1、第十四章第十四章 -二羰基化合物和有機合成二羰基化合物和有機合成 凡是兩個羰基中間為一個亞甲凡是兩個羰基中間為一個亞甲CH2CH2隔隔開的化合物稱為開的化合物稱為-二羰基化合物二羰基化合物 。這里所。這里所指羰基不限于醛、酮羰基，還包括羧酸和酯指羰基不限于醛、酮羰基，還包括羧酸和酯的羰基。兩個羰基的作用使亞甲基很活潑，的羰基。兩個羰基的作用使亞甲基很活潑，所以這類化合物又叫活性亞甲基化合物。活所以這類化合物又叫活性亞甲基化合物。活性亞甲基化合物不限于性亞甲基化合物不限于 -二羰基化合物，二羰基化合物，范圍更寬。范圍更寬。 這類化合物在有機合成上用處很大，所這類化合物在有機合成上用處很大，所以單

2、獨設章介紹，其中最常用的是丙二酸二以單獨設章介紹，其中最常用的是丙二酸二乙酯和乙酰乙酸乙酯。乙酯和乙酰乙酸乙酯。-二酮二酮 -酮酸酯酮酸酯 丙二酸酯丙二酸酯R COCH2CORR COCH2COORRO COCH2COOR 所有具有被雙活化基團相連的亞甲基化合物都有類似所有具有被雙活化基團相連的亞甲基化合物都有類似丙二酸酯和乙酰乙酸乙酯的性質：丙二酸酯和乙酰乙酸乙酯的性質：CH3COCH2CNNCCH2CNNCCH2NO2CH2(NO2)214.1 -二羰基化合物的酸性和互變異構二羰基化合物的酸性和互變異構1 1、水、乙醇和部分羰基化合物甲基、亞甲基上氫、水、乙醇和部分羰基化合物甲基、亞甲基上

3、氫pKapKa值值名稱名稱分子式pKa水水H2O14乙醇乙醇CH3CH2OH17乙酸乙酯乙酸乙酯CH3COOCH2CH325丙酮丙酮CH3COCH320丙二酸二乙酯丙二酸二乙酯CH2(COOCH2CH3)213乙酰乙酸乙酯乙酰乙酸乙酯CH3COCH2COOCH2CH3112,4-戊二酮戊二酮CH3COCH2COCH392 2、酸性的理論解釋和互變異構：、酸性的理論解釋和互變異構：1 1碳負離子的穩定性說明：碳負離子的穩定性說明： 在堿作用下用給出質子后生成的負碳離子可在相鄰的兩在堿作用下用給出質子后生成的負碳離子可在相鄰的兩個羰基之間離域形成烯醇式。個羰基之間離域形成烯醇式。2 2幾種幾種-二

4、羰基化合物的酸性強度規律進一步說明。二羰基化合物的酸性強度規律進一步說明。 酮羰基的作用大于酯羰基。酮羰基的作用大于酯羰基。3 3關于烯醇式和酮式的說明：關于烯醇式和酮式的說明： 由于由由于由-二羰基化合物得到的負離子有烯醇式存在，二羰基化合物得到的負離子有烯醇式存在，所以一般稱之為烯醇負離子。但由于亞甲基碳原子上也帶有所以一般稱之為烯醇負離子。但由于亞甲基碳原子上也帶有負電荷，且反應往往發生在此碳原子上，所以這種負離子也負電荷，且反應往往發生在此碳原子上，所以這種負離子也常稱為碳負離子。常稱為碳負離子。H3C CCH C CH3OOH3C C CHC CH3OOH3C CCH C CH3OO

5、問：用一個離域式如何表示該碳負離子？問：用一個離域式如何表示該碳負離子？14.2 乙酰乙酸乙酯性質及其反應乙酰乙酸乙酯性質及其反應1、酮式、酮式-烯醇式互變異構及其與介質的關系烯醇式互變異構及其與介質的關系CH3CCH2COOC2H5OCH3COCHCOOC2H5HOCCHCOHCH3OC2H592.5% 7.5%CH3CH2OCCH2COCH2CH3OOCH3CH2OCCHCOCH2CH3OHO99.9% 0.1%CH3CCH2CCH3OOCH3CCHOHCCH3O24% 76%分子內氫鍵的存在使烯醇式穩定化。分子內氫鍵的存在使烯醇式穩定化。乙酰乙酸乙酯在不同溶劑中烯醇式和酮式比例不同：乙酰

