β二羰基化合物在有机合成中的应用ppt课件

1、第一节第一节 - -二羰基化合物二羰基化合物第二节第二节 有机合成有机合成主讲人主讲人 王美怡王美怡制药工程专业制药工程专业第一节第一节 - -二羰基化合物二羰基化合物CH3C-CH2-CCH3OOOOC2H5OC-CH2-C-OC2H5OOCH3C-CH2-C-OC2H5有酸性有酸性有酸性乙酰丙酮乙酰乙酸乙酯丙二酸二乙酯2,4-戊二酮丁酮酸乙酯 两个羰基被一个亚甲基相间隔的二羰基化合物叫两个羰基被一个亚甲基相间隔的二羰基化合物叫-二羰基二羰基化合物。例如：化合物。例如： 二羰基化合物的二羰基化合物的H受两个羰基的影响，具有特殊受两个羰基的影响，具有特殊的活泼性！的活泼性！ 乙酰乙酸乙酯既有羰

2、基的性质，又有羟基和双键的乙酰乙酸乙酯既有羰基的性质，又有羟基和双键的性质，阐明它是由酮式和烯醇式两种互变异构体组成：性质，阐明它是由酮式和烯醇式两种互变异构体组成： CH3-C-CH2COOC2H5OCH3-C=CHCOOC2H5OH酮式(92.5%)烯醇式(7.5%)能与羟胺、苯肼反应，生成肟、苯腙等；能与NaHSO3、HCN等发生加成反应；经水解、酸化后，可以脱羧生成丙酮。能被还原为 -羟基酸酯；能与钠作用放出氢气；能与乙酰氯作用生成酯；能使Br2/CCl4褪色；能与FeCl3作用呈现紫红色。 为什么乙酰乙酸乙酯是由酮式和烯醇式两种互变异构为什么乙酰乙酸乙酯是由酮式和烯醇式两种互变异构体

3、组成的？体组成的？其烯醇式构造有一定的稳定性：其烯醇式构造有一定的稳定性： COHOCCHCH3OC2H5六元环CH3-C CH-C-OC2H5OHO共轭体系以下数听阐明了构造对烯醇式含量的影响：以下数听阐明了构造对烯醇式含量的影响： CH3-C=CH-C-OC2H5OHOCH3-C-CH2-C-OC2H5OO互变异构CH3-C=CH-C-OC2H5O-CH3-C-CH-C-OC2H5OOO-不同的共振结构式(1) 乙酰乙酸乙酯的合成乙酰乙酸乙酯的合成Claisen酯缩合反响酯缩合反响 CH2COOC2H5HNaOC2H5O-CH2=C-OC2H5-CH2-C-OC2H5O乙酸乙酯CH3-C-

4、CH2C-OC2H5-C2H5O-C2H5O-消除CH3C=CH-COC2H5OONa+ C2H5OHCH3COOH乙酰乙酸乙酯钠盐PKa=11有酸性，OOCH3-C-CH2COOC2H5O-CH2COOC2H5CH3-C-CH2COOC2H5O-OC2H5亲核加成CH3-C-O-C2H5O+讨论：讨论： Claison酯缩合反响的本质是利用羰基使酯缩合反响的本质是利用羰基使H的酸性大增，在强的酸性大增，在强碱碱(碱性大于碱性大于OH)作用下，发生亲核加成作用下，发生亲核加成-消除反响，最终得到消除反响，最终得到-二羰基化合物。二羰基化合物。 酮的酸性普通大于酯，所以在乙醇钠的作用下，酮更易生

5、成碳负酮的酸性普通大于酯，所以在乙醇钠的作用下，酮更易生成碳负离子。离子。例如：例如： 2CH3COOC2H5NaOC2H5CH3COOHCH3CCH2COC2H5OO总反应：CH3-C-CH3OC2H5ONaOCH3-C-CH2-CH3-C=CH2O-+CH3-C-OC2H5OOCH2-C-CH3-CH3-C-CH2-C-CH3OO-OCH2CH3CH3-C-CH2-C-CH3OOONaHO-C-HO+ C2H5OHO-CH OC2H5O-+ H-C-OC2H5O 交错的酯缩合反响：交错的酯缩合反响： 例1：H-C-OEtO+ CH3CH2COOEt(1) NaOEt(2) H+OH-C-C

