第十三章 羧酸衍生物
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第十三章 羧酸衍生物第十三章 羧酸衍生物第十三章 羧酸衍生物第十三章 羧酸衍生物
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第一节 羧酸衍生物的命名、物性和光谱性质
第二节 羧酸衍生物的结构和反应性能
第三节 羧酸及其衍生物的制备
第四节 羧酸衍生物的其它反应
第五节 与酯缩合、酯的烷基化、酰基化相类
似的反应
第六节 β-二羰基化合物的特性及应用
本章提纲本章提纲
第一节 羧酸衍生物的命名、物性和光谱性质
1 酰卤的命名 :在命名时可作为酰基的卤化物,在酰基后加卤素的名称即可。
普通命名法: - 溴丁酰溴 对氯甲酰苯甲酸
IUPAC 命名法: 2- 溴丁酰溴 4- 氯甲酰苯甲酸
常用英文命名
一 羧酸衍生物的命名
CH3CH2CHCBr HOOC
Br O
COCl
2-Bromobutyryl bromide 4-Chlorocarbonylbezioc acid
2 酸酐的命名单酐:在羧酸的名称后加酐字;混酐:将简单的酸放前面,复杂的酸放后面再加酐字;环酐:在二元酸的名称后加酐字。
CH3COCCH3 CH3COCCH2CH3
O O O O O
O
OAcetic anhydride Aceticpropionic anhydride Succinic anhydride
普通命名法: 醋酸酐 乙丙酸酐 丁二酸酐
IUPAC 命名法: 乙酸酐 乙丙酸酐 丁二酸酐
常用英文命名
3 酯的命名酯可看作将羧酸的羧基氢原子被烃基取代的产物。命名时把羧酸名称放在前面,烃基的名称放在后面,再加一个酯字。内酯命名时,用内酯二字代替酸字并标明羟基的位置。
普通命名法: 醋酸苯甲酯 - 甲基 -- 丁内酯IUPAC 命名法: 乙酸苯甲酯 2- 甲基 -4- 丁内酯
CH3COCH2C6H5
O
O
OH3C
Benzyl acetate 2-Methyl-4-butyrolactone常用英文命名
4 酰胺的命名命名时把羧酸名称放在前面将相应的酸字改为酰胺即可;
普通命名法: 异丁酰胺 N,N- 二甲基戊酰胺IUPAC 命名法: 2- 甲基丙酰胺 N,N- 二甲基戊酰胺
(CH3)CHCNH2 CH3CH2CHCH2CN(CH3)2
O O
2-Methylpropanamide dimethylpentanamide
常用英文命名N,N-
5 腈的命名腈命名时要把 CN 中的碳原子计算在内,并从此碳原子开始编号;氰基作为取代基时,氰基碳原子不计在内。
CH3CH2CHCH2CN CH3CH2CHCOOH NC(CH2)4CN
CH3 CN
3-Methylpentanenitrile 2-Cyanobutanoic acid 1,6-Hexanedinitrile
常用英文命名
普通命名法: - 甲基戊腈 - 氰基丁酸 己二腈IUPAC 命名法: 3- 甲基戊腈 2- 氰基丁酸 己二腈
二 羧酸衍生物的物性
低级的酰氯和酸酐是有刺鼻气味的液体,高级的为固体;低级的酯具有芳香的气味,可作为香料;十四碳酸以下的甲酯和乙酯均为液体;酰胺除甲酰胺外,由于分子内形成氢键,均是固体;而当酰胺的氮上有取代基时为液体;羧酸衍生物可溶于有机溶剂;酰氯和酸酐不溶于水,低级的遇水分解;酯在水中溶解度很小;低级酰胺可溶于水。
三 羧酸衍生物的光谱性质
见核磁共振和红外光谱一章
第二节 羧酸衍生物的结构和反应性能第二节 羧酸衍生物的结构和反应性能
R CH C W
H
O 氧的碱性
-H 的活性羰基的活性
离去基团
RCH2 C W
O
-H 的活性减小( -H 的 pka 值增大)
羰基的活性减小(取决于综合电子效应)
W 的离去能力减小(离去基团的稳定性减小)
RCH2CX RCH2COCR' RCH2CH RCH2CR' RCH2COR' RCH2CNH2
O O O O O O O
一 羧酸衍生物的羰基的亲核加成--消除机制
二 羧酸及衍生物的转换关系概貌
三 酰卤的制备
四 酸酐的制备
五 羧酸的制备
六 酯的制备
七 酰胺的酸碱性及制备
八 腈的制备
第三节 羧酸及其衍生物的制备及互相转换
该取代反应需要在碱或酸的催化作用下进行。
碱性催化的反应机制为:
OO
RCW + Nu RCNu + W
OO
RCW + Nu RCNu + W取代反应取代反应
OO
RCW + Nu R C W
O-
Nu
RCNu -W -
OO
RCW + Nu R C W
O-
Nu
RCNu -W -
一 羧酸衍生物的羰基的亲核加成 - 消除反应
催化剂
酸催化的反应机制为:O
RCW + H+
O
RCW
H +
NuR C W
OH
Nu
-W -
O
RCNu
H +
-H+O
RCNu
O
RCW + H+
O
RCW
H +
NuR C W
OH
Nu
-W -
O
RCNu
H +
-H+O
RCNu
这是一个可逆反应,要使反应向右方进行,其条件是:
( 1 )羰基的活性
( 2 )离去基团的活性 W -> Nu -
( 3 )改变影响平衡移 动的其它因素。
这是一个可逆反应,要使反应向右方进行,其条件是:
( 1 )羰基的活性
( 2 )离去基团的活性 W -> Nu -
( 3 )改变影响平衡移 动的其它因素。
RCW
O
> RCNu
O
二 羧酸及其衍生物的转换关系概貌
腈
芳烃氧化
酸酐
羧酸
酰卤
酸酐
酯酯 酰胺 H2O 羧酸
RX
NaCN+
RMgX
+CO2
三 酰卤的制备
实
例
说明:( i ) 反应原料是羧酸,反应试剂是 SOCl2 、 PCl3 、 PCl5 。
( ii ) 反应需在无水条件下进行。( iii ) 产物酰卤通常都通过蒸馏方法提纯,所以试剂、 副产物与产物的沸点要有较大的差别。( iv ) 反应机制与醇的卤代类似。
说明:( i ) 反应原料是羧酸,反应试剂是 SOCl2 、 PCl3 、 PCl5 。
( ii ) 反应需在无水条件下进行。( iii ) 产物酰卤通常都通过蒸馏方法提纯,所以试剂、 副产物与产物的沸点要有较大的差别。( iv ) 反应机制与醇的卤代类似。
O
CCl
O
COH
O
CH3CH2CCl
O
CH3CH2COH
O
CH3(CH2)6COH
O
CH3(CH2)6CCl
SOCl2 (bp 77oC)
PCl3 (bp 74.2oC)
(160oC 升华 )PCl5
+ SO2 + HCl
+ H3PO3
+ POCl3
(bp 197oC)
(bp 80oC)
(bp 196oC) (bp 107oC)
(200oC 分解 )
亲核取代
各类卤化反应的归纳总结各类卤化反应的归纳总结卤化反应的类别 卤化试剂 反应条件及催化剂 反应机理
烷烃的卤化 X2 光照 自由基取代芳烃的卤化 X2 路易斯酸 FeX3 亲电取代(加成消除)
烯丙位苯甲位的卤代 NBS *1 或 X2+ 光照 自由基取代
醇的卤化 SOCl2 PCl5 PCl3
PBr3
HX (HI>HBr>HCl)
X-
醛、酮、酸的 -H 卤化 X2 PX3 烯醇化 加成羧酸羟基的卤化
卤代烃中卤素的交换
*3 醇能用 HX 取代,羧酸不行
SOCl2 PCl5 PCl3 *2
亲核取代
汉斯狄克法 、克利斯脱法、珀脱法 、柯齐反应
烯烃、炔烃的加成 X2 , HX , HOX 亲电加成
自由基反应羧酸的脱羧卤化
四 酸酐的制备1. 混合酸酐法(酰卤和羧酸盐的反应)
2. 羧酸的脱水(甲酸除外) -- 制备单纯的羧酸
O
RCCl + R'COOH +
OO
RCOCR' +N N
H+
Cl-
O
CH3CCl
OO
CH3COCH3 + NaCl
O
CH3CONa +THF
0oC
COOH(CH3CO)2O
C )2O
O
+ CH3COOH(
4. 乙酸酐的特殊制法
O
CH3COH
O
CH3CCH3
OO
CH3COCCH3
O
CH2=COCCH3
HO
CH2=C=OCH3COO-H
700-800oC
700-740oC
AlPO4
乙烯酮
互变异构
3. 芳烃的氧化
CH3
CH3O
O
O
V2O5
400oC+ 3 O2 (空气)
五 羧酸的制备
1. 氧化法(参见羧酸一章)
2. 金属有机化合物与二氧化碳的反应
(参见羧酸一章)
3. 羧酸衍生物的水解反应
O
CH3CClOO
CH3COCCH3
OO
CH3COC2H5 + H2O CH3COH + C2H5OH
O
CH3CNH2
CH3C N
HCl
O
CH3COH
NH3
NH3
}
}
室温
加热
长时间回流
请同学考虑:
反应是否需要催化剂?需要什么催化剂?为什么?
