Transcript 第十四章碳负离子的反应及在合成中的应用

第十四章 碳负离子的反应及在合成中的应用
β–二羰基化合物：
O
O
O
R C CH2 C R'
O
O
R C CH2 C OR' RO C CH2 C OR
β–酮酸酯
β–二酮
丙二酸二酯
14.1 α-氢的酸性和互变异构
α-氢的酸性
_
CH3CH2 + H +
CH3CH3
O
O
CH3CCH3
CH3CCH2
O
O
CH3CCH2COC2H5
O
_
+ H+
pKa=42
pKa=20
O_ O
CH3CCHCOC2H5
+ H+
pKa=11
互变异构
OH
O
R2C CR'
R2CCR'
H 酮式
乙醛
烯醇式
O
CH3CH
(~100)
丙酮
O
CH3CCH3
(>99%)
O
CH2
OH
CH
(很少)
CH2
OH
CCH3
(1.5×10-4%)
OH
环己酮
(98.8%) (1.2%)
乙酰乙酸乙酯
O
O
:O
CH3C CH2 COEt
1
CH
0.09
2,4-戊二酮
H
O
CH3CCH2CCH3
1
O
COEt
CH3C
:
O
H
H 3C
:
O
O
C
C
C
H
CH 3
3
性质：与NaHSO3和HCN作用
与金属钠反应，使溴的CCl4溶液褪色
使FeCl3显色
14.2 酯缩合反应及其在有机合成中的应用
一、酯缩合反应
强碱 缩合
酸化 Claisen 酯缩合
O
O
O
2 CH3COC2H5
乙酸乙酯
1. NaOC2H5
+
2. H3O
CH3CCH2COC2H5 + C2H5OH
乙酰乙酸乙酯(三乙)(75%)
Claisen 酯缩合机理：
第一步 碱进攻α–H，产生α–碳负离子：
O
CH2 COEt
H
O
NaOC2H5
C2H5OH
CH2 COEt
O
CH2 COEt
第二步 α–碳负离子对另一酯分子的羰基
亲核加成：
O
O
O
CH3 COEt + CH2 COEt
CH3 C OEt
CH2 COEt
O
CH2COEt
四面体
中间体
O
第三步 离去基团的消除，恢复羰基结构：
O
CH3 C OEt
CH2 COEt
O
CH3
O
O
C CH2 COEt + OC2H5
第四步 β–酮酸酯脱质子：
O
O
O
O
CH3 C CH COEt + C2H5OH
CH3 C CH COEt + OC2H5
H
第五步 碳负离子的质子化(酸化)：
O
CH3C
O
CH COEt +
H
H
O
O
O
H
CH3C
CH COEt + H2O
H
反应特点：
• 底物：含有两个α–氢的酯
• β–酮酸酯的去质子与酸化
• C―C键的生成
• 生成含两个官能团的产物分子
O
O
R CH2C OCH2CH3 + H CHC OCH2CH3
O
O
R
¢ÙNaOC2H5
+
¢ÚH3O
R CH2C CHC OCH2CH3 + CH3CH2OH
R
二、交叉的Claisen缩合
1. 无α–氢的酯与有α–氢的酯的缩合
O
O
O O
HCOR ROCOR ROC COR
甲酸酯 碳酸酯
草酸酯
O
COR
苯甲酸酯
O
O
CH2COC2H5 +
O O
O
(1) NaOC 2H5
C2H5OCOC2H5
(2) H O+
3
O
C2H5OC COC2H5 + CH3COC2H5
O O
O
C2H5ONa
O
COC2H5
CH
COC2H5
(65%)
O
O
C2H5OC C CH2COC2H5 + CH3CCH2COC2H5 + C2H5OH
2. 有α–氢的酮和酯的缩合
1) NaH
CH3COCH3 + CH3CH2CH2COOC2H5
+
2) H
CH3CH2CH2COCH2COCH3
三、分子内酯缩合
二酯
五元或六元环状β–酮酸酯
CH2CH2COOC2H5
CH2CH2COOC2H5
O
(1) NaOC2H5, C6H6, 80¡æ
(2) H3O+£¬ 80£¥
己二酸二乙酯
H
COOC2H5
2–氧代环戊甲酸乙酯
四、酯缩合反应在有机合成中的应用
合成： β–酮酸酯
1,3-二酮
1,3-二酯
14.3 α–碳负离子 的亲核取代反应在合成中的应用
一、乙酰乙酸乙酯在合成中的应用
1. 乙酰乙酸乙酯的性质
酮式分解：在稀碱或 稀酸的作用下
β–酮酸酯 加热 脱羧 酮
O
O
CH3 C CH2 COEt
5% NaOH / ¡ ÷
R
CH3 C CH2 CONa
H
H
+
H
O
O
O
O
O
O
C
C
C
C
C
H H
O
R
C
H H
Òì¹¹
H
O
R
O
O
C
+ C
CH2
CH3COCH3
O
酸式分解：与浓碱共热 C―C键断裂
2分子羧酸盐
O
CH3C
O
O
CH2COC2H5
40%NaOH
△
2CH3CONa + C2H5OH
反应机理：
O
O
O
HO + CH3C CH2COC2H5
O
CH3C OH + CH2COC2H5
O
O
CH3COC2H5
CH3C CH2COC2H5
OH
O
O
OH
O
O
CH3C O + CH3COC2H5
CH3C O + C2H5OH
O
烷基化反应 及酮式分解
RCH 2CCH3
