸酯丙二酸酯R COCH2CORR COCH2COORRO COCH2COOR 所有具有被双活化基团相连的亚甲基化合物都有类似所有具有被双活化基团相连的亚甲基化合物都有类似丙二酸酯和乙酰乙酸乙酯的性质：丙二酸酯和乙酰乙酸乙酯的性质：CH3COCH2CNNCCH2CNNCCH2NO2CH2(NO2)214.1-二羰基化合物的酸性和互变异构二羰基化合物的酸性和互变异构1 1、水、乙醇和部分羰基化合物甲基、亚甲基上氢、水、乙醇和部分羰基化合物甲基、亚

3、甲基上氢pKapKa值值名称名称分子式pKa水水H2O14乙醇乙醇CH3CH2OH17乙酸乙酯乙酸乙酯CH3COOCH2CH325丙酮丙酮CH3COCH320丙二酸二乙酯丙二酸二乙酯CH2(COOCH2CH3)213乙酰乙酸乙酯乙酰乙酸乙酯CH3COCH2COOCH2CH3112,4-戊二酮戊二酮CH3COCH2COCH392 2、酸性的理论解释和互变异构：、酸性的理论解释和互变异构：1 1）碳负离子的稳定性说明：）碳负离子的稳定性说明：在碱作用下用给出质子后生成的负碳离子可在相邻的两在碱作用下用给出质子后生成的负碳离子可在相邻的两个羰基之间离域形成烯醇式。个羰基之间离域形成烯醇式。2 2）几

4、种）几种-二羰基化合物的酸性强度规律进一步说明。二羰基化合物的酸性强度规律进一步说明。酮羰基的作用大于酯羰基。酮羰基的作用大于酯羰基。3 3）关于烯醇式和酮式的说明：）关于烯醇式和酮式的说明：由于由由于由-二羰基化合物得到的负离子有烯醇式存在，二羰基化合物得到的负离子有烯醇式存在，所以一般称之为烯醇负离子。但由于亚甲基碳原子上也带有所以一般称之为烯醇负离子。但由于亚甲基碳原子上也带有负电荷，且反应往往发生在此碳原子上，所以这种负离子也负电荷，且反应往往发生在此碳原子上，所以这种负离子也常称为碳负离子。常称为碳负离子。H3C CCH C CH3OOH3C C CHC CH3OOH3C CCH C

5、 CH3OO问：用一个离域式如何表示该碳负离子？问：用一个离域式如何表示该碳负离子？14.2 乙酰乙酸乙酯乙酰乙酸乙酯性质及其反应性质及其反应1、酮式、酮式-烯醇式互变异构及其与介质的关系烯醇式互变异构及其与介质的关系CH3CCH2COOC2H5OCH3COCHCOOC2H5HOCCHCOHCH3OC2H592.5%7.5%CH3CH2OCCH2COCH2CH3OOCH3CH2OCCHCOCH2CH3OHO99.9%0.1%CH3CCH2CCH3OOCH3CCHOHCCH3O24%76%分子内氢键的存在使烯醇式稳定化。分子内氢键的存在使烯醇式稳定化。乙酰乙酸乙酯在乙酰乙酸乙酯在不同溶剂不同溶剂

6、中烯醇式和酮式比例不同：中烯醇式和酮式比例不同：溶剂极性越小，烯醇式比例越高。溶剂极性越小，烯醇式比例越高。质子性极性溶剂易于与酮式形成分子间氢键，酮式比例质子性极性溶剂易于与酮式形成分子间氢键，酮式比例高；高；非极性溶剂有利于烯醇式分子内氢键的形成，所以在环非极性溶剂有利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。己烷类非极性溶剂中烯醇式比例高。2、具有酮和烯醇的双重反应性、具有酮和烯醇的双重反应性酮式反应酮式反应：有甲基酮的典型性质有甲基酮的典型性质与亚硫酸氢钠等羰基的亲核加成反与亚硫酸氢钠等羰基的亲核加成反应；还原变为应；还原变为3羟基丁酮酸乙酯。羟基丁酮酸乙酯。虽