请同学考虑:
反应是否需要催化剂?需要什么催化剂?为什么?
( 1 ) 水解反应的一般情况( 1 ) 水解反应的一般情况
3. 羧酸衍生物的水解反应
*1.
O
CH3CNH2HNO2
O
CH3C N N+ H2O
O
CH3-C-OH2 + N2+
-H+
CH3COOH
O
(CH3)3CCOH
O
(CH3)3CCNH2 + HNO2H2SO4 , H2O
35oC
亚硝酸在酰胺制酸中的作用亚硝酸在酰胺制酸中的作用
( 2 ) 酯的水解反应( 2 ) 酯的水解反应
*1. 碱性水解(又称皂化反应)
OO
C2H5CO18C2H5 + H2O CH3CONa + C2H5O18HNaOH
同位素跟踪结果表明:
碱性水解时,发生酰氧键断裂。
同位素跟踪结果表明:
碱性水解时,发生酰氧键断裂。
OO
RCOR' + -OH RCOH + -OR'R-C-OR'
OH
O-
四面体中间体
是负离子
反应机理
慢 快
RCO-
ONa+
RCONa
O
ROH +
碱性水解的讨论1. 碱性水解速率与 [-OH] 成正比。 2. 羰基活性越大, -C空阻越小,酯基空阻越小, 反应速率越快。
CH3COOCMe3 Me3CCOOEt CH3COOEt ClCH2COOEt
V 相对 0.002 0.01 1 296
CH3COOCMe3 Me3CCOOEt CH3COOEt ClCH2COOEt
V 相对 0.002 0.01 1 296
3. 形成的四面体中间体能量越低,反应速度越快。(能分散负电荷的取代基对反应是有利的) 4. 酯的碱性水解是不可逆的。 5. 碱的用量要超过催化量。
*2. 酸性水解
同位素跟踪结果表明:酸性水解时,也发生酰氧键断裂。同位素跟踪结果表明:酸性水解时,也发生酰氧键断裂。
反应机理
- R'OH+R-C-OR'
+
+R-C-OR' R-C-OR'
-H+OH
HO
H2OOH+OH
RCOR'H+
RCOH
+OH
OH
OH2
RCOH
O
RCOR'
O
H
四面体中间体是正离子四面体中间体是正离子
H+
CH3COH + C2H5O18H
O
CH3CO18C2H5 + H2O
O
1. 酸在反应中的作用有二: ①活化羧基 ②使 OH 、 OR 形成 盐而更易离去。
2 在酯 ( RCOOR’ )中, R 有吸电子基团虽能活化 羧羰基,但会使关键中间体正离子能量升高, R
为给电子基团亦有两种相反的作用,故表现不出 明显的影响。
酸性水解的讨论
金羊
3. 酯的酸性水解和酯化反应互为逆反应,平衡的 移动取决于反应的条件。体系中有大量水存在, 发生酯的水解。若有大量醇存在,并采取去水 措施,则有利于酯化反应。
4. 在 RCOOR1 中, R 对速率的影响是: 一级 > 二级 > 三级 R1 对速率的影响是: 三级 > 一级 > 二级
CH3COOR1 在盐酸中,于 25OC 时水解的相对速率 v 的实验数据如下: R1 : CH3 C2H5 CH(CH3)2 C(CH3)3
v : 1 0.97 0.53 1.15( 机理不同 )
CH3COOR1 在盐酸中,于 25OC 时水解的相对速率 v 的实验数据如下: R1 : CH3 C2H5 CH(CH3)2 C(CH3)3
v : 1 0.97 0.53 1.15( 机理不同 )
*3 酯的酸性水解和碱性水解的异同点
不 同 点 1 催化剂用量不同。碱大于 1 mol ,酸只需要催化量。 2 碱催化反应是不可逆的,酸催化反应是可逆的。 3 吸电子取代剂对碱性催化有利。对酸性催化没有明显的影响。 4 碱性催化: 1oROH > 2oROH > 3oROH 酸性催化: 3oROH > 1oROH > 2oROH
相同点
1 都是经过加成消除机理进行的,增大空阻,对反应不利。
2 都发生酰氧键断裂
3oROH 的水解只能用新的机理来解释。3oROH 的水解只能用新的机理来解释。
*4 3o 醇酯的酸性水解历程
通过同位素跟踪可以证明上述反应机制通过同位素跟踪可以证明上述反应机制
反应式反应式
CH3CO18-C(CH3)3
OH+
CH3CO18OH + + H2O (CH3)3C-OHCH3CO18-C(CH3)3
OH+
CH3CO18OH + + H2O (CH3)3C-OH
反
应
机
理 CH3C O18
O
C(CH3)3
H+
CH3C O18
OH
C(CH3)3
CH3C+ O18 C(CH3)3
OH SN1CH3CO18OH + (CH3)3C+
H2O
(CH3)C3COH2
+
+
(CH3)3COH + H+
关键中间体
A 制备羧酸和醇B 测定酯的结构
*5 酯水解的应用
CHOOCR'
CH2OOCR
CH2OOCR''
NaOH H+CHOH R'COOH
CH2OH RCOOH
CH2OH R''COOH
+
六 酯的制备
1. 酯化反应2. 羧酸盐 + 卤代烷3. 羧酸 +重氮甲烷
参见羧酸一章
4. 羧酸对烯、炔的加成:
( 1 ) 酸催化
( 2 ) 亲电加成反应机制
( 3 ) 可以制备各种醇的酯
5. 羧酸衍生物的醇解反应
eg3.
- 丁内酯(主要产
物)- 丙内酯(次要产
物)
eg2.
CH3COOH + HCCH CH3COOCH=CH2
H+, HgSO4
75-80oC (醋酸乙烯酯,维尼纶的单体)
eg1.
CH2(COOH)2 + 2(CH3)2C=CH2CH2(COOCMe3)2
浓 H2SO4
室温58 % -60%
4. 羧酸对烯、炔的加成
+
+
CH2=CHCHCOOHO
CH3
CH3
O
CH3
OO
CH3
CH3CHCHCOOH
CH3
CH2CH2CHCOOHCH3
H+
H+
5. 羧酸衍生物的醇解反应O
CH3CCl + R'OH
O
CH3C-OR' + HCl
O
CH3COH
OO
CH3COCCH3
O
CH3C-OR'+ R'OH +
O
CH3COC2H5 + R'OH
O
CH3C-OR' + C2H5OH
O
CH3CNH2 + R'OH
O
CH3C-OR' + NH3
CH3C N
O
CH3C-OR'+ R'OH ++NH4
}
酯交换
酸催化为主
酸催化
肖特 -鲍曼条件
吡啶、三乙胺、 N , N- 二甲苯胺等弱有机碱反应条件称为肖特 -鲍曼条件吡啶、三乙胺、 N , N- 二甲苯胺等弱有机碱反应条件称为肖特 -鲍曼条件
催化剂
催化剂
催化剂
催化剂
催化剂
* 酯交换的讨论:
( 1 )酯交换用酸( HCl, H2SO4, 对甲苯磺酸)和碱
( RONa )等催化均可。 ( 2 ) 3oROH 的酯交换比较困难(因空阻太大)。 ( 3 )常应用于一个低沸点醇的酯转化为高沸点醇的 酯,反应过程中将低沸点醇不断蒸出,可移动 平 衡。
* 酯交换的讨论:
( 1 )酯交换用酸( HCl, H2SO4, 对甲苯磺酸)和碱
( RONa )等催化均可。 ( 2 ) 3oROH 的酯交换比较困难(因空阻太大)。 ( 3 )常应用于一个低沸点醇的酯转化为高沸点醇的 酯,反应过程中将低沸点醇不断蒸出,可移动 平 衡。
*RCN 醇解的反应机制
+
R C OR'
+
R C OR'
+
++ + R'OH
+
NH3
OH
NH2
OH2
-H+
NH2
RC-OR'
HRC NH
NH
H2O
RC-OR'RC N
H+~
HO
RCOR' + NH3
O
RCOR'
RC=NH
H+~
H+
亚胺酯的盐,无水条件下能得到。
反 应 实 例反 应 实 例实例一: CHCH +
CH3COOH
H+
CH3COOCH=CH2
聚合
CH3OH
CH3O-
CH2O 维尼纶
实例三:
实例二:COOEt
CH2OH
H+
O
O
+ EtOH将乙醇不断蒸出。
OH3C O + CH3CH2CH2OH
CH3CH2CH2O-
CH3CH(OH)CH2CH2COOCH2CH2CH3
nCHCH2
OH
nCHCH2
O
OCCH3
实例 五:实例 五:
ClCH2COONaClCH2COOH
NCCH2COONa C2H5OOCCH2COOC2H5
Na2CO3
H2O 低温NaCN
C2H5OHH2SO4
ClCH2COOHH2SO4
C2H5OHClCH2COOC2H5
NaCN
NCCH2COOC2H5
丙二酸二乙酯
氰乙酸乙酯
实例四 :实例四 :
实例 六:实例 六: CH3CO COCH3
O O+ CH3OH
+ CH3COH
O
COCH3
O
HO
CH3O-
七 酰胺的酸碱性和制备
1. 酰胺的酸碱性
CH3CH3 CH2=CH2 NH3 CHCH C2H5OH H2O
pKa ~50 ~40 ~34-35 ~25 ~16 ~15.7
O
CH3CNH2
SO2NH2 NH
O
O
NH
O
O
pka ~10 9.62 8.3
~15.1
中性
弱酸
性
碱性
NH
O
O
NH
O
O
Br2 KOH+ H2OHBr +
丁二酰亚胺N- 溴代丁二酰亚胺
丁二酰亚胺的钾盐
酸碱反应取代反应NBr
O
O
N -K+
O
O
(1) 羧酸铵盐的失水
(2) 腈的水解
羧酸 NH3 铵盐 酰胺 100o~200oC -H2O
H2O 40o~50oC -H2O 腈
H2O
2. 酰胺的制备
利用 OOH 具有强亲核性
eg 3.
