第14章_β-二羰基化合物和有机_[1]...

O + 环庚酮 O 1. NaH H5C2OCOC 2H 5 2. H3O+ 碳酸二乙酯 O O COC2H5
2- 氧代环庚烷甲酸乙酯
4. 酮与酯的缩合反应
• 酮也能发生分子内酰化形成环状五元或六元二酮
O O 1. NaOC 2H 5 CH 3CH 2CCH 2CH 2COC 2H 5 2. H3O+ 4- 氧代己酸乙酯
3. 迈克尔加成反应
活泼氢化合物在催化量碱（常用醇钠，季铵碱及 苛性碱等）作用下与α, β-不饱和化合物发生1, 4-加成的反应称为Michael加成反应。
催化量 C2H5ONa + CH2=CHCCH3 C2H5OH O O (H5C2O2C) 2CH CH2CH2CCH3
CH2(CO2C2H5)2
O C O C2H5
丙二酸二乙酯
•
由于其亚甲基对于两个羰基都是α位置 ，在两个羰基的共同影响下，这个碳上的 α氢原子显得特别活泼，因此β-二羰基化 合物也常叫做含有活泼亚甲基的化合物。
14.1 β-二羰基化合物
14.1.1 β-二羰基化合物的合成
1 .Claisen酯缩合 • 酯的烯醇负离子和酯羰基发生加成-消除反应，得 到β-酮酸酯的反应——克莱森(酯)缩合反应。

β-二羰基化合物的双烯醇负离子
在强碱如NaNH2、有机锂等作用下，β-二羰基化合物可被转 化为双负离子，与1 mol卤代烃反应时，碱性更强的端基碳负离 子而不是碱性较弱的中间碳负离子优先发生γ-烃基化。
O O RX H2C C C C CH3 H O O R CH2C CH2C CH3
CH3COCH2COCH3
+ NaX
Na O CH C OC2H5 + C2H5OH
乙酰乙酸酯钠
一烃基乙酰乙酸酯
1 .乙酰乙酸乙酯在有机合成中的应用
2）乙酰乙酸乙酯α碳原子的烃基化反应 • 一烃基乙酰乙酸乙酯分子中还含有一个α-H，能再 和醇钠、卤烃作用生成二烃基取代物。
O CH3C CH R O C OC2H5 + C2H5ONa O CH3 C R’ X O CH3 C R’ C R Na O C R O C OC2H5
克莱森（酯）缩合反应的总结果是一个碳负离子的
酰基化，生成了一个β-二羰基化合物，因此这是个 合成β-二羰基化合物的方法。
2 .交叉Claisen酯缩合

交叉Claisen酯缩合反应是指两种不同的酯间的缩 合反应。
像交叉的羟醛缩合一样，常常是非选择性，得到混合物。 当反应物之一不含α-H时,则选择性的混合Claisen酯缩合反 应可能。

B +
O H O C C C
O O C C C
O O C C C
β-二羰基化合物的烯醇负离子的稳定性
烯醇式一般很不稳定，但β-二羰基化合物的烯醇式结构却具
有一定的稳定性。
O CH3 C O CH3 C CH CH O C O C CH3 CH3 CH3 O C CH O C CH3
• 上式所示的酮式结构，其负电荷实际扩展为两个羰基间 的离域，这种离域作用比单羰基的离域作用要强得多。
O CC2H5 + O CH3CH2COC2H5 1. C2H5ONa, C2H5OH 2. H+ / H2O O O CCHCOC2H5 CH3 2-甲基-3-氧代-3-苯基丙酸乙酯
3. 分子内Claisen酯缩合—Dieckmann反应
• 分子内二羰基化合物的Claisen酯缩合反应生成五元或六元 的环状3-酮酸酯，称为Dieckmann缩合反应，也称 Dieckmann闭环反应
O O 1. NaOC2H5 CH3CH 2OCCH 2CH2CH2CH 2COC 2H5 2. H 3O+ 己二酸二乙酯
O
O COC2H5
2-氧代环戊烷甲酸乙酯
Dieckmann反应机理
O O H 5 C2 OC(CH2 )3 CH 2COC 2 H5 O C OC2 H5 CHCOC 2 H5 O
OC2 H5
O O H 5C 2 OC(CH 2 )3 CHCOC2 H5
O
OC 2H 5 CHCOC 2H 5 O
O - OC 2H 5
O COC 2H 5
4. 酮与酯的缩合反应
• 由于酮的α-H比酯的α-H酸性强，当酮与非烯醇化的酯（没 有α-H的酯）反应时，酯作为酰化试剂使酮转变为β-二羰基 化合物。
14.1.3 β-二羰基化合物的反应 1 .烃基化反应
β-二羰基化合物的烃基化反应可在醇溶液中， 以醇钠为碱进行。反应为SN2机理，合成上用来增 长碳链。
RZ
+
X R'ONa H2C Y
X R CH Y
(X,Y=NO2, R"CO, R"OCO, CN等)

