第15章 碳负离子 缩合反应
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
+
-CO2
产物
第（3）题解答：
O O O H3C C CH2 C OC2H5
O
（ 麦克尔反应） CH2=CHCOCH3 +
O
O
COOC2H5
O O (1) C2H5ONa (2) CH3CHCH3 Br O O
H3C C CH2 C OC2H5
H3C C CH C OC2H5 CH(CH3)2
C2H5ONa CH2=CHCOCH3
(2) NH4Cl O O H C C CH2 C CH3 COR
例题: 如何实现下列转换
CH3 O CH3 O
引入醛基 的目的是 帮助定向。
n-C4H9
CH3
O
C2H5ONa HCOOC2H5
Biblioteka BaiduCH3
O
CHO
O O NaH H3C C CH2 C OEt -H2
O H3C C CHCOOC2H5
O H3C C CHCOOC2H5
β-二酮
CH3COCH2COR RCOCH2COOH RCOCH3 取代甲基酮
RCO-X
O O H H3 C C C C OEt COR
H3C
O C CH2
O C OC2H5
H3C NaH
第十五章 碳负离子缩合反应
15.1 氢碳酸的概念和α-氢的酸性
烃可以看作是一个氢碳酸。
CH3CH3 pKa 50 CH2=CH2 38 HC CH 25 O CH3CCH3 20
15.1.1 α-氢的酸性
一些常见基团的吸电子能力强弱次序如下：
NO2 ＞ ＞ C CH ＞ C O＞ C6H5 SO2 ＞ ＞ COOR ＞ HC CH2 ＞ R CN
COOC2H5 CH3COCH2CH2 C CH(CH3)2 COCH3
(1)OH /H2O (2)脱水、 脱羧
产物
3、1, 3-二羰基化合物的γ−烷基化和γ-酰基化
—— 1, 3-二羰基化合物在二分子强碱（如KNH2，NaNH2，
RLi等）作用下，可以形成双负离子，再与一分子卤代烃或酯 反应，可在γ-位进行烷基化或酰基化反应，反应具有区域选
(1) C2H5ONa (2) H3O
O HC CH2COOC2H5
(1) C2H5ONa (2) H3O
C6H5CH(COOC2H5)2
15.7.3 分子内的酯缩合反应
狄克曼（Dieckmann）反应：
己二酸酯或庚二酸酯发生分子内酯缩合反应，形成五元或六 元环β酮酸酯：
COOC2H5 COOC2H5 (1) C2H5ONa (2) H3O O COOC2H5
O COOC2H5 (1)OH /H2O C2H5 (2)H /
+
O -CO2 C2H5
练习题：由乙酰乙酸乙酯合成下列化合物
(1) O O O (2) C CH3 CCH2CH2CCH3
O
(3)
第（1）题：
O O C2H5ONa COCH2Br H3C C CH2 C OC2H5 (1)OH /H2O (2)H /
(1)OH /H2O (2)H /
O H3C C CH2 C4H9-n
+
-CO2
用2mol的乙酰乙酸乙酯与1mol的二卤代烃反应可制备二酮：
O O 2 H3C C CH2 C OC2H5 (2)ClCH Cl H3C C CH CH2 HC C CH3 2 COOC2H5 COOC2H5 (1)2C2H5ONa O O
+
H
O H2C C OEt
H 2O
2CH3COOH
+ C2H5OH
β-羰基酯均能发生与乙酸乙酰乙酯类似的成酮或成酸分解反
应。例如：
(CH3)3CCOCH2COOC2H5 (1) OH(2) H
+
(CH3)3CCOCH3 + C2H5OH + CO2
(1) con. OH(2) H
+
(CH3)3CCOOH + CH2COOH
择性。
1NaNH2 O O 2NaNH2 CH3C CH2 C OEt NH3(l) O O H3C C CH- C OEt more stable O O H2C C CH- C OEt (1) R-X (2) NH4Cl RCH2COCH2COOEt (1) RCOOEt O O H2C C CH2 C OEt OH2 C C C H OC OEt