7、为甲基酮但不发生卤仿反应（如何解释？）。烯醇式反应烯醇式反应：烯烃性质加溴（使溴水褪色）；烯醇式结构三氯化铁烯烃性质加溴（使溴水褪色）；烯醇式结构三氯化铁水溶液显色；醇的性质水溶液显色；醇的性质与三氯化磷，乙酰氯反应等与三氯化磷，乙酰氯反应等 乙酰乙酸乙酯实际是酮式和烯醇式混合物，酮式和烯醇式乙酰乙酸乙酯实际是酮式和烯醇式混合物，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，平衡向烯醇式移动。应时

8、为烯醇式结构，平衡向烯醇式移动。3、酮式分解和酸式分解、酮式分解和酸式分解1）乙酰乙酸乙酯的酮式分解乙酰乙酸乙酯的酮式分解稀碱（稀碱（5NaOH)CH3C-CH2-COC2H5OO乙酰乙酸乙酯乙酰乙酸乙酯CH3C-CH2-C-OC2H5O-O-OHOHH+-CO2CH3C-CH3OCH3C-CH2-COHOO-OH（稀）（稀）丙酮丙酮2）乙酰乙酸乙酯的酸式分解乙酰乙酸乙酯的酸式分解浓碱（浓碱（40NaOH）CH3C-CH2-COC2H5OOCH3C-CH2-C-OC2H5O-O-OHOHCH3-COHO+-CH2-COH +C2H5O-OH2OH2OCH3-COHOC2H5OH-OH（浓）（浓

9、）4、乙酰乙酸乙酯的、乙酰乙酸乙酯的-烷基化、烷基化、-酰基化酰基化CH3C-CH-COC2H5OOCOCH3CH3CCHCOC2H5OOCH3CCHCOC2H5OOCH3C=CHCOC2H5OO-OCH3C=CHCOC2H5OO-OCH3COCCH3O OCH3COOC2H5C2H5ONa-C2H5OHNa+CH3INaH-H2Na+CH3COClCH3CCH2COC2H5OOCH3C-CH-COC2H5OOCH35、乙酰乙酸乙酯的制备、乙酰乙酸乙酯的制备 Claisen酯缩合：酯缩合：在乙醇钠（金属钠在乙醇钠（金属钠+少量乙醇）作用下乙酸乙酯缩少量乙醇）作用下乙酸乙酯缩合生成乙酰乙酸乙酯，

10、反应由三步组成。合生成乙酰乙酸乙酯，反应由三步组成。反应实质反应实质：乙酸乙酯甲基具有一定酸性，在强碱作用下，生成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。乙氧基取代下来，生成乙酰乙酸乙酯。H3C COOC2H5+C2H5OH2CCOOC2H5+C2H5OHH2CCOOC2H5H3C COOC2H5+H3C COOC2H5H2C C OC2H5OH3C COOC2H5H2C C OC2H5OH3C COH2C C OC2H5O+C2H5O14.3 乙酰乙酸乙酯

11、在有机合成上的应用乙酰乙酸乙酯在有机合成上的应用1、可以合成的化合物：、可以合成的化合物：甲基酮（丙酮衍生物甲基酮（丙酮衍生物)；羧酸（乙酸衍生物，一般不用）；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。二元酮；二元酸（一般不用），酮酸酯；环酮，环状二元酮。2、乙酰乙酸乙酯在合成中的应用实例、乙酰乙酸乙酯在合成中的应用实例eg 1:以乙酸乙酯为原料合成以乙酸乙酯为原料合成4-苯基苯基-2-丁酮丁酮CH3CCH2CH2C6H5O合成合成丙酮衍生物：丙酮衍生物：CH3CCHCOOC2H5ONa+CH3CCHCOOC2H5OCH2C6H5CH3CCHCOOHO

