第十六章_羧酸衍生物涉及碳负离子的反应及在合成中应用

第十六章羧酸衍生物涉及碳负离子的反应及在有机合成中的应用 主要内容 16 1 氢的酸性和互变异构16 2酯缩合反应在合成中的应用16 3丙二酸二乙酯 三乙 和其他酸性氢化合物的 碳负离子的亲核取代反应及在有机合成中的应用16 4丙二酸二乙酯 三乙 和其他酸性氢化合物的 碳负离子的亲核加成反应及在有机合成中的应用 学习要点 1 氢的酸性2 烯醇变化和互变异构3 酯缩合与1 3 官能团合成4 丙二酸二乙酯 三乙 和其他酸性氢化合物的 碳负离子的亲核取代反应及在有机合成中的应用5 丙二酸二乙酯 三乙 和其他酸性氢化合物的 碳负离子的亲核加成反应及在有机合成中的应用 16 1 H的酸性和互变异构 一 一些化合物 H的酸性 含有吸电子基的有机物 H具有一定酸性 各种 H酸性强弱情况 pKa 17 19 20 25 25 30 9 原因 1 吸电子的诱导效应 使 C电子云密度降低 2 吸电子基团能使共轭碱的负离子离域化而稳定 吸电子能力越强 吸电子基团越多 H的酸性越强 pKa 11 二羰基化合物 在亲核反应中常以碳负离子形式参加 乙酰乙酸乙酯负离子 当一个 CH2 与两个吸电子基团相连 酸性增加 称为活泼亚甲基 该化合物称为含活泼亚甲基化合物 二羰基类 二酮 二酮酸酯 丙二酸酯 氰乙酸酯 硝基乙酸酯 常见的几个含活泼亚甲基化合物 二 互变异构 1 能与亚硫酸氢钠 氢氰酸加成 2 能与氨基脲 苯肼反应生成黄色沉淀 3 能被还原为羟基酸酯 4 经水解 酸化后 可以脱羧生成丙酮 1 可使溴的四氯化碳溶液褪色 2 能使FeCl3溶液呈现紫色 3 能与乙酰氯作用成酯 4 能与金属钠反应放出H2 乙酰乙酸乙酯显示双重反应性能 1863 杰金 1865 弗兰克兰 现代物理学方法和化学的方法都证明乙酰乙酸乙酯是一个酮式异构体和烯醇式异构体组成的混合物 六元环结构 大 键的形成 一般烯醇式不稳定 而乙酰乙酸乙酯的烯醇式较稳定存在 一些化合物的酮式 烯醇式在平衡体系中的含量 1 H越活泼烯醇化程度越大 羰基的 I效应强于酯基和羧基 2 共轭体系的延伸使烯醇型结构稳定 烯醇化程度越大 化合物 烯醇含量 化合物 烯醇含量 16 2酯缩合反应及在合成中的应用 一 酯缩合反应 具有 活泼氢的酯 在强碱 醇钠 的作用下 两分子酯相互作用 失去一分子醇 生成 羰基 酮 酸酯的反应叫克莱森 claisen 酯缩合反应 反应机理 pKa24 pKa16 不可逆 pKa11 芳香酸酯的羰基碳正电性下降 须强碱 以增大烯醇负离子浓度 2012 9 18第三周星期二 Claisen缩合举例 戊酸乙酯 乙酸乙酯 异丁酸乙酯 三苯基负离子 分子内酯缩合 Dieckmann缩合 二元酸酯若分子中的酯基被四个以上的碳原子隔开时 就发生分子内的酯缩合反应 形成五员环或更大环的酯 这种环化酯缩合反应建立五 六元脂环系 二 交叉酯缩合 氢给予体 氢接受体 三 酯缩合反应在有机合成中的应用 酯的缩合反应主要用来合成1 3 二羰基化合物 酮酸酯 1 3 二酮 1 3 二酯 反应的共同特点是一组分脱去氢 另一组分脱去乙氧基 烷氧基 例1 选用合适的原料合成 1 苯基 1 3 丁二酮 根据逆合成原理 这两种切断方式都是合理的 从切断后得出的原料都可以合成1 苯基 1 3 丁二酮 例2 选用合适的原料合成 16 3丙二酸二乙酯 三乙 和其他酸性氢化合物的 碳负离子的亲核取代反应及在有机合成中的应用 一 丙二酸二乙酯的烃基化及在有机合成中的应用 1 烃基化及产物脱羧 pKa16 2 合成羧酸中的应用 1 取代乙酸的制备 1 2 二取代乙酸 一元羧酸 一取代乙酸 1 带支链的二元酸 注意 在引入基团时要用卤代酸酯 而不能使用卤代酸 2 二元羧酸的制备 2 甲基丁二酸 2 高级直链二元酸 需要两分子的丙二酸二乙酯 X CH2 X 己二酸 可以合成三 六元环烷酸 3 环烷酸的制备 只需一分子的丙二酸二乙酯 X CH2 X 丙二酸酯可以制备双负离子 其双负离子与二卤代烷作用可以用来合成三 四 五 六元员环 三员环产率最低 五员环产率最高 环己烷酸 合成环状二元羧酸 1 3 环己二甲酸 二 乙酰乙酸乙酯烃基化在合成上的应用 1 烃基化及产物脱羧 酮式分解和酸式分解 酮式分解 乙酰乙酸 酸式分解 注意 产物为羧酸的盐 浓碱共热 这是一个亲核取代反应 