+
-CO2
产物
第（2）题解答：
O H3C C
O H3C C COOC2H5 Br
O O (1)C2H5ONa (2) Br Br O O
H3C C CH2 C OC2H5
H3C C CH C OC2H5 CH2CH2CH2CH2Br
O C2H5ONa O H3C C C (CH2)3CH2Br COOC2H5 H3C C COOC2H5 (1)OH /H O 2 (2)H /
15.8.4 β-二羰基化合物的烃基化、酰基化反应
“三乙”在合成上的应用
O O H3C C CH2 C OC2H5 C2H5ONa O O R-X O O H3C C CH C OC2H5 H H3C C C C OC2H5 R
(1)OH /H2O (2)H /
+
O R CH2 C
O R O H3C C C C OC2H5 R
(3) O CH3 C OC2H5 CH2COOC2H5 O CH3 C CH2COOC2H5 + C2H5O O CH3 C CH2COOC2H5 + C2H5O O CH3 C CHCOOC2H5 + C2H5OH H+ O CH3 C CH2COOC2H5
(4)
A. 若一个酯α碳上只有一个H，一方面由于增加了烃基的给 电子的诱导效应，酸性减弱了，在乙醇钠的作用下碳负 离子很难形成；另一方面由于生成的β酮酸酯中没有α-H， 不能成盐，即缺乏使平衡向右移动的推动力。所以，只 有一个α-H的酯在乙醇钠的作用下很难发生酯缩合反应。 B. 此时若采用一个很强的碱, 如三苯甲基钠，使第（1）步 平衡向右移动，产生大量的碳负离子，酯缩合反应也能 完成。
1) 稀OH2) H+,∆
O H H3C C C COOEt R
1) EtONa 2) R'X 3) H2O
1) 稀OH2) H+,∆
O H3C C CH2 R
O O H3C C CH2 C R
O R H3C C C R'
O C OEt
1) 浓OH2) H+,∆
1) 稀OH2) H+,∆
R CH COOH R'
缩合反应
15.3 缩合反应简述
将分子间或分子内不相连的两个碳原子连接起来的反应通 称为缩合反应 无机酸、碱、盐或醇钠、醇钾是常用的缩合剂; 缩合往往需要经过加成、消除、取代等过程。
15.7 酯缩合反应
15.7.1 Claisen酯缩合反应
酯中的α氢显弱酸性，在醇钠作用下可与另一分子酯发生类 似于羟醛缩合的反应，结果一分子酯的α氢被另一分子酯的 酰基取代，生成β酮酸酯，称为酯缩合反应或克莱森缩合反 应（Claisen condensation）。
烷 基 化 反 应 产 物
15.9 β-二羰基化合物在有机合成中的应用
乙酰乙酸乙酯
酮式分解：乙酰乙酸乙酯在稀碱中水解生成乙酰乙酸盐，
酸化后加热脱羧生成丙酮。
:O : O O O .. 稀 OH : H3C C CH2 C O H3C C CH2 C OEt . . H2O O ∆ H2 O H H3C C CH2
-CO2
O H3C C CH2
H O O O OH ∆ 互变异构 H3C C CH2 C O -CO H3C C CH2 H3C C CH3 2
酸式分解：乙酰乙酸乙酯在浓碱中共热，最后生成两分子
的乙酸，叫酸式分解。
浓 OH
O O H3C C CH2 C OEt O H3C C OH
D
O O H3C C CH2 C OEt OH O O H3C C O + H3C C OEt
(2) NH4Cl
RCOCH2COCH2COOEt
不对称1, 3-二羰基化合物有两个 γ -位，则反应在酸性较强的γ 位进行。
O O 2NaNH2 H2C C CH2 C CH3 NH3(l) O O HC C CH- C CH3 more stable (1) R-X (2) NH4Cl O O H C C CH2 C CH3 R (1) RCOOEt O O H2C C CH- C CH2- + less stable OC C C H H OC CH3
－ H2
O H C C O C
