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第14章 β-二羰基化合物和有机合成

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有机化学第十四章

有机化学第十四章

COOC2H5 CH3COCH2COOC2H5 + C2H5OH COCH2COOC2H5
两种产物在性质上有较大差别， 两种产物在性质上有较大差别，可分离
分子内Claisen 酯缩合（Dieckmann狄克曼缩合） 酯缩合（ 狄克曼缩合） 分子内 狄克曼缩合
CH2CH2COOC2H5 CH2CH2COOC2H5 O
C2H5C O + CH2COOC2H5 CN CH3
乙酸铵－乙酸
C6H6
CH3 C2H5
C C COOC2H5 CN 85%
CHO
+
CH2(COOH)2
哌啶,95~100℃ ℃ -H2O
CH C(COOH)2
- CO2
CH CHCOOH (80%~95%)
五、Michael加成 加成
O + CH2(COOC2H5)2 C2H5ONa C2H5OH CH(COOC2H5)2 90% (C2H5)3N,叔丁醇 叔 O
三、丙二酸二乙酯的合成及应用
1、制备 、
CH2COONa Cl
NaCN
CH2COONa CNOC H 2 5
腈化反应
水解、 水解、成酯反应
2、应用 、 （1）制备取代乙酸（一取代或二取代）： ）制备取代乙酸（一取代或二取代）： 脱H+,生成钠盐 生成钠盐
步2
制备甲基酮或烷基取代酸： 制备甲基酮或烷基取代酸：
①稀OH -,②H+,③∆ 酮式分 解 ①40%OH-,②H+,③∆ 酸式分解
CH3 CH3COCCOOC2H5 CH2CH2CH3
CH3 CH3COCHCH2CH2CH3
CH3 CH3CH2CH2CHCOOH

第14章β-二羰基化合物

第14章β-二羰基化合物
(1)乙酰乙酸乙酯的制备 乙酰乙酸乙酯的制备
的酯在强碱 有α-H的酯在强碱（一般是用乙醇钠）的作用下与另一分子酯 的酯在强碱（一般是用乙醇钠）的作用下与另一分子酯 发生缩合反应，失去一分子醇 生成β-羰基酯 一分子醇， 羰基酯的反应叫做酯 发生缩合反应，失去一分子醇，生成 羰基酯的反应叫做酯 缩合反应，又称为克莱森（ 缩合反应，又称为克莱森（Claisen）缩合。 ）缩合。
有机化学
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重要β 二羰基化合物 重要 –二羰基化合物
O O C 2 H 5 O-C-CH 2 -C-OC 2 H 5
丙二酸二乙酯
O O CH3-C CH2-C-OC2H5
乙酰乙酸乙酯
有机化学
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三、 丙二酸酯在有机合成上的应用
一.丙二酸二乙酯的制备 丙二酸二乙酯的制备
O O O O NaCN C H OH CH2-C-OH CH2-C-ONa 2 5 C2H5O-C-CH2-C-OC2H5 OH H2SO4 Cl CN
OH O CH3-C=CH-C-OC H5 2 烯醇式 (7%)
有机化学
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二、 β –二羰基化合物碳负离子的反应 二羰基化合物碳负离子的反应
碳负离子是带部分负电荷的碳原子或氧原子， 碳负离子是带部分负电荷的碳原子或氧原子，都具 是带部分负电荷的碳原子或氧原子 亲核性， 有亲核性，在碳原子和氧原子上都有可能发生亲核 反应，主要发生在碳原子上 常见的反应有下列几种： 在碳原子上。 反应，主要发生在碳原子上。常见的反应有下列几种： （1）碳负离子与卤代烷的反应 卤代烷的反应 ）碳负离子与卤代烷 羰基化合物的缩合反应 （2）碳负离子和羰基化合物的缩合反应 ）碳负离子和羰基化合物 不饱和羰基化合物的共轭加成 （3）碳负离子和 ，β-不饱和羰基化合物的共轭加成 ）碳负离子和α， 不饱和 反应

第14章-β-二羰基化合物

第14章-β-二羰基化合物
3.通过乙酰乙酸乙酯（Claisen酯缩合反应制备）的烷 基化和酰基化反应产物的酮式分解或酸式分解,可制 备甲基酮、二酮以及一元或二元羧酸.
4. -二羰基化合物的碳负离子通过Michael加成反应合 成１，５－二羰基化合物．
酮 -H活泼
◆常用丙酮或其他甲基酮和酯缩合来合成 -二酮。 比较克莱森（酯）缩合反应与羟醛缩合 反应的异同?
（５）克诺文格尔缩合反应 *——制备，-不饱和酸
◆醛、酮可以和-二羰基化合物（一般是丙二酸及其 衍生物），在弱碱（氨或胺）作用下缩合：
亲核加成-消除
肉桂酸 ◆这种制备制备，-不饱和酸的方法叫Knoevenagel
CH3COCHCOOC2H(C5 H2)2
CH3CO(CH2)4COCH3
CH3COCHCOOC2H5
用三乙法合成：
1,3-丁二烯与Br2的 1,4加成, 氢化.
与无-H的醛缩合
(６) 与酰卤或酸酐作用——羰基亲核加成-消除反应 例如：与酰氯的反应
NaH
非质子溶剂
酰基化产物
-二酮
◆在合成上乙酰乙酸乙酯更多的用来合成酮类。 (合成羧酸时，常有酮式分解)
乙醇得到乙酰乙酸乙酯（-丁酮酸酯）：
乙酰乙酸乙酯
◆凡有-H原子的酯，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。克莱 森（酯）缩合反应是合成-二羰基化合物的方法。
（2）克莱森（酯）缩合反应历程——亲核加成-消除
乙酸乙酯 加成步骤 消除过程
（３）含有-H原子的酯与无-H原子的酯之间缩合 ①与苯甲酸酯缩合——位引入苯甲酰基 例如：-苯甲酰丙酸乙酯的合成
◆分子中含有两个羰基官能团的化合物叫二羰基化合物； 其中两个羰基为一个亚甲基相间隔的化合物叫-二羰 基化合物。

