羰基化合物课件

1、化学工业出版社第十二章第十二章 二羰基化合物二羰基化合物 12.1 概述概述12.2 12.3 乙酰乙酸乙酯乙酰乙酸乙酯12.3.1 合成合成12.3.2 性质性质12.3.3 12. 4 丙二酸二乙酯丙二酸二乙酯12.4.1 合成合成12.4.2 性质性质12.4.3 12.5 其他含活泼亚甲基的化合物其他含活泼亚甲基的化合物烯醇式和酮式的互变异构现象烯醇式和酮式的互变异构现象化学工业出版社12.5.1 12.5.2 Knoevenagel反应反应12.5.3 Michael 加成加成阅读材料阅读材料 含活泼亚甲基的化合物含活泼亚甲基的化合物化学工业出版社- 二羰基化合物二羰基化合物：凡是两

2、个羰基被一个凡是两个羰基被一个亚甲基间隔的二羰基化合物统称为亚甲基间隔的二羰基化合物统称为1，3-二羰基化合物或二羰基化合物或- 二羰基化合物。二羰基化合物。12.1 概述概述- 二羰基化合物分为以下几类：二羰基化合物分为以下几类：-二酮二酮 如：如： 2，4-戊二酮（乙酰丙酮）戊二酮（乙酰丙酮）CH3CCH2CCH3OO2，4-戊二酮（ 乙酰丙 酮）化学工业出版社-酮酸及其酯酮酸及其酯 如：如：CH3CCH2COC2H5OO 3-丁酮酸乙酯（乙酰乙酸乙酯）丁酮酸乙酯（乙酰乙酸乙酯）-二元酸及其酯二元酸及其酯 如：如：C2H5OCCH2COC2H5OO丙二酸二乙酯丙二酸二乙酯化学工业出版社ta

3、utomerization（互变异构）12.2 烯醇式和酮式的互变异构形象烯醇式和酮式的互变异构形象R2CCRHOR2CCROH 由分子内的原子或基团连接的位置由分子内的原子或基团连接的位置不同而产生的异构不同而产生的异构互变异构互变异构酮酮-烯醇互变异构烯醇互变异构 (keto and enol tautomerism)化学工业出版社 酮式酮式 烯醇式烯醇式 沸点：沸点：41(267Pa) 33(267Pa) CCHCOHOOC2H5CH3CH3C CHOHCOC2H5OCH3C CH2COOC2H5OCH3COHCHCOOC2H5 分子内氢键分子内氢键 p-共轭共轭 使烯醇式稳定使烯醇式稳

4、定化学工业出版社乙酰乙酸乙酯烯醇式含量随溶剂、浓度、温度的不同而不同。乙酰乙酸乙酯烯醇式含量随溶剂、浓度、温度的不同而不同。溶剂溶剂烯醇式含量烯醇式含量（%）溶剂溶剂烯醇式含量烯醇式含量（%）水水0.40丙酮丙酮7.325%乙醇乙醇0.83三氯甲烷三氯甲烷8.250%甲醇甲醇1.52硝基苯硝基苯10.150%乙醇乙醇2.18乙酸乙酯乙酸乙酯129甲醇甲醇6.87苯苯16.2乙醇乙醇丙醇丙醇戊醇戊醇10.5212.4515.33乙醚乙醚二硫化碳二硫化碳己烷己烷27.132.446.4表表12 1 乙酰乙酸乙酯烯醇式在各种溶剂中的含量乙酰乙酸乙酯烯醇式在各种溶剂中的含量化学工业出版社由上表可以看出

5、，烯醇式的含量和溶剂的由上表可以看出，烯醇式的含量和溶剂的极性密切相关。极性密切相关。非质子溶剂对烯醇式有利非质子溶剂对烯醇式有利，因为在非质子，因为在非质子溶剂中有利于形成分子内氢键。溶剂中有利于形成分子内氢键。质子溶剂对酮式有利，质子溶剂对酮式有利，这可能是由于质子这可能是由于质子溶剂能与酮式的羰基氧原子形成氢键，溶剂能与酮式的羰基氧原子形成氢键，分子内氢键就难于形成，因而降低了烯醇分子内氢键就难于形成，因而降低了烯醇式的含量。式的含量。如乙酰乙酸乙酯的烯醇式含量如乙酰乙酸乙酯的烯醇式含量在在己烷中为己烷中为46.4%,而在而在乙醇中只有乙醇中只有10.52%。化学工业出版社化合物化合物烯