O C OC2H5 O C OC2H5
Na
H3C CH3COX O H C C COCH3 CH3COOC2H5 O C OC2H5
H C
CH3COOCOCH3
H3C
产 化 酰基 反应 物
• 在合成中常利用乙酰乙酸乙酯的酮式分解制备甲基酮：
O O H H3C C C C OC2H5 H3C C CH2 C OC2H5 (2)n-C4H9Br C4H9-n (1)C2H5ONa O O
COOC2H5 COOC2H5
(1) C2H5ONa (2) H3O
O COOC2H5
丁二酸酯或戊二酸酯发生分子间的酯缩合或与草 酸酯缩合，生成相应的环酮酸酯。
COOC2H5 + O OC2H5 C2H5O O (1) C2H5ONa (2) H3O O COOC2H5 COOC2H5 O
COOC2H5
(1)OH /H2O (2)H+/
O
O
-CO2 H3C C CH2 CH2 H2C C CH3
“乙酰乙酸乙酯的合成应用”
O O C2H5ONa H3C C CH2 C OEt
1) NaOH 2) RCOX 3) H2O
O O H3C C CH2 C OEt
1) RX 2) H2O
O O H3C C CH C OEt COR
-CO2
CH3
(1)OH /H2O (2)H /
+
R O R CH C CH3
C2H5ONa R-X
-CO2
• α-烃基化反应时宜采用伯卤代烃。因叔卤烃在碱性条件下 易发生消除反应，仲卤烃也因伴随有消除反应而产率低， 芳卤代烃则由于很不活泼而难反应。
酰化反应中一般选用NaH代替醇钠作为碱，以避免反应中的 醇与酰卤反应。
COOC2H5 + COOC2H5
COOC2H5 COOC2H5 COOC2H5 (1) C2H5ONa O O (2) H O
3
COOC2H5
15.7.4 酮与酯的缩合反应
当用酮与酯或酮酸酯本身进行缩合时，主要产物是β-二酮。
C6H5COOC2H5 + CH3COC6H5 (1) C2H5ONa (2) H3O C6H5COCH2COC6H5 + C2H5OH
2 CH3COOC2H5 (1) C2H5ONa (2) H3O CH3COCH2COOC2H5 + C2H5OH
乙酰乙酸乙酯
OH O CH3-C = CH-C-OC2H5 (7.5%)
O
O
CH3-C-CH2-C-OC2H5
同时具有酮和烯醇的性质
反应机理：
(1) C2H5O + H O (2) CH3 C OC2H5 + CH2COOC2H5 CH2COOC2H5 CH2COOC2H5 + C2H5OH O CH3 C OC2H5 CH2COOC2H5
15.7.2 混合酯缩合反应
当采用不同的具有α-H的酯进行缩合时，可能有四种产物， 在合成上无意义。
CH3CH2COOC2H5 + CH3COOC2H5
四种产物
但若用含α氢的酯与无α氢且羰基比较活泼的酯进行酯缩 合时，可得到单一产物。如：
O HCOC2H5 + CH3COOC2H5
O H5C2OCOC2H5 + C6H5CH2COOC2H5
O COOC2H5
(1) C2H5ONa (2) H3O
O
O
• 酯缩合反应是形成C-C键的重要反应，它可以合成β酮酸 酯、1，3-二酮、1，3-二酯等，而这些化合物在有机合成 上的应用及其广泛。
15.8 碳负离子的烃基化、酰基化反应
15.8.1 酯的烃基化、酰基化反应
O H3C C OCH3 RX SN2 CH3COOC2H5 CH3COX CH3COOCOCH3 碱 O H2C C OCH3 O R CH2 O H3C H3C H3C C CH2 O C CH2 O C CH2 C OC2H5 O C OC2H5 O C OC2H5 O C OC2H5 应 酰 基 化 反 产 物 O H2C C OCH3
R CH2COOH
1) 浓 OH2) H+,∆
O R H3C C CH R'
由酯缩合反应生成的其他β-酮酸酯经水解和脱羧后，生 成各种结构的酮及环酮等，在合成上也有广泛的用途。
CH2CH2COOC2H5 (1)C H ONa 2 5 CH2CH2COOC2H5 (2)H+ O COOC2H5 C2H5ONa C2H5Br
