乙酰乙酸乙酯及丙二酸乙酯在有机合成的应用

生命科学与理学院乙酰乙酸乙酯、丙二酸乙酯在有机合成的应用专业：生物科学班级：2012级1班学号：20123062姓名：张昆乙酰乙酸乙酯一、乙酰乙酸乙酯的性质1.1物理性质无色液体，熔点＜-45℃，沸点181℃，相对密度1.0282（20/4℃），折射率1.4194，蒸气压（20℃）106.66Pa。与乙醇、乙醚、苯等一般有机溶剂混溶，易溶于水。具有愉快的水果香气。1.2化学性质1.2.1互变异构一般的乙酰乙酸乙酯是酮式和烯醇式互变异构体和平衡混合物，酮式占93%，烯醇式占7%。酮式乙酰乙酸乙酯沸点为41℃（0.267kPa），不能与溴起加成反应，也不使三氯化铁显色，但能与酮试剂作用。烯醇式乙酰乙酸乙酯沸点为33℃（0.267kPa），不与酮试剂作用，但能使三氯化铁显色，烯醇分子内发生氢键缔合，形成螯合环。因此，烯醇式都以单分子形态存在，沸点较低。1.2.2乙酰乙酸乙酯的分解反应乙酰乙酸乙酯在不同条件下不同反应条件下发生不同类型的分解反应，生产酮或酸。乙酰乙酸乙酯在稀碱作用下，发生酯的水解反应，受热后脱羧成酮，这种分解称为酮式分解。+CO2在浓碱条件下，OH-浓度高，除了和酯作用外，还可以使乙酰乙酸乙酯中α-与β-碳原子之间的键断裂，生成两分子羧酸，这种分解称为酸式分解。1.2.3取代反应乙酰乙酸乙酯亚甲基上的氢受到相邻两个吸电子基的影响，变得非常活泼，1)5%NaOH2)H+1)浓NaOH2)H+在金属钠或乙醇钠的作用下可以被烷基或酰基取代。选择适当的烷基化试剂或酰基化试剂与乙酰乙酸乙酯反应，然后酮式分解或酸式分解就可以得到不同结构的酮或酸。二、乙酰乙酸乙酯的合成乙酰乙酸乙酯（俗名三乙）具有典型的β-酮酸酯结构，可用于多种合成反应，是一种重要的有机及药用合成的中间体。在医药上用于合成氨基吡啉、维生素B等，还广泛用于配制草莓、苹果、杏、樱桃、桃等水果型和酒型(朗姆、威士忌等)香精。在农药生产上用于合成有机磷杀虫剂蝇毒磷的中间体α-氯代乙酰乙酸乙酯、嘧啶氧磷的中间体，杀菌剂恶霉灵等，也是杀菌剂新品种嘧菌环胺、氟嘧菌胺、呋吡菌胺及植物生长调节剂杀雄啉的中间体。其可以通过乙酸乙酯发生Claisen酯缩合反应合成。Claisen酯缩反应中需要强碱促进反应的发生，如乙醇钠、叔丁醇钠。合成反应如下：二、乙酰乙酸乙酯在有机合成的应用2.1合成一取代同或二取代酮有乙酰乙酸乙酯合成2-戊酮（）合成2-戊酮可以看成是一个乙基取代的丙酮，因此采用溴乙烷作为烷基化试剂经酮式分解得到的，其反应如下：由乙酰乙酸乙酯合成3-甲基-2-己酮()合成3-甲基-2-己酮可以看成是由1个甲基和1个正丙基取代的丙酮。因此，采用正丙基溴和碘化甲烷作为烷基化试剂，按先大后小原则，先引入正丙基，后引入甲基经酮式分解得到。反应式如下：①②①②5%NaOH酮式分解2.2合成二酮合成取代酮时，RX可以是卤代烃，也可以是卤代酮、卤代酸酯、酰卤等卤化物，生成产物发生酮式分解可得到二酮。