南开大学有机化学课件第十六章 羧酸衍生物涉及碳负离子的反应在合成中的应用

第十六章羧酸衍生物涉及负离子的反应在合成中的应用16.1-H的酸性及互变异构R-CH2-YR-CH-Y+H+-H以正离子离解下来的能力称为-H的活性或-H的酸性。影响-H活性的因素：Y的吸电子能力。-H周围的空间环境。负碳离子的稳定性。判断-H活性的方法：pKa值同位素交换的速率（1）-H的酸性*1CH3CH=CH2pka=35pka=16*2CH3CCH2CCH3OOCH3CCH3OHOO的酸性比强。的酸性与一元酮差不多。*3羰基的-H是十分活泼的。OOHOOOOOCH3OCH3OCH3DDDH+NaODD2O（2）酮式、烯醇式的互变异构酸或碱CH3CCH2HOCH3CCH2OH1234*1实验证明：酮式、烯醇式都是存在的。*2由键能数据可以判断，破坏酮式需要更多的能量。+=791kJ/mol+=728kJ/mol1234乙酰乙酸乙酯碳负离子可以写出三个共振式分子内氢键的形成有利于烯醇式的存在,为什么?CH3CCH2COC2H5OO+NaOHC2H5OHCH3C=CHCOC2H5OO-OCH3CCHCOC2H5OOCH3CCH=COC2H5OO-Na+酮式（92.5%）41oC/2.66barmp-39oC烯醇式（7.5%）32oC/2.66barCH3CCH2COC2H5OOCH3C=CHCOC2H5OOHOCH3CHOHOOC2H5*3在一般情况下，烯醇式在平衡体系中的含量是比较少的，但随着-H活性的增强，烯醇式也可能成为平衡体系中的主要存在形式。CH3CCH3OC2H5OCCH2COC2H5OOOCH3CCH2COC2H5OOCH3CCH2CCH3OOCH3CCH2CCF3OO烯醇式含量1.510-47.710-32.010-27.376.5最多化合物烯醇式含量与烯醇式稳定性有关：化合物pKa烯醇式含量CH3COCH3201.5×10-4(痕量)H2O16ROH15EtO2CCH2CO2Et13.37.7×10-3NCCH2CO2Et92.5×10-1CH3COCH2CO2Et10.37.3(纯液态)，气态46.1%,水0.4%CH3COCH2COCH3976.5C6H5COCH2COCH399100*表中的烯醇式含量均在纯净液态（无溶剂）下测定。OCHO在极强碱的作用下，可以形成很不稳定的双负离子CH3CCH2CCH3OO2NaNH2CH2=C-CH=CCH3O-O-举例说明你所学过的一些强碱及其碱性强弱之比较？1.按生成烯醇式难易程度排列下列化合物。CH2CH3ABOOOOCOOCH=CH2COOCH2CH3AOOBOO解：CH=CH2〉〉2.3-环己烯酮在催化作用下与2-环己烯酮存在以下平衡，写出它们相互转化的机理OOH+解：OH+-H6OH6HαO+H+-Hα16.2酯缩合反应(Claisen）及其在合成中之应用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。RCH2C-OC2H5+H-CHCOC2H5OOOORCH2C-CHCOC2H5RR1C2H5ONa2HOAc一、酯缩合反应（2）反应机理C2H5OHCH3COONaCH3COOHOOCH3CCH2COC2H5+Na+OOCH3CCHCOC2H5C2H5ONaC2H5O-OCH3COC2H5OC2H5O-CH2COC2H5C2H5ONaOCH3CCH2COC2H5OOOCH3COC2H5OCH3CCH2COC2H5-+前四步均为可逆反应，最后一步是关键，底物有两个α-H！（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。2(CH3)2CHCO2C2H5Ph3C-Na+Et2O(CH3)2CHC-C-CO2C2H5OCH3CH34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（Dieckmann)酯缩合。实例1CO2C2H5C6H5CH3CH2CH2CO2C2H5Na,C2H5OH(少量)CH2CH2CO2C2H5O请写出上述反应之机理！CH3OCH3CH2CHCO2C2H5CH2CH2CO2C2H5CO2C2H5O-CH3CO2C2H5OCH3CO2C2H5实例2OOCH3CH2C-CH2CH2CH2-COC2H51C2H5O-2H3O+OOCH3实例3•写出下列两种酯缩合反应之可能产物：丙酸乙酯：CH3CH2CH2COOCH2CH3和乙酯乙酯：CH3CH2COOCH2CH3二.混合酯缩合（交叉酯缩合反应）（1）甲酸酯HCOOC2H5+HCH2COC2H5OEtONaHCOCH2COOC2H5H2O-3H2OCOOC2H5H5C2OOCCOOC2H5醛基OHOH+HCOEtOO-HHCO2ROHOHCHOOHOHCH2OHRO-NaH0-25oCH2ONaBH4C2H5OH25oC*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*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+HCH2COC2H5OEtONaH2OCOOC2H5COH5C2OCOCH2COC2H5OCOH5C2OHO-H+COCH2COOHCOHOCOCH3COHO175oCCOCH2COC2H5OH5C2O*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H5C2OCOOC2H5+HCH2COC2H5OEtONaH5C2OCOCH2COC2H5OH2O*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COOC2H5+HCH2COC2H5OEtONaCOCH2COC2H5OH2O酯缩合反应应用实例eg1.