中南大学理工类专业有机化学教案14贝塔-二羰基化合物

1第十四章-二羰基化合物授课对象：应用化学、制药工程、化学工程与工艺、药学学时安排：2-4学时教材：《有机化学》高鸿宾主编，高等教育出版社2005，5一、教学目的与要求1、掌握酮式和烯醇式的互变异构现象，活性亚甲基化合物的酸性与结构的关系，烯醇式的含量与活性亚甲基化合物的酸性的关系。2、掌握Claisen酯缩合反应、Knoevenagel缩合，Michael缩合的机理及及在有机合成上的应用。。3、乙酰乙酸乙酸、丙二酸二乙酯的合成及应用。。二、教学重点1、酮式和烯醇式的互变异构现象，活性氢的酸性比较。2、Claisen酯缩合反应、Michael加成及在有机合成上的应用。三、教学难点1、酮式和烯醇式的互变异构现象、活泼亚甲基化合物的酸性。2、Claisen酯缩合反应、Michael加成反应机理。四、教学方法讲授法。拟具体采用如下教学方法，以突出重点，突破难点。1、通过复习前面学过的电子效应和与醛、酮的羰基的比较，采取层层设问，环环紧扣的分析方法，帮助学生理解酮式和烯醇式的互变异构现象以及分子中存在烯醇式结构的必要条件。3、精讲多练，帮助学生理解Claisen酯缩合反应、、Knoevenagel缩合，Michael缩合机理，这些与活性氢有关的缩合反应在有机合成中的应用。4、适当时候将习题中的难点结合讲解。五、教具电脑、投影仪、Powerpoint课件、教鞭。六：引言从理论上讲，凡具有α-H的醛、酮都可能有这种互变异构现象。提问：醛、酮，如丙酮，不能与三氯化铁显色，为什么呢？在醛、酮中也有这种互变异构现象存在，只是烯醇式很不稳定，平衡主要偏向酮式，烯醇式含量太少，用一般的化学方法检查不出来。为什么乙酰乙酸乙酯能以一定比例存在烯醇式结构，并能与三氯化铁显色呢？14.1酮--烯醇互变异构214.1.1酸和碱对酮--烯醇互变异构的影响（一）活性氢酸性的定义（1）-H的酸性：-H以正离子离解下来的能力称为-H的活性或-H的酸性。YRHCYR-CH2判断-H活性的实验方法：pKa值和同位素交换的速率。影响-H活性（酸性）的因素，1）Y的吸电子能力。2）-H周围的空间环境。3）负碳离子的稳定性。实例：酸性大小比较：1）CH3CH=CH2pKa=35pKa=162）乙酰丙酮（pKa=9）而丙酮（pKa=20）3）的pKa=20，为什么？（二）酸碱催化剂对化合物烯醇式的影响14．1．2化合物结构对酮--烯醇互变异构化合物pKa烯醇式含量CH3COCH3201.5×10-4(痕量)H2O16ROH15EtO2CCH2CO2Et13.37.7×10-3NCCH2CO2Et92.5×10-1CH3COCH2CO2Et10.37.3(纯液态)，气态46.1%,水0.4%HOO3CH3COCH2COCH3976.5C6H5COCH2COCH39910014．2乙酰乙酸乙酯的合成及应用14．2．1乙酰乙酸乙酯的合成具有α-氢的酯，在醇钠作用下可与另一分子酯发生类似于醇醛缩合的反应，结果一分子酯的α-氢被另一分子酯的酰基取代，生成β-酮酸酯，称为酯缩合反应或克莱森缩合反应（Claisencondensation）。例如：两分子乙酸乙酯在乙醇钠作用下，脱去一分子乙醇，生成乙酰乙酸乙酯（β丁酮酸乙酯）：当采用不同的具有α-H的酯进行缩合时，可能有四种产物，在合成上无意义。