6、醇式含量烯醇式含量（%）pKa0.4011.00.3012.250.1712.500.0413.50CH3COCH2CO2EtCH3COCHCO2EtCH3CH3COCHCO2EtC2H5CH3COCHCO2EtCH(CH3)2表表12- -2 一些亚甲基取代的乙酰乙酸乙酯的烯醇式含量和一些亚甲基取代的乙酰乙酸乙酯的烯醇式含量和pKa值值化学工业出版社某些化合物中烯醇式含量某些化合物中烯醇式含量CH3COC2H5OCH3CHOCH3CCH3OCH2COC2H5OHCH2CHOHCH2CCH3OHC2H5OCCH2COC2H5OOC2H5OCCHOCOC2H5OHCH3CCH2COC2H5OOC

7、H3CCH2CCH3OOC6H5CCH2CCH3OOCH3C CHCOC2H5OHOCH3C CHCCH3OHOC6H5C CHCCH3OHO000.00150.17.576.090.0 酮式酮式 烯醇式烯醇式 烯醇式含量烯醇式含量/%化学工业出版社乙酰乙酸乙酯中的酮式和烯醇式结构可以通过以下实验得乙酰乙酸乙酯中的酮式和烯醇式结构可以通过以下实验得到证实：到证实：CH3C CH2COOC2H5ONaBH4H2NYY=OH, NH Ph等HCNCH3C CH2COOC2H5N YCH3C CH2COOC2H5OHCNCH3C CH2COOC2H5OHHCH3COHCHCOOC2H5PCl5CH3

8、COClCH3CClCHCOOC2H5CH3COCOCH3CHCOOC2H5化学工业出版社共振杂化体共振杂化体CH3C CHOCOOC2H5CH3C CH C OC2H5OO-互变异构互变异构CH3C CH2COOC2H5OCH3COHCHCOOC2H5共振杂化体与互变异构本质区别！共振杂化体与互变异构本质区别！化学工业出版社12.3 乙酰乙酸乙酯乙酰乙酸乙酯12.3.1 合成合成 (1)乙酰乙酸乙酯的工业制法乙酰乙酸乙酯的工业制法CH2CCH2COOC2H5OHH2SO4+CH2CCH2COC2H5OHOCH3CCH2COC2H5OO重 排化学工业出版社(2) 乙酰乙酸乙酯实验室制法乙酰乙酸

9、乙酯实验室制法:CH3COCHCOOC2H5 Na+-H+CH3COCH2COOC2H5(75%)C2H5ONaCH3COOC2H52利用克莱森（利用克莱森（Claisen）酯缩合反应制备）酯缩合反应制备化学工业出版社Claisen 酯缩合反应机理：酯缩合反应机理：第一步第一步 碱进攻碱进攻H，产生烯醇负离子：，产生烯醇负离子：CH2COEtONaOC2H5CH2COEtO C2H5OHCHCOEtOH2化学工业出版社第二步第二步 烯醇负离子对另一酯分子的亲核加成：烯醇负离子对另一酯分子的亲核加成：CH2COEtOCH3COEtO+CH3C OEtO CH2COEtOCOEtOOCH2COEt

10、四面体四面体中间体中间体 第三步第三步 离去基团的消除，恢复羰基结构：离去基团的消除，恢复羰基结构：CH3COCH2COEtO+ OC2H5CH3C OEtO CH2COEtO化学工业出版社第四步第四步 酮酸酯脱质子：酮酸酯脱质子：CH3COCH COEtO+ OC2H5CH3COCH COEtOH+ C2H5OH第五步第五步 碳负离子的质子化碳负离子的质子化(酸化酸化)：CH3CCHCOEtOO+OHHHCH3CCHCOEtOOH+ H2O反应特点：反应特点： 底物：含有两个底物：含有两个氢的酯氢的酯 酮酸酯的去质子与酸化酮酸酯的去质子与酸化 CC键的生成键的生成 生成含两个官能团的产物分子

11、生成含两个官能团的产物分子化学工业出版社(CH3)2CHCOC2H5O(C6H5)3CNa2(CH3)2CHCOCOCH3CH3COC2H5H+3O一般只含有一个一般只含有一个氢的酯因氢的酯因H的酸性更加的酸性更加弱而较难进行酯缩合反应弱而较难进行酯缩合反应。需要比需要比C2H5ONa更强的碱（如氢化钠，氨基钠或更强的碱（如氢化钠，氨基钠或三苯甲基钠等）作用下才能进行三苯甲基钠等）作用下才能进行。化学工业出版社COOCH3CH3CH2COOC2H5+NaHCOCCH3COOC2H5_COCHCH3COOC2H5H+交叉交叉Claisen酯缩合：酯缩合：化学工业出版社HCOOC2H5CH3COO

