双官能团化合物

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22
R2 R3 R1 C C R4 HIO4
OH OH
R2
R3
C O + OC
R1
R4
R2 R3 R1 C C R4
OH OH
Pb(OAc)4
R2
R3
C O + OC
R1
R4
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23
OH OH
HIO4
CH2 CH3OH / H2O
O + CH2 O
RR22 RR33
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OH ?
OH
OH
? ?
OH
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28
二、羟基醛和羟基酮
（Hydroxyaldehyde and hydroxyketone）
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1. 制备方法
（1） α-羟基酮采取羧酸酯与金属钠在无水 的惰性溶剂中还原水解反应。
O
Na / 二甲苯 H3O+
R C OEt
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CH2 O + HS CH2CH2CH2 SH HCl
S H n-C4H9Li SH
S －
1. PhCH O
S H 2. H2O
SH
HgCl2 / CH3CN/H2O
S CH Ph OH
O
H C CH Ph α-羟基醛
OH
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32
R CH O + HS CH2CH2CH2 SH HCl
SR n -C4H9Li
SH
S －
1. PhCH O
S R 2. H2O
SR
HgCl2 / CH3CN/H2O
O R C CH Ph
S CH Ph
OH
OH
R=CH3时，收率＝ 90％
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（3）β-羟基酮（醛）的制备
羟醛缩合反应 缩硫醛在碱性条件下与环氧衍生物反应
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进产生顺型异构体的一个原因。事实上此反应
中也得到少量反型香豆酸，不能形成内酯。
H
H
CC
COOH
H
COOH
CC
H
OH
顺型香豆酸
OH
反型香豆酸
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2. 化学性质
乙酰乙酸乙酯 丙二酸二乙酯
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乙酰乙酸乙酯
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（1）乙酰乙酸乙酯互变异构
乙酰乙酸乙酯是典型的β-羰基化合物
O
O
C
C
CH3 CH2 OEt
H OO
CH3 C
C OEt
CH
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室温下酮式和烯醇式迅速互变无法分离
室温下是由92.5%的酮式和7.5%的烯醇 式组成的平衡体系
O
O
C
C
CH3 CH2 OEt
H OO
CH3 C
C OEt
CH
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① 低温下互变的速度很慢
当冷却到-78℃低温下，可以得到熔点为 －39℃的结晶形化合物，且有如下性能：
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R2 R3 R1 C C R4 + Pb(OAc)4 －HOAc
OH OH
R2 R3
R1 C C R4
OO
H
Pb(OAc)2
AcO
R2
C R1
O+
R3 OC +
R4
Pb(OAc)2 + HOAc
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高碘酸氧化经过环状中间体，二元醇应为顺式结构，否 则不氧化。
四醋酸铅通过烷氧铅化合物，能氧化顺式和反式的二元 醇。
H+ －H+
CH3 H
C
C CH3 －H2O
OH2+ OH
CH3 CC HO
CH3
HH CC OH2+ OH
H C
－H2O CHO
14
苯环上，苯邻位位阻较大则迁移变弱，甚至不能迁移。 其它一般按亲核能力强者优先重排。
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MeO
＞ Me ＞
＞ Me
＞X
＞ C6H5
＞ OCH3
CH3 O
CH3 C
C CH3
CH3
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6
（1）基团迁移规律如何？
OH CH3 OH
CH3
CH3
H+
CH3
Fast O
OH CH3 CH3
OH
H+
CH3
CH3 C
O
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7
OH CH3
H
HO H
CH3
H H
H
H H H+
H
OH2+ HO
CH3
CH3
OH2+ CH3
H
HO H
双官能团化合物 (Difunctional Compounds)
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1
本章主要讨论几种特殊类型的化合物
邻二醇 二羰基化合物（二酮、酮醛、酮酸和酮酯） 羟基醛和羟基酮 取代酸 α,β-不饱和化合物
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2
双官能团化合物具有所含单官能团的典型化学性质。
O
O
CH3 C CH C OEt CH3
+ NaI
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② 酰基化反应
O
O
NaH
CH3 C CH2 C OEt
O Na O CH3 C CH C OEt
Na O
O
CH3 C CH C OEt
O Na O
CH3COCl
CH3 C CH C OEt
O
O
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CH3 C CH C OEt COCH3
Ph HgO
Ph C CH2 I OH
Ph Ph C CH2+
OH
O Ph C CH2 Ph
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Ph
Cl
C
CH2
Br
AgNO3 Cl
C CH2 Ph
OH
O
CH3 CH3 CH3 C C CH3
OH NH2
HNO2 －N2
CH3
CH3 O CC CH3
CH3
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（3）片呐醇重排应用
利用片呐醇重排，可以合成一些难以得到的化合物。
O
1. Mg
H+
2. H2O
OH OH
O
1. Mg
H+
?
?