CH3COOH + NH3 CH3COO-NH4+
O
CH3CNH2 + H2O
CH2CN35% HCl
40o~50oCCH2CNH2
O
eg 1.
eg 2.
CH3
CN+ H2O2
6N NaOH, C2H5OH
40o~50oC, 4 小时 + O2
CH3
CNH2
O
100oC
3. 羧酸衍生物的氨(胺)解(碱催化)
(1) 反应只能碱催化,不能酸催化。(2) 不溶于水的酰卤可用 NaOH 水溶液催化,溶于
水 的酰卤须用有机碱催化。(3) 3o 胺不能发生酰基化反应。
CH3CW + NH3 CH3CNH2 + HW
O O
CH3CCl + (C2H5)3N CH3CN(C2H5)3Cl-
O O+
H2O
ROH
CH3COH + (C2H5)3N HCl
O
CH3COR + (C2H5)3N HCl
O
(4) 酰胺交换注意平衡移动
CH3CNH2 + CH3NH2 HCl CH3CNHCH3 NH4Cl
O O
+
NH3 + HCl
O
O
O
NH
O
O
NH2
O
O
+
NH3 NH3
O
O
OHNH2
O
O
ONH4
NH2
+
-NH3
-OH --H+
O
O
O
NH
O
O
NH2
O
O
+
NH3 NH3
O
O
OHNH2
O
O
ONH4
NH2
+
-NH3
-OH --H+
请写出酸酐氨解
的反应机理。
(5) 酸酐氨解的应用
八 腈的制备八 腈的制备
1 用卤代烃和氢氰酸盐制备 (参见卤代烃)
2 酰胺失水 (参见酰胺的制备)
一 羧酸衍生物与有机金属化合物的反应
二 羧酸衍生物的还原反应
三 酰卤α-氢的卤化
四 烯酮的制备和反应
五 瑞佛马斯基反应
六 酯的热裂
七 酯缩合反应
八 酯的酰基化反应
九 酯的烷基化反应
第四节 羧酸衍生物的其它反应
一 羧酸衍生物与有机金属化合物的反应
OO
RCW + R'MgX R C W
OMgX
RCR'
R'
-WMgX
R'MgXR C R'
OMgX
R'
H2OR C R'
OH
R'
OO
RCW + R'MgX R C W
OMgX
RCR'
R'
-WMgX
R'MgXR C R'
OMgX
R'
H2OR C R'
OH
R'
CH3O
MgX
+ O
O
O
H2O
CH3O
COCH2CH2COOH
eg 1:
R1MgX R1Li R12CuLi R2Cd
RCOOH RCOOMg RR’C=O
RCOX RR12C-OH
RR’C=ORR’C=O RR’C=O
RR’C=O
RR’C=O
RR12C-OH
(RCO)2O*1
RCHO 1oROH2oROH
3oROHR2C=O
RCOOR”
RCN
RCONH2*2
同左 同左(慢)
同左(慢)
同左 同左(慢) 同左(慢)
2oROH3oROH
同左
同左
羰基化合物与有机金属化合物的反应归纳羰基化合物与有机金属化合物的反应归纳
I(CH2)10CCl
O
I(CH2)10CCH3
O(CH3)2CuLi
Et2O, -78oC
91%
eg 3:
88%
eg 2:
C2H5OC(CH2)8CCl
O(C2H5)2Cd
O
C6H6C2H5OC(CH2)8COC2H5
OO
二 羧酸衍生物的还原反应1. 一般还原反应的归纳:
还原试剂反应物
反应条件产物( 1 )反应式:
( 2 )各类化合物还原反应的总结
( 3 )几点补充说明:
*1 关于酸酐还原的说明
O
O
O
O
O
+ NaBH4
0-25oC
DMF, 1h
*2 关于酰胺还原的说明
O
RCNH2
O
RCNHR
O
RCNR2
LiAlH4
LiAlH4
LiAlH4
LiAlH4
LiAlH4
LiAlH4
H2O
H2ORCH=NH
RCH=NR
RCH=NR2
+
RCH2NH2
RCH2NHR
RCH2NR2
H2O
H2O
H2O
RCH=O
RCH=O
RCH=O (好控制)
( 不好控制)
( 不好控制)加成 - 消除
加成
加成 - 消除
2. 特 殊 还 原 法
( 1 )酯的单分子还原:鲍维特 --勃朗克还原( 1 )酯的单分子还原:鲍维特 --勃朗克还原
*1 定义:用金属钠和无水乙醇将酯还原成一级醇的反应称为鲍维特 --勃朗克还原。
*1 定义:用金属钠和无水乙醇将酯还原成一级醇的反应称为鲍维特 --勃朗克还原。
RCOOR1 RCH2OH + R1OHNa- 无水乙醇
*2 酯单分子还原的反应机理
RCOR'
ONa
C
O-Na+
R
OR'
Na CH
O-Na+
R
OR'
C-Na+
O
R
OR'
R''OHCH
O
R
OR'
RCH
O
+ RO-
Na R''OHRCH2OH
( 2 )酯的双分子还原:酮醇反应(偶姻反应)( 2 )酯的双分子还原:酮醇反应(偶姻反应)
Na
惰性溶剂R-C-ONa
R-C-ONa
H2O
*1 定义:在惰性溶剂中,用金属钠将脂肪酸酯还原成 α- 羟基酮的反应称为酮醇反应。
*1 定义:在惰性溶剂中,用金属钠将脂肪酸酯还原成 α- 羟基酮的反应称为酮醇反应。
R-CH-OH
R-C=ORCOOR'
RCOOR'
O
RCOR'
O
RCOR' + 2Na
O-
R-C-OR'
O-
R-C-OR'
R-C=O
R-C=O2Na
O-
R-C-OR'
O-
R-C-OR'-2R’O-
R-C-O-
R-C-O-R-C-O-
R-C-O-R-C-OH
R-C-OH
R-C=O
R-CH-OH
H2O
偶联
偶合 互变异构
*2 酯双分子还原的反应机理
*3. 酯双分子还原反应的应用A 制备 α- 羟基酮 B 制备 α- 羟基环酮
(CH2)n
COOR'
COOR'
p-CH3-C6H4-CH3 C-ONa
C-ONa(CH2)n
C-OH
C=O(CH2)n
H2O
C 制备索烃
………………
C32H64C32H64 COOR'
COOR'
[H]
OH
O
(CH2)32
H64C32
COOR'
COOR'
H2C
CH2H64C32
三 酰卤 α- 氢的卤化
请完成下列转换
反应机理:(将赫尔 -乌尔哈 -泽林斯基反应头尾除去)
CH2CHCOOC2H5
CH2CH2COOC2H5
Br
CH2CHCOOC2H5
CH2CH2COOC2H5
Br
CH2CHCOCl
CH2CH2COOC2H5
Br
CH2CH2COCl
CH2CH2COOC2H5
CH2CH2COOH
CH2CH2COOC2H5
CH2CH2COOH
CH2CH2COOH
KMnO4 (CH3CO)2O
C2H5OH SOCl2
C2H5OH
Br2
O
O
CH2CH2
CH2CH2O
四 烯酮的制备和反应
最简单的烯酮是乙烯酮。
CH2=C=O ( 乙 ) 烯酮
CH3CH=C=O 甲基 ( 乙 ) 烯酮
CH2=C=O ( 乙 ) 烯酮
CH3CH=C=O 甲基 ( 乙 ) 烯酮
2 烯酮的制备方法:2 烯酮的制备方法:( 1 ) α- 溴代酰溴脱溴
O
RCH-C-Br
Br
RCH=C=O + ZnBr2
Zn
1 定义 羧酸分子内失水后的生成物称为烯酮。
