乙酰乙酸乙酯及在合成上的应用

主要内容几种类型的羧酸衍生物结构及命名酰基上的亲核取代反应羧酸衍生物的亲核取代相对活性及相互转换羧酸衍生物与Grignard试剂的反应，羧酸衍生物的还原反应乙酰乙酸乙酯、丙二酸二乙酯的在合成中的应用有机合成路线第十二章羧酸衍生物目标要求1.掌握几种类型的羧酸衍生物结构及命名2.了解羧酸衍生物的物理性质及光谱性质3.掌握羧酸衍生物的化学性质4.掌握羧酸衍生物的亲核取代反应机理及反应活性5.了解羧酸衍生物的相互转换6.掌握乙酰乙酸乙酯、丙二酸二乙酯的性质及在合成中的应用7.学会设计有机合成路线RCOOHRCOXRCOORCOOR'RCONH2(R)CRO酰卤酸酐酯酰胺羧酸类型一、羧酸衍生物结构和命名羧酸的羟基被其他基团取代的化合物叫羧酸衍生物，包括酰卤、酸酐、酯、酰胺。羧酸衍生物的命名酰卤酸酐CH3COClPhCOClCH3CH2CHCOBrBrCOClCOClOCH2PhCOClCH3COOCCH3OCH3COOCCH2CH3OOOO乙酰氯a-溴丁酰溴苯甲酰氯草酰氯氯甲酸苄酯顺丁烯二酸酐乙丙酐（乙酸丙酸酐）醋酐（乙酸酐）CH3CONH2CH3CONCH3CH3HCONCH3CH3NHOCH3CONHPh酯酰胺PhCOOC2H5OH3COCH2COOC2H5COC2H5OCH2COOC2H5COH3Ca苯甲酸乙酯-甲基--丁内酯丙二酸二乙酯乙酰乙酸乙酯乙酰胺N,N-二甲基乙酰胺乙酰苯胺N,N-二甲基甲酰胺(DMF)己内酰胺二、物理性质与光谱性质酰卤、酸酐有刺激性气味，强腐蚀作用。酯有香味。IR光谱：C=O的特征吸收峰酰卤：1800~1750cm-1酸酐：1850~1800cm-1，1790~1740cm-1两个酯：1750~1745cm-1，没有OH的吸收峰酰胺：1690~1630cm-1，3550~3050cm-1有N-H吸收1HNMR：酰胺在5~8ppm有N-H的峰。L：可被亲核试剂取代羰基：可加成至饱和a-H：有弱酸性离去基团(Leavinggroup)性质分析COXRCH2COOCOOR'CONH2(R)CRORCH2RCH2RCH2RCHCOLH三、化学性质羧酸衍生物酰基上的亲核取代通式水解反应醇解反应胺解反应反应类型RCOLNuRCONu+LorHNuHLorRCOLRCOOHH2OHorOHR'OHR'NH2RCOOR'RCONHR'HorOH1.羧酸衍生物的水解反应COXRCOOCOOR'CONH2(R)CRORRRRCOOHH2OHX+HOCROHOR'NH3(R)H2OHorOHH2OHorOHH2OHorOHorRCOO酰氯的水解易反应（可直接与水反应）酸酐的水解较易反应，H＋或OH－催化更快。RCOOHH2O+HClRCOClRCOOHRCOOCROH2O2酯的水解需H＋或OH－催化，当OH－用量大于化学计量时，反应完全。酰胺的水解H+orOH－的用量须大于化学计量，要加热。RCOOHRCONHR'H2OH3NR'+RCOOH2OH2NR'+OHHRCOOHRCOOR'H2OHOR'+RCOOHOHH2O(1)酯的酸性水解机理(有两种可能机理）羧酸衍生物的水解机理（以酯和酰胺的水解为例）H2ORCOHOR'H2ORCOHOR'RCOHOH-HOR'RCOOHRCOOR'HHORCOHOR'H-H机理(i)这两种机理分别适合于何种结构的酯类？如何证明这两种可能的机理？问题机理(ii)HOR'烯烃H2O-HRCOHORCOOHRCOOR'HR'R'+(2)酯的碱性水解（皂化反应）机理碱过量时，产物为羧酸盐，反应不可逆。RCOORCOOR'RCOOR'HOR'OHRCOO+OR'OHHRCOOHRCOOHHORCOHNHR'HNH2R'+NH3R'H2ORCOHNHR'H2ORCOHNHR'RCONHR'HH(3)酰胺的酸性水解机理H+过量，胺可成盐，反应不可逆。