12、CH2C6H5CH3CCH2CH2C6H5OCH3COOC2H5RONa(1mol)C6H5CH2Cl1 稀稀OH-2 H+-CO2Claisen酯缩合酯缩合eg 2:选用不超过选用不超过4个碳的合适原料制备个碳的合适原料制备CCH3OCH3CCHCOOC2H5O(CH2)4BrBrCH3CCCOOC2H5O2 CH3COOC2H5C2H5ONaCH3CCHCOOC2H5ONa+C2H5ONaCH3COCOOC2H5CH3COCOOHBr(CH2)4Br分子内的亲核取代分子内的亲核取代 稀稀-OHH+-CO2CCH3Oeg 3:乙酰乙酸乙酯与乙酰乙酸乙酯与BrCH2CH2CH2Br在醇钠作用下

13、反应，在醇钠作用下反应，主要得到主要得到 而不是而不是 。请解释原因。请解释原因。OCOOC2H5H3CCOCH3COOC2H5CH3CCH2COEtOOEtO-Br(CH2)3BrCH3CCHCOEtOOEtO-CH2CH2CH2BrBrCO2EtOBrCO2EtCH3CEtO2COCH3COOH-H+OOCO2EtOH-H+OCO2H吡喃衍生物吡喃衍生物（主要产物）（主要产物）有张力有张力无张力无张力慢慢主要主要稀稀eg 4:制备制备 CH3CH2CH2CHCOOHCH3合成合成乙酸衍生物（更适合是选用丙二酸酯为起始原料）：乙酸衍生物（更适合是选用丙二酸酯为起始原料）：CH3C-C-COO

14、EtOCH3CH2CH2CH3CH3CCH2COOEtOCH3CH2CH2CHCOOHCH3H+NaOEtEtOHNaOEtEtOHCH3ICH3CH2CH2BrOH-（浓）（浓）+CH3COOH酸式分解酸式分解eg 5:选用合适的原料制备下列结构的化合物。选用合适的原料制备下列结构的化合物。CH3CCH2CH2CH2COHOOCH3CCH2CH2CH2CCH3OO合成合成1,5-二羰基化合物：二羰基化合物：（与（与Michael麦克尔加成比较）麦克尔加成比较）CH3CCH2CH2CH2COHOOCH3CCH2COEtOOEtO-ClCH2CH2COEtOCH3C-CH-COOEtOCH2CH

15、2COOC2H5OH-H+H2O-CO2CH3CCH2CH2CH2CCH3 +CH3COOHOOCH3CCH2COEtOOEtO-ClCH2CH2CCH3OCH3C-CH-COO EtOCH2CH2CCH3OH-H+H2O-CO2O通过乙酰乙酸乙酯合成的二元酮最少是通过乙酰乙酸乙酯合成的二元酮最少是2,52,5己二酮己二酮.酮酸酯的合成：酮酸酯的合成：4 4戊酮酸乙酯戊酮酸乙酯二元酮的合成：二元酮的合成：2,52,5己二酮，己二酮，2,62,6庚二酮庚二酮练习：练习：2,32,3丁二酮的合成：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。用草酸二乙酯与乙酸乙酯缩合，然后经过酮式分

16、解。2,42,4己二酮的合成：己二酮的合成：用乙酸乙酯与丙酮发生酮酯缩合。用乙酸乙酯与丙酮发生酮酯缩合。OC2H5OOOOOO注意：注意：14.4 丙二酸二乙酯在有机合成上的应用丙二酸二乙酯在有机合成上的应用EtOCCH2COEt+EtONaOOEtOCCHCOEtOO-EtOCOCCOOEtHNa+丙二酸二乙酯的制法：丙二酸二乙酯的制法：用氯乙酸与氰化钠发生氰解，然后在浓硫酸催化下与用氯乙酸与氰化钠发生氰解，然后在浓硫酸催化下与乙醇反应得到，（一般不用丙二酸的酯化反应）。乙醇反应得到，（一般不用丙二酸的酯化反应）。H2ClC C OHO+CNH2C C OHOCNC2H5OHH2SO4CH2