第十四章 β-二羰基化合物

第十四章 β-二羰基化合物

-
C OC H 2 5 OR C CH O C OC2H5
O C6H5CCl
O C CH COC6H5 OC2H5
C- 烃化产物
(1) NaOEt, EtOH (2) R'X
O- 烃化产物
O H3 C C
O H3 C C C R R
O C OC2H5
C- 酰化产物
R = 伯卤代烷，而仲卤代烷和叔卤代烷在碱性条件下易发生消去反应
+ CH3CCH2CO2Et
反应机理
CH2(CO2Et)2 + EtO
-
CH(CO2Et)2 + EtOH
-
O
O
CH
CH
CH
CH2 + CH(CO2Et)2
O
-
O
CH
-
CH
CH CH2CH(CO2Et)2
-
CH CH2CH(CO2Et)2
CH2 CH2CH(CO2Et)2 + EtO
-
如：
O
O
+ CH2 CHCO2Et
1) H2O, KOH; 2) H3O+
CH3COCHCOOC2H5
3)
I
CH3COCH2CH2COCH3
2, 5 – 己二酮
2 CH3COCHCOOC2H5 Na+
-
CH2Cl2
CH3COCHCOOC2H5 CH2 CH3COCHCOOC2H5 1) H2O, KOH; 2) H3O+
3)
O
O
H3C C CH2 C OR
一. β- 酮酸酯的合成
Claisen Condensation:

第14章_β-二羰基化合物和有机_[1]...

第14章_β-二羰基化合物和有机_[1]...

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。
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
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
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。
+ NaX
C
OC2H5 + C2H5OH
二烃基乙酰乙酸酯
α-烃基乙酰乙酸乙酯的应用

第14章 β-二羰基化合物(2012)

第14章 β-二羰基化合物(2012)

CO2H
Michael加成 加成
亲核取代 -CH(COOC H ) 2 5 2 亲 核加 成 （α,β-不饱和醛酮的亲核加成----Michael加成） 不 加
Michael加成是非常有用的合成 5—二羰基化合物的反应 加成是非常有用的合成1, 加成是非常有用的合成 二羰基化合物的反应
O CH2(COOC2H5)2 + NaOC2H5 HOC2H5 CH(COOC2H5)2 O - CO2 CH2COOH 90% 酸化 水解 CH(COOC2H5)2 OH
14.3 乙酰乙酸乙酯的反应及其在有机合成中的应用 乙酰乙酸乙酯的反应及其在有机合成中的应用
1. 乙酰乙酸乙酯的酯缩合逆反应 乙酰乙酸乙酯的酯缩合逆反应
O O
O-
O
CH3C-CH2-COC2H5
C2H5O-
CH3C-CH2-COC2H5 OC2H5
O CH3-COC2H5
O
+
-
CH2-COC2H5 O CH3-COC2H5
3. 乙酰乙酸乙酯的酸式分解 乙酰乙酸乙酯的酸式分解
OO-
O
O
CH3C-CH2-COC2H5
-OH（浓） （
CH3C-CH2-C-OC2H5 OH OH
O
O CH3-COH
+ -CH2-COH + C2H5OH2O H2用下， 在浓碱作用下，α−与β−位碳原子间断裂生成二分子羧酸。 位碳原子间断裂生成二分子羧酸。
生成的烯醇式稳定的原因 （1）形成共轭体系，降低了体系的内能 ）形成共轭体系，
（2）烯醇结构可形成分子内氢键（形成较稳定的六元环体系） ）烯醇结构可形成分子内氢键（形成较稳定的六元环体系）
苯酚的烯醇与酮式互换

第十四章 β-二羰基

第十四章 β-二羰基

14.2 β-二羰基化合物碳负离子的反应
以乙酰乙酸乙酯为例
碳负离子可以写出三个共振式
O O C2H5OH OO-
CH3CCH2COC2H5 + NaOH O O
O
O
CH3CCHCOC2H5
CH3C=CHCOC2H5
+ CH3CCH=COC2H5 Na
(1)
>
(2)
>
(3)
碳负离子都具有带负电荷的C原子或O原子，都具有亲 核能力，反应主要发生在亲核的C原子 亲核反应 得到的主要是C原子上的烷基化或酰基化产物
二取代乙酸
应用：丙二酸酯法主要用来合成一取代、二取代乙酸 注意：1）禁用3ºRX(易消去)、乙烯型和卤苯型RX(活性差)； 2）R≠R’时，应先引入大基团； 3）可同时失去两个α-H，得到双钠盐。
_ _
_ _
OH
-
COONa
H
+
COOH COOH
丙二酸酯在合成中的应用：
（1）合成一取代乙酸
举例：用丙二酸二乙酯合成４－甲基戊酸
P358-8(2)
⑵合成二取代乙酸
例：用丙二酸合成法合成２－苄基己酸
CH2(COOC2H5)2
+ C2H5ONa － [CH(COOC2H5)2]Na C2H5OH
－CH2Br
－CH2－CH(COOC2H5)2
(1)C2H5ONa (2)CH3(CH2)3Br
－ －CH2－C(COOC2H5)2 CH2CH2CH2CH3
问题：能不能用酯化 的方法制备？
∵HOOC－CH2－COOH
不能用酯化的方法。
CH3COOH + CO2↑
丙二酸酯的结构

