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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合成

第14章 β-二羰基化合物和有机合成


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 ：
14.1.3 β-二羰基化合物的反应 1. 烃基化反应 β-二羰基化合物的烃基化反应可以在醇溶液中，以醇钠为碱进行。反应为SN2 机理，合成上用来增长碳链。
RZ
X R'ONa X R CH Y Y (X,Y=NO2, R"CO, R"OCO, CN等) + H2C
烃基化试剂以卤代烃最为普遍。磺酸酯、硫酸酯也可作为烃基化试剂。三级卤 代烃由于在碱性条件下易发生消除，不宜作为烃基化试剂。
- 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
(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)
第14章_β-二羰基化合物和有机_[1]...

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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
有机化学 第14章

有机化学 第14章


COOH
魏能俊
主讲教师：曹瑞军
有机化学
16-15
2 C H 2 (C O O C 2 H 5 ) 2
C 2H 5O N a
_ B rC H 2 C H 2 B r Br CH2 CH2 Br 2 C H (C O O C 2 H 5 ) 2
C H 2 C H (C O O C 2 H 5 ) 2 1 ) O H 2 C H 2 C H (C O O C 2 H 5 ) 2 2 ) H + 2 -C O 2
2、两种不同的酯可进行交错克莱森缩合，无意义。 若一种没有α－H,仍有意义。
C O O C H 2C H 3 C O O C H 2C H 3
+
C 6H 5C H 2C O O C 2H 5
1 ) C 2H 5O N a 2) H
+
C O O C H 2C H 3 C O C H C O O C 2H 5 C 6H 5
魏能俊
主讲教师：曹瑞军
有机化学
16-7
COOCH 3 + CH 3CH 2CH 2COOEt N
NaH N
COCHCOOEt CH 2 CH 3
3、分子内酯缩合叫迪克曼（ Dieckmann）缩合 分子内酯缩合叫迪克曼（ ）
COOEt C H 2C O O E t C H 2C O O E t
建立五、六元脂环系
魏能俊
主讲教师：曹瑞军
R C H 2C O C 2H 5 + R C H C O C 2H 5
O R C H 2C C H C O O C 2H R
5
+ C 2H 5O
-
魏能俊
主讲教师：曹瑞军
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
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'
第十四章 β二羰基化合物-文档资料

第十四章 β二羰基化合物-文档资料

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：
引入
CH3
原有
CH3 CH2 CH COOH
引入
原有 COOH
引入 CH2 CH2COOH CH2 CH2COOH
原有
原有 CH3 CH2 CH COOH
引入
CH2COOH
COOC2H5 CH2
C2H5ONa
COOC2H5
COOC2H5
_ CH
CH3CH2Br
COOC2H5
COOC2H5 CH3CH2CH
COOC2H5
1) C2H5ONa 2) CH3I
COOC2H5 1) OHCH3CH2C CH3 2) H+
COOC2H5
COOH -CO2
CH3CH2CCH3 COOH
CH3CH2CHCOOH CH3
2 CH2(COOC2H5)2 C2H5ONa
9
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%
76.5 99
100
*表中的烯醇式含量均在纯净液态（无溶剂）下测定。
由上表可以看到，由于在β－二羰基化合物中，α－H受两个 羰基的影响，具有特殊的活泼性！
它的酸性远比醇和水的强，而且比一般的羰基化合物的也强得 多。
原因如下：
1、羰基（ C O）是个吸电子能力较强的基团，两个羰基对它们 中间有亚甲基的吸电子诱导作用一致，具有加和性，使得α－H的 活性增强。
OO
CH3C-Cd+H2-CCH3
ÓÓ á Ó
ÓÓ± ÓÓ 2,4-Ó ì ÓÓ
OO CH3C-CH2-C-OC2H5
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


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

Chapter 14 β-二羰基化合物和有机合成


2、具有酮和烯醇的双重反应性
酮式反应： 有甲基酮的典型性质—与亚硫酸氢钠等羰基的亲核加成反
应；还原变为3－羟基丁酮酸乙酯。虽为甲基酮但不发生卤仿 反应（如何解释？）。
烯醇式反应：
烯烃性质－加溴（使溴水褪色）；烯醇式结构－三氯化铁 水溶液显色；醇的性质—与三氯化磷，乙酰氯反应等 乙酰乙酸乙酯实际是酮式和烯醇式混合物，酮式和烯醇式 混合物是互变异构，两者处于平衡状态，互相转换。当与酮式 试剂反应时，由于平衡移动，显示出为酮式结构，在与溴水反 应时为烯醇式结构，平衡向烯醇式移动。
EtOH
OHH+ -CO2

(CH2)n+2
CH-COOH
(CH2)n+2
C(CO2Et)2
还原
CH2OH (CH2)n+2 C CH2OH
SOCl2
CH2Cl (CH2)n+2 C CH2Cl
CH2(CO2Et)2 2EtO-
CO2Et (CH2)n+2 CO2Et
Eg 6： 用简单的有机原料合成
O O R C CH2 C R' O O R C CH2 C OR' O O RO C CH2 C OR'
β-二酮
β-酮酸酯
丙二酸酯
所有具有被双活化基团相连的亚甲基化合物都有类似 丙二酸酯和乙酰乙酸乙酯的性质：
CH3COCH2CN NCCH2CN NCCH2NO2 CH2(NO2)2
14.1 β -二羰基化合物的酸性和互变异构
O
CH3C-CH2-COC2H5
-OH（浓）
OOH
OOH
CH3C-CH2-C-OC2H5
O CH3-COH
O + -CH2-COH + C2H5O-