17、(COOC2H5)2CH2COOC2H5COOC2H5C2H5ONaCHCOOC2H5COOC2H5_CH3CH2BrCH3CH2CHCOOC2H5COOC2H51)C2H5ONa2)CH3ICH3CH2CCH3COOC2H5COOC2H51)OH-2)H+CH3CH2CCH3COOHCOOH-CO2CH3CH2CHCOOHCH3一元羧酸衍生物的制备：一元羧酸衍生物的制备：二元羧酸衍生物的制备：二元羧酸衍生物的制备：2 CH2(COOC2H5)2C2H5ONa2 CH(COOC2H5)2_BrCH2CH2BrCH2CH(COOC2H5)2CH2CH(COOC2H5)2CH2CH2COOHCH2

18、CH2COOH1)OH-2)H+-CO2CH2(COOC2H5)22 C2H5ONaBr(CH2)4BrCOOC2H5COOC2H51)OH-2)H+COOH环烷烃羧酸的制备：环烷烃羧酸的制备：合成螺环化合物：合成螺环化合物：CH2(CO2Et)22EtO-EtOHBrCH2(CH2)nCH2BrOH-H+-CO2SOCl2CH2(CO2Et)22EtO-还原还原Eg 6：用简单的有机原料合成用简单的有机原料合成COOHCOOH2 CH2(CO2Et)22 EtO-BrCH2CH2CH2BrCH(CO2Et)2CH(CO2Et)22 EtO-COOHCOOHH+I2OH-(COOEt)2(CO

19、OEt)2I2在在 eg6中的作用中的作用eg 7 用简单的有机原料合成用简单的有机原料合成CO2HHO2C(螺环二元羧酸螺环二元羧酸)CH3CHO +3CH2O2 CH2(COOEt)2 +BrBrBrBrCO2EtCO2EtEtO2CEtO2CCO2HHO2C(HOCH2)3C-CHOOHHOOHHOBrBrBrBr-CO2EtO-HO-H+HO-HO-HBr浓浓Eg 8 用简单的有机原料合成用简单的有机原料合成OOOOCH2(CO2Et)2EtO-O分子内酯交换分子内酯交换EtO-分子内酯交换分子内酯交换O 试试写出下面反应的产物：写出下面反应的产物：CH3CCH2COOEtO2LDA-

20、CH2CCHCOOEtO-C6H5CH2ClH3O+?1 mol比较亲核试剂的碱性和位阻情况！比较亲核试剂的碱性和位阻情况！14.5 麦克尔加成及麦克尔加成及1,51,5二羰基化合物的合成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与,不饱和羰基化合物的不饱和羰基化合物的1,4亲核加成，负碳离子加到亲核加成，负碳离子加到碳上，反马氏规则碳上，反马氏规则含活泼亚甲基的化合物的通式为：含活泼亚甲基的化合物的通式为：A-CH2-AA,A是吸电基，包括：是吸电基，包括：RCO-;-CO-;-COOR;-CONR2;CN;-N

21、O2,不饱和羰基化合物可以是不饱和羰基化合物可以是不饱和醛、酮及羧酸酯；不饱和醛、酮及羧酸酯；,不饱和可以是不饱和可以是C=C,也可以是碳碳叁键。也可以是碳碳叁键。1、乙酰乙酸乙酯在乙醇钠作用下与丙烯醛加成、乙酰乙酸乙酯在乙醇钠作用下与丙烯醛加成H2CCHCHO+CH2(COOC2H5)2C2H5ONa50%OHCH2CH2CH(COOC2H5)22、丙二酸二乙酯在乙醇钠作用下与丙烯酸甲酯（或衍生物）、丙二酸二乙酯在乙醇钠作用下与丙烯酸甲酯（或衍生物）反应反应3、丙烯腈在乙醇钠作用下与乙酰乙酸乙酯反应、丙烯腈在乙醇钠作用下与乙酰乙酸乙酯反应H3C CHCHCOOCH3+CH2(COOC2H5)