( 3 ) 甲基酮脱甲烷
( 2 ) 羧酸的脱水
CH3COOHAlPO4, 700oC CH2=C=O
RCH2COOHAlPO4, 700oC
-H2O
-H2O
RCH2=C=O
O
CH3CCH3700-800oC
700-800oC
CH2=C=O-CH4
-CH4
O
RCH2CCH3 RCH2=C=O
3. 烯酮的反应
(2) 发生羰基的一般反应。 (两个 π 键成正交,互不共轭,可各自进行反应)
CH2=C=O +
H-OH
H-X
HOOCR
CH2=C-OH
OH
CH2=C-X
OH
CH2=C-OOCR
OH
CH3COOH
CH3COX
CH3COCR
O O
互变异构
互变异构
互变异构
(1) 形成亚甲基卡宾的反应
CH2=C=O h :CH2 + CO
氢加在氧上,其余部分加在碳上。
CH2=C-OR
OH
CH2=C-NH2
OH
CH2=C-R
OMgBr O
CH3CR
CH3COOR
CH3CONH2
CH2=C-R
OH
互变异构
互变异构
互变异构H2O
H-OR
H-NH2
RMgBr
CH2=C=O +
这也是乙烯酮的储存方式。 这也是乙烯酮的储存方式。
( 3 ) 烯酮和甲醛的反应和乙烯酮的二聚
*1 乙烯酮与甲醛反应形成 β- 丙内酯
*2 乙烯酮二聚形成取代的 β- 丙内酯
CH2=C = O
CH2=C=O
CH2=C=O
CH2=O
ZnCl2
或 AlCl3 O
O
OCH2
O
*3 - 丙内酯的开环反应
在中性或弱酸性条件下,通过烷氧键断裂开环(发生 SN
2 反应),烷氧键断裂开环得到 β- 取代羧酸。 在中性或弱酸性条件下,通过烷氧键断裂开环(发生 SN
2 反应),烷氧键断裂开环得到 β- 取代羧酸。
CH3OH +
NaCl
O
O
HCl
NaSH
NH3
H2O
H2O
CH3OH
CH3CN
ClCH2CH2COOH (91%)
HSCH2CH2COOH (81%)
H2NCH2CH2COOH
CH3OCH2CH2COOH (73%)
OH
OCH2
O2CH2=C=O C2H5OH
H+ -H+
OCH2
O-
OC2H5
O-CH2
OC2H5
OCH2=C-CH2COC2H5
O
O
CH3CCH2COC2H5
O
在碱性或强酸性条件下,通过酰氧键断裂开环(加成消除机制),生成 β- 取代羧酸衍生物。 在碱性或强酸性条件下,通过酰氧键断裂开环(加成消除机制),生成 β- 取代羧酸衍生物。
HOCH2CH2COCH3
O
O
OCH3OH +CH3OH
CH3ONa
H+
五 瑞佛马斯基反应
醛或酮、 α- 溴 ( 卤 ) 代酸酯、锌在惰性溶剂中互相作用,得到 β- 羟基酸酯的反应称为瑞佛马斯基反应。
C=O + XCH2COOC2H5
C=CHCOOH
C=CHCOOC2H5
COZnX
CH2CO2C2H5
C6H6 or Et2O
H2O, H+C
OH
CH2CO2C2H5
H+
H2O
COH
CH2CO2HH+
OH -
Zn
1 定义:
说 明1 反应需在惰性溶剂中进行;
2 不能用 BrMgCH2CO2Et 代替 BrZnCH2CO2Et ;
3 - 溴代酸酯的 - 碳上的取代基空阻太大时,
反应不能进行。
4 该反应定向性好。
说 明1 反应需在惰性溶剂中进行;
2 不能用 BrMgCH2CO2Et 代替 BrZnCH2CO2Et ;
3 - 溴代酸酯的 - 碳上的取代基空阻太大时,
反应不能进行。
4 该反应定向性好。
2 反应机理2 反应机理
Zn Br-CH2C-OEt
O O-CH2C-OEt
O-
CH2=C-OEt Zn+Br
C
O-Zn O
C
H2C
Br
OEt
+-C-CH2CO2Et
OH
H2O
+
O O-
Br
H2C
Zn++
OEt
Br
C
O O
CHCH2
Zn
反应主要用来制备:1. β- 羟基酸酯 ,
2. β- 羟基酸 ,
3. α, β- 不饱和酸酯4. α,β- 不饱和酸以及由它们衍生的化合物。
反应主要用来制备:1. β- 羟基酸酯 ,
2. β- 羟基酸 ,
3. α, β- 不饱和酸酯4. α,β- 不饱和酸以及由它们衍生的化合物。
3 反应的应用3 反应的应用
应用不超过 4 个碳的醇合成
实 例实 例
(CH3)2CHCH CHCO2Et
CH2CH3
OH(CH3)2CHCHO
CH2CH3
BrCHCO2Et
(CH3)2CHCH2OH CH2CH3
BrCHCO2H
CH3CH2CH2CO2H + Br2
CH3CH2CH2CH2OH
六 酯的热解(裂)
酯在 400~500℃的高温进行热裂,产生烯和相应羧酸的反应 称为酯的热解。
CH3COO-CH2CH2-H CH3COOH + CH2=CH2400-500oC
( 1 )定义:
1 酯的热解
*1 消除反应是通过一个六中心过渡态完成的。
C=C
C C
H
OC
O
C C
H
OC
O CH3COOH +
六中心过渡态
*2 反应机理说明:消除时,与 -C 相连的酰氧键和与 -C 相连的 H处在同一平面上,发生顺式消除。*2 反应机理说明:消除时,与 -C 相连的酰氧键和与 -C 相连的 H处在同一平面上,发生顺式消除。
( 2 ) 反应机理:
eg 1.
C6H5-CH-CH2C6H5
OCCH3
O
C=C H
H C6H5
C6H5C=C
HH
C6H5C6H5
顺式消除 顺式消除500oC 500oC
C C
CCH3
O
O H
HHC6H5C6H5
C C
CCH3
O
O H
HH C6H5
C6H5
主要产物
C C
CCH3
O
O H
HHC6H5C6H5
C C
CCH3
O
O H
HH C6H5
C6H5
全重叠式 部分重叠式
*3 部分重叠式构象比全重叠式构象稳定,因此以部分重叠式构象进行顺式消除而得到的反型产物占多数。
OCCH3
CH3-CH-CH2CH2CH3
O
CH2=CHCH2CH2CH3 + CH3CH=CHCH2CH3
eg 2.
500oC
*4 当 α-c两侧都有 β-H 时,以空阻小,酸性大的 β-H 被消除为主要产物 . *4 当 α-c两侧都有 β-H 时,以空阻小,酸性大的 β-H 被消除为主要产物 .
主要产物
以 为起始原料,制备 和 eg 3. CH2OH CH2
CH2+
+
CH2OCCH3
O
CH2OH
CH3COClCH2
-H+
500oC
H+ 重排
+ CH3COOH
环外双键
环内双键
eg 4. 以 CH3CH2CH2CH2OH 为原料合成 CH3CH2CH=CH2
CH3CH2CH2CH2OH CH3CH=CHCH3
CH3CH2CH=CH2
HOAcCH3COOCH2CH2CH2CH3
500oC
~ 100%末端烯烃
H+
COOC2H5
OO
PhCOOC2H5
O
+ CH2O + HNR2
O
O
Ph
O
PhO
O CH2NR2
合成:
NaOC2H5 PhCH2Cl
NaOC2H5
H+
H+
NaOC2H5
CH3I
eg 5.