如：有乙酰乙酸乙酯合成2,4-戊二酮()合成2,4-戊二酮可以看成是一个乙酰基取代的丙酮，可以用酰氯在非水溶剂中与乙酰乙酸乙酯发生酰基化反应，生成乙酰基取代的乙酰乙酸乙酯，经酮式分解得到，反应如下：2.32,2-二溴-4,4,4-三氟乙酰乙酸乙酯的合成2.3.1实验原理在四氯化碳中，三氟乙酰乙酸乙酯与溴反应，合成2,2-二溴-4,4,4-三氟乙酰乙酸乙酯。合成线路如下：2.3.2原料配比、温度对反应的影响三氟乙酰乙酸乙酯和溴素反应合成2,2-二溴-4,4,4-三氟乙酰乙酸乙酯，从反应来看1摩尔三氟乙酰乙酸乙酯需要2摩尔溴素，实验表明，溴素用量低时，三氟乙酰乙酸乙酯反应效果差，产物的收率低，反应过程中使用过量才能获得较高的收率。当原料配比为理论量时，2,2-二溴-4,4,4-三氟乙酰乙酸乙酯收率低，随着溴素量的增加，2,2-二溴-4,4,4-三氟乙酰乙酸乙酯产率提高，当n（三氟乙酰乙酸乙酯）：n（溴素）=1:2.6时，2,2-二溴-4,4,4-三氟乙酰乙酸乙酯的产率达到73.9%，再继续增加溴素的用量，2,2-二溴-4,4,4-三氟乙酰乙酸乙酯的产量增加不明显。①②①②5%NaOH酮式分解当n（2,2-二溴-4,4,4-三氟乙酰乙酸乙酯）：n（溴素）=2.6:1时，反应时间为20h。反应温度低时，三氟乙酰乙酸乙酯与溴素反应慢，产物收率低，随着反应温度升高，2,2-二溴-4,4,4-三氟乙酰乙酸乙酯的收率也不断提高。在25℃左右2,2-二溴-4,4,4-三氟乙酰乙酸乙酯的收率达到最大值。温度继续升高其产率反而下降。2.4Michael加成反应Michael加成反应是形成碳碳键的最有效的方法之一，因而在有机和生物合成上应用非常广泛。传统条件下的Michael加成反应大都是以强碱作催化剂在有机溶剂中进行，但强碱的剧烈作用往往伴随着很多副反应，如底物自身缩合、重排、双加成、加成产物的进一步缩合或裂（酯）解、反Michael、聚合等，从而产率不理想，给产物的纯化也带来诸多不便。要避免上述问题，无溶剂条件是一种重要的手段。其中，机械化学技术已逐渐成功应用到有机合成中，取得一系列重要成果，并显示出巨大的优越性。基于此，常采用弱碱K2CO3作催化剂，利用机械研磨技术系统研究乙酰乙酸乙酯对一系列查尔酮及氮杂查尔酮的Michael加成反应，取得了理想的结果。2.2.1底物对反应的影响机械化学条件下K2CO3催化的乙酰乙酸乙酯对一系列查尔酮的Michael加成反应结果。反应在室温下即可有效进行，且时间较短10%的K2CO3用量足以使原料转化完全，而且乙酰乙酸乙酯的用量为等当量，反应产率几乎达到定量化（90%），因此反应后只需用除去催化剂K2CO3，然后干燥便能得到相应的加成产物，而且这样直接得到的大多数产品其纯度足以到达常规分析的要求。该机械化学的无溶剂技术的高效性可能是源于无溶剂存在下反应物的高浓度所导致的二级反应速率的增加；此外，反应器内部因高频振荡产生的摩擦剪切作用及等离子体效应也在很大晨读上促进化学的进行。此外，底物中期待及的吸点性有利于反应的进行，且氮杂查尔酮的反应活性比查尔酮高；加成产物中两个手性碳的存在导致了两种非対映异构体的存在，这两种异构体之间存在动态平衡，但以反式结果为主。