第8章β-二羰基化合物和有机合成

1、第八章 -二羰基化合物 (一) 酮-烯醇互变异构 (二) 乙酰乙酸乙酯的合成及应用 (三) 丙二酸二乙酯的合成及应用 (四) 其它含活泼亚甲基的化合物 (五) Michael加成 CH3C-CH2-CCH3OOOOC2H5OC-CH2-C-OC2H5OOCH3C-CH2-C-OC2H5有酸性有酸性有酸性乙酰丙酮乙酰乙酸乙酯丙二酸二乙酯2,4-戊二酮丁酮酸乙酯 两个羰基被一个亚甲基相间隔的二羰基化合物叫做-二羰基化合物。例如： 二羰基化合物的二羰基化合物的H受两个羰基的影响，具有特殊受两个羰基的影响，具有特殊的活泼性！的活泼性！ (一) 酮-烯醇互变异构 乙酰乙酸乙酯既有羰基的性质，又有羟基和双

2、键的性质，表明它是由酮式和烯醇式两种互变异构体组成的： CH3-C-CH2COOC2H5OCH3-C=CHCOOC2H5OH酮式(92.5%)烯醇式(7.5%)能与羟胺、苯肼反应，生成肟、苯腙等；能与NaHSO3、HCN等发生加成反应；经水解、酸化后，可以脱羧生成丙酮。能被还原为 -羟基酸酯；能与钠作用放出氢气；能与乙酰氯作用生成酯；能使Br2/CCl4褪色；能与FeCl3作用呈现紫红色。为什么乙酰乙酸乙酯是由酮式和烯醇式两种互变异构体组成的？其烯醇式结构有一定的稳定性： COHOCCHCH3OC2H5六元环CH3-C CH-C-OC2H5OHO共轭体系下列数据说明了结构对烯醇式含量的影响：

3、注意下列表达方式的不同含义： CH3-C=CH-C-OC2H5OHOCH3-C-CH2-C-OC2H5OO互变异构CH3-C=CH-C-OC2H5O-CH3-C-CH-C-OC2H5OOO-不同的共振结构式CH3-C=CH-C-OC2H5OHOCH3-C-CH2-C-OC2H5OO互变异构CH3-C=CH-C-OC2H5OHOCH3-C-CH2-C-OC2H5OO互变异构CH3-C=CH-C-OC2H5OHOCH3-C-CH2-C-OC2H5OO互变异构CH3-C=CH-C-OC2H5O-CH3-C-CH-C-OC2H5OOO-不同的共振结构式CH3-C=CH-C-OC2H5O-CH3-C-C

4、H-C-OC2H5OOO-不同的共振结构式CH3-C=CH-C-OC2H5O-CH3-C-CH-C-OC2H5OOO-不同的共振结构式(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 (2) 乙酰乙酸乙酯的性质 (甲) 成酮分解 (乙) 成酸分解 (3) 乙酰乙酸乙酯在合成上的应用 (甲) 制甲基酮 (乙) 制二元酮 (二) 乙酰乙酸乙酯的合成及应用 (1) 乙酰乙酸乙酯的合成乙酰乙酸乙酯的合成Claisen酯缩合反应酯缩合反应 CH2COOC2H5HNaOC2H5O-CH2=C-OC2H5-CH2-C-OC2H5O乙酸乙酯CH3-C-CH2C-OC2H5

5、-C2H5O-C2H5O-消除CH3C=CH-COC2H5OONa+ C2H5OHCH3COOH乙酰乙酸乙酯钠盐PKa=11有酸性，OOCH3-C-CH2COOC2H5O-CH2COOC2H5CH3-C-CH2COOC2H5O-OC2H5亲核加成CH3-C-O-C2H5O+讨论： Claison酯缩合反应的本质是利用羰基使H的酸性大增，在强碱(碱性大于OH)作用下，发生亲核加成-消除反应，最终得到-二羰基化合物。 酮的酸性一般大于酯，所以在乙醇钠的作用下，酮更易生成碳负离子。例如： CH3-C-CH3OC2H5ONaOCH3-C-CH2-CH3-C=CH2O-+CH3-C-OC2H5OOCH2

6、-C-CH3-CH3-C-CH2-C-CH3OO-OCH2CH3CH3-C-CH2-C-CH3OOONaHO-C-HO+ C2H5OHO-CH OC2H5O-+ H-C-OC2H5O 交错的酯缩合反应： 例1：H-C-OEtO+ CH3CH2COOEt(1) NaOEt(2) H+OH-C-CHCOOEtCH3甲酸酯，无 -H(1) NaOEt(2) H+ CH3CH2COOEtEtO-C-C-OEtOOCH3CHCOOEtCOOEtC=O-COCH3CH(COOEt)2草酸酯，无 -H例2： 分子内的酯缩合反应被称为Dieckmann反应： COOEtO-COOEtOH+80%苯，80 C。

