第十四章-β二羰基化合物课件.ppt

1、第十四章第十四章 二羰基化合物二羰基化合物 14.1 酮酮烯醇互变异构烯醇互变异构14.2 乙酰乙酸乙酯的合成及其应用乙酰乙酸乙酯的合成及其应用14.3 丙二酸酯的合成及其应用丙二酸酯的合成及其应用14.4 Knoevenagel 缩合缩合14.5 Michael 加成加成14.6 其它含活泼亚甲基的化合物其它含活泼亚甲基的化合物二羰基化合物：二羰基化合物：二酮二酮(,-diketone)酮酸酯酮酸酯(-keto ester)丙二酸二酯丙二酸二酯(malonic ester)R COORCOCH2RO COORCOCH2R CORCOCH2均有活泼亚甲基均有活泼亚甲基14.1 酮酮烯醇互变异构

2、烯醇互变异构 (keto and enol tautomerism)R2CCRHOR2CCROHtautomerization（互变异构）（互变异构）由分子内的原子或基团连接的位置由分子内的原子或基团连接的位置不同而产生的异构不同而产生的异构互变异构互变异构14.1.1 酸和碱对酮酸和碱对酮烯醇平衡的影响烯醇平衡的影响 酸催化的酮酸催化的酮烯醇互变异构：烯醇互变异构：CCHOHRR+H:B 快快CCHOHRRH慢慢B:CCOHRRH+H:B碱催化的酮碱催化的酮烯醇互变异构：烯醇互变异构：HO:+CCHOHRR慢慢CCOHRRCCOHRR+H2OCCOHRR+OHHCCOHRRH 快快+OH14

3、.1.2 化合物的结构对酮化合物的结构对酮烯醇平衡的影响烯醇平衡的影响CH3CHOCH2CHOH酮式酮式 烯醇式烯醇式乙醛乙醛(100)(100)(很少很少)CO比比CC更稳定更稳定键能差：键能差：45 60 kJ mol-1丙酮丙酮(99%)(1.510-4%)OOH环己酮环己酮CH3CCH3OCH2CCH3OH(98.8%)(1.2%)CH3C CH2COOC2H5ONaBH4H2NYY=OH,NH Ph等HCNCH3C CH2COOC2H5N YCH3C CH2COOC2H5OHCNCH3C CH2COOC2H5OHHCH3COHCHCOOC2H5PCl5CH3COClCH3CClCHC

4、OOC2H5CH3COCOCH3CHCOOC2H5乙酰乙酸乙酯乙酰乙酸乙酯(丁酮酸乙酯丁酮酸乙酯)：1:0.09CH3CCH2COEtOOCH3CCHCOEtOOH:互变异构互变异构CCHCOHOOC2H5CH3CH3C CHOHCOC2H5O分子内氢键分子内氢键 p-共轭共轭 使烯醇式稳定使烯醇式稳定CH3CCH2COEtOOH+CH3CCH COEtOO烯醇负离子烯醇负离子(enolate ion)(enolate ion)二羰基化合物的酸性：二羰基化合物的酸性：H3CCOCCOOC2H5HH3CCOCCOOC2H5HH3CCCCOOC2H5HO共振杂化体中的极限结构共振杂化体中的极限结构

5、14.1 酮酮烯醇互变异构烯醇互变异构14.1.1 酸和碱对酮酸和碱对酮烯醇平衡的影响烯醇平衡的影响 14.1.2 化合物的结构对酮化合物的结构对酮烯醇平衡的影响烯醇平衡的影响14.2 乙酰乙酸乙酯的合成及其应用乙酰乙酸乙酯的合成及其应用14.2.1 乙酰乙酸乙酯的合成乙酰乙酸乙酯的合成2 CH3COC2H5O1.NaOC2H5CH3CCH2COC2H5OO2.H3O+C2H5OH乙酸乙酯乙酸乙酯 乙酰乙酸乙酯乙酰乙酸乙酯(三乙三乙)(75%)(三氧代丁酸乙酯三氧代丁酸乙酯)Claisen 酯缩合反应酯缩合反应Claisen 酯缩合反应机理：酯缩合反应机理：第一步第一步 碱进攻碱进攻H，产生烯