2. H2O
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O
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2. 片呐醇氧化反应 （Pinacol Oxidation Reaction）
高碘酸或四醋酸铅，氧化邻二醇，两个羟基相连的碳— 碳键容易断裂得到两个羰基化合物。
CH3
H H
H
H H
H
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8
OH CH3
H
CH3
H
OH
H H
H
H H
H
CH3
HO H
HO H
CH3
H H
H
H H
H
+H2O
CH3
HO CH3
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（2）结构不对称的邻二醇的重排，重排产物首先决定于哪一 个羟基是离去基团？其次，重排产物还决定于哪一个基团首 先迁移？
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• 1,3-二羰基化合物是最重要的双羰基化合物，重点讨 论。
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1. 制备方法
（1）邻二羰基化合物制备
①α-羟基酮氧化
用非常温和的氧化剂如醋酸铜氧化邻羟基酮。
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OH Cu(OOCCH3)2 O CH3COOH, 115℃
O
O 88%
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39
R2R2 R3R3
R11 CC CC RR44 HHIOIO4 4 R1R1C C C CR4 R4
OOHH OOHH
OO O O
O OI IOHOH OO
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R2
C R1
R3 O+ O C +
R4
HIO3
反式邻二醇采用什么试剂(⊙o⊙)？
OH
Pb(OAc)4
OO
OH
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CH3CH2OH
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O CH3 C OEt
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② 乙酰乙酸乙酯的酮式分解
O
O
（稀）OH
CH3 C CH2 C OEt
O
O
CH3 C CH2 C OEt
OH
O
O
O
H
CH3 C CH2 C O
△
CH3 C CH3
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③ 乙酰乙酸乙酯的酸式分解
O
O
（浓）OH
CH3 C CH2 C OEt
该化合物是酮式或烯醇式？
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（2）烷基化和酰基化反 应① 烷基化反应
O
O
CH3
C
CH2
C
OEt
C2H5ONa C2H5OH
O Na O CH3 C CH C OEt
Na O
O
CH3 C CH C OEt
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O Na O
CH3 I
CH3 C CH C OEt
－H2O
CH3 CC
O
CH3
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基团迁移趋势的顺序是：苯基>烷基。 氢原子的迁移能力表现得不十分规则， 一般地迁移能力小于烷基。
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CH3 H CC
CH3
H+
OH OH
CH3 H C C CH3 +
OH
－H+
HH CC OH OH HH CC
+ OH
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R CO R CH OH
O
OMe Na / 二甲苯 H3O+
CO
H2C n OMe
H2C n
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CH OH
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O
（2）二硫醇缩醛法制备α-羟基醛或α-羟基酮。
二硫缩醛中缩醛质子酸性较强，在强碱 作用下（如正丁基锂）容易形成碳负离子， 然后再与醛或酮加成，所得产物在乙腈溶 液中用HgCl2催化水解得到α-羟基醛或 α-羟基酮。
34
2. 化学性质
（1）脱水反应 α-羟基醛或酮在酸性条件下脱水能力小于醇。
β-羟基醛或酮在酸性或碱性条件下脱 水能力都远大于醇。
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（2）氧化反应
α-羟基酮类似于邻二醇可被高碘酸氧化。 两个氧原子相连的碳—碳键容易断裂得到 两个羰基化合物。
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三、二羰基化合物
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OCH3 OCH3
OCH3
C6H5 C OH
H+ C C6H5 OH
O C6H5 C
C C6H5
OCH3
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C6H5
Br Br
C
C
OH OH
H+ C6H5
Br
C6H5
O
CC
Br
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C6H5
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除了邻二醇外，β-卤代醇、邻氨基醇有类似的反应的。
O
O
CH3 C CH2 C OEt
OH
OH
O
O
CH3 C OH + CH2 C OH + OEt
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H2O O
CH3 C OH + EtOH
60
④ 乙酰乙酸乙酯在合成中的应用
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O
+ HCOOC2H5
C2H5ONa H3O+ C2H5OH
OH O CH
OO CH
O OH CH
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② Perkin 缩合反应
芳香醛与酸酐在碱（通常是与酸酐相应 的羧酸盐）的催化下进行亲核加成，然后
失去一分子羧酸，得到β-芳基-α,β-不
饱和酸。
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O
H2 / Pd O
H OH
1. LiAlH4 2. H2O
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3
由于两官能团的相互影响，许多情况下表现出单官能团化 合物所没有的化学性质。
O LiCu(CH3)2 H2O
O CH3
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一、邻二醇化合物
• 邻二醇（片呐醇）可以由相应的烯烃氧化、酮的还原二聚 制备。
74%
CH2CH2CH2NH2 O
呋喃丙胺（治血吸虫病）
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香豆素是一个重要的香料。它也是利用水 杨醛和乙酸酐在乙酸钠的作用下，一步就得 到香豆素，它是香豆酸的内酯。
CHO OH
(CH3CO)2O CH3COONa
OO
香豆素
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要注意这个内酯是由顺型香豆酸得到的，反 型不能产生内酯，因此环内酯的形成可能是促
② SeO2直接氧化酮得到1,2-二酮或1,2-二酮醛
C6H5 COCH3 + SeO2
H2O / 二氧六环 100℃
C6H5 COCHO 70%
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（2）1,3-二羰基化合物制备
① 利用各种缩合反应
酯缩合得β-酮酸酯 酮和酯的混合缩合得到β-二酮或β-
酮醛。
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（3）乙酰乙酸乙酯的酮式分解和酸式分 解
① 乙酰乙酸乙酯的酯缩合的逆反应
O
O
CH3CH2ONa
CH3 C CH2 C OEt
O
O
CH3 C CH2 C OEt OCH2CH3
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O
O
CH3 C CH2 C OEt OCH2CH3
O
O
CH3 C OCH2CH3 + CH2 C OEt
• 两个羟基处于相邻的碳上，表现出了一些有趣的化学特性， 如片呐醇重排反应。
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1. 片呐醇重排反应 （Pinacol
Rearrangement）
邻二醇（片呐醇）在酸性条件下发生碳胳重排生成片呐酮
（Pinacolone）的反应。
CH3
CH3 C OH
CH3 C CH3 OH
H2SO4
OO ArCHO + RCH2C O CCH2R
RCH2COO-
H
R
CC
Ar
COOH
例如：
C6H5CHO + (CH3CO)2O 无水CH3COONa 175℃
C6H5CH CHCOOH
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CHO + (CH3CO)2O 无水CH3COONa
O
150℃ , 7h
CH CHCOOH O