理学第16章羧酸衍生物涉与碳负离子反响与在合成中应用

1、理学第16章羧酸衍生物涉与碳负离子反响与在合成中应用理学第16章羧酸衍生物涉与碳负离子反响与在合成中应用16.1 a a氢的酸性和互变异构氢的酸性和互变异构一些化合物一些化合物a a氢的酸性氢的酸性Y =C-R(H)OC-OROOC-XCNOC-OH-NO2,拉电子基团的能力越强，拉电子基团的能力越强，离解的负离子越稳定，离解的负离子越稳定，酸性越强。酸性越强。CHRYCHRY+ H+H理学第16章羧酸衍生物涉与碳负离子反响与在合成中应用理学第16章羧酸衍生物涉与碳负离子反响与在合成中应用互变异构互变异构CH3C CH2COC2H5OOCH3C CHCOC2H5OHO1酮式酮式2烯醇式烯醇式乙

2、酰乙酸乙酯乙酰乙酸乙酯的两种结构的两种结构常温下它是两种形式互变的平衡混合物。这种酮式和烯醇式的互变叫互变异构互变异构。理学第16章羧酸衍生物涉与碳负离子反响与在合成中应用16.2 酯缩合反应及在合成中的应用酯缩合反应及在合成中的应用酯缩合反应酯缩合反应(克莱森克莱森Claisen酯缩合反应酯缩合反应)( (克莱森克莱森- -施密特缩合施密特缩合,P378）( (克莱森重排克莱森重排,P339）( (芳香醛）芳香醛）( (酮）酮）理学第16章羧酸衍生物涉与碳负离子反响与在合成中应用克莱森酯缩合反应克莱森酯缩合反应 (the Claisen Condensation)通式：通式：举例：举例：机理

3、：机理：第一步：强碱夺去酯的酸性第一步：强碱夺去酯的酸性a a-H。理学第16章羧酸衍生物涉与碳负离子反响与在合成中应用第二步：碳负离子亲核进攻另一中性的酯羰基。第二步：碳负离子亲核进攻另一中性的酯羰基。第三步：四面体中间体发生消去反应。第三步：四面体中间体发生消去反应。第四步：强碱夺去第四步：强碱夺去b b酮酸酯的一个酮酸酯的一个a a-H。第五步：酸性水解的最终产物。第五步：酸性水解的最终产物。理学第16章羧酸衍生物涉与碳负离子反响与在合成中应用只有一个只有一个a a氢的酯一般条件下缩合较为困难，原因在于不能进行上述氢的酯一般条件下缩合较为困难，原因在于不能进行上述机理的第四步。当采用更强

4、的碱时则反应能够进行。机理的第四步。当采用更强的碱时则反应能够进行。NaC(C6H5)3理学第16章羧酸衍生物涉与碳负离子反响与在合成中应用狄克曼狄克曼(Dieckmann)缩合缩合适当位置的开链双酯在醇钠存在下可进行分适当位置的开链双酯在醇钠存在下可进行分子内酯缩合。常用来合成五、六环化合物。子内酯缩合。常用来合成五、六环化合物。举例：举例：机理：机理：理学第16章羧酸衍生物涉与碳负离子反响与在合成中应用交叉酯缩合交叉酯缩合具有具有a a-氢的酮也可与酯在碱作用下发生交叉酯缩合，由于酮的氢的酮也可与酯在碱作用下发生交叉酯缩合，由于酮的a a-氢酸性较氢酸性较酯强酯强(酮酮pKa=2021，酯

5、，酯pKa=24.5) ，反应中酮优先生成，反应中酮优先生成a a碳负离子进攻酯碳负离子进攻酯中的羰基。中的羰基。理学第16章羧酸衍生物涉与碳负离子反响与在合成中应用酯缩合反应在合成中的应用酯缩合反应在合成中的应用:合成合成1,3-双官能团化合物。双官能团化合物。R COH2CC-OROR COH2CC-RORO COH2CC-OROb b酮酸酯酮酸酯1,3二酮二酮1,3二酯二酯理学第16章羧酸衍生物涉与碳负离子反响与在合成中应用16.3 丙二酸二乙酯、丙二酸二乙酯、”三乙三乙”和其他酸性氢化合物和其他酸性氢化合物的的a a碳负离子的亲核取代反应及在合成中的应用碳负离子的亲核取代反应及在合成中