高教第二版（徐寿昌）有机化学课后习题答案第14章

高教第二版（徐寿昌）有机化学课后习题答案第14章

第十四章 β－二羰基化合物一、 命名下列化合物：1.CH 3CH 3CCOOHCOOH2.CH 3COCHCOOC2H 5C 2H 5二、 写出下列化合物加热后生成的主要产物：1.COCO C OOH2.O=CCH 2CH 2CH 2COOHCH 2COOHO=CCH3CH 2CH 2CH 2COOH3.C 2H 5CH(COOH)2C 2H 5CH 2COOH三、试用化学方法区别下列各组化合物:1.CH 3COCH(CH 3)COOC 2H 5,CH 3COC(CH3)COOC 2H 52.CH 3COCH 2COOH,HOOCCH2COOH解：分别加入饱和亚硫酸氢钠水溶液，3－丁酮酸生成晶体，而丙二酸不能。

四、下列各组化合物，那些是互变异构体，那些是共振杂化体？1.COCOOC2H5COOC2H5OH,2.CH3C OO-,CH3COO-3.CO OH,五、完成下列缩合反应：1.2CH3CH2COOC2H5.2.HCH3CH2COCHCOOC2H5CH3+C2H5OH2.CH3CH2COOC2H5+COOC2H5.2.HCOCHCOOC2H5CH3CH3CH2COCHCOOC2H5CH3+3.CH3CH2COOC2H5+COOC2H5COOC2H5.2.HO=CO=CCHCOOC2H5CH3CHCOOC2H5CH34.CH2CH2CH2COOC2H5CH2CH2COOC2H5.2.HCOCOOC2H55.COCO+HCOOC2H5.2.HCHO六、完成下列反应式：1.CHO2.Zn,HCHOCH2CH2CHO%NaOHOHC2H5C2H5CCH3COCH2H3O+2..OOCH2COOC2H5CCH3HOCH2CH2OH,H+CH3COCH2COOC2H53.CH3CH3COCH2CHCOOC2H5NaOH%5CHCOOC2H5CH3CH3COCHCOOC2H5CH3NaCH3COCHCOOC2H5CH3COCH2COOC2H52.CH3COCH2+CH2CHC H2CH2CHCH3OHCOOHCH2CHC H2CH2COCH333CH2=CH COCH3CH2CH(COOC2H5)2NaCH(C OOC2H5)2NaOC2H5CH2Cl4.CH2CCH2CH2COCH3COOC2H5COOC2H5COOHO 七、写出下列反历程：C 6H 5CH 2CCH 2C 6H 5O+CH 2=CHCOCH3NaOCHCH 3OHC 6H 5C=OC 6H 5CH 3C 6H 5CH 2CCH 2C 6H 5OC 6H 5CH 2CCHC 6H 5OCH =CHCOCHC 6H 5CH 2CCHC 6H 5OCH 2CH 2COCH3C 6H 5CHCCHCHO3C 6H 5CHCHC 6H 5COCHOCH 3CH 2CH 2C=O CH3C 6H 5C 6H 5八、以甲醇，乙醇为原料，用丙二酸酯法合成下列化合物： 1．α－甲基丁酸CH 3OH CH 3ClC 2H5OHCH 3CH 2ClC 2H 5OOCCH 2COOC 2H 5C 2H 5OOCHCOOC2H 5CH 3CH CH ClC 2H 5OOCCCOOC2H 5CH 3CH 2CH 3-2.H 3O+HOOCCCOOHCH 2CH 3CH 3CH 3CH 3CH 2CHCOOHCH 3CH 2OH CH 3CHOCH 3CH=CHCHOCH 3CH 2CH 2CH 2OHPCl CH 3CH 2CH 2CH 2Cl COOC 2H 5CHNa COOC 2H 5CH CH CH CH ClCOOC 2H 5CHCH 2CH 2CH 2CH 3COOC 2H 5.H O,-OH2.H 3OCH 3CH 2CH 2CH 2CH 2COOH3.3－甲基己二酸CH 3CH 2ClMg,(CH )O CH 3CH 2MgClCH O+CH 3CH 2CH 2OHH 3PO 4CH 3CH=CH2Br CH 3CHCH 2Br2C 2H 5OOCCHCOOC2H 5NaBrCH3.HO,-OH2.H 3OCH 3HOOCCH2CHCH 2CH 2COOH(C 2H 5OOCCHCHCH2CH(COOC2H 5)24.1，4－环己烷二甲酸CH 3CH 2OH 24CH 2=CH 2Br 2BrCH 2CH 2Br2CH 2(COOC 2H 5)22NaOC 2H55．环丙烷甲酸九、以甲醇、乙醇以及无机试剂为原料，经乙酰乙酸乙酯合成下列化合物：（1） 3－乙基－2－戊酮CH 3CH 2OH CH 3CH 2Cl CH 3COCH 2COOC2H 5CH 3COCHCOOC2H 5NaC2H 5CH 3COCHCOOC2H 5CH 3COCCOOC2H 5CH 2CH3CH 2CH 3+CH 3COCHCH2CH 3CH 2CH 3（2） α－甲基丙酸CH 3COCH 2COOC2H 5CH 3COCHCOOC 2H 5NaCH 3COCHCOOC2H 5CH3COCCOOC2H 5+CH 3OH CH 3Cl CH ClCH 3CH 3CH 340CH 3CHCOOHCH 3（3） γ－戊酮酸CH 3COCH 2COOC 2H5CH 3COCHCOOC2H 5NaCH 3COCHCOOC2H 5+CH 3CH 2OHCH 3COOHClCH2COOH+ClCH2COOC 2H 5ClCHCOOCH CH 2COOC2H 55%CH 3COCH 2CH 2COOH（4） 2，7－辛二酮CH 3COCH 2COOC 2H 5CH 3COCHCOOC 2H 5NaCH3CH 2OHCH 2=CH2ClCH2CH 2ClCl 2ClCHCH ClCH 3COCHCH2CH2CHCOCH3COOC2H 5COOC2H5+5%CH 3COCH 2CH 2CH 2CH2COCH 3（5） 甲基环丁基甲酮CH 3COCH 2COOC 2H 5CH 3COCHCOOC 2H 5Na+5%CH 3CH=CH2ClCH2CH=CH2ClCH 2CH 2CH 2BrClCH 2CH 2CH 2BrCH 3COCHCOOC2H 5CH 2CH 2CH 2ClCH 2CH 2CH 2ClCH 3COCCOOC2H 5Na CH 3COCCOOC 2H 5C OCH 3十、某酮酸经硼氢化钠还原后，依次用溴化氢，碳酸钠和氰化钾处理后，生成腈。

