《有机化学》课件-16-3

16.3

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.烃基化及产物的脱羧丙二酸二乙酯具有双重α氢,呈现明显的酸性(pKa13)。在碱作用下产生碳负离子,可与卤代烃发生亲核取代反应,结果在双重α碳上导入烃基,称为烃基化反应。烃基化产物碱性水解并酸化生成丙二酸类化合物,该化合物不稳定,受热脱羧生成一烃基乙酸。若一烃基丙二酸二乙酯再用NaOC2H5处理并与另一卤代烃作用,则碱性水解、酸化加热可得到二烃基乙酸。2.合成羧酸中的应用丙二酸二乙酯的烃基化及其产物的脱羧反应在合成羧酸上有重要的应用价值,根据反应物R-X中R-的不同可以制备各种羧酸。(1)取代乙酸的制备当采用丙二酸二乙酯合成羧酸时,反应物为单卤代烃,则可以制备取代乙酸。如己酸可通过该法由丙二酸二乙酯和卤代丁烷制备。(2)二元羧酸的制备2mol丙二酸二乙酯,2mol醇钠和1mol双卤代烃作用,可以制备二元羧酸。(3)环烷酸制备1mol丙二酸二乙酯用2mol醇钠处理可以得到双钠盐。该盐与1mol双卤代烃反应可以制备三、四、五和六元环的环烷酸。(4)1,4官能团化合物制备当采用α卤代化合物进行上述反应,可以成功地合成1,4官能团化合物。

通过丙二酸酯合成羧酸是一个卤代烃选择的问题。从以上实例不难看出,被合成的化合物中丙二酸酯提供的部分是,此外的部分为卤代烃提供。这个规律为设计合成路线提供了方便,如2-乙基丁酸合成,当划出丙二酸酯提供的部分后,就会很快找出反应的卤代烷是卤代乙烷。二、“三乙”的烃基化及在合成中的应用1.“三乙”的烃基化及产物的脱羧乙酰乙酸乙酯亦为双重α氢化合物,它的pKa为11,能与碱作用生成碳负离子,所以像丙二酸二乙酯负离子一样能与卤代烃发生亲核取代反应,在双重α碳上导入烃基。烃基化的“三乙”经碱性水解、酸化加热,则脱羧生成一取代或二取代的丙酮(见上反应图示)。2.合成甲基酮中的应用通过“三乙”的亲核取代及其产物的脱羧,可以合成各种甲基酮类。被合成的产物中,“三乙”提供的部分是,其余部分由相应的卤代烃提供,像丙二酸二乙酯合成酸一样,“三乙”合成甲基酮也是一个卤代烃选择问题。当采用单卤代烃时,该法可合成取代丙酮,如3-甲基-2-己酮的合成,根据如下图示可知是由“三乙”和卤代甲烷和卤代丙烷制备的。当采用双卤代烃,且“三乙”钠盐与双卤代烃摩尔比为2∶1时可制备二酮,如2,6-庚二酮是由1molCH2Cl2和2mol“三乙”制备的。当采用1mol1,4-二卤代丁烷,1mol“三乙”和2mol醇钠时,则得到环戊基甲基酮。“三乙”不像丙二酸二乙酯那样,它不能生成双钠盐,反应中是以两次单钠盐的生成并分别进行亲核取代关环而成。由于“三乙”不能生成双钠盐,因此不能合成三、四元环。带有官能团的α卤代化合物与“三乙”反应,与丙二酸二乙酯一样,可合成双官能团化合物,如2,5-己二酮可由“三乙”和α卤代丙酮制备。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通过酯缩合可以得到β酮酸酯(两个酯缩合产物)和1,3二酮(酯和酮缩合产物),这两种产物均存在双重α氢,能与碱,如NaOC2H5、NaH、NaNH2、OH-等,作用生成碳负离子。像“三乙”一样可以与卤代烃进行亲核取代反应,获得烃基化产物。这个形成C-C键的反应比“三乙”在合成上有更广泛的意义。“三乙”只是酯缩合产物之一,它只能用来合成甲基酮,而不同结构的β酮酸酯和1,3二酮与不同的卤代烃可合成各种酮类。下面仅举两例说明它们在合成上的应用。以上两例起始于酯缩合,因此体现了酯缩合反应在合成中的重要性。当然,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。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羧酸与强碱二异丙基氨基锂(LDA)作用可生成二锂盐,这个盐的α碳负离子亲核性比羧基氧负离子具有更强的亲核性,故而可与卤代烃反应,在α位导入烃基。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。特别是对三取代乙酸合成显示了它的独到之处。2.酯和腈α碳负离子生成及反应与羧酸相同,酯和腈酸性α氢同样与二异丙基氨基锂作用生成α碳负离子,继而与活泼卤代烃发生亲核取代反应,在α位直接导入烃基,这也是形成C-C键的重要反应。3.酸和酯的间接烃基化羧酸可与2-氨基-2-甲基-1-丙醇作用生成2-烷基-4,4-二甲基口恶唑啉3,3像酯一样具有α氢,在强碱正丁基锂