6、的应用1.丙二酸二乙酯的烃基化及在合成中应用丙二酸二乙酯的烃基化及在合成中应用丙二酸二乙酯有两个丙二酸二乙酯有两个a a氢，呈现明显的酸性氢，呈现明显的酸性(pKa=13)能与碱作用生成碳负离子能与碱作用生成碳负离子C2H5O2CH2CCO2C2H5理学第16章羧酸衍生物涉与碳负离子反响与在合成中应用烃基化及产物的脱羧烃基化及产物的脱羧一烃基乙酸一烃基乙酸二烃基乙酸二烃基乙酸理学第16章羧酸衍生物涉与碳负离子反响与在合成中应用合成羧酸中的应用合成羧酸中的应用1）取代乙酸的制备）取代乙酸的制备2）二元羧酸的制备）二元羧酸的制备3）环烷酸的制备）环烷酸的制备CH3CH2CH2CH2CH2COOH可

7、制备三、四、五可制备三、四、五和六元环的环烷酸和六元环的环烷酸理学第16章羧酸衍生物涉与碳负离子反响与在合成中应用4）1,4-官能团化合物制备官能团化合物制备当采用当采用a a-卤代化合物进行反应，可以成功合成卤代化合物进行反应，可以成功合成1,4-官能团化合物。官能团化合物。理学第16章羧酸衍生物涉与碳负离子反响与在合成中应用COOHCOOHCOOHCOOHHOOC习题习题合成题答案答案理学第16章羧酸衍生物涉与碳负离子反响与在合成中应用2.“三乙三乙”的的烃基化及在合成中的应用烃基化及在合成中的应用乙酰乙酸乙酯乙酰乙酸乙酯“三乙三乙”也有两个也有两个a a氢，呈现明显的酸氢，呈现明显的酸性

8、性(pKa=11) 能与碱作用生成碳负离子能与碱作用生成碳负离子CH3CCH2CO2C2H5O理学第16章羧酸衍生物涉与碳负离子反响与在合成中应用“三乙三乙”的烃基化及产物的脱羧的烃基化及产物的脱羧一取代丙酮一取代丙酮二取代丙酮二取代丙酮理学第16章羧酸衍生物涉与碳负离子反响与在合成中应用合成甲基酮中的应用合成甲基酮中的应用理学第16章羧酸衍生物涉与碳负离子反响与在合成中应用合成甲基酮中的应用合成甲基酮中的应用当采用当采用1mol 1,4-二卤代丁烷，二卤代丁烷，1mol“三乙三乙”和和2mol醇钠时，则醇钠时，则得到环戊基甲基酮得到环戊基甲基酮由于由于“三乙三乙”不能生成双钠盐，因此不能合成

9、三、四元不能生成双钠盐，因此不能合成三、四元环。环。理学第16章羧酸衍生物涉与碳负离子反响与在合成中应用合成甲基酮中的应用合成甲基酮中的应用当采用带官能团的当采用带官能团的a a-卤代化合物进行反应，也可以成功合成卤代化合物进行反应，也可以成功合成1,4-双官能团化合物。双官能团化合物。由由“三乙三乙”和和a a卤代丙酮合成卤代丙酮合成2,5-己二酮。己二酮。1,4-二酮二酮理学第16章羧酸衍生物涉与碳负离子反响与在合成中应用3.酯缩合产物和其他双重酯缩合产物和其他双重a a氢化合物的烃基化氢化合物的烃基化 及在合成中的应用及在合成中的应用通过酯缩合可以得到通过酯缩合可以得到b b酮酸酯（两个