6、醇负离子：，产生烯醇负离子：CH2COEtONaOC2H5CH2COEtO C2H5OHCHCOEtOH2第二步第二步 烯醇负离子对另一酯分子的亲核加成：烯醇负离子对另一酯分子的亲核加成：CH2COEtOCH3COEtO+CH3C OEtO CH2COEtOCOEtOOCH2COEt四面体四面体中间体中间体 第三步第三步 离去基团的消除，恢复羰基结构：离去基团的消除，恢复羰基结构：CH3COCH2COEtO+OC2H5CH3C OEtO CH2COEtO新化学键新化学键第四步第四步 酮酸酯脱质子：酮酸酯脱质子：CH3COCHCOEtO+OC2H5CH3COCHCOEtOH+C2H5OH第五步第

7、五步 碳负离子的质子化碳负离子的质子化(酸化酸化)：CH3CCHCOEtOO+OHHHCH3CCHCOEtOOH+H2O反应特点：反应特点：底物：含有底物：含有氢的酯氢的酯 酮酸酯的去质子与酸化酮酸酯的去质子与酸化 C CC C键的生成键的生成 生成含两个官能团的产物分子生成含两个官能团的产物分子R CH2COOCH2CH3+HCHCROCH2CH3ONaOC2H5 H3O+RCH2COCHCROCH2CH3O+CH3CH2OH新化学键新化学键含一个含一个氢原子的酯缩合反应氢原子的酯缩合反应CH3CCH3HCOCH2CH3OPh3C Na2CH3CHCCH3OCCH3CH3COCH2CH3O+

8、CH3CH2OH新化学键新化学键交错交错 Claisen酯缩合反应酯缩合反应RCH2COORHCOROROCOROROC CORO OCORO甲酸酯甲酸酯 碳酸酯碳酸酯 草酸酯草酸酯 苯甲酸酯苯甲酸酯无无-氢氢有有-氢氢HCOOC2H5CH3COOC2H5OC2H5-HCOCH2COOC2H5+CH3COCH2COOC2H5+C2H5OHCOOC2H5COOC2H5CH3COOC2H5OC2H5-COOC2H5COCH2COOC2H5CH3COCH2COOC2H5+C2H5OH无无-氢氢有有-氢氢交错交错酯缩合酯缩合自身自身酯缩合酯缩合CH2COC2H5O+C2H5OCOC2H5O(1)NaO

9、C2H5(2)H3O+CHCOC2H5OCOC2H5O(65%)C2H5OCCOC2H5OO+CH3COC2H5OC2H5ONaC2H5OCCOOCH2COC2H5O+CH3CCH2COC2H5OO+C2H5OH分子内酯缩合分子内酯缩合Dieckmann condensationCH2CH2COOC2H5CH2CH2COOC2H5(1)NaOC2H5,C6H6,80(2)H3O+，80OHCOOC2H5二元酯二元酯 五元或六元环状五元或六元环状酮酸酯酮酸酯己二酸乙酯己二酸乙酯 2氧代环戊甲酸乙酯氧代环戊甲酸乙酯新化学键新化学键COOCH2CH3CHCOCH2CH3COOCH2CH3CHCOCH

10、2CH3OO乙酰乙酸乙酯的工业制法：乙酰乙酸乙酯的工业制法：CCH2OCO+C2H5OHH2SO4CH3CCH2COC2H5CH2OO二乙烯酮二乙烯酮14.2.2 乙酰乙酸乙酯的性质乙酰乙酸乙酯的性质 酮式分解：酮式分解：在稀碱或在稀碱或稀酸的作用下稀酸的作用下 酮酸酮酸加热脱羧生成酮加热脱羧生成酮CH3COCH2COEtO 5%NaOH/CH3COCH2CONaOH+C H3C O C H2CO O HCH3CO CH3 +C O2羰基酸受热分解的机理：羰基酸受热分解的机理：RCCCOOOHHHRCCCOOOHHHRCCH2OH+COO酸式分解：酸式分解：与浓碱共热，与浓碱共热，CC键断裂键

11、断裂 得得2分子羧酸盐分子羧酸盐CH3CCH2COC2H5OO40%NaOH2CH3CONaO+C2H5OH反应机理：反应机理：HO+CH3CCH2COC2H5OOCH3CCH2COC2H5OOOHCH3COOH+CH2COC2H5OCH3COO+CH3COC2H5OCH3COC2H5OOHCH3COO+C2H5OH乙酰乙酸乙酯与卤代烷的亲核取代反应：乙酰乙酸乙酯与卤代烷的亲核取代反应：CH3COCH2COOC2H5C2H5ONaCH3COCHCOOC2H5 Na+-CH3COCHCOOC2H5RRX(CH3)3COKCH3COCCOOC2H5RNa+-CH3COCCOOC2H5RRRX注意注