O
Ph
( 1 ) 碳酸及其衍生物;( 2 ) 原(某)酸及其衍生物简解;( 3 ) 黄原酸酯及其衍生物。
2 碳酸,原 (某 ) 酸和黄原酸及其衍生物
保留一个羟基的碳酸衍生物均不稳定,易分解。保留一个羟基的碳酸衍生物均不稳定,易分解。
HOCCl
O
HOCOEt
O
CO2 + HCl
CO2 + EtOH
CO2 + NH3
O
HOCOH
HOCNH2
O
碳酸
( 1 ) 碳酸及其衍生物( 1 ) 碳酸及其衍生物
ClCCl
O
-HCl
ROHCl-C-OR
O
NH3 H2N-C-ORO
ROHRO-C-OR
O
RNH2 RN=C=O RNH2 RNH-C-NHRO
(C2H5)3N
C6H5SO2ClRN=C=NR
H2N-C-NH2
ONH3
H2N-C-ClO
-HCl O=C=NHHO-CNNH3
碳二亚胺
光气 氰酸 异氰酸
异氰酸酯
CCl4 + 2SO3
碳酸衍生物的制备及介绍
二个羟基均被取代的碳酸衍生物十分有用。二个羟基均被取代的碳酸衍生物十分有用。
( 2 )原(某)酸及其衍生物简解( 2 )原(某)酸及其衍生物简解
O
HOCOH HO-C-OH
OH
OH O
HCOH H-C-OH
OH
OH
R-C-OCH3
OCH3
OCH3
R-C-Cl
Cl
Cl
碳酸 原碳酸 甲酸 原甲酸 原 (某 ) 酸 原 (某 ) 酸 三酰氯 三甲酯
原甲酸
三乙酯的制备和应
用
HCOOC2H5 + 2C2H5OHHCCl3 + 3C2H5ONa H3O+
R2C(OC2H5)2 + HCOOC2H5
RCH2CH(OC2H5)2 +C2H5OMgXRCH2MgX
R2C=O
缩醛
缩酮H-C-OC2H5
OC2H5
OC2H5
( 3 )黄原酸酯及其衍生物( 3 )黄原酸酯及其衍生物
黄原酸 烷基黄原酸盐 烷基黄原酸甲酯
HOCSH
S
ROCS-Na+
S
ROCSCH3
S
*2黄原酸酯的制备
ROH + CS2 + NaOH RO-C-S-Na+S
CH3I RO-C-SCH3
S
*1黄原酸酯及其衍生物*1黄原酸酯及其衍生物
*3 黄原酸酯的热裂
CH3CH2O-C-SCH3
S C=S
OH
CH3S
C-C
170oC
CH3SH + O=C=S顺式消除
CH3S-C-S-HO
C=C +
*4 实 例*4 实 例
OCSCH3
S(CH3)3C H
H170oC
(CH3)3C H
H
H
XR
HR
碱
1. 克莱森缩合反应1. 克莱森缩合反应
( 1 )定义:具有 - 活泼氢的酯,在碱的作用下 ,两分子酯相互作用,生成 β- 羰基酯 ,同时失去一分子醇的反应。
( 1 )定义:具有 - 活泼氢的酯,在碱的作用下 ,两分子酯相互作用,生成 β- 羰基酯 ,同时失去一分子醇的反应。
RCH2C-OC2H5 + H-CHCOC2H5
O O O O
RCH2C-CHCOC2H5
R R1 C2H5ONa
2 HOAcRCH2C-OC2H5 + H-CHCOC2H5
O O O O
RCH2C-CHCOC2H5
R R1 C2H5ONa
2 HOAc
七 酯缩合反应
( 2 )反应机理( 2 )反应机理
C2H5OH
CH3COONaCH3COOHO O
CH3CCH2COC2H5 +Na+
O O
CH3CCHCOC2H5
C2H5ONaC2H5O-
O
CH3COC2H5
OC2H5
O
-CH2COC2H5C2H5ONa
O
CH3CCH2COC2H5
O
OO
CH3COC2H5
O
CH3CCH2COC2H5
-
+
( 3 )在强碱作用下的酯缩合反应
只有一个 α-H ,必须用强碱作催化剂,才能使反应进行。只有一个 α-H ,必须用强碱作催化剂,才能使反应进行。
2(CH3)2CHCO2C2H5Ph3C-Na+
Et2O(CH3)2CHC-C-CO2C2H5
O CH3
CH3
2(CH3)2CHCO2C2H5Ph3C-Na+
Et2O(CH3)2CHC-C-CO2C2H5
O CH3
CH3
在强碱作用下酯缩合的反应机制在强碱作用下酯缩合的反应机制
Ph3C-Na+
(CH3)2CHC-C-CO2C2H5
O CH3
CH3
(CH3)2CHCO2C2H5Ph3C-
(CH3)2CCO2C2H5- (CH3)2CHCOC2H5
O
(CH3)2CHC-C-CO2C2H5
O-CH3
CH3C2H5O
- C2H5O-
(CH3)2C-C-C-CO2C2H5
O CH3
CH3
-+ Ph3CH
H2O
(CH3)2CHC-C-CO2C2H5
O CH3
CH3
2. 混合酯缩合2. 混合酯缩合
( 1 )甲酸酯
HC
O
OC2H5 + H CH2COC2H5
OEtONa
HC
O
CH2COOC2H5
H2O
-3H2OCOOC2H5H5C2OOC
COOC2H5
醛基
OH
O
H
+ HCOEt
O
O-H
H
CO2R
OH
O
H CHO
OH
O
H CH2OH
RO-
NaH
0-25oC
H2O NaBH4
C2H5OH 25oC
*1. 甲酸酯中含有醛基、催化剂碱性不能太强,产率不高 .
*2. 是在分子中引入甲酰基的好方法 .
*3. 如果用一个环酯和甲酸酯缩合,不能用 RO-做催化剂, 否则会发生酯 交换而开环 .
*1. 甲酸酯中含有醛基、催化剂碱性不能太强,产率不高 .
*2. 是在分子中引入甲酰基的好方法 .
*3. 如果用一个环酯和甲酸酯缩合,不能用 RO-做催化剂, 否则会发生酯 交换而开环 .
讨 论讨 论
*1. 一个酯羰基的诱导效应,增加了另一个酯羰基的活性, 反应顺利,产率好。*2. 羰基活性好,所以催化剂的碱性不用太强。*3. 在合成上用来制备 ①丙二酸酯或 α- 取代的丙二酸酯。 ②α- 羰基酸。
( 2 )草酸酯
丙二酸酯 α- 羰基酸
+ H CH2COC2H5
OEtONa H2O
C
O
OC2H5C
O
H5C2O
C
O
CH2COC2H5
O
C
O
H5C2OHO- H+
C
O
CH2COOHC
O
HO
C
O
CH3C
O
HO
175 oC
C
O
CH2COC2H5
O
H5C2O
*1. 羰基活性差,选用强一些碱作催化剂。*2. 在合成上用来制备丙二酸酯或 α- 取代的丙二酸酯。
*1. 羰基活性差,选用强一些碱作催化剂。*2. 在合成上用来制备丙二酸酯或 α- 取代的丙二酸酯。
(3) 碳酸酯
H5C2OC
O
OC2H5 + H CH2COC2H5
OEtONa
H5C2OC
O
CH2COC2H5
O
H2O
*1. 羰基活性差,选用强碱作催化剂。*2. 在合成上,主要用于在 α-C 上引入苯甲酰基。
*1. 羰基活性差,选用强碱作催化剂。*2. 在合成上,主要用于在 α-C 上引入苯甲酰基。
(4) 苯甲酸酯
C
O
OC2H5 + H CH2COC2H5
OEtONa
C
O
CH2COC2H5
O
H2O
( 5 )实 例 剖 析( 5 )实 例 剖 析
eg 1. 选用合适原料制备
eg 2. 选用合适的原料制备
合成二:
HCOOEt + C6H5CH2COOEtEtONa
70%C6H5CHCOOEt
CHOC6H5CHCOOEt
CHO
C6H5CHCOOEt
COOEt
合成一:C6H5CHCOOEt
CCOOEt
O
EtOOC-COOEt + C6H5CH2COOEt EtONa
-CO175oC
C6H5CHCOOEt
COOEt
+ C6H5CH2COOEt EtONa C6H5CHCOOEt
COOEtO
C2H5O-C-OC2H5
合成:
eg 3. 选用合适的原料合成O
HO2C-CH2CH2CCOOH
逆合成分析
O
HO2C-CH2CH2CCOOH
O
HO2C-CH2CH-CCOOH
COOH
COOEtEtO2C-CH2
EtO2C-CH2 COOEt+ EtO2C-CH-CCOOEt
EtO2C-CH2
O
-CO2
EtO- H+
H+
OH-
HO2C-CH-CCOOH
HO2C-CH2
O
HO2C-CH2CH2-CCOOH
O
eg 4. 选用合适的原料合成
OO OO
CO2HHO2C
OO
CO2EtEtO2C
CO2EtEtO2C + EtO2C-CO2Et
OO OO
CO2HHO2C
OO
CO2EtEtO2C