12、C2H5OC2H5-HCOCH2COOC2H5+ CH3COCH2COOC2H5+ C2H5OHCOOC2H5COOC2H5CH3COOC2H5OC2H5-COOC2H5COCH2COOC2H5CH3COCH2COOC2H5+ C2H5OHCOOC2H5COOC2H5CH3CH2COOC2H5C2H5ONa+6070CH3CHCOOC2H5CCOOC2H5O化学工业出版社分子内分子内Claisen 酯缩合酯缩合（Dieckmann缩合）缩合）CH2CH2COOC2H5CH2CH2COOC2H5OHCOOC2H5 NaOC2H5,苯,80 H+，80%用于制备五元和六元环用于制备五元和六元环-酮

13、酸酯酮酸酯C2H5ONaCH2CH2COC2H5OCH2CH2COC2H5OCH2CH2CHCH2CH2OCOOC2H5C2H5OHCH2C+ +化学工业出版社OCO2+H+OCOOC2H5OCOOH H2OH+OCOOC2H5 OCOOC2H5H2OCO2O+狄克曼缩合反应是合成五、六元碳环狄克曼缩合反应是合成五、六元碳环的重要方法的重要方法化学工业出版社（甲）酮式分解（甲）酮式分解CH3COCH2COOC2H55%NaOHCH3COCH2COO-H+CH3COCH3CO2OCCH3CH2COOHCCH3CH2COOHOOCCH3CH2HOCOCH3COCH312.3.2 乙酰乙酸乙酯的性质

14、乙酰乙酸乙酯的性质化学工业出版社（乙）酸式分解（乙）酸式分解OCH3C CH2COOC2H540%NaOH2CH3CONaO+ C2H5OHCCH3CH2COOC2H5OOH-OHOCCH3CH2COOC2H5CH3COOHCH2COOC2H5-+CH3COOC2H5+CH3COO-2 CH3COO-OH-+ C2H5OH酸式分解的机理：酸式分解的机理：化学工业出版社乙酰乙酸乙酯与伯卤代烷的亲核取代反应：乙酰乙酸乙酯与伯卤代烷的亲核取代反应：CH3COCH2COOC2H5C2H5ONaCH3COCHCOOC2H5 Na+-CH3COCHCOOC2H5RRX(CH3)3COKCH3COCCOOC

15、2H5RNa+-CH3COCCOOC2H5RRRX上述反应为上述反应为SN2反应，所以用伯卤代烷、苄基卤、烯丙基卤时反应，所以用伯卤代烷、苄基卤、烯丙基卤时产率较高，仲卤代烷产率较低，叔卤代烷主要发生消除反应得产率较高，仲卤代烷产率较低，叔卤代烷主要发生消除反应得到烯烃。乙烯型和苯基型卤代烃由于卤素不活泼，也不发生上到烯烃。乙烯型和苯基型卤代烃由于卤素不活泼，也不发生上述反应。述反应。化学工业出版社CH3CCH2COC2H5OONaHDMFCH3CCHCOC2H5OO Na+-RCClCH3CCHCOC2H5OOCORO往亚甲基上引酰基时，得到酰基化产物。为了避免往亚甲基上引酰基时，得到酰基化

16、产物。为了避免酰卤或酸酐被醇解，这个反应一般是用非质子极性酰卤或酸酐被醇解，这个反应一般是用非质子极性溶剂如溶剂如DMF、DMSO而不用醇，强碱用而不用醇，强碱用NaH而不是而不是用醇钠。用醇钠。化学工业出版社一烷基取代丙酮或一烷基取代乙酸的合成一烷基取代丙酮或一烷基取代乙酸的合成：12.3.3 乙酰乙酸乙酯在合成上的应用乙酰乙酸乙酯在合成上的应用C2H5ONaCH3CCH2COC2H5OORCH3CCHCOC2H5OOH+CH3CCH2RO5%NaOH，RCH3CCHCOC2H5OOH+RCH2COOH40%NaOHRXCH3CCHCOC2H5OONa（）-+化学工业出版社二二烷基取代丙酮或

17、烷基取代丙酮或二二烷基取代乙酸的合成烷基取代乙酸的合成：CH3COCH2COOC2H5 C2H5ONa CH3CH2CH2BrCH3COCHCOOC2H5CH2CH2CH3 C2H5ONa CH3ICH3COCCOOC2H5CH3CH2CH2CH3酮式分解酸式分解CH3COCCOOC2H5CH3CH2CH2CH3-稀OH ,H+,40%OH ,H+,-CH3COCHCH2CH2CH3CH3CH3CH2CH2CHCOOHCH3引二个取代基时，引二个取代基时，应该先引入应该先引入体积体积较大的较大的取代取代基基，后引入较小的，后引入较小的取代基取代基化学工业出版社CH3COCHCOOC2H5 Na