6、HCOOEtCH3甲酸酯，无 -H(1) NaOEt(2) H+ CH3CH2COOEtEtO-C-C-OEtOOCH3CHCOOEtCOOEtC=O-COCH3CH(COOEt)2草酸酯，无 -H例2： 分子内的酯缩合反响被称为分子内的酯缩合反响被称为Dieckmann反响：反响： COOEtO-COOEtOH+80%苯，80 C。EtONaCH2CH2COOEtCH2CH2COOEt(甲甲) 成酮分解成酮分解CH3C-CH2-COC2H5OO5% NaOHCH3C-CH2-C-OHOOH+CH3C-CH2-C-ONaOOCH3C-CH2-HO-CO2微热OCCH2COHOH3COCCH2C

7、OHH3COH3CCCH2OHOCO+CH3COCH3六元环状过渡态乙酰乙酸脱羧历程：乙酰乙酸脱羧历程： CH3C-CH2-COC2H5OO40% NaOHNaO HCH3C-ONaO+ C2H5OH2CH3C-O-O2CH3C-O-OOH-+ C2H5OH+ CH3C-OC2H5O+ -OHCH3-C-CH2-C-OC2H5OOO-OHCH3-C CH2-C-OC2H5OOHCH3-C CH2-C-OC2H5O O+-反响历程：反响历程： (甲甲) 制甲基酮制甲基酮 制一烃基取代的甲基酮：制一烃基取代的甲基酮： CH3C-CH2-COC2H5OO活泼氢NaOC2H5RXCH3C-CH-COC

8、2H5OO-Na+RCH3C-CH-COC2H5OO一烃基乙酰乙酸乙酯CH3C-CH2-RO5% NaOH成酮分解40% NaOH成酸分解+ CO2 + C2H5OH+ CH3COONa + C2H5OHR-CH2COONa 副产物（酮式）多，产率低，不常用副产物少，产率高，常用 RCH3C-CH-C-O-C2H5OO成酮成酸成酸NaOC2H5RCH3C-CH-COC2H5OORCH3C-C-COC2H5OO-Na+RXOOCH3C-C-COC2H5RR二烃基乙酰乙酸乙酯5% NaOH成酮分解40% NaOH成酸分解RCH3C-C-C-O-C2H5OOR+ CH3COONa + C2H5OHR

9、-CHCOONa R成酮成酸成酸+ CO2 + C2H5OHCH3C-CH-RO RCH3-C-CH-C-OC2H5OO-Na+CH3-C-CH-C-OC2H5OOBr(CH2)4BrCH2(CH2)3BrNaOC2H5COCH3COOC2H5C-CH3O成酮分解R-C-ClOor (RCO)2O成酮分解 -Na+CH3CCHCOC2H5OOCH3CCHCOC2H5OOC=OR二酮CH3CCH2C-ROOCH3-C-CH2-C-OC2H5OO2NaOC2H5CH3-C-CH-C-OC2H5OOCH3-C-CH-C-OC2H5OO-2NaII25%NaOHH+CH3-C-CH2-CH2-C-CH

10、3OOCH3-C-CH2-C-OC2H5OOCH3-C-CH2-CH2CH2-CH2-C-CH3OO例：由5%NaOHH+CH2CH2CH3-C-CH-C-OC2H5OOCH3-C-CH-C-OC2H5OOCH3-C-CH2-C-OC2H5OO2NaOC2H5CH2-CH2BrBrCH3-C-CH2-CH2CH2-CH2-C-CH3OO(1) 丙二酸二乙酯的制法丙二酸二乙酯的制法 CH2COONaClCH2COONaCNNaCNC2H5OH,H2SO4CH2C-OC2H5C-OC2H5OO氯乙酸钠丙二酸二乙酯水解、酯化同时进行(丙二)(甲甲) 制烃基取代乙酸制烃基取代乙酸 CH2C-OC2H5

11、C-OC2H5OOCHC-OC2H5C-OC2H5OONa+-NaOC2H5RXR-CHC-OC2H5C-OC2H5OOR-CHC-OHC-OHOOH2O/H+R-CH-COOHH150-200 C。-CO2一烃基取代乙酸二烃基取代乙酸R-CHC-OC2H5C-OC2H5OORXNaOC2H5RRCC-OC2H5OC-OC2H5OH2O/H+RRCC-OHOC-OHO-CO2RRCH-C-OHO思索题：用丙二酸二乙酯制备思索题：用丙二酸二乙酯制备 提示：用提示：用1,2-二溴乙烷与丙二酸二乙酯负离子反响二溴乙烷与丙二酸二乙酯负离子反响1 1。 COOH( (乙乙) ) 制二元羧酸制二元羧酸 2