CO2EtEtO2C + EtO2C-CO2Et
逆合成剖析:
OO OO
具体合成:CO2EtEtO2C
EtO2C-CO2Et
EtO- EtO-
HO - H+ -CO2
O
CO2EtEtO2C
OO
CO2EtEtO2C
CO2Et
OO
CO2HHO2C
OO
CO2EtEtO2C
EtO2C-CO2Et
EtO- EtO-
HO - H+ -CO2
O
CO2EtEtO2C
OO
CO2EtEtO2C
CO2Et
OO
CO2HHO2C
OO
O O
CH3C-CH2-CCH3
O O
CH3C-CH2-COC2H5
OH O
CH3C-CH2-COC2H5
CH3
OH O
CH3C-CH2-CCH3
CH3
O
CH3CCH3
+ +
+
+ CH3CO2C2H5C2H5O-
H+
or NaH
3 酮 酯 缩 合
从理论上分析,有可能生成四种化合物。
HC-OC2H5 + H-CH2CCH3
O OHC-OC2H5 + H-CH2CCH3
O O O O
HC-CH2CCH3
O O
HC-CH2CCH3
C2H5O-C-C-OC2H5 + H-CH2CCH3
O OO
C2H5O-C-C-OC2H5 + H-CH2CCH3
O OO O OO
C2H5O-C-C-CH2CCH3
O OO
C2H5O-C-C-CH2CCH3
O O
C2H5O-C-CH2CCH3
O O
C2H5O-C-CH2CCH3
O O
C2H5O-C-OC2H5 + H-CH2CCH3
O O
C2H5O-C-OC2H5 + H-CH2CCH3
O O
C2H5O-C-CH2CCH3
O O
C2H5O-C-CH2CCH3
O O
C-OC2H5 + H-CH2CCH3
O O
C-OC2H5 + H-CH2CCH3
O OC-CH2CCH3
O OC-CH2CCH3
NaH
EtO-
EtO-
NaH
H2O
H2O
H2O
H2O
-CO
酮酯缩合
实 例实 例实例 1. 选用合适的原料合成
O O
C6H5C-CH2-COC2H5
酯缩合 C6H5COOC2H5 + CH3COOC2H5
O O
C6H5C-CH2-COC2H5C2H5O2C-CO2C2H5
OO O
+ C6H5C-CH3
C2H5OCOC2H5
O O
+ C6H5C-CH3
{
1NaH
1NaH
2H+
2H+
-CONaH
实例 2
O
CH3CCH2CH3 + CH3CH2CO2C2H5NaH/Et2O
40-55oC
O
CH3CH2CCHCCH2CH3 + CH3CH2CCCCH3
O O O
CH3
酸性大,空阻小对动力学有利。
稳定性好,对热力学有利。
51% 9%
4 狄 克 曼 酯 缩 合 反 应4 狄 克 曼 酯 缩 合 反 应
二元酸酯若分子中的酯基被四个以上的碳原子隔开时,就发生分子中的酯缩合反应,形成五员环或更大环的酯,这种环化酯缩合反应称为狄克曼酯缩合。
实例 1
CO2C2H5
C6H5CH3CH2CH2CO2C2H5
Na, C2H5OH(ÉÙÁ¿)CH2CH2CO2C2H5O
CH3
O
CH3
CH2CHCO2C2H5
CH2CH2CO2C2H5 CO2C2H5
O-
CH3
CO2C2H5
OCH3 CO2C2H5
CH3
O
CH3
CH2CHCO2C2H5
CH2CH2CO2C2H5 CO2C2H5
O-
CH3
CO2C2H5
OCH3 CO2C2H5
实例 2
O O
CH3CH2C-CH2CH2CH2-COC2H51 C2H5O-
2 H3O+
O
O
CH3O O
CH3CH2C-CH2CH2CH2-COC2H51 C2H5O-
2 H3O+
O
O
CH3
实例 3
实例 4
实例 5
OO O
CH3C-CH2CH2CH2CH2-COC2H51 C2H5O-
2 H3O+
CH3
O OO O
CH3C-CH2CH2CH2CH2-COC2H51 C2H5O-
2 H3O+
CH3
O
O OOCO2C2H5
C2H5OH
H3OC2H5O- +
O OOCO2C2H5
C2H5OH
H3OC2H5O- +
发生分子内酮酯缩合时 , 总是倾向于形成五元环、六元环。发生分子内酮酯缩合时 , 总是倾向于形成五元环、六元环。
八 酯的酰基化反应
反应在无质子溶剂中进行。
反应在无质子溶剂中进行。
一元酸酯在强碱作用下,可与酰氯或酸酐进行反应,而在 α-C 上引入酰基,这称为酯的酰基化反应。
一元酸酯在强碱作用下,可与酰氯或酸酐进行反应,而在 α-C 上引入酰基,这称为酯的酰基化反应。
(CH3)2CHCOOC2H5
(CH3)2CCOOC2H5
Ph3C-Na+
(C2H5)2O
Na+
(CH3CO)2O
(C2H5)2O
C6H5COClC6H5C-CCOOC2H5
O CH3
CH3
CH3C-CCOOC2H5 + CH3COONaO CH3
CH3
(C2H5)2O
一元酸酯在强碱作用下,与卤代烷发生反应,
在 α-C 上引入烷基,这称为烷基化反应。
一元酸酯在强碱作用下,与卤代烷发生反应,
在 α-C 上引入烷基,这称为烷基化反应。
九 酯的烷基化反应
CH3COC(CH3)3
ONCH(CH3)2
Li
THF -78oCCH2=C
O-Li+
OC(CH3)3
RXRCH2COC(CH3)3
O
反应在无质子溶剂中进行。反应在无质子溶剂中进行。
第五节 与酯缩合、酯的烷基化、酰基化相类似的反应
一 酮的类似反应总述二 酮的烃基化反应三 酮的酰基化反应四 酮经烯胺烷基化、酰基化五 醛的烃基化反应
一 酮的类似反应总述
CH3CCH3
O
CH3CCH2
O
CH3C=CH2
O-
CH3CCH3
O
CH3CCH2CCH3
O OH
CH3
RXCH3CCH2R
O
B:
CH3CCH2CR'O O
R'CXO
CH3COCCH3
O O
CH3CCH2CCH3
O O
CH3CCH2CRO O
RCOOC2H5
亲核加成
亲核取代
醇醛缩合醇醛缩合
酮的烷基化反应酮的烷基化反应
酮的酰基化反
应酮的酰基化反
应
二 酮的烃基化反应
eg 2
1. 只有一种 α-H 的酮的烃基化反应
*1. 为了在反应中抑制 aldol 反应,使用足够强的碱(如 NaNH2 、 Ph3CNa 、 NaH )将反应物迅速地全部变为碳负离子*2. 反应要在非质子溶剂中进行。*3. 烷基化反应主要在碳端发生( C 亲核性强,软 -软)
*1. 为了在反应中抑制 aldol 反应,使用足够强的碱(如 NaNH2 、 Ph3CNa 、 NaH )将反应物迅速地全部变为碳负离子*2. 反应要在非质子溶剂中进行。*3. 烷基化反应主要在碳端发生( C 亲核性强,软 -软)
eg 1O
NaNH2
(C2H5)2O
O O-O
CH3-ICH3
+ I -
ONaNH2
(C2H5)2O
O O-O
CH3-ICH3
+ I -
OPhCCH2(CH2CH3)2 + NaBr
PhC=CHCH2CH3(C2H5)2O
Ph3C-Na+ CH3CH2-BrO-Na+O
PhCCH2CH2CH3
2. 有两种 -H 的不对称酮的烃基化反应
(1) 用 LDA处理,得动力学控制产物
OLDA, 0-40oC
CH3OCH2CH2OCH3
O
CH3
OLiCH3
OLiCH3
+
PhCH2Br30-50oC
1% 99%
CH3 CH2Ph
(2) 用三甲基氯硅烷和锂盐处理,得热力学控制产物
ROH + Me3SiCl ROSiMe3 ROH + Me3SiOH-HCl
Et3N
25oC
H3O+
OCH3
OHCH3
OHCH3
+ DMF 回流Et3N Me3SiCl
OSi(CH3)3CH3
OSi(CH3)3CH3
+
78%22%
OSi(CH3)3CH3
OCH3
CH3 Li
Me3SiOLi
CH3
OCH3
R
蒸馏分离
CH3Li -Me4Si RX
三 酮的酰基化反应三 酮的酰基化反应
1. 酮酯缩合是可逆的,酮与酰卤、酸酐的反应是不可逆的。
2. 酸酐、酰卤和空阻大的酯要用强碱催化,在非质子溶剂 中进行反应。
3. 烯醇负离子是两位负离子,要使酰基化反应在碳端发生, 烯醇负离子必须过量。
4. 对于不对称酮,有热力学控制与动力学控制两种酰基化 产物,通常,空阻大的碱、强碱、低温、非质子溶剂有 利于动力学产物产生。