常用的烃基化试剂
以卤代烃最为普遍。磺酸酯、硫酸酯也可作为烃基化试剂。
酮，叫做酮式分解。
O CH3 C O CH2 C O C2H5
5%NaOH
酮式分解
O CH3 C CH3
+ CO2 + C2H5OH
在浓碱（40％NaOH）加热，α和β的C-C键断裂而生成两分
子乙酸，叫做酸式分解。
O CH3 C O CH2 C O C2H5
40%NaOH
酸式分解
O 2CH3 C OH + C 2H5OH
CH 3 O O
2-甲基-1,3-环戊二酮
练习14.2
14.1.2 β-二羰基化合物活泼氢的酸性
• β-二羰基化合物的两个羰基之间的α-氢原子的 酸性，由于其相应阴离子的共振稳定化而大大增 强。 pKa在9～13之间。 在碱的作用下，活性亚甲基上的质子具有酸性，易 脱去形成二羰基碳负离子或烯醇负离子，存在着酮 式和烯醇式的互变异构。
O CH(CO2C2H5)2 CH3C CH CH2
C2H5OH
O CH3CCH2CH2CH(CO2C2H5)2 + OC2H5
4. 鲁滨逊环合反应
迈克尔加成产物可进一步发生分子内羟醛缩合 或克莱森缩合反应，常用于合成环状化合物。 称为鲁宾逊（Robinson）环合反应。
+ O O
EtONa O
+ NaX
C
OC2H5 + C2H5OH
二烃基乙酰乙酸酯
α-烃基乙酰乙酸乙酯的应用
①进行酸式或酮式分解可制取甲基酮、烷基取代乙酸。
酸式 酮式
5％NaOH
CH3 CO CH2R
+ CO2 + C2H5OH
CH3CO
CH CO2C2H5 R
第14章 β-二羰基化合物
和有机合成
14.1 β-二羰基化合物 14.1.1 β-二羰基化合物的合成 14.1.2 β-二羰基化合物活泼氢的酸性 14.1.3 β-二羰基化合物的反应 14.1.4 典型β-二羰基化合物在有机合成中的应用 14.1.5 酰基负离子 14.2 有机合成路线设计 14.2.1 逆合成分析 14.2.2 碳骼的形成 14.2.3 官能团的转化 14.2.4 官能团的保护 14.2.5 立体构型的控制 14.2.6 工业合成
成 取代产物β-丁酮酸酯。
O
CH3 C
O CH2 C OC2H5
O CH3 C
O CH2 C OC2H5 + C2H5OH
OC2H5
乙酰乙酸乙酯
——乙酸乙酯碳负离子对另一酯分子羰基的亲核加成 －消除的结果。
注意：
由于β-丁酮酸酯中亚甲基上的氢原子酸性较强，在
乙醇钠中，实际得到的是β-丁酮酸酯的钠盐，故须用 乙酸酸化后才能得到游离的β-丁酮酸酯。
1 .乙酰乙酸乙酯在有机合成中的应用
2）乙酰乙酸乙酯α碳原子的烃基化反应 具有活泼的亚甲基，与醇钠等作用转变为碳负离子 （即乙酰乙酸乙酯的钠盐形式）再与卤烃亲核取代。
O O CH3C CH2 C OC2H5 + C2H5ONa O CH3 C RX O CH3 C O CH C R OC2H5
不含α-H的酯如草酸二乙酯、甲酸酯、碳酸二乙酯 苯甲酸酯等在酰化反应中可分别引入-COCO2C2H5, -CHO, -COOC2H5, -COPh基团。
2. 酰基化反应
使用草酸酯得到的产物既是β-酮酯，又是α-酮 酯。由于α-酮酯在加热时可脱去羰基，为合成取 代丙二酸酯及相关化合物提供一条方便的途径。
H2C CH CN + CH2(COOC2H5)2
EtONa
CH2CH2CN CH(COOC2H5)2
α, β-不饱和化合物为α, β-不饱和羰基化合物 及α, β-不饱和腈等。
迈克尔加成反应机理
O CH3C CH=CH2 +
CH(CO 2C2H5)2
O CH3C CH CH2 CH(CO2C2H5) 2
概
述
• 分子中含有两个羰基官能团的化合物，统称为 二羰基化合物。其中两个羰基为一个亚甲基相 间隔的化合物，叫做β-二羰基化合物。
O CH3 C CH2 O C CH3 CH3 O C CH2 O C O C2H5
乙酰丙酮 （2,4-戊二酮）
乙酰乙酸乙酯 （β－丁酮酸酯）
O C2H5 O C C H2
O H3C C OEt + H3C O C OEt
(1) C2H5ONa
(2) CH3COOH
O C CH2
O C OEt + C2H5OH
H3C
凡有α－H的酯，在乙醇钠或其他碱性催化剂（如 氨基钠）存在下，都能进行克莱森（酯）缩合反应。
反应历程
首先，由乙醇钠的负离子与乙酸乙酯的α氢原子作用，夺 取酯分子中一个α氢原子，生成碳负离子。
O
O OEt
EtONa
O
O
2EtONa
2CH3I
O
O
问题14.5 完成下列反应，写出主要产物。
(1) O O 2 KNH 2 CH2CCH 2CCH 3 NH 3(l) 1. CH 3CH2CH2Br 2. NH 4Cl
O O CH2CCH2CCH2 CH2CH2CH3
O (2) H3C
O COC 2H5 2 KNH2 NH3(l)