选用合适原料制备eg2.选用合适的原料制备合成二：HCOOEt+C6H5CH2COOEtEtONa70%C6H5CHCOOEtCHOC6H5CHCOOEtCHOC6H5CHCOOEtCOOEt合成一：C6H5CHCOOEtCCOOEtOEtOOC-COOEt+C6H5CH2COOEtEtONa-CO175oCC6H5CHCOOEtCOOEt+C6H5CH2COOEtEtONaC6H5CHCOOEtCOOEtOC2H5O-C-OC2H5合成：eg3.选用合适的原料合成OHO2C-CH2CH2CCOOH逆合成分析OHO2C-CH2CH2CCOOHOHO2C-CH2CH-CCOOHCOOHCOOEtEtO2C-CH2EtO2C-CH2COOEt+EtO2C-CH-CCOOEtEtO2C-CH2O-CO2EtO-H+H+OH-HO2C-CH-CCOOHHO2C-CH2OHO2C-CH2CH2-CCOOHOeg4.选用合适的原料合成OOOOCO2HHO2COOCO2EtEtO2CCO2EtEtO2C+EtO2C-CO2Et逆合成剖析：OO具体合成：CO2EtEtO2CEtO2C-CO2EtEtO-EtO-HO-H+-CO2OCO2EtEtO2COOCO2EtEtO2CCO2EtOOCO2HHO2COOOOCH3C-CH2-CCH3OOCH3C-CH2-COC2H5OHOCH3C-CH2-COC2H5CH3OHOCH3C-CH2-CCH3CH3OCH3CCH3++++CH3CO2C2H5C2H5O-H+orNaH3酮酯缩合从理论上分析，有可能生成四种化合物。HC-OC2H5+H-CH2CCH3OOOOHC-CH2CCH3C2H5O-C-C-OC2H5+H-CH2CCH3OOOOOOC2H5O-C-C-CH2CCH3OOC2H5O-C-CH2CCH3OOC2H5O-C-OC2H5+H-CH2CCH3OOC2H5O-C-CH2CCH3OOC-OC2H5+H-CH2CCH3OOC-CH2CCH3NaHEtO-EtO-NaHH2OH2OH2OH2O-CO16.3丙二酸二乙酯、乙酰乙酯乙酯等的活性碳负离子的取代及其应用一、丙二酸二乙酯•1合成CH2COONaClNaCNOH-CH2COONaCN2C2H5OH,H2SO4水解、酯化同时进行CH2COOC2H5COOC2H52烃基化NaCHCOOC2H5COOC2H5RXCHCOOC2H5COOC2H5RH+H2OCHCOOHCOOHR-CO2150~200℃RCH2COOHCHCOOC2H5COOC2H5H+C2H5ONaNaCHCOOC2H5COOC2H5+C2H5OH丙二酸二乙酯烃基化产物的应用：•（１）合成一元或二元羧酸CH2(CO2Et)22EtO-EtOHBrCH2(CH2)nCH2BrOH-H+-CO2(CH2)n+2CCH2OHCH2OHSOCl2(CH2)n+2CCH2ClCH2ClCH2(CO2Et)22EtO-(CH2)n+2CO2EtCO2Et(CH2)n+2C(CO2Et)2(CH2)n+2CH-COOH（２）合成螺环化合物还原I2在eg9中的作用C(CO2Et)2C(CO2Et)2+II-I-C(CO2Et)2C(CO2Et)2ICO2EtCO2EtCO2EtCO2Et2CH2(CO2Et)22EtO-BrCH2CH2CH2BrCH(CO2Et)2CH(CO2Et)22EtO-COOHCOOHH+I2OH-Eg9：用简单的有机原料合成COOHCOOH(COOEt)2(COOEt)2二、乙酰乙酸乙酯的α-烷基化、α-酰基化CH3C-CH-COC2H5OOCOCH3CH3CCHCOC2H5OOCH3CCHCOC2H5OOCH3C=CHCOC2H5OO-OCH3C=CHCOC2H5OO-OCH3COCCH3OOCH3COOC2H5C2H5ONa-C2H5OHNa+CH3INaH-H2Na+CH3COClCH3CCH2COC2H5OOCH3C-CH-COC2H5OOCH3β-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。C2H5OH+Mg+CH2(COOC2H5)2C2H5OMg+-CH(COOC2H5)2CCl4C2H5COClCH3CH2CCH(COOC2H5)2+ClMgOC2H5OMgC6H6H3O++HOMgClCOROOCH3CCHCOC2H5+MgClCOROOCH3CCCOC2H5RCOClOOCH3CCH2COC2H5三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CH3C-CH2-COC2H5OOCH3C-CH2-COC2H5O-OOC2H5CH3-COC2H5O-CH2-COC2H5O+CH3-COC2H5OC2H5O-2乙酰乙酸乙酯的酮式分解CH3C-CH2-COC2H5OO乙酰乙酸乙酯的CH3C-CH2-C-OC2H5O-O-OHOHH+-CO2CH3C-CH3OCH3C-CH2-COHOO-OH（稀）3乙酰乙酸乙酯的酸式分解CH3C-CH2-COC2H5OOCH3C-CH2-C-OC2H5O-O-OHOHCH3-COHO+-CH2-COH+C2H5O-OH2OH2OCH3-COHOC2H5OH-OH（浓）四β-二羰基化合物在合成中的应用实例eg1:以乙酸乙酯为原料合成4-苯基-2-丁酮CH3CCHCOOC2H5ONa+CH3CCHCOOC2H5OCH2C6H5CH3CCHCOOHOCH2C6H5CH3CCH2CH2C6H5OCH3COOC2H5RONa(1mol)C6H5CH2Cl1