22、2C2H5ONa3HCHC CH2COOCH3CH(COOC2H5)2H2C CHCN+CH3COCH2COOC2H5C2H5ONaC2H5OHCH3COCHCOOC2H5CH2CH2CN4、若干邻位取代的肉桂酸酯会发生分子内的、若干邻位取代的肉桂酸酯会发生分子内的Michael加成：加成：COOCH3ZCH2COOCH3Z=O,S 或 NCH3ZCOOCH3CH2COOCH3合成杂环化合物的方法5、Michael加成的反应历程：加成的反应历程：CH2(COOC2H5)2+C2H5OCH(COOC2H5)2+C2H5OHH3CH3COH3C+CH(COOC2H5)2CH3OCH(COOC2H5

23、)2CH3OCH(COOC2H5)2+C2H5OHCH3OCH(COOC2H5)2+C2H5O该产物在当量该产物在当量C2H5ONa的存在下，发生分子内的存在下，发生分子内Claisen缩合缩合OOC2H5OOCCH3OC2H5C2H5OOOC2H5OOCCH2OC2H5C2H5OOOC2H5OOCOH/H2OH+OOROORCO2EtCO2EtO+NaOH/H2OpH 8.6RRHOOHCO2EtCO2EtHClH2ORROOOS 64,27说明以下反应的过程：说明以下反应的过程：14.6 Knoevenagel14.6 Knoevenagel反应反应 活性亚甲基化合物（指具有两个吸电子基团

24、的）在氨、胺或活性亚甲基化合物（指具有两个吸电子基团的）在氨、胺或其羧酸盐的催化下，与醛、酮发生醛醇缩合，脱水而得其羧酸盐的催化下，与醛、酮发生醛醇缩合，脱水而得,-,-不饱和不饱和化合物。化合物。反应通式：反应通式：H2CXYROR1XYR1R+H2O催化剂(X,Y=CN,NO2,COR2,COOR2,CONHR2 等)常用催化剂（两类）和反应条件：有机碱如吡啶、哌啶、二乙胺常用催化剂（两类）和反应条件：有机碱如吡啶、哌啶、二乙胺、氨或它们的羧酸盐；以及氢氧化钠、碳酸钠等。反应时常用甲、氨或它们的羧酸盐；以及氢氧化钠、碳酸钠等。反应时常用甲苯、苯等有机溶剂共沸带水，以使反应完全。苯、苯等有机

25、溶剂共沸带水，以使反应完全。反应机理两种（依据催化剂的不同）：反应机理两种（依据催化剂的不同）：对于采用伯胺、仲胺及其盐类催化的一般认为是经亚胺过渡对于采用伯胺、仲胺及其盐类催化的一般认为是经亚胺过渡态完成反应的。态完成反应的。在无机碱催化下，其反应机理类似于一般的醇醛缩合。在无机碱催化下，其反应机理类似于一般的醇醛缩合。应用实例：应用实例：（1 1）丙二酸酯、）丙二酸酯、-酮酸酯及酮酸酯及-二酮在碱性催化剂作用下均能与醛二酮在碱性催化剂作用下均能与醛顺利缩合，但只能与个别活性酮发生缩合：顺利缩合，但只能与个别活性酮发生缩合：O+CH2(COOC2H5)2C(COOC2H5)2苯胺(30%)O

26、H3CC2H5+NCCH2COOC2H5AcONH4/PhHH3CC2H5CNCOOC2H5(81%100%)（2 2）氰乙酸酯活性较高，可与醛、酮缩合）氰乙酸酯活性较高，可与醛、酮缩合 (3)如如何完成下列的转变何完成下列的转变？CHO+COCH3OphphCOOC2H5(1)(2)(3)练习：练习：OOCH2C CH （2）以丁）以丁-3-烯烯-2-酮、丙二酸二乙酯和不大于三个碳酮、丙二酸二乙酯和不大于三个碳的有机原料合成以下化合物：的有机原料合成以下化合物：（1）1，3环戊二酮的合成环戊二酮的合成试命名以上化合物本章习题：本章习题：（一）（一）1，3，5，7（二）（三）（四）（五）（二）（三）（四）（五）（六）七）（六）七）2，4，6，（八）（九），（八）（九）1，3，5，7