丙二酸二乙酯一、丙二酸二乙酯物理性质无色液体,具有甜的醚气味。熔点-50℃，沸点199.3℃，相对密度1.0551，折射率1.4135，蒸汽压0.344mmHg（25°C），与醇、醚混溶,溶于氯仿、苯等有机溶剂。稍溶于水，20℃时水中溶解度为2.08g/100ml。二、丙二酸二乙酯的制备丙二酸二乙酯可由氯乙酸经过氰解、酯化反应制备三、丙二酸二乙酯的化学性质丙二酸二乙酯分子中，α-氢原子受2个酯基的影响，变得非常活泼，具有微弱的酸性，能与强碱如乙醇钠作用，生成丙二酸二乙酯的钠盐。此钠盐与烷烃作用，可生成一烷基取代丙二酸二乙酯，继续反应，可引入第二个烷基，生成二烷基取代丙二酯二乙酯。此取代丙二酸二乙酯经水解、脱羧可得到二取代的乙酸。例如：利用丙二酸二乙酯可以合成一取代乙酸和二取代乙酸。若引入的2个烃基不同时，一般先引入体积较大的基团，后引入小基团。即使2个烃基相同，也要分2次引入。①②丙二酸二乙酯在有机合成中的应用2.1合成一元取代乙酸：由丙二酸二乙酯合成丁酸(CH3CH2CH2COOH)。合成的丁酸可以看成是一个乙基取代的乙酸，因此用丙二酸二乙酯合成丁酸时，需采用溴乙烷作为烷基化试剂，反应式如下：2.2合成二元取代乙酸：由丙二酸二乙酯合成2一甲基庚酸（）。合成的2一甲基庚酸可以看成是由正戊基和甲基取代的二取代乙酸，因此合成2一甲基庚酸时，需分别采用诈戊基滇和甲基碘作为烷基化试剂，分2次引入。反应式如下：2.3合成环状羧酸由丙二酸二乙酯合成环戊基甲酸合成环戊基甲酸可以看成是由4个碳的烃基2次取代并关环后形成的取代乙酸，需采用1，4一二溴丁烷作为烷基化试剂。在反应中，要控制原料的配比。反应式如下：①②①②2.4合成二元羧酸由丙二酸二乙酯合成丁二酸(HOOCCH2CH2COOH)。合成的丁二酸可以看成是由两个乙酸的a一碳原子连接在一起形成的化合物。可采用氯代酸酯来制备二元酸。反应式如下：由丙二酸二乙酯合成己二酸(HOOCCH2CH2CH2CH2COOH)。合成的己二酸可以看成是一个乙基取代的二元酸，可采用二卤代烷作为烷基试剂，与两分子的丙二酸二乙酯反应。反应式如下：反应中，丙二酸二乙酯必须过量，否则，主要产物将是环状羧酸。①②参考文献［1］赵玉娟，满城娜，王重斌.2,2-二溴-4,4,4-三氟乙酰乙酸乙酯的合成.山东化工，2012年，第4期.［2］张泽，王春山，吴浩浩，唐亚军.机械化学条件下乙酸乙酯与查尔酮的Michael加成反应.化学研究与应用，2013年5月，第25卷第5期.［3］吴禄勇，林小明，黄国华.乙酰乙酸乙酯合成实验的方法改进.广东化工，2012年，第11期［4］潘鹤林，田恒林，黄振华，宋新杰.多用途的丙二酸二乙酯.化工进展，1997,3:35～38.［5］姚晓华.稀土固体超强酸SO42-/Nd2O3-Fe2O3，催化合成丙二酸二乙酯.淮南师范学院学报，2004年，第3期［5］陈秋云，段正康，李海涛，颜志祥，彭叶，曾航日.同效液相色谱法分析乙酰乙酸乙酯制备脱氢乙酸反应液中的脱氢乙酸和乙酰乙酸乙酯.色谱，2013年5月