有机化学-β-二羰基化合物

第十四章β-二羰基化合物CollegeofChemicalEngineerandMaterialScience第十四章β-二羰基化合物分子中两个羰基被一个碳原子隔开的化合物称为β-二羰基化合物。此处羰基的含义较广，包含简单的羰基也包括酯基等。作为有机合成的原料，β-二羰基化合物在有机合成中有着多方面的应用。RCOCH2COR'RCOCH2COOR'C2H5OCOCH2COOC2H5二酮酮酸酯丙二酸二乙酯第十四章β-二羰基化合物酮-烯醇互变异构丙二酸酯的合成及其应用Knoevenagel缩合乙酰乙酸乙酯的合成及其应用Michael加成其它含活泼亚甲基的化合物一、酮-烯醇互变异构RCH2COR'互变异构RCHCOHR'酮式烯醇式由于分子内的原子（或基团）连接位置不同而产生的异构，称为互变异构。醛或酮与其通过质子的转移所形成的烯醇之间，构成了酮式－烯醇式互变异构。RCH2COR'+HOHH+快RCH2COR'+H+H2ORCHCOR'H+HOHH+慢RCHCOHR'+H3O+酸催化：RCHCOR'H+OH慢RCHCOR'RCHCOR'+H2ORCHCOR'OHH+快RCHCOHR'+H2O碱催化：1.酸和碱对酮-烯醇平衡的影响一、酮-烯醇互变异构一、酮-烯醇互变异构烯醇含量1.5×10-4％化合物的结构对酮-烯醇平衡有影响COCH3CH3CH3COCH2-COC2H5O7.5％乙醛的烯醇含量几乎不能检出？问题1.1)能和HCN,NaHSO3等亲核试剂发生加成反应2)能使溴水褪色3)能和三氯化铁发生颜色反应——具有羰基——含有不饱和键——具有烯醇式结构CH3COCH2COC2H5O它是一个简单的β-酮酸酯，具有一些特殊的性质:乙酰乙酸乙酯一、酮-烯醇互变异构问题2.根据实验现象推断乙酰乙酸乙酯结构：2.化合物的结构对酮-烯醇平衡的影响一、酮-烯醇互变异构问题3.一般的烯醇式不稳定，而乙酰乙酸乙酯的烯醇式能稳定存在，为什么？CH3COCH2COC2H5OH3CCOHCHCOOC2H5酮式92.5％bp:41℃（267Pa）烯醇式7.5％bp:33℃（267Pa）室温下：结论：乙酰乙酸乙酯的两种异构体之间存在平衡：一、酮-烯醇互变异构（1）酮式中亚甲基上的氢原子同时受羰基和酯基的影响很活泼，很容易转移到羰基氧上形成烯醇式。(2)醇式中的双键的π键与酯基中的π键形成π-π共轭体系使电子离域，降低了体系的能量。CH3COCH2COC2H5OH3CCOHCHCOOC2H5(3)烯醇式通过分子内氢键的缔合形成了一个较稳定的六员环结构H3CCOCHCOOC2H5H一、酮-烯醇互变异构问题5.怎样判断β-二羰基化合物中的烯醇含量？（见书P457-458）问题4.亚甲基上连有－CF3或－CH3分别会对烯醇的含量有什么影响？CH3COCH2COC2H5O3.烯醇化导致立体异构化当用酸或碱处理(+)-仲丁基苯基甲酮的乙醇-水溶液时，发生了外消旋化反应：CEtMeHCOPhOHorH+CEtMeHCOPh+CEtHMeCOPh(R)-(+)(+)CEtMeHCOPhOHorH+CCOHPhEtMe外消旋体烯醇非手性化合物手性化合物11一、酮-烯醇互变异构第十四章β-二羰基化合物酮-烯醇互变异构丙二酸酯的合成及其应用Knoevenagel缩合乙酰乙酸乙酯的合成及其应用Michael加成其它含活泼亚甲基的化合物二、乙酰乙酸乙酯的合成及应用1.乙酰乙酸乙酯的合成（Claisen酯缩合反应）CH3COC2H5O21)NaOC2H5/C2H5OH2)CH3COOH,H2OH3CCOCH2COOC2H5+C2H5OH※含有α-H的羧酸酯在乙醇钠或金属钠的催化下，发生分子间的缩合反应，酸化后得到β-酮酸酯。问题6.乙酰乙酸乙酯能发生碘仿反应吗？不能，亚甲基受两个羰基的影响活性很大。