第14章 β-二羰基化合物

第14章 β-二羰基化合物

CH3CCH2C-OH
CH3CCH2C-OH
十一、某酯类化合物A (C5H10O2)，用乙醇钠的乙醇溶液处理，得到另一个 酯B (C8H14O3),B 能使溴水褪色，将B用乙醇钠的乙醇溶液处理后，再与碘 乙烷反应，又得到另一个酯C (C10H18O3). C和溴水在室温下不反应。把C用 稀碱水解再酸化，加热，即得一个酮D (C7H14O), D不发生碘仿反应。用锌 汞齐还原则生成3－甲基己烷，试推测A,B,C,D的结构，并写出各步反应式。 解：A,B,C,D的结构及各步反应式如下：
CH3CCH2C-OCH2CH3
ClCH2COOEt O O Cl2 , P ClCH2COOEt
CH3 C-CH-C-OCH2CH3 CH2 COOEt
CH3CCHC-OCH2CH3 + Na
4． 2，7－辛二酮
O O CH3CH2OH H+ CH2 = CH2 Cl2 O O + ClCH2 CH2Cl CH3CCHC-OCH2CH3 Na O O O CH3C-CH2 CH2 (1) 5 % NaOH (2) H
(A) CH3CH2COOEt C2 H5 (C) CH3CH2COCCOOEt CH3
(B) CH3 CH2COCHCOOEt CH3 C2 H5 (D) CH3CH2COCH CH3
CH3CH2 COOEt C2H5ONa
(A) C2 H5ONa
CH3CH2COCHCOOEt (B) CH3
Na CH3 CH2COCCOOEt CH3 C2H5I
(1) O 3 (2) Zn, H
5% NaOH
+
CHO CHCHCHO
∆
CHO
2
CH3COCH2 COO C2H5 NaOC2H5 CH3 Cl CHCOC2 H5

有机。第十四章 β –二羰基化合物

有机。第十四章 β –二羰基化合物
应用化学系
运城学院 若酯的α-碳上只有一个 ，则生成的β-羰基酯中 若酯的 碳上只有一个H，则生成的 羰基酯中 碳上只有一个 两个羰基之间的C原子上已无 原子， 原子上已无H原子 两个羰基之间的 原子上已无 原子，不能与碱作用 生成稳定的盐，反应便无法进行。必须用更强的碱， 生成稳定的盐，反应便无法进行。必须用更强的碱， 如三苯甲基钠为催化剂，使反应物全部生成α-负碳 如三苯甲基钠为催化剂，使反应物全部生成 负碳 离子，平衡向右，反应方能进行： 离子，平衡向右，反应方能进行：
O CH3 C CH2 RX CH3 O C OC2H5 NaOC 2H5 O CH3 C CH O C OC2H5
O R O C CH C OC2H 5 R'X CH3 O R O C C C OC2H 5 R' o
重复上述过程：
R,R'≠ 芳基、烯基（活性差）或3 (消除)，最好为1o ≠
应用化学系
(β-diketone)
O RH 2C C R' keto form
β–二酮
(β-keto ester)
β–酮酸酯
丙二酸二酯 (malonic ester)
OH
§14.1 酮-烯醇互变异构(tautomerism ) 烯醇互变异构
互变 异构 RHC C R' enol form 应用化学系
运城学院 酸碱对酮-烯醇平衡的影响 §14.1.1 酸碱对酮 烯醇平衡的影响 酸、碱、玻璃都能催化酮式与烯醇式迅速达到平衡 酸催化 (acid-catalyzed)： ：
运城学院 §14.2.3 乙酰乙酸乙酯在合成上的应用 烃基化反应后进行酮式分解或酸式分解， 烃基化反应后进行酮式分解或酸式分解，可以 制备取代丙酮或取代乙酸。 制备取代丙酮或取代乙酸。

第14章β-二羰基化合物-1

第14章β-二羰基化合物-1

EtONa R'X
R C R'
COOEt H3O COOEt
R C R'
COOH -CO2 COOH
R CHCOOH R'
先上大基团还是小基团； 先上大基团还是小基团；
COOC2H5 C2H5ONa CH2 COOC2H5
_
COOC2H5 CH COOC2H5 CH3CH2Br
COOC2H5 CH3CH2CH COOC2H5
O CH3 C CH2 92.5% O C OC2H5 CH3 OH C CH 7.5% O C OC2H5
O O CH3 C CH2 O C OC2H5 40% NaOH 成酸分解
O CH3C CH2 O C OC2H5 EtONa CH3C RX O CH3C CH O C OC2H5 O CH3C O CH R CH O
O 2 CH3COC2H5 (1) EtONa (2) H3O O O
CH3CCH2COC2H5
反应机理： 反应机理：
O CH3COC2H5 EtONa O CH2COC2H5 O CH3COC2H5 CH3 O C O CH2COC2H5
OC2H5
具有α 原子的酯可发生此反应； 原子的酯可发生此反应 具有α-H原子的酯可发生此反应； 羰基酯的方法 合成β 羰基酯的方法。 合成β-羰基酯的方法。
O R''X R R'' O O R''CR'' O R O R'' R' R''COCl 或 (R''CO)2O R O O R R'' R'' O R' CHCH2COR'' O R'' O R' R R' O O R'

