羧酸衍生物涉及碳负离子的反应及在合成中的应用

羧酸衍生物涉及碳负离子的反应及在合成中的应用第1页/共60页第十六章羧酸衍生物涉及碳负离子的反应及在合成中的应用第2页/共60页第一节α氢的酸性和互变异构第二节酯缩合反应及在合成中的应用第三节碳负离子的亲核取代反应及在合成中的应用第四节碳负离子的亲核加成反应及在合成中的应用本章提纲第3页/共60页第一节α氢的酸性和互变异构一、一些化合物α氢的酸性

共振结构中以氧负离子为主，但有机反应中往往以碳负离子参与反应。

乙酰乙酸乙酯离解后，负电荷存在三种共振形式，负电荷充分分散于碳、酮的羰基和酯的羰基氧上，比丙酮或乙酸乙酯稳定得多，相应的α氢酸性也强。第4页/共60页结构与酸性的关系:PKaPKa5911111325~161920~2124.59第5页/共60页二、互变异构(tautomerism)酮式烯醇负离子碳负离子或氧负离子烯醇式

醛、酮在溶液中总是通过烯醇负离子而以酮式和烯醇式平衡共存，并互相转化。同分异构体之间以一定比例平衡共存并相互转化的现象称为互变异构。酮式和烯醇式互为互变异构体。第6页/共60页CH3-C C-OC2H5 CHHOOCH3-C

=

CH-C-CH3O-HOH—C=CH-C—HO-HO1.α-H活性2.六员环结构的分子内氢键3.共轭体系CH3

-C=CH2OH几种纯液体化合物烯醇式平衡含量如下：化合物(酮式) 烯醇式含量(%) 烯醇式10-410-2776.5100第7页/共60页将下列化合物按烯醇式结构稳定性由大到小排列.

丙酮2,4-戊二酮乙酰乙酸乙酯丙二酸二乙酯苯甲酰丙酮1,3-二苯基-1,3-丙二酮能形成稳定烯醇式异构体的化合物，具有以下结构特点：

①分子中的亚甲基受两个相邻极性基团的影响，使H酸性增加，易于质子化。②形成烯醇式异构体的分子中，其共轭体系有所延伸，体系内能降低，更趋于稳定。③烯醇式形成分子内氢键能增加其稳定性。第8页/共60页C=CH-C-CH3O-HOCH3-C=CH-C-OC2H5O-HOCH3-C=CH-C-CH3O-HOC2H5O-C

=

CH-C-OC2H5O-HOCH3-C=CH2O-HC

=

CH-CO-HO(90.0%)(76.5%)(7.0%)(7×10-4%)(1.5×10-4%)(96.0%)第9页/共60页

b-丁酮酸乙酯又叫做乙酰乙酸乙酯,工业上简称“三乙”。可由乙酸乙酯在醇钠作用下经Claisen缩合反应制得：C2H5ONa-C2H5OHOOCH3-C-CH2-C-OC2H5+OOCH3-C-OC2H5H-CH2-C-OC2H5乙酰乙酸乙酯的性质：1.具有甲基酮的典型反应：能与HCN、NaHSO3、羰基试剂等发生亲核加成；能发生碘仿反应。2.具有酯的通性：用稀碱水解生成3-丁酮酸和乙醇。3.特性：使Br2水褪色;与FeCl3显色;与Na作用放出H2。

实验证明，三乙不是一种物质，而是酮式与烯醇式两种异构体的平衡混合物。第10页/共60页水杨酸乙酰乙酸乙酯丙酮酸丙酰乙酸乙酯

用化学方法鉴别：互变异构写出下列变化：第11页/共60页

两分子酯在碱作用下失去一分子醇形成-羰基酯。一、酯缩合(Claisen酯缩合)反应第二节酯缩合反应及在合成中的应用机理：第12页/共60页只有一个α-H的酯缩合需要在更强的碱作用下第13页/共60页分子内酯缩合（Dieckmann缩合）