7、EtONaCH2CH2COOEtCH2CH2COOEt(2) 乙酰乙酸乙酯的性质乙酰乙酸乙酯的性质 (甲甲) 成酮分解成酮分解 CH3C-CH2-COC2H5OO5% NaOHCH3C-CH2-C-OHOOH+CH3C-CH2-C-ONaOOCH3C-CH2-HO-CO2微热OCCH2COHOH3COCCH2COHH3COH3CCCH2OHOCO+CH3COCH3六元环状过渡态乙酰乙酸脱羧历程： (乙乙) 成酸分解成酸分解 CH3C-CH2-COC2H5OO40% NaOHNaO HCH3C-ONaO+ C2H5OH2CH3C-O-O2CH3C-O-OOH-+ C2H5OH+ CH3C-OC2

8、H5O+ -OHCH3-C-CH2-C-OC2H5OOO-OHCH3-C CH2-C-OC2H5OOHCH3-C CH2-C-OC2H5O O+-反应历程： (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 (甲甲) 制甲基酮制甲基酮 制一烃基取代的甲基酮： CH3C-CH2-COC2H5OO活泼氢NaOC2H5RXCH3C-CH-COC2H5OO-Na+RCH3C-CH-COC2H5OO一烃基乙酰乙酸乙酯CH3C-CH2-RO5% NaOH成酮分解40% NaOH成酸分解+ CO2 + C2H5OH+ CH3COONa + C2H5OHR-CH2COONa 副产物（酮式）多，产率

9、低，不常用副产物少，产率高，常用 RCH3C-CH-C-O-C2H5OO成酮成酸成酸制二烃基取代的甲基酮： NaOC2H5RCH3C-CH-COC2H5OORCH3C-C-COC2H5OO-Na+RXOOCH3C-C-COC2H5RR二烃基乙酰乙酸乙酯5% NaOH成酮分解40% NaOH成酸分解RCH3C-C-C-O-C2H5OOR+ CH3COONa + C2H5OHR-CHCOONa R成酮成酸成酸+ CO2 + C2H5OHCH3C-CH-RO R制环状的甲基酮： CH3-C-CH-C-OC2H5OO-Na+CH3-C-CH-C-OC2H5OOBr(CH2)4BrCH2(CH2)3Br

10、NaOC2H5COCH3COOC2H5C-CH3O成酮分解（乙）制二酮（乙）制二酮 制-二酮(1,3-二酮)： R-C-ClOor (RCO)2O成酮分解 -Na+CH3CCHCOC2H5OOCH3CCHCOC2H5OOC=OR二酮CH3CCH2C-ROO制1,4-二酮： CH3-C-CH2-C-OC2H5OO2NaOC2H5CH3-C-CH-C-OC2H5OOCH3-C-CH-C-OC2H5OO-2NaII25%NaOHH+CH3-C-CH2-CH2-C-CH3OO制1,6-二酮： CH3-C-CH2-C-OC2H5OOCH3-C-CH2-CH2CH2-CH2-C-CH3OO例：由5%NaO

11、HH+CH2CH2CH3-C-CH-C-OC2H5OOCH3-C-CH-C-OC2H5OOCH3-C-CH2-C-OC2H5OO2NaOC2H5CH2-CH2BrBrCH3-C-CH2-CH2CH2-CH2-C-CH3OO(三) 丙二酸二乙酯的合成及应用 (1) 丙二酸二乙酯的制法 (2) 丙二酸二乙酯在有机合成上的应用 (甲) 制烃基取代乙酸 (乙) 制二元羧酸 (三) 丙二酸二乙酯的合成及应用 (1) 丙二酸二乙酯的制法丙二酸二乙酯的制法 CH2COONaClCH2COONaCNNaCNC2H5OH,H2SO4CH2C-OC2H5C-OC2H5OO氯乙酸钠丙二酸二乙酯水解、酯化同时进行(丙

12、二)(2) 丙二酸二乙酯在有机合成上的应用丙二酸二乙酯在有机合成上的应用 (甲甲) 制烃基取代乙酸制烃基取代乙酸 CH2C-OC2H5C-OC2H5OOCHC-OC2H5C-OC2H5OONa+-NaOC2H5RXR-CHC-OC2H5C-OC2H5OOR-CHC-OHC-OHOOH2O/H+R-CH-COOHH150-200 C。-CO2一烃基取代乙酸二烃基取代乙酸R-CHC-OC2H5C-OC2H5OORXNaOC2H5RRCC-OC2H5OC-OC2H5OH2O/H+RRCC-OHOC-OHO-CO2RRCH-C-OHO思考题：用丙二酸二乙酯制备 。 提示：用1,2-二溴乙烷与丙二酸二乙