1. 酮酯缩合是可逆的,酮与酰卤、酸酐的反应是不可逆的。
2. 酸酐、酰卤和空阻大的酯要用强碱催化,在非质子溶剂 中进行反应。
3. 烯醇负离子是两位负离子,要使酰基化反应在碳端发生, 烯醇负离子必须过量。
4. 对于不对称酮,有热力学控制与动力学控制两种酰基化 产物,通常,空阻大的碱、强碱、低温、非质子溶剂有 利于动力学产物产生。
四 酮经烯胺烷基化、酰基化
含有下边结构的化合物称为烯胺, N 上有氢的烯胺是不稳定的, N 上没氢的烯胺是稳定的。
C=C-N
1 烯胺结构:
( 1 )不对称酮形成烯胺时,双键总是在取代基较少的地方形成。( 1 )不对称酮形成烯胺时,双键总是在取代基较少的地方形成。
( 2 )能形成共轭体系时,双键在共轭处形成。( 2 )能形成共轭体系时,双键在共轭处形成。
O+
NH
TsOH NO+
NH
TsOH N
五原子重叠,空阻大。五原子重叠,空阻大。
OCH3
+ +NH
TsOHCH3
NH
CH3
NH
90% 10%
12
3 45
OCH3
+ +NH
TsOHCH3
NH
CH3
NH
90% 10%
12
3 45
稳定的烯胺是含 -H 的酮与二级胺在酸催化下反应来制备的。
2 烯胺制备:
3. 烯胺的反应3. 烯胺的反应
烯胺具有双位反应性能
C=C-N C-C=N+
( 1 ) 烯胺的烃基化反应
O
+NH
H+ N+ N
+N+
R-X NR X- H2O
NR
++OH2
O-H+
N R-X N+
RX- H2O
NH
+
OR
互变异构
使用活泼卤代烷如碘甲烷、烯丙型卤化物、苯甲型卤代物等主要发生碳烃基化产物。
使用活泼卤代烷如碘甲烷、烯丙型卤化物、苯甲型卤代物等主要发生碳烃基化产物。
烃基化反应既可以在氮上发生也可以在碳上发生。烃基化反应既可以在氮上发生也可以在碳上发生。
酰基化反应一般在碳上发生酰基化反应一般在碳上发生
( 2 )烯胺的酰基化反应
ON
+ CH3CH2CCl(C2H5)3N N
CCH2CH3
O+
H2O
H+
OCCH2CH3
O
溶剂不同,产物不同,在非质子溶剂中得一取代产物,在质子溶剂中得二取代产物。
溶剂不同,产物不同,在非质子溶剂中得一取代产物,在质子溶剂中得二取代产物。
( 3 )与 α,β- 不饱和酸、酯、腈等发生反应
O
OCH2CH2COOCH3
OCH2CH2COOCH3CH3OOCCH2CH2
NH
N
C2H5OH
+H+
CH2=CH-COOCH3 H3O+
2CH2=CH-COOCH3
H3O+
二氧六环
( 4 )烯胺在合成中的应用实例
*1. 制备长链脂肪酸
ON
+ CH3CH2CClH2O
H+
(C2H5)3NO
CCH2CH3
O
H2O
OH-
HOCCH2CH3
OO-
CCH2CH3
OCO2H
CCH2CH3
OCO2H
H2O
Zn(Hg)
HClCH3(CH2)6COOH
N
O
+ ClC(CH2)8CCl
O O
O
(C2H5)3N H3O+
O
O
O
H3O+OH-
O
O O
O
HOOH
Zn(Hg) HClHOOC(CH2)20COOH
*2. 制备长链的二元羧酸
五 醛的烃基化反应五 醛的烃基化反应
但如能在反应前将醛基予以保护,则烷基化反应还是可以发生的。
醛在碱性条件下,易发生羟醛缩合反应,所以很难使它通过负碳离子直接发生烷基化、酰基化反应。
RR”CHCH=NR’
RCH2CHO RCH2CH=NR’
RCHCH=NR’
RR”CHCHOH+
R’NH2 C2H5MgX
or LDA
R”X
第六节 β- 二羰基化合物的特性及应用
一 β-二羰基化合物的酸性及判别
二 β-二羰基化合物的烷基化、酰基化
三 β-二羰基化合物的酮式分解和酸式分解
四 β -二羰基化合物在合成中的应用实例
一 β- 二羰基化合物的酸性及判别
化合物 pKa 烯醇式含量
CH3COCH3 20 1.5×10-4(痕量 )H2O 16ROH 15EtO2CCH2CO2Et 13.3 7.7×10-3
NCCH2CO2Et 9 2.5×10-1
CH3COCH2CO2Et 10.3 7.3( 纯液态 ) ,气态 46.1%, 水 0.4
%
CH3COCH2COCH3 9 76.5C6H5COCH2COCH3 99
100*表中的烯醇式含量均在纯净液态(无溶剂)下测定。
OCHO
碳负离子可以写出三个共振式碳负离子可以写出三个共振式
(1) > (2) > (3)
CH3CCH2COC2H5
O O
+ NaOHC2H5OH
CH3C=CHCOC2H5
OO- O
CH3CCHCOC2H5
O O
CH3CCH=COC2H5
O O-
Na+
酮式( 92.5% )
41oC/2.66bar
mp -39oC
烯醇式( 7.5% )
32oC/2.66bar
CH3CCH2COC2H5
O O
CH3C=CHCOC2H5
OOH O CH3 CH
OH
O
OC2H5
在极强碱的作用下,可以形成很不稳定的双负离子在极强碱的作用下,可以形成很不稳定的双负离子
CH3CCH2CCH3
O O2 NaNH2 CH2=C-CH=CCH3
O-O-
CH3CCH2CCH3
O O2 NaNH2 CH2=C-CH=CCH3
O-O-
二 β- 二羰基化合物的烷基化、酰基化
1 乙酰乙酸乙酯的 α- 烷基化、 α- 酰基化
2 乙酰乙酸乙酯的 γ- 烷基化、 γ- 酰基化
3 β- 二酮的 γ- 烷基化、 γ- 酰基化
1 乙酰乙酸乙酯的 α- 烷基化、 α- 酰基化
2 乙酰乙酸乙酯的 γ- 烷基化、 γ- 酰基化
3 β- 二酮的 γ- 烷基化、 γ- 酰基化
1 乙酰乙酸乙酯的 α- 烷基化、 α- 酰基化1 乙酰乙酸乙酯的 α- 烷基化、 α- 酰基化
CH3C-CH-COC2H5
O O
COCH3
CH3CCHCOC2H5
O O
CH3CCHCOC2H5
O O
CH3C=CHCOC2H5
OO- O
CH3C=CHCOC2H5
OO- O
CH3COCCH3
O O
CH3COOC2H5
C2H5ONa
-C2H5OHNa+
CH3I
NaH
-H2
Na+
CH3COCl
CH3CCH2COC2H5
O O
CH3C-CH-COC2H5
O O
CH3
β- 二羰基化合物的 Na盐在非质子溶剂中不溶,为了改善盐的溶解性能,用可溶性的镁盐代替不溶性的钠盐。
方法一:
方法二:
用可溶性的镁盐代替不溶性的钠盐。用可溶性的镁盐代替不溶性的钠盐。
C2H5OH + Mg + CH2(COOC2H5)2
C2H5OMg + -CH(COOC2H5)2
CCl4
C2H5COCl
CH3CH2CCH(COOC2H5)2 + ClMgOC2H5
O
Mg C6H6
H3O+
+ HOMgCl
COR
OO
CH3CCHCOC2H5
+ MgCl
COR
OO
CH3CCCOC2H5RCOCl
OO
CH3CCH2COC2H5
2 乙酰乙酸乙酯的 γ- 烷基化、 γ- 酰基化2 乙酰乙酸乙酯的 γ- 烷基化、 γ- 酰基化
or 用 RLi ,惰性溶剂
CH3CCH2COC2H5
O O
NH3( 液 )
NaNH2 CH3CCHCOC2H5
O O
Na+NaNH2
NH3( 液 )
-CH2CCHCOC2H5
O O
CH2=C-CH=COC2H5
O-
O-
Na2+-
CH2CCHCOC2H5
O O
CH2=C-CH=COC2H5
O-
O-
Na2+
1mol RXRCH2CCHCOC2H5
O O
RCH2CCHCOC2H5
O O1mol RX
RCH2CCHCOC2H5
O OR
RCH2CCHCOC2H5
O OR
1mol RCOX
1mol
1mol RCOOEt
RCOCR
O O
RCCH2CCHCOC2H5
O OO
RCCH2CCHCOC2H5
O OO1mol RCOX
RCCH2CCHCOC2H5
O OO
COR
RCCH2CCHCOC2H5
O OO
COR
RCCH2CCH2COC2H5
O OO
RCCH2CCH2COC2H5
O OONH4Cl or H2O
3 β- 二酮的 γ- 烷基化、 γ- 酰基化3 β- 二酮的 γ- 烷基化、 γ- 酰基化
* 烷基化用 NaNH2-NH3(l) ,酰基化用 RLi-惰性溶剂