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)


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

第14章-β-二羰基化合物


与酰卤作用，引入酰基 酮式分解得-二酮
14.6 * 碳负离子和,-不饱和羰基化合物的共轭加成 ——麦克尔(Michael)反应
◆-二羰基化合物和碱作用生成稳定的碳负离子，可和
,-不饱和羰基化合物发生共轭（1，4）加成反应， 结果碳负离子加到碳原子上，碳原子上加H： 例如：
* *
• 水解、加热脱羧——1,5-二羰基化合物
第十四章 -二羰基化合物
本章主要内容: 1. -二羰基化合物的概念与典型化合物 2. -二羰基化合物的结构及反应特征 3.丙二酸二乙酯的制备与应用 4.乙酰乙酸乙酯的制备(Claisen酯缩合）与应用 5.碳负离子和,-不饱和羰基化合物的共轭
加成（Ｍichael加成反应）
14.1 -二羰基化合物的概念与典型化合物
◆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。
◆-二羰基化合物的亚甲基对两个羰基来说都是位置， 所以-H特别活泼。 也叫含有活泼亚甲基的化合物。
14.2 -二羰基化合物的结构及反应特征
① 酸性：亚甲基同时受到两个羰基的影响，使-H 有较强的酸性（比醇和水强）。
室温
FeCl3 蓝紫色（具烯醇结构）
OH O CH3-C=CH-C-OC2H5
烯醇式(7%)
◆三乙可与金属钠作用放出H2，形成钠盐；使溴水褪色； 与FeCl3作用显色．这是烯醇式结构的典型性质.
◆ 烯醇式结构稳定的原因:
(a).形成共轭体系，降低了体系的内能:
OO
O H O
C H 3-C -C H 2-C -O C 2H 5
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。

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：
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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：
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：
O O CH3CCHRCOC2H5 O O CH3CCR2COC2H5
O O CH3CCH2COC2H5
O NaOC2H5 - C2H5OH C H3C C H O O CH3CCHRCOH
O C OC2H5 Na
R X
2R X O CH3CCH2R
1. H2O, OH2. H3O+
O O CH3CCR2COH
- 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
①NaOH, H2O ②H+,③△
CH2(COOC2H5)2 + ClCH2COOC2H5 CH(COOC2H5)2 CH2COOC2H5 ①NaOH, H2O ②H+,③△
CH2COOH CH2COOH
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。
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 RX H2C C C C CH3 H R CH2C CH2C CH3
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
(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
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
14.1.3 β-二羰基化合物的反应 1. 烃基化反应 β-二羰基化合物的烃基化反应可以在醇溶液中，以醇钠为碱进行。反应为SN2 机理，合成上用来增长碳链。
RZ
X R'ONa X R CH Y Y (X,Y=NO2, R"CO, R"OCO, CN等) + H2C
烃基化试剂以卤代烃最为普遍。磺酸酯、硫酸酯也可作为烃基化试剂。三级卤 代烃由于在碱性条件下易发生消除，不宜作为烃基化试剂。
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。
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 + OCCOOC2H5 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 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
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
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
2 .酰基化反应 β-二羰基化合物的活性亚甲基在碱作用下能与酰基化试剂发生酰基化反应。常 见的酰化试剂有酯、酰卤、酸酐。β-二羰基化合物的酰基化反应是生成1,3-二羰基 化合物的重要途径。 使用乙二酸酯合成取代丙二酸酯及相关化合物。例如：
COOC2H5 C2H5ONa PhCH2CO2C2H5 + COOC2H5 Ph HC COOC2H5 C CO2C2H5 O 178° C PhCH(COOC2H5)2
①稀OH-,②H+,③△ 酮式分解
甲基环戊基酮 乙酰乙酸乙酯的活性亚甲基还可以发生酰基化反应。与酰氯或卤代酸酯作用， 然后经酮式分解可得到β-二酮或高级酮酸等。例如：
CH3COCH2COOC2H5 O O C CH2 C C6H5
①C2H5ONa ②C6H5COCl
CH3COCHCOOC2H5 COC6H5
△ -CO2
CHCOOH R'
（RX，R'X为伯和仲卤代烷，R和R'可以相同或不同）
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
第14章 β-二羰基化合物和有机合成 目录
14.1 β-二羰基化合物 14.1.1 β-二羰基化合物的合成 14.1.2 β-二羰基化合物活泼氢的酸性 14.1.3 β-二羰基化合物的反应 14.1.4 典型β-二羰基化合物在有机合成中的应用 14.1.5 酰基负离子
14.2 有机合成路线设计 14.2.1 逆合成分析 14.2.2 碳骼的形成 14.2.3 官能团的转化 14.2.4 官能团的保护 14.2.5 立体构型的控制 14.2.6 工业合成