12、意:1)1)禁用禁用3 3RXRX、乙烯型和卤苯型、乙烯型和卤苯型RXRX；2)2)不能同时失去两个不能同时失去两个-H-H。14.2.3 乙酰乙酸乙酯在合成上的应用乙酰乙酸乙酯在合成上的应用合成甲基酮或合成甲基酮或烷基取代羧酸烷基取代羧酸烷基化烷基化 酮式分解或酸式分解酮式分解或酸式分解 CH3CCH2COC2H5OO C2H5ONa CH3CH2CH2BrCH3CCHCOC2H5OOCH2CH2CH3 C2H5ONa CH3ICH3CCCOOC2H5OCH2CH2CH3CH3CH3CCCOOC2H5OCH2CH2CH3CH3 稀稀OH ,H+,酮酮式式分分解解 4 40 0%OH ,H+酸

13、酸式式分分解解CH3CCHCH2CH2CH3OCH3CH3CH2CH2CHCOOHCH3 经乙酰乙酸乙酯合成：经乙酰乙酸乙酯合成：CH3COCH2CH3CH3COCHCH2CH3CH3引入基团引入基团 分析分析：(1)产物为甲基酮，合成时一定要经过酮式分解。产物为甲基酮，合成时一定要经过酮式分解。(2)将将TM的结构与丙酮进行比较，确定引入基团。的结构与丙酮进行比较，确定引入基团。(3)最后确定合成路线。最后确定合成路线。注意：注意：当引入基团不同时，通常是先引入活性较高和当引入基团不同时，通常是先引入活性较高和体积较大的基团体积较大的基团制备各种二酮：制备各种二酮：CH3COCHCOOC2H

14、5CH2CHCOOC2H5CH3CO2CH3COCHCOOC2H5 Na+-CH2Cl2CH3COCH2CH2CH2COCH3酮式分解-稀OH ,H+,2CH3COCHCOOC2H5 Na+-I22NaI-CH3COCHCOOC2H5CHCOOC2H5CH3COCH3COCH2CH2COCH3酮式分解-稀OH ,H+,2,6-庚二酮庚二酮2,5-己二酮己二酮CH3COCHCOOC2H5 Na+-Br(CH2)4CHCOCH3COOC2H5Br(CH2)4Br制备环烷基酮：制备环烷基酮：C2H5ONaCOCH3COOC2H5C CH3O酮式分解-稀OH ,H+,二酮的合成：二酮的合成：CH3CO

15、CH2COOC2H5 NaH C6H5COClCH3COCHCOOC2H5COC6H5 稀稀OH ,H+CH3COCH2COC6H51-苯基苯基-1,3-丁二酮丁二酮CH3COCH3COCH2CH3COCH2CH3COCH2CH3COCH2CH3COCH2(CH2)n-二羰基化合物-二羰基化合物引入基团为COCH3试剂:CH3COCl引入基团为CH2COCH3试剂:CH3COCH2Cl或 用I2偶合试剂:(CH2)nXX 这里这里值得注意值得注意的是：用的是：用I2偶合偶合或用或用X(CH2)nX作烃基作烃基化试剂时，需要用化试剂时，需要用2mol的乙酰乙酸乙酯。的乙酰乙酸乙酯。14.2 乙酰

16、乙酸乙酯的合成及其应用乙酰乙酸乙酯的合成及其应用14.2.1 乙酰乙酸乙酯的合成乙酰乙酸乙酯的合成14.2.2 乙酰乙酸乙酯的性质乙酰乙酸乙酯的性质14.2.3 乙酰乙酸乙酯在合成上应用乙酰乙酸乙酯在合成上应用14.3 丙二酸酯的合成及其应用丙二酸酯的合成及其应用14.3.1 丙二酸二乙酯的合成及其应用丙二酸二乙酯的合成及其应用 CH2COONaClNaCNCH2COONaCNC2H5OHH2SO4CH2COOC2H5COOC2H5丙二酸二乙酯的合成：丙二酸二乙酯的合成：H5C2OCOCH2COC2H5O+C2H5OC2H5OHH5C2OCOCHCOC2H5OpKa=13H5C2OCOCH C