其它的 β- 二羰基化合物 (如 β- 二酮 )也能发生同样的反应。 例如 :
* 烷基化用 NaNH2-NH3(l) ,酰基化用 RLi-惰性溶剂
其它的 β- 二羰基化合物 (如 β- 二酮 )也能发生同样的反应。 例如 :
CH3CCH2CCH3
O O
n-C4H9-CH2CCH2CCH3
O O
H3O+2 NaNH2
NH3(l)
n-C4H9Br
对于不对称的 β- 二酮,有两个 γ 位,反应总是在质子酸性较大的 r 位发生。例如:
对于不对称的 β- 二酮,有两个 γ 位,反应总是在质子酸性较大的 r 位发生。例如:
CH2CCH2CCH3
O O
X
CHCCHCCH3
O O
X CH=C-CH=CCH3
O-
X
O-
CHCCH2CCH3
O O
X
R
2 NaNH2
NH3(l)
NH4ClRX
三 β- 二羰基化合物的酮式分解和酸式分解
1 乙酰乙酸乙酯的酯缩合逆反应
2 乙酰乙酸乙酯的酮式分解
3 乙酰乙酸乙酯的酸式分解
1 乙酰乙酸乙酯的酯缩合逆反应1 乙酰乙酸乙酯的酯缩合逆反应
CH3C-CH2-COC2H5
O O
CH3C-CH2-COC2H5
O- O
OC2H5
CH3-COC2H5
O-CH2-COC2H5
O
+
CH3-COC2H5
O
C2H5O-
2 乙酰乙酸乙酯的酮式分解2 乙酰乙酸乙酯的酮式分解
CH3C-CH2-COC2H5
O O
乙酰乙酸乙酯的
CH3C-CH2-C-OC2H5
O- O-
OH OH
H+ -CO2CH3C-CH3
O
CH3C-CH2-COH
O O
-OH(稀)
3 乙酰乙酸乙酯的酸式分解3 乙酰乙酸乙酯的酸式分解
CH3C-CH2-COC2H5
O O
CH3C-CH2-C-OC2H5
O- O-
OH OH
CH3-COH
O
+ -CH2-COH + C2H5O-
O
H2O H2O
CH3-COH
O
C2H5OH
-OH(浓)
四 β - 二羰基化合物在合成中的应用实例 四 β - 二羰基化合物在合成中的应用实例
eg 1: 以乙酸乙酯为原料合成 4- 苯基 -2- 丁酮
CH3CCHCOOC2H5
O
Na+
CH3CCHCOOC2H5
O
CH2C6H5
CH3CCHCOOH
O
CH2C6H5
CH3CCH2CH2C6H5
O
CH3COOC2H5
RONa (>1mol) C6H5CH2Cl
1 稀 OH - 2 H+ -CO2
CH3CCH2CH2C6H5
O
eg 2: 选用不超过 4 个碳的合适原料制备
CH3CCHCOOC2H5
O
(CH2)4Br
Br
CH3CCCOOC2H5
O
2 CH3COOC2H5C2H5ONa
CH3CCHCOOC2H5
O
Na+
C2H5ONa CH3CO
COOC2H5
CH3CO
COOH
Br(CH2)4Br
分子内的亲核取代
稀 -OHH+
-CO2
CCH3
O
CCH3
O
eg 3: 乙酰乙酸乙酯与 BrCH2CH2CH2Br 在醇钠作用下反应,
主要得到 而不是 。请解释原因。
CH3CCH2COEt
O OEtO
- Br(CH2)3BrCH3CCHCOEt
O OEtO
-
CH2CH2CH2Br
Br
CO2Et
O
Br
CO2Et
CH3C
EtO2C
O
CH3C
OOH
-H+
O O
CO2Et
OH-
H+ O
CO2H
吡喃衍生物(主要产物)
有张力
无张力
慢
主要稀
O
COOC2H5
H3CCOCH3
COOC2H5
eg 4: 制备
CH3C-C-COOEt
O CH3
CH2CH2CH3
CH3CCH2COOEt
O
CH3CH2CH2CHCOOH
CH3
CH3CH2CH2CHCOOH
CH3H+
NaOEtEtOH
NaOEt
EtOH
CH3I CH3CH2CH2Br
OH- (浓)+ CH3COOH
酸式分解
eg 5: 选用合适的原料制备下列结构的化合物。
CH3CCH2CH2CH2COH
O O
CH3CCH2COEt
O OEtO
- ClCH2CH2COEt
O
CH3C-CH-COOEt
O
CH2CH2COOC2H5
OH-
H+
H2O- CO2
CH3CCH2CH2CH2CCH3 + CH3COOH
O O
CH3CCH2COEt
O OEtO
- ClCH2CH2CCH3
O
CH3C-CH-COOEt
O
CH2CH2CCH3
OH-
H+
H2O- CO2
O
CH3CCH2CH2CH2COH
O O
CH3CCH2CH2CH2CCH3
O O
eg 6: 如何实现下列转换
OCH3
OHCH3
OHCH3
+
OSi(CH3)3CH3
OLiCH3
OCH3
OCH3 CHO
OCH3 CHO
(CH3)3SiCl 蒸馏分离
1mol n-C4H9Br
CH3Li n-C4H9Br
C2H5ONa HCOOC2H5 (2mol) KNH2
NH3(l)
OH-
引入醛基的目的是帮助定向。
引入醛基的目的是帮助定向。
- 烷基化
n-C4H9
CH3O
n-C4H9
CH3O
CHOn-C4H9
CH3O
n-C4H9
CH3CH3
OO
eg 7: 如何实现下列转换O O
CH3CH3
合成一:
合成二:
OCH3
OCH3
Br
NH
CH3N
CH3
N+
OCH3
+对甲苯磺酸
H3O+
OCH3 LDA
THF -70oC
Br OCH3
*1. 引入醛基的目的是为了使反应能定向进行。*2. 若 β- 二羰基化合物中的一个羰基是醛基,则在稀碱 存在下,也能发生酮式分解。
*1. 引入醛基的目的是为了使反应能定向进行。*2. 若 β- 二羰基化合物中的一个羰基是醛基,则在稀碱 存在下,也能发生酮式分解。
合成三: OCH3
OCH3 CHO
OCH3 CHO Br O
CH3
OCH3
CHO
OCH3 CHO
OCH3
CO2 + H2
C2H5ONa HCOOC2H5 1mol KNH2
NH3(l)
OH-
OH-O
CH3 C-H
OH
O-
+ HCOOH
OCH3
-
ROH
ROH
CH2(CO2Et)2
2EtO-
EtOH
BrCH2(CH2)nCH2Br
OH- H+ -CO2
(CH2)n+2 CCH2OH
CH2OH(CH2)n+2 C
CH2OH
CH2OH
SOCl2
(CH2)n+2 CCH2Cl
CH2Cl(CH2)n+2 C
CH2Cl
CH2Cl
CH2(CO2Et)2
2EtO-(CH2)n+2
CO2Et
CO2Et
(CH2)n+2CO2Et
CO2Et
(CH2)n+2 C(CO2Et)2(CH2)n+2 C(CO2Et)2
(CH2)n+2 CH-COOH(CH2)n+2 CH-COOH
eg 8 :合成螺环化合物
还原
I2 在 eg 9 中的作用
C(CO2Et)2
C(CO2Et)2+ I I
- I -
C(CO2Et)2
C(CO2Et)2
I CO2EtCO2Et
CO2EtCO2Et
C(CO2Et)2
C(CO2Et)2+ I I
- I -
C(CO2Et)2
C(CO2Et)2
I CO2EtCO2Et
CO2EtCO2Et
2 CH2(CO2Et)2
2 EtO-
BrCH2CH2CH2Br CH(CO2Et)2
CH(CO2Et)2
2 EtO-
COOH
COOH
H+I2 OH-
Eg 9 : 用简单的有机原料合成COOH
COOH
(COOEt)2
(COOEt)2
CH3CHO + 3CH2O
CO2HHO2C
2 CH2(COOEt)2 +BrBr
BrBr CO2Et
CO2EtEtO2C
EtO2C
(螺环二元羧酸 )
CO2HHO2C
(HOCH2)3C-CHO
OHHO
OHHO
BrBr
BrBr
-CO2
EtO-
HO- H+
HO-
HO- HBr
eg 10 用简单的有机原料合成
浓
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
CO2Et
O
O
CO2Et
COOEt
O-
CO2Et
COOEt
O-
CO2Et
Eg 11 用简单的有机原料合成
CH2(CO2Et)2CH2(CO2Et)2EtO- O 分子内酯交换
EtO- 分子内酯交换O
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