有机化学第14章 β-二羰基化合物

有机化学第14章 β-二羰基化合物

工业上乙酰乙酸乙酯可用二乙烯酮与乙醇作用制得:
乙酰乙酸乙酯为无色具有水果香味的液体，沸点181℃(稍有分解)，
微溶于水，可溶于多种有机溶剂。乙酰乙酸乙酯对石蕊呈中性，但能 溶于稀氢氧化钠溶液。它不发生碘仿反应。
2.乙酰乙酸乙酯的性质
乙酰乙酸乙酯可在稀碱(或稀酸)的作用下，水解生成乙酰乙酸，
后者在加热的条件下，脱羧生成酮。这种分解称为酮式分解，可用
键形成一个稳定的六元环，另一方面烯醇式羟基氧原子上的未共用
电子对与碳碳双键和碳氧双键是共轭体系，发生了电子的离域，降 低了分子的能量的缘故。
酮—烯醇互变异构现象在羰基化合物中较为普遍，但它们的烯
醇式含量是不同的。
(在室温条件下)
14.2 乙酰乙酸乙酯的合成及应用
1.乙酰乙酸乙酯的合成
乙酰乙酸乙酯可用Claisen酯缩合反应合成。乙酸乙酯在强碱 (如乙醇钠、金属钠等)的催化下缩合，然后酸化，即可得到乙酰乙 酸乙酯。
曾讨论过烯醇式和酮式的互变异构现象。
但β-二羰基化合物的烯醇式结构却具有一定的稳定性。如β-
丁酮酸乙酯(又称为乙酰乙酸乙酯，俗称三乙)，通常是以酮式和烯
醇式两种异构体的混合物形式存在的。
这种能够互相转变的两种异构体之间存在的动态平衡现象就 称为互变异构现象。
乙酰乙酸乙酯的两种异构体，可在较低的温度下，用石英容器精馏
反应式表示为：
另外，乙酰乙酸乙酯如与浓碱共热，则α-和β-碳原子之间的键
发生断裂，生成两分子乙酸盐。一般β-羰基酸都发生此反应，这种
分解称为酸式分解。
乙酰乙酸乙酯分子中亚甲基上的氢原子比较活泼，与醇钠等强碱
作用，可以生成钠的衍生物，后者可与卤代烷发生取代反应，生成烷
基取代的乙酰乙酸乙酯；在需要时还可以生成二烷基取代的乙酰乙酸 乙酯，使用更强的碱如叔丁醇钾替代乙醇钠进行反应效果更好。

有机化学第十四章 β-二羰基化合物

有机化学第十四章 β-二羰基化合物

CONR2,
烷基化反应：
CO2C2H5 (CH3)2CH I + CH2 CN
① C2H5ONa /C2H5OH ② (CH3)2CH I
① C2H5ONa /C2H5OH ② H 3O
+
CO2C2H5 CH(CH3)2 CN
(CH3)2CH C (95%)
Michael 加成反应：
CH3 CH2 C CN 2–甲基– 丙烯酸乙酯 氰基乙酸乙酯
3 2 5
C H2 C H3C O C HC O O2C H5 C H3C O C H 2C H2C H2C O C H 3
CH3COCH2COOC2H5
H5 (1)C2H5O Na C H3C O C HC O O2C (2) I2 酮式分解 C H3C O C HC O O2C H5 C H3C O C H 2C H2C O C H 3
O CH2 COEt
O CH2 COEt
第二步 烯醇负离子对另一酯分子的 亲核加成：
O O O CH3 C OEt CH2 COEt CH3 COEt + 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
(1.5×10-4%)
比 C C 更稳定 键能差：45 ~ 60 kJ • mol-1
乙酰乙酸乙酯(β–丁酮酸乙酯)： (ethyl acetoacetate) 互变异构
一般烯醇式不稳定，而乙酰乙酸乙酯的烯醇式较稳 定存在：
（ 1 ）酮式中亚甲基上的氢原子同时受羰基和酯基的影 响很活泼，很容易转移到羰基氧上形成烯醇式。 （2）烯醇式中的双键的π键与酯基中的π键形成π-π 共轭体系，使电子离域，降低了体系的能量。 :OH O CH 3 C CH C OC 2H5 （3）烯醇式通过分子内氢键的缔合形成了一个较稳定的 六员环结构。 O H O CH3 C CH C OC2H5

第14章 β-二羰基化合物(答案)

第14章 β-二羰基化合物(答案)

1第十四章 β-二羰基化合物【重点难点】1.乙酰乙酸乙酯(1) 熟练掌握乙酰乙酸乙酯的制备 Claisen 酯缩合法。

CH 3C O CH 2OOC 2H 53+25CH 3COOC 2H 52①②注意：①反应条件：强碱性条件（如RONa ）；②反应发生在α-碳原子上，原料为碳原子数＞3的一元酸生成的酯时， 产物有支链；RCH 2C O CH C OOC 2H 5RCH 2C OOC 2H 53+252①③分子内酯缩合——Dieckmann 反应。

①②OC OOC 2H 5CH 2CH 2CH 2CH 2C OOC 2H 5C OOC 2H 53+C 2H 5ONa(2) 熟练掌握乙酰乙酸乙酯在合成上的应用主要用于合成甲基酮、二酮、酮酸、环酮等。

②①①CH 3C OCH RR'CH 3C OCH 2RCH 3C O C R'COOH CH 3C OCH COOH 稀H +OH -+-CH 3C O C R'C OOC 2H 5C 2H 5ONa (or NaH)C 2H 5ONaCH 3C O CH C O OC 2H 5CH 3C O CH 2OOC 2H 5RXR'X①①②②2.丙二酸二乙酯(1) 熟练掌握丙二酸二乙酯的制备2CH 3COOH 2CH 2COOH -CH 2COO -NaCNCH 2COO-24CH 3CH 2OH CH 2(COOC 2H 5)2(2) 熟练掌握丙二酸二乙酯在合成上的应用主要用于制备乙酸的α-烷基或 -二烷基取代物，二元羧酸、环烷酸。