RCOORCONHR'H2NR'OHRCOO+NHR'RCONHR'OHH(4)酰胺的碱性水解机理慢步骤。离去能力:碱过量，成羧酸盐，反应不可逆。RNHHO2.羧酸衍生物的醇解反应酰氯的醇解反应优点：反应完全，产率好。（碱吸收）合成上用于制备酯R'OHRCOOR'RCOCl+Et3Nor吡啶Et3NHClNHClorHClR'OHRCOOR'RCOClEt3Nor吡啶RCOOHSOCl2酯酯酰氯酸酐的醇解反应合成上用于制备酯RCOOHRCOOCROR'OHRCOOR'+酯羧酸优点：反应温和，产率好C2H5OHSCH2OH(CH3CO)2OCH3COONaSCH2OCCH3OOOOCOOEtCOOH二酸单酯COOEtCOOEt二酸二酯H2CCHCOOCH3n-BuOHTsOHH2CCHCOOBun+CH3OHOCOHOCH3NaOCH3CH3OOHCOCH3OCH3COCH3+CHCH2CHCH2OAcOAcnCH3OHOHCHCH2CHCH2OHOHnCCH3OO+CH3COCH3O酯的醇解反应（酯交换反应）反应可逆需H＋或R”O¯催化例：RCOORRCOOR'ROHHorRO+R'OH+不溶于水,不能直接水解聚乙烯醇蒸除酰胺的醇解反应反应相对不易进行（离去能力:）合成上意义不大（合成酯类化合物的方法有更好的方法）RCOORRCONHR'ROH+R'NH2+HorOHNHR'OR3.羧酸衍生物的胺解反应酰氯的胺(氨)解酸酐的胺(氨)解R'NH2RCONHR'RCOCl+Et3NHCl+Et3Nor其它碱RCOOHNEt3RCOOCRORCONHR'+R'NH2+Et3Nor其它碱酯的胺(氨)解酰胺的胺解条件：无水、过量胺胺的交换，合成上意义不大R'NH2RCONHR'RCOOR'+HOR'+R'NH2RCONHR'RCONHR+HNHR+H+（2）氨基的保护（1）由酰氯和酸酐制备酰胺。（优点：反应快，条件温和，产率高）去保护方法胺解反应合成上的应用ArNH2CH3COClor(CH3CO)2OArNHCCH3NH2COOHRClCOCH2PhOBoc2ONHCOOCH2PhCOOHRNHCOOBu-tCOOHR碱碱H2,PdHClOH2O,OH总结：羧酸衍生物的相互转换（制备方法）RCOOHRCOOR'RCONHR'RCOClRCOOCROH2OSOCl2RCOOHR'OHP2O5H2OR'NH2R'OHNH2R'R'NH2,H2O,H+orOH-R'OH,H+R'NH2R'OHH2O,H+orOH-R'MgXRCOR'RCOL1.R'MgXRCOHR'R'2.H2OR'RCOLMgXR'RCOLMgXRCOR'R'MgXR'RCOR'MgXH2OR'RCOHR'-MgXL4.羧酸衍生物与RMgX的反应机理：反应能否控制在中间产物——酮？酰氯、酸酐、酯酮叔醇取代在低温条件下，利用酰卤的活泼性制备酮羰基的活性（亲电性）：实验方法：将R’MgX滴加到RCOCl中,RCOCl始终保持过量。始终过量RCOClRCOR'RCOOR'RCOClR'MgXH2ORCOR'低温R'MgXH2ORCOR'RCOOCRORCOMgXOCROR'70oCRCOHOCROR'RCOOH+利用酸酐反应中间体低温稳定性制备酮机理R'MgXH2ORCOR'RCOOCRO70oC低温不易分解在通常条件下，酰氯、酸酐、酯与过量的格氏试剂作用往往生成含有2个相同烃基的叔醇。酰氯与格氏试剂的反应酯与格氏试剂的反应RCOR'RCOClR'MgXRCOHR'R'R'MgX快步骤慢步骤可保留快步骤慢步骤RCOR'R'MgXRCOHR'R'RCOOR'R'MgX立即反应5.羧酸衍生物的还原反应LiAlH4还原反应能否控制在这一步？