主要生成烃基化和酰基化产物 烃基化 二取代乙酸 二取代丙酮 甲基酮 一元羧酸 一取代丙酮 经乙酰乙酸乙酯合成 分析 1 产物为甲基酮 合成时一定要经过酮式分解 2 将TM的结构与丙酮进行比较 确定引入基团 3 最后确定合成路线 注意 当引入基团不同时 通常是先引入活性较高和体积较大的基团 2 合成甲基酮中的应用 一取代丙酮 二取代丙酮 3 合成二羰基化合物 二羰基化合物 甲基二酮 1 与酰卤反应 二羰基化合物 用I2可直接连接两个乙酰乙酸乙酯 2 与取代丙酮反应 甲基二酮 长度可调 3 与X CH2 nX反应 这里值得注意的是 用I2偶合或用X CH2 nX作烃基化试剂时 需要与2mol的乙酰乙酸乙酯 3 合成酮酸 值得注意的是 在引入基团时 要用卤代酸酯X CH2 nCOOC2H5 而不能使用卤代酸X CH2 nCOOH 酮酸 4 合成环状化合物 因三乙不能形成双负离子 故可用来合成五 六员环 而不能合成三 四员环 4 合成一元羧酸 分析 1 TM为羧酸 合成时需酸式分解 2 将TM看成取代乙酸 确定引入基团 由于酸式分解的同时必然伴随酮式分解 故合成羧酸通常采用丙二酸酯法 三 羧酸 酯 腈碳 负离子的生成及应用 1 羧酸 碳负离子的生成和烷基化 二异丙基胺基锂 非亲核性的强碱性试剂 2 酯 腈 碳负离子的生成和烷基化 与羧酸相同 酯 腈用LDA处理同样可以生成 碳负离子 在 碳上引入烃基 3 羧酸的间接烷基化 2 甲基 2 氨基丙醇 2 烷基 4 4 二甲基噁唑啉 2012 9 25第四周 16 4丙二酸二乙酯 三乙 和其他酸性氢化物的 碳负离子的亲核加成反应及在有机合成中的应用 一 克脑文盖尔 Knoevenagel 反应 醛酮在弱碱 氨 伯胺 仲胺 吡啶等有机碱 催化下与含活泼亚甲基化合物的缩合 生成c c键 称为Knoevenagel反应 反应通式 包括 二羰基化合物 氰乙酸酯 硝基乙酸酯 包括吡啶 哌啶 伯胺 仲胺 叔胺等 反应机理 酮的反应活性比醛差 须更活泼的亚甲基化合物反应 一个能提供亲核碳负离子的化合物 给体 与一个能提供亲电共轭体系 受体 的化合物 在碱性催化剂作用下 发生亲核1 4 共轭加成反应 此类反应称为麦克尔加成 Michael A 反应 反应产物为1 5 二官能团化合物 尤以1 5 二羰基化合物为多 定义 二 麦克尔 Michael 加成 反应式 常用碱性催化剂 反应机理 1 不对称酮进行麦克尔加成时 反应总是在多取代的 C上发生 麦克尔加成反应的规律 2 用 卤代乙烯酮或 卤代乙烯酸酯作为麦克尔反应的受体时 反应后 双键保持原来的构型 3 若受体的共轭体系进一步扩大 也可以制备1 7 官能团化合物 1 6 加成产物 72 1 4 加成产物 8 Michael反应的另一用途是在六元环系的基础上 再加上四个碳原子 形成一个二并六元环化合物 称鲁宾逊Robinson增环反应 曼尼希碱的季铵盐 环己酮及其衍生物 罗伯特 鲁宾逊爵士 SirRobertR 1886 1975 早年入曼彻斯特大学学习 1910年获科学博士学位 1930年到1954年在牛津大学担任化学系教授 同样时期担任DysonPerrins实验室的头领 并且是皇家社会科学院的会员 直至1955年退休 1947年 凭借对植物生物碱的研究而获得诺贝尔化学奖 鲁宾逊增环反应实际上是分三步完成的 碱 例 选用合适的原料合成 鲁宾逊增环应用实例 合成 三 瑞佛马斯基 Reformatsky 反应 卤代酸酯 通常用溴代酸酯 在锌粉存在下与醛或酮作用 得到 羟基酸酯 这个产物经过水解就得到 羟基酸 表1一些Reformatsky反应的原料和产物 Reformatsky反应的应用范围 醛 酮与 卤代酸酯在强碱催化下缩合生成 环氧羧酸酯 进一步得到多一个碳的醛酮化合物的反应称为Darzen缩合 反应机理 四 达尔森 Darzen 反应 结果 羰基的位置增加一个醛基 在生产维生素A时 开始的原料就是用 紫罗兰酮和氯乙酸甲酯 进行达尔森反应 得到一个14碳醛 2012 10 9 第六周 五 普尔金 Perkin 反应 芳香醛与脂肪酸酐在相应脂肪酸碱金属盐的催化下缩合 生成 芳基丙烯酸类化合物的反应称为Perkin反应 反应实质 酸酐的亚甲基与醛进行羟醛缩合 由于酸酐的 氢活性较低 催化剂羧酸盐又是弱碱 因此 反应温度较高 机理 肉桂酸 呋喃丙