12、CH2(COOC2H5)22CH(COOC2H5)2-Na+NaOC2H5CH2-CH2BrBrCH(COOC2H5)2CH(COOC2H5)2CH2-CH2-CH(COOH)2CH(COOH)2CH2-CH2-2CO2H2O/H+CH2COOHCH2COOHCH2-CH2-2CH2(COOC2H5)22CH(COOC2H5)2-Na+NaOC2H5H2O/H+CH(COOC2H5)2CH(COOC2H5)2CH2COOHCH2COOHCH(COOH)2CH(COOH)2-2CO2I2-2NaI以下化合物都属于含有活泼氢的化合物：以下化合物都属于含有活泼氢的化合物： 它们都可与碱作用可生成具有

13、亲核性的碳负离子，与：它们都可与碱作用可生成具有亲核性的碳负离子，与： RX C=OC=CCO、发生亲核反响，构成新的碳碳健，这在有机合成中非发生亲核反响，构成新的碳碳健，这在有机合成中非常重要。常重要。 CH3C-CH H2-CCH3OO有酸性乙酰丙酮2,4-戊二酮RCH H2-NOO-+硝基化合物氰基乙酸乙酯CNCH2C OC2H5O例如：例如： NCCH2COOC2H5 + BrCH2CH2BrCOOC2H5CNNaOH,H2OC6H5CH2N(C2H5)3Cl-,86%+假设采用相转移催化法，反响可在强碱的水溶液中进展：假设采用相转移催化法，反响可在强碱的水溶液中进展： 活泼氢!碱68

14、%C2H5I，120 C，6h。NCCHCOOC2H5C2H5氰基乙酸乙酯CNCH2C OC2H5O 醛、酮在弱碱醛、酮在弱碱(胺、吡啶等胺、吡啶等)催化下，与具有活泼催化下，与具有活泼-氢的化合物进展的缩合反响。例如：氢的化合物进展的缩合反响。例如： CH3CH3CH2C=O+ N CCH2COOC2H5乙酸胺-乙酸，苯85%CH3CH3CH2C=C-COOC2H5CNArCHO + ArCH=C(COOC2H5)2不饱和酸CH2(COOC2H5)2(1)H2O/H+(2) ArCH=CHCOOHEt3NCHO(CH3)2N+ CH3NO2C5H11NH2CH=CHNO2(CH3)2N83%

15、Michael加成加成碳负离子与碳负离子与,-不饱和羰基化合物进不饱和羰基化合物进展共轭加成，生成展共轭加成，生成1,5-二羰基化合物的反响。例如：二羰基化合物的反响。例如： CH3-C-CH2-C-OC2H5OOCH3-C-CH-C-OC2H5OO-Na+NaOC2H5C CCO1,4-加成烯醇式HOC2H5C CCO-OC2H5CH3C-CHO C=OOC2H5CH3C-CHO C=OOHC CC烯醇式重排酮式1,5-二羰基化合物(1,2-加成产物)OC2H5CH3C-CHO C=OCH3C-CH2-O5%NaOHH+C-CHCOC-CHCO 其它碱和其它其它碱和其它,-不饱和化合物也可进

16、展不饱和化合物也可进展Michael加成。例如：加成。例如： CH3COCH2COCH3 +CH3COCHCOCH3CH2CH2CN(C2H5)3N，叔丁醇25 C，71%。CH2=CHCN+ CH3COCH2COOC2H5C2H5ONaCH3COCHCOOC2H5H-C=CH-COOC2H5HCCCOC2H5OMichael加成是制取加成是制取1,5二羰基化合物的最好方法二羰基化合物的最好方法! CH3CCH2COOC2H5OCH3CCH2CH2CH2CCH3OO例1 ： 由54321CH3CCH2COOC2H5OCH3CCH2CH2CH2CCH3OOCH2=CH-C-CH3ONaOC2H5

17、+CH3CCH-CH2CH2CCH3OOCOOC2H55%NaOHH+HOC2H5CH3CCH-CH2-CH=CCH3OCOOC2H5ONa解：解：例2：由 CH2(COOC2H5)212345OCH2-COOHCH2(COOC2H5)2NaOC2H5CH3COOHO-CH(COOC2H5)2+OOCH(COOC2H5)2OCH2COOHOCH(COOH)2H2O/H+-CO2思索题：由乙酸乙酯、丙烯腈制备思索题：由乙酸乙酯、丙烯腈制备5-己酮酸己酮酸 答案 解：解：即即Michael加成与羟醛缩合联用，合成环状化合物。加成与羟醛缩合联用，合成环状化合物。 例：用例：用C4或或C4以下有机物制