RCOLRCH2OHLiAlH4RCOHLiAlH4H2O酰氯，酸酐，酯胺LiAlH4RCONH2(R)H2ORCH2NH2(R)伯醇酰胺注意：酰胺的还原有特殊性：取代羧酸衍生物的催化氢化还原（两个典型的例子）Rosenmund还原(i)酰氯选择性还原至醛(ii)酯还原至醇（工业化）使Pd催化剂活性减弱（催化剂中毒）RCOClRCOHH2,Pd-BaSO4,硫-喹啉RCOOR'RCH2OHH2,CuOCuCrO4酯的金属钠还原伯醇RCOOR'RCH2OHNaROH6.酯的a-位的反应——Claisen缩合-羰基酯两分子酯的缩合反应可逆RCH2COR'ORCHCOR'ORCH2COCHCOR'ORH++HOR'OR'反应机理：CH2C=OOC2H5HC2H5O+αCH2C=OOC2H5CH2C=OOC2H5C2H5OH+CH3C=OOC2H5CH2C=OOC2H5CH3COOC2H5CH2C=OOC2H5C=OCH2C=OCH3OC2H5+C2H5OC=OCH2C=OCH3OC2H5+C2H5OC=OCHC=OCH3OC2H5C=OCHC=OCH3OC2H5CH3COOHC=OCH2C=OCH3OC2H5•脱羰反应－霍夫曼（Hofmann）降级反应•与亚硝酸的反应7.酰胺的化学反应•脱水反应CH3CH2CH2C-NH2OP2O5加热CH3CH2CH2CN+H2ORCONH2+Br2+4NaOHH2ORNH2+2NaBr+Na2CO3+2H2ORCONH2+HNO2RCOOH+N2+H2O该反应可由酰胺制备少一个碳原子的伯胺,产率较高.正丁腈该反应可用于酰胺的鉴别和定性分析。该反应可由酰胺制备有机腈类化合物。•酰胺的酸碱性•酰胺的水解RCONH2+H2OHCl加热加热NaOHRCOOH+NH4ClRCOONa+NH3RCONH2在有机合成上，氨基的酰化在水解，多用于氨基的保护。酰胺是近中性化合物，这是由于氮原子上的未共用电子对与碳基上的π电子形成共轭体系，电子云向羰基方向移动，降低了氮原子上的电子云密度，使其结合质子的能力减弱。酰胺CH3CNH2OHClCH3CONH2HClHgOCH3CONH)2Hg(+H2O具弱碱性具弱酸性亚酰胺氢原子受两个酰基的影响,易以质子的形式被碱夺去,酸性比酰胺强,形成的盐较稳定.ORCORHCNOOONH3OHOONH2300oCNHOOBr2NaOHNOONOOBrNa（1）NBS的制备NBSN-溴代丁二酰亚胺（溴代试剂）丁二酸单酰胺丁二酰亚胺酰亚胺酸性在合成上的应用（2）Gabriel（盖布瑞尔）伯胺合成法伯胺OOONH3NHOOKOHorK2CO3NOOKRXNOORNH2NH2OOH2NRNHNH+肼解邻苯二甲酰亚胺四、亲核反应的机理和反应活性RCOL+NuRCONu+LL=-X,-OCOR',-OR,-NH2Nu=OH,H2O,NH3,R-OH等亲核试剂反应结果是羰基相连的基团被取代，但反应的机理是怎样的呢？是SN2历程RCOL+RCOOH+LOHHOCOLR还是加成消除机理？RCOL+RCOOH+LOHHOCOLR1、碱性条件下的机理同位素标记法证明反应是加成－消除机理。RCOOCH3+RCOOH+OHHOCOOCH3R***OCH3OCOHOCH3R*RCOOCH3+OH*快慢2、酸性条件下的机理RCOL+RCOHLHH2ORCOHLOH2RCOHLOH-HRCOHLHOHHRCOHOH-HRCOOH+HL慢RCOC(CH3)3OH+RCOOHC(CH3)3+RCO+C(CH3)OH++C(CH3)3+H2OH2OC(CH3)3+-H+(CH3)3COH3o醇的羧酸酯水解：SN1机制3、羧羰基的亲核取代反应活性RCOXRCOOCORRCOOR'RCONH2影响反应活性的因素：1)离去基团的影响；L基团越易离去反应速度越快，Cl¯RCO2¯RO¯NH2¯2)位阻效应的影响取代反应的加成步骤是有棱锥变成四面体中间体,中间体的拥挤程度增大,越不利于形成,反应速度也就越低.3)羰基的亲电能力越强,反应速度越快CH3CO2RCH3COO+ROHOHH2OR=-CH3-C2H5-CH(CH3)2-C(CH3)3OHH