①②RXC 2H 5ONa R'X-+OH -+稀C 2H 5ONa CH(COOH)2R R CH 2COOHC(COOC 2H 5)2R R'C(COOH)2R R'CHCOOHRR'CH 2(COOC 2H 5)2①①①②②②R CH(COOC 2H 5)2▲3.Michael 加成掌握Michael 加成规律，能写出产物的结构。

14、有机化学：β-二羰基化合物(2H)

14、有机化学：β-二羰基化合物(2H)

γ-二酮
RCOCH2CH2CO2H
γ-酮酸
第三节 丙二酸二乙酯的性质及其应用
丙二酸二乙酯为无色且具有香味的液体，沸点
199℃，微溶于水，能与醇、醚混溶，是重要的有机合
成中间体。 一、制法
ClCH2CO2H NaCN NaOH CH2CO2Na CN C2H5OH H2SO4 CO2C2H5 CH2 CO2C2H5
CH2CH(CO2Et)2 2)H+;3)
己二酸
CO2Et CH2 CO2Et 2)(CH2)nCO2Et CH2Br 1)NaOEt 1)OH-,H2O 2)H ;3)
+
CH(CO2Et)2 (CH2)n+1CO2Et
CO2H (CH2)n+2 CO2H
(n=1~5)
二元羧酸
3、合成三~六元环烷酸
丙酮
2、成酸分解：在浓碱条件下
O CH3C CH2 O C OC2H5
1)40%NaOH, 2)H
+
2CH3CO2H + C2H5OH
乙酸
3、亚甲基的活性
CH3COCH2CO2C2H5 C2H5ONa CH3COCHCO2C2H5 Na
三、在有机合成上的应用 1、合成增长碳链或支链的甲基酮和一元羧酸
1)C2H5ONa CH3COCH2CO2C2H5 2)RX CH3COCHCO2C2H5 R
（X=Cl/Br/I）
1)5%OH2)H , 1)40%OH2)H3O
+ +
CH3COCH2R
甲基酮
RCH2CO2H
一元羧酸
1)C2H5ONa CH3COCH2CO2C2H5 2)RX CH3COCHCO2C2H5 R

有机化学 高鸿宾 第四版 答案 第十四章 二羰基

有机化学 高鸿宾 第四版 答案 第十四章 二羰基

第十四章 β-二羰基化合物(一) 命名下列化合物：(1)HOCH 2CHCH 2COOHCH 3(2)(CH 3)2CHCCH 2COOCH 3O(3) CH 3CH 2COCH 2CHO (4)(CH 3)2C=CHCH 23OH(5) ClCOCH 2COOH (6)CHOOCH 3(7)OCH 3NO 2(8)CH 2CH 2OHCl解：(1) 3-甲基-4-羟基丁酸 (2) 4-甲基-3-戊酮酸甲酯(3) 3-氧代戊醛 or 3-戊酮醛 (4) 5-甲基-4-己烯-2-醇 (5) 丙二酸单酰氯or 氯甲酰基乙酸 (6) 4-羟基-3-甲氧基苯甲醛(7) 2-硝基苯甲醚 (8) 2-间氯苯乙醇 or 2-(3-氯苯基)乙醇(二) 下列羧酸酯中，那些能进行酯缩合反应？写出其反应式。

(1) 甲酸乙酯 (2) 乙酸正丁酯 (3) 丙酸乙酯(4) 2,2-二甲基丙酸乙酯 (5) 苯甲酸乙酯 (6) 苯乙酸乙酯 解：(2)、(3)、(6)能进行酯缩合反应。

反应式如下： (2) 2CH 3COO(CH 2)3CH 3CH 3CCH 2CO(CH 2)3CH 3O O25(3) 2CH 3CH 2COOCH 2CH 3CH 3CH 2CCHCOC 2H 5OO325(6)25CH 2COOC 2H 5CH 2CCHCOOC 2H 5O(三) 下列各对化合物，那些是互变异构体？那些是共振杂化体？(1)CH 3CH CH 3OH OCH 3C CH H 3C OH O 和(2) CH 3C O -H 3C CO-O和(3) 和CH 2=CH CH=CH 2CH 2CH=CH CH 2(4)和OOH解：(1)、(4)两对有氢原子核相对位置的移动，是互变异构体，(2)、(3)两对中只存在电子对的转移，而没有原子核相对位置的移动，是共振杂化体。

(四) 写出下列化合物分别与乙酰乙酸乙酯钠衍生物作用后的产物。

(1) 烯丙基溴 (2) 溴乙酸甲酯 (3) 溴丙酮(4) 丙酰氯 (5) 1,2-二溴乙烷 (6)α-溴代丁二酸二甲酯解：(1) CH 3CCH OC 2H 5OO 2CH=CH 2(2) CH 3C CH C OC 2H 5O O 2COOCH 3(3) CH 3CCH OC 2H 5OO CH 2COCH 3(4) CH 3C CH OC 2H 5OO COC 2H 5(5)CH 3CCH OC 2H 5O O H 2C CH 2CH 3CCHC OC 2H 5OO (6)CH 3C CH OC 2H 5OOCHCH 2COOCH 3COOCH 3(五) 以甲醇、乙醇及无机试剂为原料，经乙酰乙酸乙酯合成下列化合物。