18、备以下有机物制备 O答案 OOOOOOOOH-H2OOOO+NaOEtMichael加成NaOH羟醛缩合( (一一) ) 有机合成的义务和意义有机合成的义务和意义 有机合成的义务就是利用已有的原料，制备新的、有机合成的义务就是利用已有的原料，制备新的、更复杂、更有价值的有机化合物。更复杂、更有价值的有机化合物。 合成一个有机化合物经常可以有多种道路。例合成一个有机化合物经常可以有多种道路。例如，丙酮的制法有多种：如，丙酮的制法有多种： 丙烯氧化：丙烯氧化： CH3CH=CH2 + O2PdCl2-CuCl221CH3-C-CH3O 异丙醇氧化：异丙醇氧化： CH3CH=CH2CH3-C-CH3

19、OCH3CHCH3OHH2OH3PO4CrO3H2SO4CH(CH3)2+ O2C-O-O-HCH3CH3OHCH3-C-CH3O+H+CH2C CH + H2OHgSO4稀H2SO4CH3-C-CH3O 异丙苯氧化法：异丙苯氧化法： 丙炔水合：丙炔水合： 乙醛与格氏试剂反响：乙醛与格氏试剂反响： 乙腈与格氏试剂反响：乙腈与格氏试剂反响： 3-丁酮酸脱羧：丁酮酸脱羧： CH3CHO + CH3MgICH3-C-CH3OCH3CHCH3OHCrO3H2SO4(1) 无水乙醚(2) H+，H2OCH3CN + CH3MgICH3CHCH3无水乙醚NMgI H+，H2OCH3-C-CH3O2CH3C

20、OOC2H5CH3CCH2COOC2H5CH3COCH3(1) C2H5ONa(2) CH3COOHH+,H2OO有机合成并非只需独一的答案。可从逆推法导出许多不同的中有机合成并非只需独一的答案。可从逆推法导出许多不同的中间体，组成许多不同的合成程序，结果得到一个所谓的间体，组成许多不同的合成程序，结果得到一个所谓的“合成树合成树： 目标分子中间产物可供选择的原料分子中间产物 对于复杂的合成，合成树将变得非常宏大，以致于有人采对于复杂的合成，合成树将变得非常宏大，以致于有人采用计算机为工具从漫无边沿的合成树中找出一条合理的合成用计算机为工具从漫无边沿的合成树中找出一条合理的合成道路，并逐渐开展

21、成一专门的学科。但目前，实验化学家经道路，并逐渐开展成一专门的学科。但目前，实验化学家经过逻辑分析加上直觉所设计的合成道路经常比计算机解得的过逻辑分析加上直觉所设计的合成道路经常比计算机解得的更真实可行。但要运用逻辑和凭直觉，就必需知晓大多数有更真实可行。但要运用逻辑和凭直觉，就必需知晓大多数有机反响并熟习其反响机理。机反响并熟习其反响机理。 通常有机合成道路设计所思索的普通原那么主要有三点：通常有机合成道路设计所思索的普通原那么主要有三点：途径简捷；原料易得；总产率高。途径简捷；原料易得；总产率高。 例：由例：由C4或或C4以下有机物合成二丙基乙酸。以下有机物合成二丙基乙酸。 解：运用逆推法

22、可导出以下几个中间产物：解：运用逆推法可导出以下几个中间产物： (CH3CH2CH2)2CHCOOH丙二酸酯合成法伯醇氧化格氏反应(CH3CH2CH2)2CHOH(CH3CH2CH2)2C=CH2(CH3CH2CH2)2C(COOC2H5)2CO2+(CH3CH2CH2)2CHMgCl(CH3CH2CH2)2CHCH2OHCH2(COOC2H5)2(I)(II)(III)(CH3CH2CH2)2C=O仲醇，由格氏反应得其详细合成方法分别表示如下：其详细合成方法分别表示如下： (CH3CH2CH2)2C(COOC2H5)2CH2(COOC2H5)2(1) C2H5ONa(2) CH3CH2CH2

23、Br(1) C2H5ONa(2) CH3CH2CH2Br(1) OH-(2) H+-CO2(CH3CH2CH2)2CHCOOH(CH3CH2CH2)2CHOH(CH3CH2CH2)2CHMgClCH3CH2CH2CHO(1) CH3CH2CH2MgX(2) H2O,H+(1) PBr3(2) Mg,纯醚(1) CO2(2) H2O,H+(CH3CH2CH2)2CHCOOH其中，方法其中，方法(I)较为合理，而其它方法反响步骤较长。较为合理，而其它方法反响步骤较长。 (I) (II) (III) (CH3CH2CH2)2CHCOOH(CH3CH2CH2)2CHCH2OH(CH3CH2CH2)2C