13、酯负离子反应（1 1）。 COOH(乙乙) 制二元羧酸制二元羧酸 2CH2(COOC2H5)22CH(COOC2H5)2-Na+NaOC2H5CH2-CH2BrBrCH(COOC2H5)2CH(COOC2H5)2CH2-CH2-CH(COOH)2CH(COOH)2CH2-CH2-2CO2H2O/H+CH2COOHCH2COOHCH2-CH2-2CH2(COOC2H5)22CH(COOC2H5)2-Na+NaOC2H5H2O/H+CH(COOC2H5)2CH(COOC2H5)2CH2COOHCH2COOHCH(COOH)2CH(COOH)2-2CO2I2-2NaI(四) 其它含活泼亚甲基的化合物

14、 下列化合物都属于含有活泼氢的化合物： 它们都可与碱作用可生成具有亲核性的碳负离子碳负离子，与： RX C=OC=CCO、发生亲核反应，形成新的碳碳健，这在有机合成中非常重要。 CH3C-CH H2-CCH3OO有酸性乙酰丙酮2,4-戊二酮RCH H2-NOO-+硝基化合物氰基乙酸乙酯CNCH2C OC2H5ONCCH2COOC2H5 + BrCH2CH2BrCOOC2H5CNNaOH,H2OC6H5CH2N(C2H5)3Cl-,86%+活泼氢!碱68%C2H5I，120 C，6h。NCCHCOOC2H5C2H5氰基乙酸乙酯CNCH2C OC2H5OKnoevenagel反应反应： 醛、酮在弱

15、碱(胺、吡啶等)催化下，与具有活泼-氢的化合物进行的缩合反应。例如： CH3CH3CH2C=O+ N CCH2COOC2H5乙酸胺-乙酸，苯85%CH3CH3CH2C=C-COOC2H5CNArCHO + ArCH=C(COOC2H5)2不饱和酸CH2(COOC2H5)2(1)H2O/H+(2) ArCH=CHCOOHEt3NCHO(CH3)2N+ CH3NO2C5H11NH2CH=CHNO2(CH3)2N83%(五) Michael加成 Michael加成碳负离子与,-不饱和羰基化合物进行共轭加成，生成1,5-二羰基化合物的反应。例如： CH3-C-CH2-C-OC2H5OOCH3-C-CH

16、-C-OC2H5OO-Na+NaOC2H5C CCO1,4-加成烯醇式HOC2H5C CCO-OC2H5CH3C-CHO C=OOC2H5CH3C-CHO C=OOHC CC烯醇式重排酮式1,5-二羰基化合物(1,2-加成产物)OC2H5CH3C-CHO C=OCH3C-CH2-O5%NaOHH+C-CHCOC-CHCO其它碱和其它,-不饱和化合物也可进行Michael加成。例如： CH3COCH2COCH3 +CH3COCHCOCH3CH2CH2CN(C2H5)3N，叔丁醇25 C，71%。CH2=CHCN+ CH3COCH2COOC2H5C2H5ONaCH3COCHCOOC2H5H-C=C

17、H-COOC2H5HCCCOC2H5OMichael加成是制取加成是制取1,5二羰基化合物的最好方法二羰基化合物的最好方法! CH3CCH2COOC2H5OCH3CCH2CH2CH2CCH3OO例1 ： 由54321CH3CCH2COOC2H5OCH3CCH2CH2CH2CCH3OOCH2=CH-C-CH3ONaOC2H5+CH3CCH-CH2CH2CCH3OOCOOC2H55%NaOHH+HOC2H5CH3CCH-CH2-CH=CCH3OCOOC2H5ONa解：例2：由 CH2(COOC2H5)212345OCH2-COOHCH2(COOC2H5)2NaOC2H5CH3COOHO-CH(COOC2H5)2+OOCH(COOC2H5)2OCH2COOHOCH(COOH)2H2O/H+-CO2思考题思考题：由乙酸乙酯、丙烯腈制备5-己酮酸 答案 解：Robinson并环反应：并环反应： 即Michael加成与羟醛缩合联用，合成环状化合物。 例：用C4或C4以下有机物制备 O答案 OOOOOOOOH-H2OOOO+NaOEtMichael加成NaOH羟醛缩合CH2=CH-C NCH3CCHCOOC2H5OCH2-