17、OC2H5OCH3CH2ICH3CH2CHCOOC2H5COOC2H5 NaOH,H2O H+,C H3C H2C H2C O2HCH3CH2CCH2CH2CH3COOC2H5COOC2H5CH3CH2CH2CHCO2HCH2CH3二次烷基化二次烷基化合成一元羧酸合成一元羧酸 NaOC2H5 CH3CH2CH2Br NaOH,H2O H+CH3CHCH2CH2COOHCH3CH3CH2CH2CHCOOHCH3一取代乙酸二取代乙酸引入基团:CH2CHCH3CH3引入基团:CH3CH2CH2CH3注意注意：1)1)禁用禁用3 3RX(RX(易消去易消去)、乙烯型和卤苯型、乙烯型和卤苯型RX(RX(

18、活性差活性差)；2)2)R RR R时，应先引入大基团；时，应先引入大基团；3)3)可同时失去两个可同时失去两个-H-H，得到双钠盐。，得到双钠盐。二元羧酸的合成二元羧酸的合成CH2BrCH2Br+2 Na+CH(COOC2H5)2CH2CH(CO2C2H5)2CH2CH(CO2C2H5)2CH2CH2CO2HCH2CH2CO2H NaO H /H2O H3O+Na+CH(COOC2H5)2-CH2COOC2H5Cl+CH(COOC2H5)2CH2COOC2H5CH2COOHCH2COOH NaOH,H2O H+，(1)带支链的二元酸带支链的二元酸CH2COOHRCHCOOH引入基团：CHCO

19、OHR 注意：注意：在引入基团时要用在引入基团时要用卤代酸酯，卤代酸酯，而不能使用卤代而不能使用卤代酸。酸。(2)高级直链二元酸高级直链二元酸CH2CH2COOH(CH2)nCH2CH2COOH引入基团(二卤代烷)需要两分子的丙二酸二乙酯制备环烷酸：制备环烷酸：C2H5ONa Br(CH2)4BrCH2(COOC2H5)2Br(CH2)4CH(COOC2H5)2C2H5ONa分子内SN2Br-BrCH2CH2CH2CH2C(COOC2H5)2-COOC2H5COOC2H5 NaOH,H2O H+，COOHCH2CH2CHCOOH(CH2)n引入基团(二卤代烷)只需一分子的丙二酸二乙酯14.4

20、Knoevenagel 缩合缩合 醛、酮与含活泼醛、酮与含活泼氢的化合物在氢的化合物在弱碱弱碱（胺、吡啶、哌啶）作用下发生缩合反应（胺、吡啶、哌啶）作用下发生缩合反应 CHO+CH2(COOH)2N,97-H2OCH C(COOH)2CO2CHCHCOOH(80 95%)H14.5 Michael 加成加成 含活泼氢的化合物与含活泼氢的化合物与,不饱和不饱和羰基羰基化化合物进行合物进行共轭加成（共轭加成（1，4-加成）加成）O+CH2(COOC2H5)2C2H5ONaC2H5OHOCH(COOC2H5)22 2环己烯酮环己烯酮 3 3氧代环己基丙二酸二乙酯氧代环己基丙二酸二乙酯(90%)CH2

21、CHCN+CH3CCH2CCH3OO(C2H5)3N,叔叔丁丁醇醇室室温温丙烯腈丙烯腈 2,4戊二酮戊二酮CH2CH2CNCH3CCHCCH3OO4乙酰基乙酰基5氧代己腈氧代己腈(77%),苯苯，回回流流H+,NHH2OOCH3OOOCH3+CH2CHCCH3OKOHCH3OH,回回流流OOCH3O2甲基甲基1,3环己二酮环己二酮2甲基甲基2(3氧代丁基氧代丁基)1,3环己二酮环己二酮(85%)(65%)Robinson 环化反应环化反应14.6 其它含活泼亚甲基的化合物其它含活泼亚甲基的化合物ZCH2ZCHO,COR,COOH,CONR2,CN,NO2(CH3)2CHI+CO2C2H5CH2CN C2H5ONa/C2H5OH H3O+(CH3)2CHCO2C2H5CHCN C2H5ONa/C2H5OH(CH3)2CHI(CH3)2CHCO2C2H5CCNCH(CH3)2(95%)烷基化反应：烷基化反应：Michael 加成反应：加成反应：CH2CCH3COOC2H5+CH2COOC2H5CN C2H5ONa H3O+CH2CHCH3COOC2H5CNCHH5C2OOC2 2甲基甲基丙烯酸乙酯丙烯酸乙酯氰基乙酸乙酯氰基乙酸乙酯2 2甲基甲基4 4氰基戊二酸二乙酯氰基戊二酸二乙酯