10、酯缩合产物）和酮酸酯（两个酯缩合产物）和1,3-二酮（酯和二酮（酯和酮缩合产物），这两种产物均存在双重酮缩合产物），这两种产物均存在双重a a氢。氢。b b酮酸酯酮酸酯理学第16章羧酸衍生物涉与碳负离子反响与在合成中应用1,3-二酮二酮其他具有酸性氢的化合物在碱的作用下同样可以发生类似反应，其他具有酸性氢的化合物在碱的作用下同样可以发生类似反应，合成各种化合物。合成各种化合物。理学第16章羧酸衍生物涉与碳负离子反响与在合成中应用4.羧酸、酯、腈羧酸、酯、腈a a碳负离子的生成、反应和应用碳负离子的生成、反应和应用RCH2CO2H2 LiNCH(CH3)22RHC CO2 LiLiRXH2OCH

11、CO2HRR羧酸和强碱二异丙基氨基锂作用生成羧酸二锂盐，这个盐的羧酸和强碱二异丙基氨基锂作用生成羧酸二锂盐，这个盐的a a-碳负离子可与卤代烃发生亲核取代反应，在碳负离子可与卤代烃发生亲核取代反应，在a a-位导入烃基。位导入烃基。理学第16章羧酸衍生物涉与碳负离子反响与在合成中应用这是一个有价值的实验室由酸合成更高级酸的一种新方法。这是一个有价值的实验室由酸合成更高级酸的一种新方法。与羧酸一样，酯和腈的酸性与羧酸一样，酯和腈的酸性a a氢同样与二异丙基氨基锂作用生成氢同样与二异丙基氨基锂作用生成a a碳碳负离子，继而与活泼卤代烃发生亲核取代反应，在负离子，继而与活泼卤代烃发生亲核取代反应，在

12、a a为导入烃基。为导入烃基。理学第16章羧酸衍生物涉与碳负离子反响与在合成中应用16.4 涉及涉及a a碳负离子的亲核加成反应碳负离子的亲核加成反应1.克脑文盖尔缩合克脑文盖尔缩合(Knoevenagel)反应反应醛、酮在弱碱（胺、吡啶等）催化下与具有活泼醛、酮在弱碱（胺、吡啶等）催化下与具有活泼a a-氢的化合物缩合的反应。氢的化合物缩合的反应。RCHO + CH2(CO2C2H5)2NHRCH=C(CO2C2H5)21) OH-/H2O2) H+,RCH=CHCOOH机理类似于羟醛缩合。机理类似于羟醛缩合。具有活泼具有活泼a a-氢的化合物，如氢的化合物，如Y-CH2-Y类型的双重类型的

13、双重a a氢化合物氢化合物(Y,Y可为可为-CO2C2H5、-COR、-CN、-NO2等拉电子基团）进等拉电子基团）进行该反应均有较好的收率。行该反应均有较好的收率。理学第16章羧酸衍生物涉与碳负离子反响与在合成中应用克脑文盖尔克脑文盖尔(Knoevenagel)反应举例反应举例理学第16章羧酸衍生物涉与碳负离子反响与在合成中应用2.迈克尔迈克尔(Michael)加成加成丙二酸二乙酯、丙二酸二乙酯、“三乙三乙”在碱存在下与在碱存在下与a a, b b不饱和化合物的不饱和化合物的1,4加成。加成。机理也是起始于机理也是起始于a a碳负离子的亲核进攻，过程为共轭加成。碳负离子的亲核进攻，过程为共轭

14、加成。CH2(CO2C2H5)2 + CH2=CH-CHONaOC2H5HOC2H5(C2H5O2C)2CHCH2CH2CHO活泼活泼a a-氢的化合物为氢的化合物为Y-CH2-Y (Y,Y可为可为-CO2C2H5、-COR、-CN、-NO2等等)a a, b b不饱和化合物为不饱和化合物为a a, b b不饱和酯、醛、酮、腈等。不饱和酯、醛、酮、腈等。反应中的碱为醇钠、季胺碱、氢氧化钾、氢氧化钠等反应中的碱为醇钠、季胺碱、氢氧化钾、氢氧化钠等。Prof. Arthur Michael (1853-1942)Harvard Univ., Cambridge, MA.理学第16章羧酸衍生物涉与碳