CH3COC2H5O21)NaOC2H5/C2H5OH2)CH3COOH,H2OH3CCOCH2COOC2H5+C2H5OHCH2COOC2H5CH3－C－OC2H5O＋CH3－C－CH2COOC2H5O－OC2H5C2H5O－＋HCH2COOC2H5CH2COOC2H5＋C2H5OHCH3CCH2COOC2H5+C2H5O－OCH3COCHCOOC2H5+C2H5OHH+CH3COCH2COOC2H5CH3－C－CH2COOC2H5O－OC2H5CH3CCH2COOC2H5+C2H5O－OClaisen酯缩合的机理pKa=11pKa=15.9真正的动力！酯分子中-氢的酸性-碳负离子的生成亲核取代-酮酸酯强碱亲核取代CH3CHCOC2H5O烷氧基离去Claisen酯缩合反应:CH3CH2COC2H5O21)NaOC2H5/C2H5OH2)CH3COOH,H2OCOCHCOOC2H5+C2H5OHCH3CH2CH3课堂练习二、乙酰乙酸乙酯的合成及应用C6H5COEtOCH3CH2COEtO+1)NaOEt,EtOH2)H3O+C6H5CCHCOEtOOCH32种酯的混合物起克莱森缩合反应，可以得到4种β-酮酸酯的混合物，无合成价值。但如果2种酯中，有1种没有α-氢，只能提供羰基，那么用等摩尔的酯起缩合反应，可以使交叉缩合产物成为主产物。Dieckmann缩合：分子内酯缩合反应，也称作Dieckmann闭环反应。生成环状β-酮酸酯。二、乙酰乙酸乙酯的合成及应用例如：己二酸酯和庚二酸酯的分子内酯缩合，生成环状β-酮酸酯COOEtH2CH2CCH2CH2CO2Et-COOEtH2CH2CCH2CHCO2Et-CH2CH2CCH2CHCO2EtOOEt-CH2CH2CCH2CHCO2EtOOEt-OEt反应机理:OEtOEt课堂练习COOC2H5COOC2H5C2H5ONaCOOC2H5OCOOC2H5OCH3不反应2.乙酰乙酸乙酯的性质:H3CCOCH2COOC2H5(1)H2O,KOH(2)H3O+CH3COCH2COOHH3CCOCH3CO2-酮式分解的3个条件二、乙酰乙酸乙酯的合成及应用掌握！酮式分解和酸式分解酮式分解乙酰乙酸乙酯在稀碱（或稀酸浓度为5％左右）的作用下，水解生成乙酰乙酸，后者在加热的条件下，脱羧生成酮。这种分解称为酮式分解。CH3CCH3OH3CCCOOHOH3CCCOOHOCH3CCH2OHCO2+酮式分解机理：二、乙酰乙酸乙酯的合成及应用H3CCOCH2COOC2H5(1)H2O,KOH(2)H3O+CH3COCH2COOHH3CCOCH3CO2-乙酰乙酸受热分解的反应机理：二、乙酰乙酸乙酯的合成及应用浓碱的作用下酸式分解-H3CCOCH2COOC2H5KOH,EtOH2CH3COOH+2CH3COOH掌握！酸式分解——乙酰乙酸乙酯与浓碱（浓度40％）共热，则α-和β-碳原子之间的键发生断裂，生成两分子的乙酸盐。一般β-羰基酸都发生此反应，这种分解称为CH3COCH2COOC2H5+OHCH3COOHCH2COOC2H5CH3COOHCH2COOC2H5+CH3COO+CH3COOC2H5OH2CH3COO+C2H5OH二、乙酰乙酸乙酯的合成及应用浓碱的作用下酸式分解机理：-H3CCOCH2COOC2H5KOH,EtOH2CH3COOH+2CH3COOHH3CCOCH2COOC2H5成酸分解成酮分解乙酰乙酸乙酯的两种分解方式：40％KOH5%KOHCH3CCH3OCH3COOH二、乙酰乙酸乙酯的合成及应用烷基化和酰基化：H3CCOCH2COOC2H5+NaOEtH3CCOCHCOOC2H5-H3CCOCHCOOC2H5+RXH3CCOCHCOOC2H5RH3CCORCHCOOC2H5+C-烷基化产物O-烷基化产物(1)NaOEt,EtOH(2)R'XH3CCOCCOOC2H5RRC6H5CClOH3CCOCHCOOC2H5COC6H5C-酰基化产物R=伯卤代烷，而仲卤代烷和叔卤代烷在碱性条件下易发生消去反应24NaH3.