6、乙酸乙酯在不同溶劑中烯醇式和酮式比例不同： 溶劑極性越小，烯醇式比例越高。溶劑極性越小，烯醇式比例越高。 質子性極性溶劑易于與酮式形成分子間氫鍵，酮式比例質子性極性溶劑易于與酮式形成分子間氫鍵，酮式比例高；高； 非極性溶劑有利于烯醇式分子內氫鍵的形成，所以在環非極性溶劑有利于烯醇式分子內氫鍵的形成，所以在環己烷類非極性溶劑中烯醇式比例高。己烷類非極性溶劑中烯醇式比例高。2、具有酮和烯醇的雙重反應性、具有酮和烯醇的雙重反應性酮式反應：酮式反應： 有甲基酮的典型性質有甲基酮的典型性質與亞硫酸氫鈉等羰基的親核加成反與亞硫酸氫鈉等羰基的親核加成反應；還原變為應；還原變為3羥基丁酮酸乙酯。雖為甲基酮但不

7、發生鹵仿羥基丁酮酸乙酯。雖為甲基酮但不發生鹵仿反應如何解釋？）。反應如何解釋？）。烯醇式反應：烯醇式反應： 烯烴性質加溴使溴水褪色）；烯醇式結構三氯化鐵烯烴性質加溴使溴水褪色）；烯醇式結構三氯化鐵水溶液顯色；醇的性質水溶液顯色；醇的性質與三氯化磷，乙酰氯反應等與三氯化磷，乙酰氯反應等 乙酰乙酸乙酯實際是酮式和烯醇式混合物，酮式和烯醇式乙酰乙酸乙酯實際是酮式和烯醇式混合物，酮式和烯醇式混合物是互變異構，兩者處于平衡狀態，互相轉換。當與酮式混合物是互變異構，兩者處于平衡狀態，互相轉換。當與酮式試劑反應時，由于平衡移動，顯示出為酮式結構，在與溴水反試劑反應時，由于平衡移動，顯示出為酮式結構，在與溴水

8、反應時為烯醇式結構，平衡向烯醇式移動。應時為烯醇式結構，平衡向烯醇式移動。3、酮式分解和酸式分解、酮式分解和酸式分解1） 乙酰乙酸乙酯的酮式分解乙酰乙酸乙酯的酮式分解稀堿稀堿5NaOH)CH3C-CH2-COC2H5OO乙酰乙酸乙酯乙酰乙酸乙酯CH3C-CH2-C-OC2H5O-O-OHOHH+-CO2CH3C-CH3OCH3C-CH2-COHOO-OH稀）稀）丙酮丙酮2） 乙酰乙酸乙酯的酸式分解乙酰乙酸乙酯的酸式分解濃堿濃堿40NaOH）CH3C-CH2-COC2H5OOCH3C-CH2-C-OC2H5O-O-OHOHCH3-COHO+ -CH2-COH + C2H5O-OH2OH2OCH3

9、-COHOC2H5OH-OH濃）濃）4、乙酰乙酸乙酯的、乙酰乙酸乙酯的-烷基化、烷基化、 -酰基化酰基化CH3C-CH-COC2H5OOCOCH3CH3CCHCOC2H5OOCH3CCHCOC2H5OOCH3C=CHCOC2H5OO-OCH3C=CHCOC2H5OO-OCH3COCCH3OOCH3COOC2H5C2H5ONa-C2H5OHNa+CH3INaH-H2Na+CH3COClCH3CCH2COC2H5OOCH3C-CH-COC2H5OOCH35、乙酰乙酸乙酯的制備、乙酰乙酸乙酯的制備 Claisen酯縮合：酯縮合： 在乙醇鈉金屬鈉在乙醇鈉金屬鈉+少量乙醇作用下乙酸乙酯縮少量乙醇作用下乙