_
1) OH /H2O
+
2) H ,
O
O
O
CH3CCH2COC2H5
C2H5ONa
O
O
O
CH3CCHCOC 2H5
RX
CH3CCHCOC2H5
R
O
CH3CCH
R
R'
OR O
_
1) OH /H2O
CH3CCCOC2H5
+
2) H ,
R'
RX、R’X: 伯、仲卤代烷
C2H5ONa
R'-X
二、在合成上的应用
1. 合成甲基酮
O
O
CH3CCH2COC2H5
O
O
① C2H5ONa
② CH3CH2CH2Br CH3CCHCOC2H5
① C2H5ONa
② CH3I
CH2CH2CH3
OCH3
CH3CCCOOC2H5
CH2CH2CH3
+
OCH3
CH3CCCOOC2H5
CH2CH2CH3
① 稀OH ,②H , ③△
酮式分解
① 40% OH ,②H+
酸式分解
O
CH3CCHCH2CH2CH3
CH3
CH3CH2CH2CHCOOH
CH3
合成环状甲基酮
CH3COCH2COOC2H5
① C2H5ONa
② Br(CH2)4Br
CH3CO COOC2H5
C2H5ONa
CH2(CH2)3Br
① 稀OH ,②H+
③△
2. 合成酮羧
O
CH3CCH2CH2COOH
O
CH3CCH2COOC2H5
CH3COCHCOOC2H5
BrCH2COOC2H5
COCH3
3. 合成二酮
β–二酮的合成：
① NaH
CH3COCH2COOC2H5
② C6H5COCl
CH3COCHCOOC2H5
COC6H5
① 稀OH ,②H+
CH3COCH2COC6H5
③△
其余二酮的合成
1,4-二酮
1,5-二酮
1,6-二酮
二、 丙二酸二乙酯在合成上的应用
丙二酸二乙酯的合成及性质：
CH2COONa
NaCN
Cl
C2H5OH
CH2COONa H2SO4
CN
O
O
COOC2H5
CH2
COOC2H5
C2H5OH
H5C2OC CH2 COC2H5 + C2H5O
O
O
H5C2OC CH COC2H5
RX
_
1) OH /H2O
+
2) H ,
RCH2COOH
pKa= 13
1. 合成一元羧酸
O
O
CH3CH2I
H5C2OC CH COC2H5
COOC2H5
CH3CH2CH
COOC2H5
① NaOC2H5
② CH3CH2CH2Br
COOC2H5
CH3CH2CCH2CH2CH3
COOC2H5
① NaOH,H2O
② H+
¢ÙNaOH, H2O
¢ÚH+, ¡ ÷
CH3CH2CH2CO2H
CH3CH2CH2CHCO2H
CH2
CH3
2.合成二元羧酸
CH2Br
CH2Br
+
+ 2 Na [CH(COOC2H5)2]
CH2CH(CO2C2H5)2
CH2CH(CO2C2H5)2
¢ÙNaOH / H2O
CH2CH2CO2H
¢ÚH 3O+
CH2CH2CO2H
3. 合成酮酸
O
CH3CCH2CH2COOH
4.合成环烷酸
3~6元环
O
O
H5C2OC
H5C2OC
¢ÙC2H5O Na+
+
H2C ¢ÚBrCH CH CH Br
CHCH
CH
CH
Br
C
H
O
Na
2
5
2
2
2
2
2
2
H5C2OC
H5C2OC
O
O
Br
CH2
O
CH2
H5C2OC
C CH2
H5C2OC
O
O
¢ÙË®½â
¢ÚÍÑôÈ
O
Br
CH2
H5C2OC
CH2
C
H5C2OC
CH2
O
O
CH2
CH2
HOCCH
CH2
三、其它α–碳负离子的亲核取代反应在合成中的应用
O
R
1.
O
R
2.
O
O
O
3. CH3CCHCCH 3
CH 2CH 2CH 3
14.4 α–碳负离子的亲核加成反应在合成中的应用
一、 Knoevenagel （克脑文盖尔）反应
醛、酮 含活泼α–氢的化合物
弱碱：胺、吡啶、哌啶 缩合
CHO +
£- CO2
N
, 97¡æ
CH2(COOH)2 H-H O
2
CH CHCOOH
( 80 ~ 95% )
CH C(COOH)2
二、 Michael （麦克尔）加成
活泼α–氢的化合物 α,β–不饱和化合物
共轭加成
O
O
+ CH2(COOC2H5)2
2–环己烯酮
CH2 CH C
丙烯腈
C2H5ONa
C2H5OH
CH(COOC2H5)2
3–氧代环己基丙二酸二乙酯
(90%)
O
O
(C2H5)3N,叔丁醇
N + CH3CCH2CCH3
室温
2,4–戊二酮
CH2 CH2 C N
CH3CCHCCH3
O
O
4–乙酰基–5–氧代己腈
(77%)
应用：合成1,5-二羰基化合物
O
1. CH3CCH2CH2CH2COOH
O
O
2. CH3CCH2CH2CH2CCH3
3.
O
O
COOC2H5
4.
O
CH3
O
CH3
6.
O
O
CH3
O
O CH
O
3
KOH
+ CH2 CHCCH3
CH3OH,回流
2–甲基–2–(3'–氧代丁基)–
1,3–环己二酮 (85%)
2–甲基–1,3–环己二酮
N
① H ,苯，回流
H2O
②H+,
OCH
3
Robinson 环合
O
(65%)
O
O