第十四章 β-二羰基化合物

第十四章 β-二羰基化合物
其中两个羰基由一个亚甲基间隔的化合 物，叫做β-二羰基化合物。例如：
一、β-二羰基化合物的酸性和烯醇负离子的稳定性 构造式 羰基化合物的pKa值 pKa 名称
乙酸乙酯
丙酮 丙二酸二乙酯 25 20
乙酰乙酸乙酯 ( β-丁酮酸酯)
2,4-戊二酮 (乙酰丙酮)
13
11 9
β-二羰基化合物的酸性所以比一般羰基化合物强 得多，是由于它们能发生互变异构而生成稳定的烯醇 式结构所致。 以用2,4-戊二酮为例，它在碱的作用下生成的负 离子如下式所示：
第十四章 β-二羰基化合物
学习提要
1、掌握β-二羰基化合物的酸性和烯醇负离子的稳 定性规律，学习其碳负离子的反应，包括烃化和酰 化反应。 2、学习酯缩合反应及其机理
3、学习乙酰乙酸乙酯和丙二酸乙酯在有机合成上 的应用
4、掌握麦克尔加成反应及其在合成含氧化合物上 的应用
二羰基化合物: 分子中含有两个羰基官能团的化合物。
CH3 CH2 CH COOH 引入 CH2COOH
二、乙酰乙酸乙酯在有机合成上的应用 1、制备（克莱森酯缩合法）
2、应用： 乙酸乙酯的烃化、水解和脱羧结合进行可以得到 各种甲基酮和酸。
例1：合成
O CH3 C CH2 CH2 原 引
经结构分析，需引入
CH2
O CH3 C CH CH2CH=CH2 原
（1，4-加成）
O
O

EtONa + CH2(CO2Et)2 CH3CO2H
CH(CO2Et)2
二、丙二酸酯在有机合成上的应用 1、制备
2、应用 用途：用于合成各种类型的羧酸（一取代乙酸， 二取代乙酸，环烷基甲酸，二元羧酸等）。
例如，用丙二酸二乙酯法合成下列化合物，其结 构分析如下：

第十四章β-二羰基化合物

第十四章β-二羰基化合物
COOCH2CH3 COOCH2CH3 + C6H5CH2COOC2H5
1) C2H5ONa 2) H
+
COOCH2CH3 COCHCOOC2H5 C6H5
COOCH3 + CH3CH2CH2COOEt N
一 β-二羰基化合物的酸性及判别
化合物
CH3COCH3 H2 O ROH EtO2CCH2CO2Et NCCH2CO2Et CH3COCH2CO2Et
pKa
20 16 15 13.3 9 10.3
烯醇式含量
1.5×10-4(痕量)
7.7×10-3 2.5×10-1
7.3(纯液态)，气态46.1%, 水0.4%
第十四章 β-二羰基化合物