H C2H5O
O OC2H5
O CH2 C OC2H5 + C2H5OH
-
+
CH2 C
• 然后，所生成的碳负离子再和另一分子乙酸乙酯的羰基发生 亲核加成，形成的带负电的中间体。
O CH3 C
+
O CH2 C OC2H5
O
CH3 C
O CH2 C OC2H5
OC2H5
OC2H5
反应历程
最后，中间产物再消除一个乙氧基负离子（C2H5O-）而生
乙酰乙酸乙酯是无色有水果香味的液体。它实则 是酮式和烯醇式两种结构以动态平衡而同时存在。
CH3 C O
CH2 COOC2H5
CH3 C OH
CH
COOC2H5
酮式（92.5％）
烯醇式（7.5％）
1 .乙酰乙酸乙酯在有机合成中的应用
1）乙酰乙酸乙酯的分解
在稀碱（5％NaOH）或稀酸中加热，可以分解脱羧而生成丙
COOC2H5 C2H5ONa PhCH2CO2C2H5 + COOC2H5 COOC2H5 C CO2C2H5 O 178° C
Ph HC
PhCH(COOC2H5)2
Ph HC
COOC2H 5 C CO 2C 2H 5 O
H 3O+
COOH Ph CH C COOH - CO2 O
PhCH2COCOOH
O O CH3CCH2COC2H5 O O CH3CCHCOC2H5 CH2(CH2)2CH3
+
CH3(CH2)3Br
NaOC2H5
CH2(COOC2H5)2 +
NaOC2H5 Cl CH(CO2C2H5)2
叔卤代烃在碱性条件下易发生消除，不CH2(COOC2H5)2 NaOC2H5 (CH3)3C CH(COOC2H5)2 + (CH3)2C=CH2
1. CH 3I 2. NH 4Cl
O H3C H3C
O COC2H5
O (3) H3C
O COC 2H 5
O
2 KNH 2 NH3(l) 1. CH 3CH 2Br 2. NH 4Cl
H3C H3CH2C
O COC2H5
14.1.4 典型β-二羰基化合物在有机合成中的应用 1 .乙酰乙酸乙酯在有机合成中的应用
①
N H
，苯，回流 O
+ ② H ，-H2O O
问题14.3 1． 写出乙酰乙酸乙酯的酮式和烯醇式互变异构体的 结构式。 2． 为什么乙酰乙酸乙酯的烯醇结构比较稳定？ 3． 如何用化学方法检验这种烯醇？ 问题14.4 以5-氧代己酸酯为原料合成2,2-二甲基-1,3-环己二 酮。
O O OEt O O
2 NaNH2 / NH3(l)
CH3COCH2CHO
+ 2 KNH2
1. PhCH2Cl 2. H3O+
PhCH2 CH2COCH2CHO
2. 酰基化反应
β-二羰基化合物的活性亚甲基在碱作用下能与酰 基化试剂发生酰基化反应。常见的酰化试剂有酯 、酰卤、酸酐。β-二羰基化合物的酰基化反应是 生成1,3-二羰基化合物的重要途径。