18、+-Br(CH2)4CHCOCH3COOC2H5Br(CH2)4Br制备环烷基酮：制备环烷基酮：C2H5ONaCOCH3COOC2H5C CH3O酮式分解-稀OH ,H+,化学工业出版社1-苯基苯基-1, 3-丁二酮丁二酮CH3COCH2COOC2H5+NaHCH3COCHCOOC2H5 Na+-+H2CH3COCHCOOC2H5 Na+-+C6H5COClCH3COCHCOOC2H5COC6H5CH3COCH2COC6H5酮式分解-稀OH ,H+,制备各种二酮：制备各种二酮：化学工业出版社CH3COCHCOOC2H5CH2CHCOOC2H5CH3CO2CH3COCHCOOC2H5 Na+-C

19、H2Cl2CH3COCH2CH2CH2COCH3酮式分解-稀OH ,H+,2CH3COCHCOOC2H5 Na+-I22NaI-CH3COCHCOOC2H5CHCOOC2H5CH3COCH3COCH2CH2COCH3酮式分解-稀OH ,H+,2,6-庚二酮庚二酮2,5-己二酮己二酮化学工业出版社制备高级酮酸：制备高级酮酸：CH3COCHCOOC2H5 Na+-+Br(CH2)nCOOC2H5CH3COCHCOOC2H5CH2)nCOOC2H5(CH3COCH2(CH2)nCOOH酮式分解-稀OH ,H+,注意，在制备酮酸时不可引入卤代酸，因为卤代酸中的注意，在制备酮酸时不可引入卤代酸，因为卤代

20、酸中的羧基是酸性基团，因其会分解乙酰乙酸乙酯的钠盐，使羧基是酸性基团，因其会分解乙酰乙酸乙酯的钠盐，使反应难以进行反应难以进行。化学工业出版社12.4 丙二酸二乙酯丙二酸二乙酯CH2COONaClCH2COOC2H5COOC2H5NaCNCH2COONaCNC2H5OHH2SO412.4.1丙二酸二乙酯的合成丙二酸二乙酯的合成丙二酸分子中两个羧基间的诱导效应较强，使丙二酸不稳定，丙二酸分子中两个羧基间的诱导效应较强，使丙二酸不稳定，加热后容易脱羧生成乙酸。因此丙二酸二乙酯不从丙二酸直接加热后容易脱羧生成乙酸。因此丙二酸二乙酯不从丙二酸直接酯化而得，而是通过酯化而得，而是通过卤代乙酸与卤代乙酸与

21、NaCN发生亲核取代反应后发生亲核取代反应后水解酯化来制取：水解酯化来制取：化学工业出版社12.4.2 丙二酸二乙酯的丙二酸二乙酯的性质性质丙二酸二乙酯简称丙二酸酯，是无色有香味的液体，丙二酸二乙酯简称丙二酸酯，是无色有香味的液体，沸点沸点199，微溶于水。，微溶于水。C2H5OCCH2COC2H5OOCH2(COONa)25%NaOHH+HOCCH2COHOOCO2CH3COOH+化学工业出版社CH2COOC2H5COOC2H5C2H5ONaCHCOOC2H5COOC2H5 Na+C2H5OH+-CHCOOC2H5COOC2H5 -Na+RXCCOOC2H5COOC2H5RHH+H2OCCO

22、OHCOOHRH-co2RCH2COOH一烃基取代乙酸化学工业出版社R CCOOC2H5COOC2H5RCHCOOC2H5COOC2H5C2H5ONaNa+-RXCCOOC2H5COOC2H5RR化学工业出版社CH2(COOC2H5)2C2H5ONaNa+CH(COOC2H5)2-CH3CH2BrCH3CH2CH(COOC2H5)2 C2H5ONa CH3ICH3CH2C(COOC2H5)2CH3 NaOH,H2O H+CCOOHCOOHCH3CH2CH3CH3CH2CHCOOHCH3CO2-12.4.3 丙二酸二乙酯的应用丙二酸二乙酯的应用制备取代乙酸：制备取代乙酸：化学工业出版社CH2Br

23、CH2Br2Na+CH(COOC2H5)2-+CH2CH(COOC2H5)2CH2CH(COOC2H5)2 NaOH,H2O H+，CH2CH2COOHCH2CH2COOHNa+CH(COOC2H5)2-CH2COOC2H5Cl+CH(COOC2H5)2CH2COOC2H5CH2COOHCH2COOH NaOH,H2O H+，制备二元酸：制备二元酸：化学工业出版社制备环烷酸：制备环烷酸： C2H5ONa Br(CH2)4BrCH2(COOC2H5)2Br(CH2)4CH(COOC2H5)2C2H5ONa分子内SN2Br-BrCH2CH2CH2CH2C(COOC2H5)2-COOC2H5COOC