10、酸乙酯縮合生成乙酰乙酸乙酯，反應由三步組成。合生成乙酰乙酸乙酯，反應由三步組成。反應實質：反應實質： 乙酸乙酯甲基具有一定酸性，在強堿作用下，生成乙酸乙酯甲基具有一定酸性，在強堿作用下，生成負碳離子，然后負碳離子進攻酯分子中羰基碳，負碳離子負碳離子，然后負碳離子進攻酯分子中羰基碳，負碳離子乙氧基取代下來，生成乙酰乙酸乙酯。乙氧基取代下來，生成乙酰乙酸乙酯。H3C COOC2H5+ C2H5OH2CCOOC2H5+ C2H5OHH2CCOOC2H5H3C COOC2H5+H3C COOC2H5H2C C OC2H5OH3C COOC2H5H2C C OC2H5OH3C COH2C C OC2H5

11、O+ C2H5O14.3 乙酰乙酸乙酯在有機合成上的應用乙酰乙酸乙酯在有機合成上的應用1、可以合成的化合物：、可以合成的化合物： 甲基酮丙酮衍生物甲基酮丙酮衍生物)； 羧酸乙酸衍生物，一般不用）；羧酸乙酸衍生物，一般不用）；二元酮；二元酸一般不用），酮酸酯；環酮，環狀二元酮。二元酮；二元酸一般不用），酮酸酯；環酮，環狀二元酮。2、乙酰乙酸乙酯在合成中的應用實例、乙酰乙酸乙酯在合成中的應用實例eg 1: 以乙酸乙酯為原料合成以乙酸乙酯為原料合成4-苯基苯基-2-丁酮丁酮CH3CCH2CH2C6H5O合成丙酮衍生物：合成丙酮衍生物：CH3CCHCOOC2H5ONa+CH3CCHCOOC2H5OCH

12、2C6H5CH3CCHCOOHOCH2C6H5CH3CCH2CH2C6H5OCH3COOC2H5RONa (1mol)C6H5CH2Cl1 稀稀OH -2 H+-CO2Claisen酯縮合酯縮合eg 2: 選用不超過選用不超過4個碳的合適原料制備個碳的合適原料制備CCH3OCH3CCHCOOC2H5O(CH2)4BrBrCH3CCCOOC2H5O2 CH3COOC2H5C2H5ONaCH3CCHCOOC2H5ONa+C2H5ONaCH3COCOOC2H5CH3COCOOHBr(CH2)4Br分子內的親核取代分子內的親核取代 稀稀-OHH+-CO2CCH3Oeg 3: 乙酰乙酸乙酯與乙酰乙酸乙酯

13、與BrCH2CH2CH2Br在醇鈉作用下反應，在醇鈉作用下反應， 主要得到主要得到 而不是而不是 。請解釋原因。請解釋原因。OCOOC2H5H3CCOCH3COOC2H5CH3CCH2COEtOOEtO-Br(CH2)3BrCH3CCHCOEtOOEtO-CH2CH2CH2BrBrCO2EtOBrCO2EtCH3CEtO2COCH3COOH-H+OOCO2EtOH-H+OCO2H吡喃衍生物吡喃衍生物主要產物）主要產物）有張力有張力無張力無張力慢慢主要主要稀稀eg 4: 制備制備 CH3CH2CH2CHCOOHCH3合成乙酸衍生物更適合是選用丙二酸酯為起始原料）：合成乙酸衍生物更適合是選用丙二酸

14、酯為起始原料）：CH3C-C-COOEtOCH3CH2CH2CH3CH3CCH2COOEtOCH3CH2CH2CHCOOHCH3H+NaOEtEtOHNaOEtEtOHCH3ICH3CH2CH2BrOH-（濃）（濃）+ CH3COOH酸式分解酸式分解eg 5: 選用合適的原料制備下列結構的化合物。選用合適的原料制備下列結構的化合物。CH3CCH2CH2CH2COHOOCH3CCH2CH2CH2CCH3OO合成合成1,5-二羰基化合物：二羰基化合物： （與（與Michael麥克爾加成比較）麥克爾加成比較）CH3CCH2CH2CH2COHOOCH3CCH2COEtOOEtO-ClCH2CH2COE