乙酰乙酸乙酯在合成上的应用二、乙酰乙酸乙酯的合成及应用※乙酰乙酸乙酯进行烷基化反应后，再进行酮式分解或酸式分解，在有机合成上有广泛的应用，主要用来合成甲基酮或烷基取代的乙酸1)制备甲基酮和取代乙酸CH3COCH2COOC2H5C2H5ONaCH3CH2CH2BrCH3COCHCOOC2H5CH2CH2CH3C2H5ONaCH3ICH3COCCOOC2H5CH2CH2CH3CH3CH3COCCOOC2H5CH2CH2CH3CH3成酮水解成酸水解CH3COCHCH3CH2CH2CH3先大后小,先惰后活CH3CH3CH2CH2CHCOOH分子的拆分在α和β碳原子之间CH3COCHCOOC2H52-Na+I-NaIICH3COCHCOOC2H5CH3COCHCOOC2H51)H2O,KOH;2)H3O+3)CH3COCH2CH2COCH3CH3COCHCOOC2H52-Na+CH2Cl2CH3COCHCOOC2H5CH2CH3COCHCOOC2H51)H2O,KOH;2)H3O+3)CH3COCH2CH2CH2COCH32)制备各种二酮CH3COCHCHOOC2H5-2,5–己二酮2,6-庚二酮CH3COCH2COOC2H5NaHCH3COCHCOOC2H5-Na+C6H5COClCH3COCHCOOC2H5COC6H51)H2O,KOH;2)H3O+3)CH3COCH2COC6H5二、乙酰乙酸乙酯的合成及应用（β-二酮）注意：酰基化时应使用NaH，中间有乙醇生成1-苯基-1,3-丁二酮CH3COCHCOOC2H5-Na+Br(CH2)4Br(CH2)4CHCOCH3COOC2H5BrC2H5ONa1)H2O,KOH;2)H3O+3)CCOCH3COOC2H5CCOCH33)制备环烷基酮二、乙酰乙酸乙酯的合成及应用4)制备高级酮酸二、乙酰乙酸乙酯的合成及应用与卤代酸酯（或其他含有活泼卤原子的化合物作用），然后酮式分解。CH3COCHCOOC2H5-Na+Br(CH2)nCOOC2H5CH3COCHCOOC2H5(CH2)nCOOC2H5CH3COCHCOOC2H5(CH2)nCOOC2H5酮式分解酸式分解CH3COCH2(CH2)nCOOHHO2CCH2(CH2)nCOOHCH3COCH2COOC2H5+CH3(CH2)2CH2ClH3CCCH2OC(CH2)3CH3OCH3CH2CH3(CH2)2C(CH2)2CH3O(CH2)3CH31)H2O,KOH;2)H3O+3)课堂练习1、利用乙酰乙酸乙酯可以合成下列哪种酮？C2H5ONaBrCH2CH2CH2Br1)H2O,KOH;2)H3O+3)CCH2CH2CH2CH2OCH2COCH3H3CCH3COCH2COOC2H5课堂练习2CH3COCHCOOC2H5CH2CH2CH3COCHCOOC2H5CH22、利用乙酰乙酸乙酯合成下列化合物（1）课堂练习CH3COCH2COOC2H5CH3COCHCH2COOHCH3C2H5ONaBrCH2COOC2H5CH3COCHCOOC2H5CH2COOC2H5C2H5ONaCH3ICH3COCCOOC2H5CH2COOC2H5CH31)H2O,KOH;2)H3O+3)（2）课堂练习CH3COCH2COOC2H5CH3CH2CHCH3CH2COOHC2H5ONaCH3CH2CHBrCH3CH3COCHCOOC2H5CHCH3CH2CH340%NaOH,H3O+（3）第十四章β-二羰基化合物酮-烯醇互变异构丙二酸酯的合成及其应用Knoevenagel缩合乙酰乙酸乙酯的合成及其应用Michael加成其它含活泼亚甲基的化合物丙二酸二乙酯通常由氯乙酸钠为原料制得CH2COONaClNaCNCH2COONaCNC2H5OHH2SO4H2CCOOC2H5COOC2H5三、丙二酸酯的合成及其应用丙二酸二乙酯分子中亚甲基上的氢原子受两个相邻羰基的影响而很活泼，使其具有微弱的酸性（pKa=13，水15，甲醇15.5）。与强碱如乙醇钠作用，可生成相应