-CO2
产物
第（3）题解答：
O O O H3C C CH2 C OC2H5
O
（ 麦克尔反应） CH2=CHCOCH3 +
O
O
COOC2H5
O O (1) C2H5ONa (2) CH3CHCH3 Br O O
H3C C CH2 C OC2H5
H3C C CH C OC2H5 CH(CH3)2
C2H5ONa CH2=CHCOCH3
(2) NH4Cl O O H C C CH2 C CH3 COR
例题: 如何实现下列转换
CH3 O CH3 O
引入醛基 的目的是 帮助定向。
n-C4H9
CH3
O
C2H5ONa HCOOC2H5
Biblioteka BaiduCH3
O
CHO
O O NaH H3C C CH2 C OEt -H2
O H3C C CHCOOC2H5
O H3C C CHCOOC2H5
β-二酮
CH3COCH2COR RCOCH2COOH RCOCH3 取代甲基酮
RCO-X
O O H H3 C C C C OEt COR
H3C
O C CH2
O C OC2H5
H3C NaH
第十五章 碳负离子缩合反应
15.1 氢碳酸的概念和α-氢的酸性
烃可以看作是一个氢碳酸。
CH3CH3 pKa 50 CH2=CH2 38 HC CH 25 O CH3CCH3 20
15.1.1 α-氢的酸性
一些常见基团的吸电子能力强弱次序如下：
NO2 ＞ ＞ C CH ＞ C O＞ C6H5 SO2 ＞ ＞ COOR ＞ HC CH2 ＞ R CN
COOC2H5 CH3COCH2CH2 C CH(CH3)2 COCH3
(1)OH /H2O (2)脱水、 脱羧
产物
3、1, 3-二羰基化合物的γ−烷基化和γ-酰基化
—— 1, 3-二羰基化合物在二分子强碱（如KNH2，NaNH2，
RLi等）作用下，可以形成双负离子，再与一分子卤代烃或酯 反应，可在γ-位进行烷基化或酰基化反应，反应具有区域选
(1) C2H5ONa (2) H3O
O HC CH2COOC2H5
(1) C2H5ONa (2) H3O
C6H5CH(COOC2H5)2
15.7.3 分子内的酯缩合反应
狄克曼（Dieckmann）反应：
己二酸酯或庚二酸酯发生分子内酯缩合反应，形成五元或六 元环β酮酸酯：
COOC2H5 COOC2H5 (1) C2H5ONa (2) H3O O COOC2H5
O COOC2H5 (1)OH /H2O C2H5 (2)H /
+
O -CO2 C2H5
练习题：由乙酰乙酸乙酯合成下列化合物
(1) O O O (2) C CH3 CCH2CH2CCH3
O
(3)
第（1）题：
O O C2H5ONa COCH2Br H3C C CH2 C OC2H5 (1)OH /H2O (2)H /
(1)OH /H2O (2)H /
O H3C C CH2 C4H9-n
+
-CO2
用2mol的乙酰乙酸乙酯与1mol的二卤代烃反应可制备二酮：
O O 2 H3C C CH2 C OC2H5 (2)ClCH Cl H3C C CH CH2 HC C CH3 2 COOC2H5 COOC2H5 (1)2C2H5ONa O O
+
H
O H2C C OEt
H 2O
2CH3COOH
+ C2H5OH
β-羰基酯均能发生与乙酸乙酰乙酯类似的成酮或成酸分解反
应。例如：
(CH3)3CCOCH2COOC2H5 (1) OH(2) H
+
(CH3)3CCOCH3 + C2H5OH + CO2
(1) con. OH(2) H
+
(CH3)3CCOOH + CH2COOH
择性。
1NaNH2 O O 2NaNH2 CH3C CH2 C OEt NH3(l) O O H3C C CH- C OEt more stable O O H2C C CH- C OEt (1) R-X (2) NH4Cl RCH2COCH2COOEt (1) RCOOEt O O H2C C CH2 C OEt OH2 C C C H OC OEt