24、2H5 NaOH,H2O H+，COOH化学工业出版社12.5 其他含活泼亚甲基的化合物其他含活泼亚甲基的化合物12.5.1 含活泼亚甲基的化合物含活泼亚甲基的化合物NCCH2COOC2H5C2H5I,120,6h68%NCCHCOOC2H5C2H5NCCH2COOC2H5+BrCH2CH2BrC6H5CH2N(C2H5)3Cl-+NaOH,H2OCOOC2H5CN86%CHICH3CH3CN-CH2-COOC2H5C2H5OHC2H5ONaCHCHCH3CH3COOC2H5CN+C2H5ONa/C2H5OH(CH3)2CHICCOOC2H5CN(CH3)2CHCH(CH3)2化学工业出版社C

25、2H5C OCH3+CH2COOC2H5CNC CCH3C2H5COOC2H5CN乙酸铵乙酸85%C6H612.5.2 Knoevenagal反应：反应：CHO+CH2(COOH)2哌啶,95100CH C(COOH)2H2O-CH CHCOOH(80%95%)-CO2化学工业出版社CH2(CO2C4H9)2RCHOCROHHCCO2C4H9HCO2C4H9+ +吡 啶RCHC(CO2C4H9)2-H2OCN-CH2-COOC2H5OCH3COONH4CCNCOOC2H5+100%化学工业出版社CH2=CHCOCH2CH3OCH3CCH2COOC2H5OC2H5ONaC2H5OH+CH2CH2

26、COCH2CH3OCH3CCHCOOCH2CH3O12.5.3 Michael加成加成C2H5ONaC2H5OHCH2=CHCCH3OCH3CCH2COOC2H5O+CH3CCHCH2CH2CCH3COOC2H5OO化学工业出版社O+ CH2(COOC2H5)2C2H5OHOCH(COOC2H5)2C2H5ONa90%CH3COCH2COCH3+CH2CHCN(C2H5)3N,叔丁醇25CH3COCHCOCH3CH2CH2CN71%C2H5ONaHC C COOC2H5+CH3COCH2COOC2H5CH3COCHCOOC2H5C CHHCOOC2H5化学工业出版社阅读材料：逆合成分析阅读材料

27、：逆合成分析目标分子：目标分子：要合成的最终化合物的分子成为目标分子（要合成的最终化合物的分子成为目标分子（target molecule），通常用），通常用TM表示。表示。起始原料：起始原料：在整个合成路线中，最开始使用的原料称为起始在整个合成路线中，最开始使用的原料称为起始原料（原料（starting material）。通常用）。通常用SM表示。表示。切断：切断：通过合适的方法将分子中的一个化学键切开称为切断。通过合适的方法将分子中的一个化学键切开称为切断。在反应式中切断用虚线表示。在反应式中切断用虚线表示。合成子：合成子：通过切断而产生的一种概念性的分子碎片，通常为通过切断而产生的一种

28、概念性的分子碎片，通常为正离子或负离子，也可能是相应反应中的一个中间体。正离子或负离子，也可能是相应反应中的一个中间体。SMABCDETMSMABCDETM合成步骤：合成步骤： 逆合成步骤逆合成步骤：化学工业出版社例例1 试用试用Williamson合成法合成异丙基正丁基醚。合成法合成异丙基正丁基醚。解：解：Williamson合成法合成醚的通式为：合成法合成醚的通式为：RONaRORNaX+RX+所以目标分子有两种切断法所以目标分子有两种切断法：CH3CH2CH2CH2OCH(CH3)2CH3CH2CH2CH2ONaCHCH3CH3ClCHCH3CH3ONaCH3CH2CH2CH2CH2Clbaab+化学工业出版社例例2 用四个或四个碳原子以下的有机原料及必要的无机试剂合成：用四个或四个碳原子以下的有机原料及必要的无机试剂合成：CH3CH2CH2CH2CH3CH3OHCCH3CH2CH2CH2CH3CH3OHCCH3COCH3CH3CH2CH2CH2MgBr+解：解：CH3CH2CH2CH2CH2BrMgCH3CH2CH2CH2MgBrCH3CCH3OH2 OCH3CH2CH2CH2CH3CH3OHC纯 醚（1）（2）化学工业出版社例例3用指定的有机原料和不超过