15、负离子反响与在合成中应用迈克尔迈克尔(Michael)加成反应举例加成反应举例理学第16章羧酸衍生物涉与碳负离子反响与在合成中应用迈克尔加成是增长碳链的反应，在合成迈克尔加成是增长碳链的反应，在合成1,5双官能团化合物上有重要应用。双官能团化合物上有重要应用。12 3 4 5理学第16章羧酸衍生物涉与碳负离子反响与在合成中应用迈克尔加成中双重迈克尔加成中双重a a氢化合物若具有酮羰基，氢化合物若具有酮羰基，a a, b b不饱和酮具有不饱和酮具有a a氢，那么氢，那么反应产生的反应产生的1,5二羰基化合物在碱作用下可继续反应发生环合。二羰基化合物在碱作用下可继续反应发生环合。鲁宾逊鲁宾逊(Ro

16、binson)环合环合Sir Robert Robinson (1886-1975)Oxford University, England, Nobel Prize 1947 (chemistry)理学第16章羧酸衍生物涉与碳负离子反响与在合成中应用3.瑞佛马斯基瑞佛马斯基(Reformatsky)反应反应在惰性溶剂中在惰性溶剂中a a溴代乙酸酯与锌和醛或酮作用生成溴代乙酸酯与锌和醛或酮作用生成b b羟基酸酯的反应。羟基酸酯的反应。机理类似于格氏试剂对羰基化合物的加成。机理类似于格氏试剂对羰基化合物的加成。有机锌化合物活性较差，在反应条件下不与酯羰基加成。有机锌化合物活性较差，在反应条件下不与酯

17、羰基加成。C ORR(H)+ BrCH2CO2C2H51) Zn/乙醚2) H+C CH2CO2C2H5RR(H)OH理学第16章羧酸衍生物涉与碳负离子反响与在合成中应用瑞佛马斯基瑞佛马斯基(Reformatsky)反应举例反应举例b b-羟基酸容易脱水，所以也是制备羟基酸容易脱水，所以也是制备a, ba, b不饱和酸的方法之一。不饱和酸的方法之一。理学第16章羧酸衍生物涉与碳负离子反响与在合成中应用理学第16章羧酸衍生物涉与碳负离子反响与在合成中应用4.达尔森达尔森(Darzen)反应反应醛酮与醛酮与a a卤代酸酯在强碱存在下反应生成卤代酸酯在强碱存在下反应生成a, ba, b-环氧酸酯的反

18、应。环氧酸酯的反应。机理机理:NaOC2H5C ORR(H)+ ClCH2CO2C2H5CCHCO2C2H5RR(H)O氧负离子中间体不稳定，容易发生氧负离子中间体不稳定，容易发生分子内亲核取代生成环氧化合物。分子内亲核取代生成环氧化合物。理学第16章羧酸衍生物涉与碳负离子反响与在合成中应用达尔森达尔森(Darzen)反应举例反应举例理学第16章羧酸衍生物涉与碳负离子反响与在合成中应用5.普尔金普尔金(Perkin)反应反应芳香醛和酸酐在相应羧酸钠（或钾）盐存在下可发生类似羟醛缩合的反应，芳香醛和酸酐在相应羧酸钠（或钾）盐存在下可发生类似羟醛缩合的反应，最终得到最终得到a, ba, b-不饱和芳香酸的反应。一般用来制备肉桂酸及同系物。不饱和芳香酸的反应。一般用来制备肉桂酸及同系物。C6H5CHO + CH3COCCH3O OCH3COONaC6H5CH=CH-COOH + CH3COOH机理也是起始于碳负离子对醛的亲核加成。机理也是起始于碳负离子对醛的亲核加成。反应中应用的酸酐必需含有两个反应中应用的酸酐必需含有两个a