+
-CO2
产物
第（2）题解答：
O H3C C
O H3C C COOC2H5 Br
O O (1)C2H5ONa (2) Br Br O O
H3C C CH2 C OC2H5
H3C C CH C OC2H5 CH2CH2CH2CH2Br
O C2H5ONa O H3C C C (CH2)3CH2Br COOC2H5 H3C C COOC2H5 (1)OH /H O 2 (2)H /
15.8.4 β-二羰基化合物的烃基化、酰基化反应
“三乙”在合成上的应用
O O H3C C CH2 C OC2H5 C2H5ONa O O R-X O O H3C C CH C OC2H5 H H3C C C C OC2H5 R
(1)OH /H2O (2)H /
+
O R CH2 C
O R O H3C C C C OC2H5 R
(3) O CH3 C OC2H5 CH2COOC2H5 O CH3 C CH2COOC2H5 + C2H5O O CH3 C CH2COOC2H5 + C2H5O O CH3 C CHCOOC2H5 + C2H5OH H+ O CH3 C CH2COOC2H5
(4)
A. 若一个酯α碳上只有一个H，一方面由于增加了烃基的给 电子的诱导效应，酸性减弱了，在乙醇钠的作用下碳负 离子很难形成；另一方面由于生成的β酮酸酯中没有α-H， 不能成盐，即缺乏使平衡向右移动的推动力。所以，只 有一个α-H的酯在乙醇钠的作用下很难发生酯缩合反应。 B. 此时若采用一个很强的碱, 如三苯甲基钠，使第（1）步 平衡向右移动，产生大量的碳负离子，酯缩合反应也能 完成。
1) 稀OH2) H+,∆
O H H3C C C COOEt R
1) EtONa 2) R'X 3) H2O
1) 稀OH2) H+,∆
O H3C C CH2 R
O O H3C C CH2 C R
O R H3C C C R'
O C OEt
1) 浓OH2) H+,∆
1) 稀OH2) H+,∆
R CH COOH R'
缩合反应
15.3 缩合反应简述
将分子间或分子内不相连的两个碳原子连接起来的反应通 称为缩合反应 无机酸、碱、盐或醇钠、醇钾是常用的缩合剂; 缩合往往需要经过加成、消除、取代等过程。
15.7 酯缩合反应
15.7.1 Claisen酯缩合反应
酯中的α氢显弱酸性，在醇钠作用下可与另一分子酯发生类 似于羟醛缩合的反应，结果一分子酯的α氢被另一分子酯的 酰基取代，生成β酮酸酯，称为酯缩合反应或克莱森缩合反 应（Claisen condensation）。
烷 基 化 反 应 产 物
15.9 β-二羰基化合物在有机合成中的应用
乙酰乙酸乙酯
酮式分解：乙酰乙酸乙酯在稀碱中水解生成乙酰乙酸盐，
酸化后加热脱羧生成丙酮。
:O : O O O .. 稀 OH : H3C C CH2 C O H3C C CH2 C OEt . . H2O O ∆ H2 O H H3C C CH2
-CO2
O H3C C CH2
H O O O OH ∆ 互变异构 H3C C CH2 C O -CO H3C C CH2 H3C C CH3 2
酸式分解：乙酰乙酸乙酯在浓碱中共热，最后生成两分子
的乙酸，叫酸式分解。
浓 OH
O O H3C C CH2 C OEt O H3C C OH
D
O O H3C C CH2 C OEt OH O O H3C C O + H3C C OEt
(2) NH4Cl
RCOCH2COCH2COOEt
不对称1, 3-二羰基化合物有两个 γ -位，则反应在酸性较强的γ 位进行。
O O 2NaNH2 H2C C CH2 C CH3 NH3(l) O O HC C CH- C CH3 more stable (1) R-X (2) NH4Cl O O H C C CH2 C CH3 R (1) RCOOEt O O H2C C CH- C CH2- + less stable OC C C H H OC CH3
－ H2
O H C C O C
O C OC2H5 O C OC2H5
Na