基本要求： 1．掌握酯的水解和克来森（Claisen）酯缩合 历程。 2．掌握乙酰乙酸乙酯和丙二酸二酯在合成上 的应用。 3. 理解互变异构。 4．理解合成路线设计的基本知识。 5．了解麦克尔加成的涵义和应用。
作业：2，3，4，5，6，7，8，9，10，11
COOC 2H5 COOC 2H5
水解脱羧
COOC 2H5 R CH COOC 2H5 R R' COOC 2H5 C COOC 2H5 COOC 2H5 COOC 2H5 NaOH H2O NaOH H2O NaOH H2O COONa R CH (1) H CO2 R CH 2COOH
COONa (2) (1) H (2) CO2 (1) H (2) CO2
CH3COCH2COCH3 C6H5COCH2COCH3
O CHO
9
76.5 99
100
*表中的烯醇式含量均在纯净液态（无溶剂）下测定。
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O O CH3C CH2C OC2H5 + OC2H5 酸性，pKa~11
O O CH3C CH COC2H5
O O CH3CCHCOC2H 5
O O CH3C CH COC2H5
H + / H 2O O O CH3CCH 2COC 2H 5
O O CH3C CH=C OC2H5
+ C2H5OH
2 .交叉克莱森酯缩合 交叉克莱森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， 它们常常是非选择性的，得到混合物。然而，当反应物之一不含α-H则选择性的混 合克莱森酯缩合反应是可能的。
O CH 3COC 2H 5 NaOC 2H5 O Na CH2 C OC2H5 OH3C C OC2H5 CH2C OC2H5 O O H2C C OC2H5 + C 2H5OH
O O CH3C OC2H5 + H2CC OC2H5
OH3C C OC2H5 CH2C OC2H5 O
O O CH3C CH2C OC2H5 + OC2H5
O CC2H5 + O CH3CH 2COC 2H5 1. C 2H 5ONa, C 2H 5OH 2. H + / H2O O O CCHCOC 2H 5 CH3 2- 甲基-3-氧代-3-苯基丙酸乙酯
3. 分子内克莱森酯缩合—狄克曼反应 分子内二羰基化合物的克莱森酯缩合反应生成五元或六元的环状3-酮酸酯，称为 狄克曼缩合反应，也称狄克曼闭环反应： O O O O 1. NaOC2H5 COC2H5 CH3CH 2OCCH 2CH2CH2CH 2COC 2H5 + 2. H 3O
(1) O O 2 KNH 2 CH2CCH 2CCH 3 NH 3(l)
O (2) H3C
O (3) H3C
1. CH 3CH2CH2Br 2. NH 4Cl
O COC 2H5 2 KNH2 NH3(l)
O COC 2H 5 2 KNH 2 NH3(l)
1. CH 3I 2. NH 4Cl
1. CH 3CH 2Br 2. NH 4Cl
C2H5OH
O CH 3C CH CH2 CH(CO2C 2H5) 2
O CH3CCH2CH2CH(CO2C2H5)2 +
O CH(CO2C2H5)2 CH3C CH CH2
OC2H5
4．鲁宾逊成环反应 上述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。例如：
与乙酰乙酸乙酯类似，丙二酸二乙酯的活性亚甲基与乙醇钠作用，生成相应的 钠衍生物。例如：
CH2(COOC2H5)2 RCH(COOC2H5)2 R C R' COOH COOH
C2H5ONa ①C2H5ONa ②R'X R
[CH(COOC2H5)2]-Na+ R R' C(COOC2H5)2
RX ①NaOH, H2O ②H+
在一般条件下，β-二羰基化合物的烃基化反应均发生在活性亚甲基上。但在 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1mol 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
CH3COCH2COCH3 2 NaNH2 / NH3(l)
+ O O
EtONa O O
①
N H
，苯，回流 O
② H+，-H2O
练习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？ 练习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。 练习14.5 完成下列反应，写出主要产物。
己二酸二乙酯 2-氧代环戊烷甲酸乙酯
反应机理如下：
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
△ -CO2
CHCOOH R'
丙二酸二乙酯的钠衍生物也可与二卤代烷或卤代酸酯等作用，然后经水解，酸 化，脱酸等反应生成二元羧酸。例如：
2CH2(COOC2H5)2 + CH2 CH(COOC2H5)2 CH2 CH(COOC2H5)2 Br Br CH2CH2 2C2H5ONa CH2 CH2COOH CH2 CH2COOH C2H5ONa
14.1.4 典型β-二羰基化合物在有机合成中的应用 1.乙酰乙酸乙酯在合成中的应用 乙酰乙酸乙酯由乙酸乙酯经克莱森酯缩合反应得到。乙酰乙酸乙酯活性亚甲基 上的氢原子具有较强的酸性（pKa=11），烷基化反应后用稀碱溶液水解，酸化后 加热脱羧得到3-取代或3,3-二取代甲基酮，这种分解称为酮式分解。例如：
在有机合成上，乙酰乙酸乙酯主要用来合成甲基酮和烷基取代的乙酸。 当乙酰乙酸乙酯钠衍生物与二卤代烷作用，然后进行酮式分解可得到环烷基酮， COCH3 例如：
CH3COCH2COOC2H5 ①C2H5ONa ②Br(CH2)4Br Br(CH2)4CH COOC2H5 O C CH3 C2H5ONa
COCH3 COOC2H5
（RX，R'X为伯和仲卤代烷，R和R'可以相同或不同）
①NaOH, H2O ②H+,③△
CH2(COOC2H5)2 + ClCH2COOC2H5 CH(COOC2H5)2 CH2COOC2H5 ①NaOH, H2O ②H+,③△
CH2COOH CH2COOH
丙二酸二乙酯与二卤代烃反应可制备环状酸：
O COC 2H 5
4. 酮与酯的缩合 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。例如：
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
O H O OH C C H3C OCH2CH3 H3C C CH C H 烯醇式
O C OC2H5
酮式和烯醇式虽然共存在一个平衡体系中，但在绝大多数情况下，酮式比烯醇 式稳定，酮式为主要形式。但是随着α-氢的活泼性增大，失去氢后形成的碳负离 子的稳定性增大，烯醇式也可能成为平衡体系中的主要形式。
- CO2
O R CH3CCH R (两个R可以相同，也可以不同)
乙酰乙酸乙酯的烷基化产物若与浓碱共热，则α-和β-碳原子之间的键发生断 裂，酸化后加热生成羧酸，这种分解称为酸式分解。例如：
O O H3C C CH C OC2H5 CH2CH3 ①40%OH-,②H+,③△ 酸式分解 O CH3CH2CH2C OH
酮也能发生分子内酰化形成环状五元或六元二酮。例如：
CH 3 O O 1. NaOC 2H 5 O O CH 3CH 2CCH 2CH 2COC 2H 5 2. H3O+ 4- 氧代己酸乙酯 2-甲基-1,3-环戊二酮
14.1.2 β-二羰基化合物活泼氢的酸性 羰基的α-氢原子具有活泼性（12.4.3节），在碱作用下羰基化合物存在酮式 与烯醇式的平衡。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。 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 H O O O O O C C C B + C C C C C C 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。 下面以乙酰乙酸乙酯为例说明酮式和烯醇式的互变异构。 O O O H3C C CH2 C OC2H5 H3C C CH C OC2H5 OH 酮式 烯醇式 简单的烯醇（如乙烯醇）是不稳定的，乙酰乙酸乙酯的烯醇式较稳定，一方 面是因为通过分子内氢键形成一个稳定的六元环，另一方面是烯醇式羟基氧上的 未共电子对可与碳碳双键和碳氧双键共轭，电子离域使分子能量降低。
酮式分解
CH3
CH3COCH2COOC2H5 酮式分解
①C2H5ONa ②BrCH2COOC2H5
CH3COCHCOOC2H5 CH2COOC2H5

CH3COCH2CH2COOH 2. 丙二酸二乙酯在合成中的应用 丙二酸二乙酯受热分解脱羧成乙酸，具有微酸性（pKa=13）。因此不能用丙 二酸直接酯化制备，而是从氯乙酸经下面反应制备： CH2COONa NaCN CH2COONa C2H5OH CH2(COOC2H5)2 H2SO4 Cl CN
14.1 β-二羰基化合物
14.1.1 β-二羰基化合物的合成 1 .克莱森酯缩合 酯的烯醇负离子和酯羰基发生加成-消除反应，得到β-酮酸酯的反应称为克莱森 酯缩合反应，是酯发生类似羟醛缩合的反应。例如： O O O O NaOC2H5, C 2H 5OH CH 3COC 2H 5 + CH 3COC 2H 5 CH 3CCH2COC2H5 - C2H5OH 乙酰乙酸乙酯 ( 3- 氧代丁酸乙酯 ) 则克莱森酯缩合反应的反应机理可表示如下 ：
O CH2(CO2C2H5)2 + CH 2=CHCCH3 催化量 C 2H 5ONa C2H5OH
EtONa
O (H5C2O2C) 2CH CH2CH 2CCH3
H2C CH CN + CH2(COOC2H5)2
CH2CH2CN CH(COOC2H5)2
反应机理如下：
O CH 3C CH=CH 2 + CH(CO 2C 2H 5)2
O O CH3CCHRCOC2H5 O O CH3CCR2COC2H5