15、tOCH3C-CH-COOEtOCH2CH2COOC2H5OH-H+H2O- CO2CH3CCH2CH2CH2CCH3 + CH3COOHOOCH3CCH2COEtOOEtO-ClCH2CH2CCH3OCH3C-CH-COO EtOCH2CH2CCH3OH-H+H2O- CO2O通過乙酰乙酸乙酯合成的二元酮最少是通過乙酰乙酸乙酯合成的二元酮最少是2,5己二酮己二酮.酮酸酯的合成：酮酸酯的合成：4 4戊酮酸乙酯戊酮酸乙酯二元酮的合成：二元酮的合成：2,52,5己二酮，己二酮，2,62,6庚二酮庚二酮練習：練習：2,32,3丁二酮的合成：丁二酮的合成： 用草酸二乙酯與乙酸乙酯縮合，然后經過酮式分用

16、草酸二乙酯與乙酸乙酯縮合，然后經過酮式分解。解。2,42,4己二酮的合成：己二酮的合成： 用乙酸乙酯與丙酮發生酮酯縮合。用乙酸乙酯與丙酮發生酮酯縮合。OC2H5OOOOOO留意：留意：14.4 丙二酸二乙酯在有機合成上的應用丙二酸二乙酯在有機合成上的應用EtOCCH2COEt + EtONaOOEtOCCHCOEtOO- EtOCOCCOOEtHNa+丙二酸二乙酯的制法：丙二酸二乙酯的制法： 用氯乙酸與氰化鈉發生氰解，然后在濃硫酸催化下與用氯乙酸與氰化鈉發生氰解，然后在濃硫酸催化下與乙醇反應得到，（一般不用丙二酸的酯化反應）。乙醇反應得到，（一般不用丙二酸的酯化反應）。H2ClC C OHO+

17、 CNH2C C OHOCNC2H5OHH2SO4CH2(COOC2H5)2CH2COOC2H5COOC2H5C2H5ONaCHCOOC2H5COOC2H5_CH3CH2BrCH3CH2CHCOOC2H5COOC2H51) C2H5ONa2) CH3ICH3CH2CCH3COOC2H5COOC2H51) OH-2) H+CH3CH2CCH3COOHCOOH-CO2CH3CH2CHCOOHCH3一元羧酸衍生物的制備：一元羧酸衍生物的制備：二元羧酸衍生物的制備：二元羧酸衍生物的制備：2 CH2(COOC2H5)2C2H5ONa2 CH(COOC2H5)2_BrCH2CH2BrCH2CH(COOC2

18、H5)2CH2CH(COOC2H5)2CH2CH2COOHCH2CH2COOH1) OH-2) H+-CO2CH2(COOC2H5)22 C2H5ONaBr(CH2)4BrCOOC2H5COOC2H51) OH-2) H+COOH環烷烴羧酸的制備：環烷烴羧酸的制備：合成螺環化合物：合成螺環化合物：CH2(CO2Et)22EtO-EtOHBrCH2(CH2)nCH2BrOH-H+-CO2(CH2)n+2CCH2OHCH2OHSOCl2(CH2)n+2CCH2ClCH2ClCH2(CO2Et)22EtO-(CH2)n+2CO2EtCO2Et(CH2)n+2C(CO2Et)2(CH2)n+2CH-C

19、OOH復原復原Eg 6： 用簡單的有機原料合成用簡單的有機原料合成COOHCOOH2 CH2(CO2Et)22 EtO-BrCH2CH2CH2BrCH(CO2Et)2CH(CO2Et)22 EtO-COOHCOOHH+I2OH-(COOEt)2(COOEt)2I2在在 eg6中的作用中的作用C(CO2Et)2C(CO2Et)2+ I I- I -C(CO2Et)2C(CO2Et)2ICO2EtCO2EtCO2EtCO2Eteg 7 用簡單的有機原料合成用簡單的有機原料合成CO2HHO2C(螺環二元羧酸螺環二元羧酸)CH3CHO + 3CH2O2 CH2(COOEt)2 +BrBrBrBrCO2