24、HOHCH3CH2CH2CHO氧化(CH3CH2CH2)2C=O(CH3CH2CH2)2C=CH2氧化(1) (BH3)2(2) H2O2,OH-(1) CH3CH2CH2MgX(2) H2O,H+CH2=P(C6H5)3 对目的化合物的分子构造设计主要包括三个方面：对目的化合物的分子构造设计主要包括三个方面：碳架的建立；官能团的转化；立体化学的选择和控制。碳架的建立；官能团的转化；立体化学的选择和控制。 其中碳架的建立是设计合成道路的中心。其中碳架的建立是设计合成道路的中心。 (1) 碳架的建立碳架的建立 碳架的建立实践上是新的碳碳架的建立实践上是新的碳-碳键如何构成的问题。碳键如何构成的问

25、题。 而碳架的建立也不能脱离官能团，由于碳碳键构成的反响而碳架的建立也不能脱离官能团，由于碳碳键构成的反响普通也要发生在官能团上或受官能团影响而活化的部位上普通也要发生在官能团上或受官能团影响而活化的部位上(例如双键或羰基的例如双键或羰基的位位)。 解：由逆推法分析：解：由逆推法分析： 卤烷水解烯烃水合醛、酮、酸、酯还原格氏反应CH3CHCH2CH3ClCH2=CHCH2CH3CH3-CH-CH2CH3OHCH3-C-CH2CH3OabO不需增长碳链CH3CHO + C2H5MgBrCH3CH2CHO + CH3MgBr原料易得不符合题意符合题意路线合理CH3CH2XCH3CH2MgXMg纯醚

26、(1) CH3CHO(2)H2O，H+CH3CHCH2CH3OHK2Cr2O7H2SO4CH3CCH2CH3O合成道路：合成道路： 分析：CH2CH2CH3CH3CH2CH2CH2-CH2C CCH3CH2CH2CH2CH2CH32CH3CH2CH2Cl + NaC CNaCH2=CHCH2ClCH2=CH-CH3CH2=CH2Br2BrCH2-CH2BrC CHHNaOH/醇Na/液NH3Cl2/hH2/NiCH2CH2CH3CH3CH2CH2CH2-CH2C CCH3CH2CH2CH2CH2CH3CH2=CH2Br2BrCH2-CH2BrC CHHNaOH/醇Na/液NH32CH3CH2C

27、H2Cl + NaC CNaH2/Ni-2NaClC CNaNa解：CH2=CHCH2ClCH2=CH-CH3Cl2/hCH3CH2CH2ClH2/Ni 碳架的建立与官能团的转化是亲密联络在一同的。构成碳碳架的建立与官能团的转化是亲密联络在一同的。构成碳碳键时，必需经过官能团或官能团影响下的反响才干实现，碳键时，必需经过官能团或官能团影响下的反响才干实现，而且构成碳架之后往往还要经过官能团的转化、引入、除而且构成碳架之后往往还要经过官能团的转化、引入、除去或替代，才干到达目的分子的构造。去或替代，才干到达目的分子的构造。 例例1：用简单的原料合成：用简单的原料合成 OOCH3H3COH分析：内

28、酯+ HCN+ CH2O羟甲基，可由：CH2O+R2CHCHO羟醛缩合得OHHOCOOHCH3CH3羟基酸HOCHOCH3CH3CHOCH3CH3羧基，可由：C=O+HCN亲核加成得OOCH3H3COHOOCH3H3COHCH2OH(CH3)2C-CH-COOHOHH+CH2OH(CH3)2C-CH-CNOHH2OH+解：(CH3)2CH-CHO + CH2O 稀OH-(CH3)2C-CHO CH2OHHCNOH-O分析：O考虑分子内羟醛缩合Michael加成OO1,5-二羰基物不饱和酮O+“三乙”CH3CCH2COOEtCH2=CHCCH3ONaOEtOCH3CCHCH2CH2CCH3OOCOOEtCH3CCH2CH2CH2CCH3OO(1)5%NaOH(2)H+(3)麦克尔加成羟醛缩合ONaOH解：解： 官能团维护最常用方法是先将不希望转化的官能团维护起来，官能团维护最常用方法是先将不希望转化的官能团维护起来，待反响完成后再将其复原。待反响完成后再将其复原。 例例1：由：由CH2=CH-CHO合成合成 CH2-CH-CHOOHOHCH2=CH-CHOOCH2=CH-CHOCH2-CH2OHOH干HCl