H3C CH3COX O H C C COCH3 CH3COOC2H5 O C OC2H5
H C
CH3COOCOCH3
H3C
产 化 酰基 反应 物
• 在合成中常利用乙酰乙酸乙酯的酮式分解制备甲基酮：
O O H H3C C C C OC2H5 H3C C CH2 C OC2H5 (2)n-C4H9Br C4H9-n (1)C2H5ONa O O
COOC2H5 COOC2H5
(1) C2H5ONa (2) H3O
O COOC2H5
丁二酸酯或戊二酸酯发生分子间的酯缩合或与草 酸酯缩合，生成相应的环酮酸酯。
COOC2H5 + O OC2H5 C2H5O O (1) C2H5ONa (2) H3O O COOC2H5 COOC2H5 O
COOC2H5
(1)OH /H2O (2)H+/
O
O
-CO2 H3C C CH2 CH2 H2C C CH3
“乙酰乙酸乙酯的合成应用”
O O C2H5ONa H3C C CH2 C OEt
1) NaOH 2) RCOX 3) H2O
O O H3C C CH2 C OEt
1) RX 2) H2O
O O H3C C CH C OEt COR
-CO2
CH3
(1)OH /H2O (2)H /
+
R O R CH C CH3
C2H5ONa R-X
-CO2
• α-烃基化反应时宜采用伯卤代烃。因叔卤烃在碱性条件下 易发生消除反应，仲卤烃也因伴随有消除反应而产率低， 芳卤代烃则由于很不活泼而难反应。
酰化反应中一般选用NaH代替醇钠作为碱，以避免反应中的 醇与酰卤反应。
COOC2H5 + COOC2H5
COOC2H5 COOC2H5 COOC2H5 (1) C2H5ONa O O (2) H O
3
COOC2H5
15.7.4 酮与酯的缩合反应
当用酮与酯或酮酸酯本身进行缩合时，主要产物是β-二酮。
C6H5COOC2H5 + CH3COC6H5 (1) C2H5ONa (2) H3O C6H5COCH2COC6H5 + C2H5OH
2 CH3COOC2H5 (1) C2H5ONa (2) H3O CH3COCH2COOC2H5 + C2H5OH
乙酰乙酸乙酯
OH O CH3-C = CH-C-OC2H5 (7.5%)
O
O
CH3-C-CH2-C-OC2H5
同时具有酮和烯醇的性质
反应机理：
(1) C2H5O + H O (2) CH3 C OC2H5 + CH2COOC2H5 CH2COOC2H5 CH2COOC2H5 + C2H5OH O CH3 C OC2H5 CH2COOC2H5
15.7.2 混合酯缩合反应
当采用不同的具有α-H的酯进行缩合时，可能有四种产物， 在合成上无意义。
CH3CH2COOC2H5 + CH3COOC2H5
四种产物
但若用含α氢的酯与无α氢且羰基比较活泼的酯进行酯缩 合时，可得到单一产物。如：
O HCOC2H5 + CH3COOC2H5
O H5C2OCOC2H5 + C6H5CH2COOC2H5
O COOC2H5
(1) C2H5ONa (2) H3O
O
O
• 酯缩合反应是形成C-C键的重要反应，它可以合成β酮酸 酯、1，3-二酮、1，3-二酯等，而这些化合物在有机合成 上的应用及其广泛。
15.8 碳负离子的烃基化、酰基化反应
15.8.1 酯的烃基化、酰基化反应
O H3C C OCH3 RX SN2 CH3COOC2H5 CH3COX CH3COOCOCH3 碱 O H2C C OCH3 O R CH2 O H3C H3C H3C C CH2 O C CH2 O C CH2 C OC2H5 O C OC2H5 O C OC2H5 O C OC2H5 应 酰 基 化 反 产 物 O H2C C OCH3
R CH2COOH
1) 浓 OH2) H+,∆
O R H3C C CH R'
由酯缩合反应生成的其他β-酮酸酯经水解和脱羧后，生 成各种结构的酮及环酮等，在合成上也有广泛的用途。
CH2CH2COOC2H5 (1)C H ONa 2 5 CH2CH2COOC2H5 (2)H+ O COOC2H5 C2H5ONa C2H5Br