20、EtCO2EtEtO2CEtO2CCO2HHO2C(HOCH2)3C-CHOOHHOOHHOBrBrBrBr-CO2EtO-HO-H+HO-HO-HBr濃濃Eg 8 用簡單的有機原料合成用簡單的有機原料合成OOOOOOOOOOCO2EtCOOEtO-CO2EtCH2(CO2Et)2EtO-O分子內酯交換分子內酯交換EtO-分子內酯交換分子內酯交換O 試寫出下面反應的產物：試寫出下面反應的產物：CH3CCH2COOEtO2LDA-CH2CCHCOOEtO-C6H5CH2ClH3O+?1 mol比較親核試劑的堿性和位阻情況！比較親核試劑的堿性和位阻情況！14.5 麥克爾加成及麥克爾加成及1,5二羰

21、基化合物的合成二羰基化合物的合成 麥克爾加成的實質是含活潑亞甲基的化合物在強堿作用下麥克爾加成的實質是含活潑亞甲基的化合物在強堿作用下與與,不飽和羰基化合物的不飽和羰基化合物的1,4親核加成，負碳離子加到親核加成，負碳離子加到碳上，反馬氏規則碳上，反馬氏規則含活潑亞甲基的化合物的通式為：含活潑亞甲基的化合物的通式為： A-CH2-AA,A是吸電基，包括：是吸電基，包括：RCO-;-CO-;-COOR;-CONR2;CN;-NO2,不飽和羰基化合物可以是不飽和羰基化合物可以是不飽和醛、酮及羧酸酯；不飽和醛、酮及羧酸酯； ,不飽和可以是不飽和可以是C=C, 也可以是碳碳叁鍵。也可以是碳碳叁鍵。1、

22、乙酰乙酸乙酯在乙醇鈉作用下與丙烯醛加成、乙酰乙酸乙酯在乙醇鈉作用下與丙烯醛加成H2CCHCHO+CH2(COOC2H5)2C2H5ONa50%OHCH2CH2CH(COOC2H5)22、丙二酸二乙酯在乙醇鈉作用下與丙烯酸甲酯或衍生物、丙二酸二乙酯在乙醇鈉作用下與丙烯酸甲酯或衍生物反響反響3、丙烯腈在乙醇鈉作用下與乙酰乙酸乙酯反應、丙烯腈在乙醇鈉作用下與乙酰乙酸乙酯反應H3C CHCHCOOCH3+CH2(COOC2H5)2C2H5ONa3HCHC CH2COOCH3CH(COOC2H5)2H2C CHCN + CH3COCH2COOC2H5C2H5ONaC2H5OHCH3COCHCOOC2H5

23、CH2CH2CN4、若干鄰位取代的肉桂酸酯會發生分子內的、若干鄰位取代的肉桂酸酯會發生分子內的Michael加成：加成：COOCH3ZCH2COOCH3Z=O, S 或 NCH3ZCOOCH3CH2COOCH3合成雜環化合物的方法5、Michael加成的反應歷程：加成的反應歷程：CH2(COOC2H5)2+ C2H5OCH(COOC2H5)2+ C2H5OHH3CH3COH3C+CH(COOC2H5)2CH3OCH(COOC2H5)2CH3OCH(COOC2H5)2+C2H5OHCH3OCH(COOC2H5)2+C2H5O該產物在當量該產物在當量C2H5ONa的存在下，發生分子內的存在下，發生

24、分子內Claisen縮縮合合OOC2H5OOCCH3OC2H5C2H5OOOC2H5OOCCH2OC2H5C2H5OOOC2H5OOCOH/H2OH+OOROORCO2EtCO2EtO+NaOH/H2OpH 8.6RRHOOHCO2EtCO2EtHClH2ORROOOS 64, 27說明以下反應的過程：說明以下反應的過程：14.6 Knoevenagel反應反應 活性亞甲基化合物指具有兩個吸電子基團的在氨、胺或其活性亞甲基化合物指具有兩個吸電子基團的在氨、胺或其羧酸鹽的催化下，與醛、酮發生醛醇縮合，脫水而得羧酸鹽的催化下，與醛、酮發生醛醇縮合，脫水而得,-不飽和化不飽和化合物。合物。反應通式：反應通式：H2CXYROR1XYR1R+ H2O催化劑(X, Y =