但若用含α氢的酯与无α氢且羰基比较活泼的酯（如苯甲酸酯、甲酸酯、草酸酯和碳酸酯等）进行酯缩合时，可得到单一产物，称为交叉Claisen酯缩合反应。例如：与甲酸酯缩合，可生成α甲酰化物；与碳酸酯缩合，可得到取代的丙二酸酯；与草酸酯缩合，可合成α酮酸等。酯缩合反应在有机合成和药物合成方面具有很重要的价值。酯缩合反应也是生物体内一个重要的生化反应。例如丙酮酸与草酰乙酸经酶催化缩合成柠檬酸。练习题：完成反应式（甲酸乙酯与乙酸乙酯在乙醇钠条件下的反应）14．2．2乙酰乙酸乙酯、丙二酸二乙酯在有机合成中的应用（重点）（一）乙酰乙酸乙酯1、“三乙”的双重反应性能乙酰乙酸乙酯既能与氢氰酸、亚硫酸氢钠反应，也能与羰基试剂——2，4-二硝基苯肼反应——显示了甲基酮的性质；它还具有以下特性：（1）与金属钠反应放出H2——有活泼H（2）可使溴水褪色——有不饱和键（3）可以与三氯化铁显紫色——说明它是一种烯醇。因此，乙酰乙酸乙酯是以酮式与烯醇式两种形式存在，它们之间存在下列动态平衡：互变异构现象：两种或两种以上的异构体能相互转变，并以一定比例呈动态平衡存在的现象。解释“三乙”的实验现象：往乙酰乙酸乙酯溶液中加入少量FeCl3溶液，显OOCH3CCH2COCH2CH3OCH3C=CHCOCH2CH3OH7%93%4紫红色，快速加入溴水，紫红色褪去，但不久后又恢复紫红色，为什么？（可演示实验）2、酮式-烯醇式互变异构现象（重点、难点）从理论上讲，凡具有α-H的醛、酮都可能有这种互变异构现象。提问：醛、酮，如丙酮，不能与三氯化铁显色，为什么呢？在醛、酮中也有这种互变异构现象存在，只是烯醇式很不稳定，平衡主要偏向酮式，烯醇式含量太少，用一般的化学方法检查不出来。为什么乙酰乙酸乙酯能以一定比例存在烯醇式结构，并能与三氯化铁显色呢？分析对比丙酮与乙酰乙酸乙酯两对互变异构体的结构，可以得出各种化合物烯醇式存在的比例大小主要取决于分子结构。要有明显的烯醇式存在，分子必须具备如下条件：（1）分子中亚甲基上的H同时受到两个吸电子基团的影响，使之酸性增强。（2）形成烯醇式产生的双键应与羰基形成π-π共轭，使共轭体系有所扩大和加强，内能有所降低。共轭体系越延伸，体系越稳定。（3）烯醇式结构中可形成分子内氢键，构成稳定性更大的环状螯合物。另外烯醇式含量的多少还与溶剂、温度和浓度有关。为什么活泼H不转向酯基中的羰基呢？因为：酮基对亚甲基的影响比酯基大的缘故。思考题：将下列化合物按烯醇式含量由多至少排列（1）乙酸乙酰乙酯（2）乙酰丙酮（3）苯甲酰丙酮（4）丙二酸二乙酯（5）苯甲酰乙酰苯酮式—烯醇式互变结构从理论上分析，凡具有HCCO基本结构的化合物都可能发生。不同结构的有机化合物，烯醇-酮型所占比例不同，见表8-32．酮式分解和酸式分解CH3CCH2-COOOC2H55%NaOHCH3CCH3O+CO2+C2H5OHH+CH3CCH2COOOC2H5酸式分解40%NaOH2CH3CONa+C2H5OHO3．在合成上的应用常用乙酰乙酸乙酯的酮式分解合成甲基酮，而取代乙酸的合成常用丙二酸酯法，举例说明。14．3丙二酸的合成及应用14．4Knoevenagel缩合514．5Michael加成（以上三节均在讲明机理的情况下，以学生练习讨论为主）