建立五、六元脂环系

[环化方向]含两种不同-H时,酸性较大的-H优先被碱夺去。第14页/共60页二、交叉酯缩合

两种不同的酯，其中一个不含-H。第15页/共60页酮酯缩合：酮的-H比酯的-H活泼。第16页/共60页三、酯缩合反应在合成中的应用合成1，3-二官能团化合物分析（1）（2）β酮酸酯酯缩合1，3二酯碳酸酯与酯缩合1，3二酮酮酯缩合P534问题16-1，2第17页/共60页第三节丙二酸二乙酯、“三乙”和其他酸性氢化合物的α碳负离子的亲核取代反应及在合成中的应用一、丙二酸二乙酯的烃基化及在合成中的应用1）形成碳负离子，2）亲核取代，3）碱性水解，4）酸化加热生成各种羧酸的过程：第18页/共60页丙二酸酯在合成羧酸中的应用合成取代羧酸第19页/共60页制备环烷酸合成二元羧酸可以形成双钠盐第20页/共60页制备1，4-二官能团化合物利用丙二酸二乙酯可以制备含有结构的化合物例：由丙二酸二乙酯合成：第21页/共60页I2在上例中的作用（P536问题16-3）例用简单的有机原料合成2CH2(CO2Et)22EtO-BrCH2CH2CH2BrCH(CO2Et)2CH(CO2Et)22EtO-H+I2OH-第22页/共60页二、乙酰乙酸乙酯的烃基化及应用乙酰乙酸乙酯的α-烷基化、α-酰基化利用乙酰乙酸乙酯可以制备含有结构的化合物第23页/共60页酮式分解和酸式分解机理：第24页/共60页在合成上的应用第25页/共60页合成路线P538第26页/共60页三、酯缩合产物和其他双重α氢化合物的烃基化及在合成中的应用β酮酸酯1，3二酮第27页/共60页其他酸性氢的化合物在碱作用下发生类似的反应P541问题16-9，致活基团的引入和除去P549习题11第28页/共60页四、羧酸、酯、腈α碳负离子的生成、反应和应用1.羧酸α碳负离子的生成和烷基化二锂盐二锂盐中的碳负离子比氧负离子亲核性强第29页/共60页2.酯和腈a-碳负离子生成及反应第30页/共60页3.酸和酯的间接烃基化（P541）2-氨基-2-甲基-1-丙醇2-烷基-4，4-二甲基恶唑啉若采用手性的恶唑啉衍生物，可得到手性的羧酸或酯第31页/共60页

在弱碱的催化作用下，醛、酮与含有活泼亚甲基的化合物发生的失水缩合反应为克脑文格(Knoevenagel,E.)反应。一、克脑文盖儿（Knoevenagel）反应第四节丙二酸二乙酯、“三乙”和其他酸性氢化合物的碳负离子的亲核加成反应及在合成中的应用第32页/共60页反应机理：实例：第33页/共60页制备各种类型的α,β-不饱和化合物。第34页/共60页二、麦克尔（Michael）加成反应

一个能提供亲核碳负离子的化合物(给体)与一个能提供亲电共轭体系(受体)的化合物，在碱性催化剂作用下，发生亲核1,4-共轭加成反应，此类反应称为麦克尔加成(Michael,A.)反应。常用碱性催化剂：第35页/共60页反应机理:第36页/共60页麦克尔加成反应使是增长碳链的重要反应，在合成1，5二官能团化合物上有重要应用。例：选用合适的原料合成Robinson增环反应第37页/共60页?如何完成下列的转变？第38页/共60页

如何完成下列的转变？邢其毅基础有机化学习题解答与解题示例P288(ii)第39页/共60页三、Reformatsky,S.(瑞福马斯基)反应

-羟基酸酯

醛或酮、-卤代酸酯、锌，在惰性溶剂中反应。第40页/共60页讨论：第41页/共60页四、达尔森（Darzen）反应α,β-环氧酸酯*CH2

生成醛

CHR生成酮

醛、酮与α-卤代酸酯在强碱(RONa,NaNH2,(CH3)3COK)存在下反应生成α,β-环氧酸酯的反应称为达尔森(Darzen,G.)反应.可用于合成醛、酮第42页/共60页反应机理-CO2产生碳负离子H+第43页/共60页例如由环己酮转化成其它化合物:应用：合成环氧酸酯及比原料醛、酮多一个碳的醛、酮。由2-丁酮合成:第44页/共60页实例：由苯甲醛转化成其它化合物第45页/共60页

芳香醛与酸酐在碱性催化剂（羧酸钠）作用下发生类似羟醛缩合的反应，生成β-芳基-α,β-不饱和酸的反应为普尔金(Perkin,W.)反应。五、普尔金（Perkin）反应第46页/共60页反应机理：第47页/共60页制备肉桂酸、呋喃丙烯酸、香豆素.实例：第48页/共60页1）曼尼希碱热消除法P563制备α,β-不饱和醛酮的方法α,β-不饱和醛酮是麦克尔加成反应的重要原料，下面归纳了制备α,β-不饱和醛酮的几种方法。2）羟醛缩合法：合成α,β-不饱和醛酮最重要的方法第49页/共60页3）由α-卤代酮制备4）由α-卤代烯制备5)通过魏悌息反应来制备第50页/共60页合成举例用合适的原料出发合成：（1）以环戊醇为主要原料或者通过烯胺合成：第51页/共60页（3）以不超过3个碳的有机物为原料（2）以环己烯为原料第52页/共60页选用合适的原料合成1，3-环己二酮。分析：不够第53页/共60页合成路线（1）合成路线（2）第54页/共60页由丙二酸二乙酯和丙酮合成：分析：合成：第55页/共60页

由乙酰乙酸乙酯和不超过3个碳的化合物合成:

由不超过3个碳的化合物合成:第56页/共60页

由乙酰乙酸乙酯和不超过3个碳的化合物合成:

由苯、三乙和不超过4个碳的化合物合成:第57页/共60页课外练习：1。酮能（醛不能，为什么？）和酯进行交叉Claisen缩合，例如：问：（1）写出该反应的机理。