第十四章 β-二羰基化合物
R '
O
R C H
2
O
O
O
R C H
2
O
R '
O
O
O C H
2
O
RR O
O
C H
2
RN
CC CC
CC CC
β-二酮 β-酮酸酯丙二酸二酯 氰基乙酸酯
§ 14.1 酮 -烯醇互变结构
R C H 2
O
R C H
O H
R '
R '
C
C 互变异构炔烃 Kucherov反应中：
酮式 烯醇式
§ 14.1.1 酸和碱对酮 -烯醇平衡的影响酸催化：
R 'C H
2
O
R H O
H
H
R 'C H
2
O
R
H
R 'C H
O
R
H
H
O
H
H
R C H
O H
R ' H
3
O +
C
:
+
+
C
+
+ H
2
O
C
+
+,
C +
快慢碱催化：
O
H
H
R 'C H
O
R
H
R C H
O H
R '
O H
R 'C H
O
R R 'C H
O
R
R 'C H
O
R O H+
+ H
2
OC +
:
C +
C C
C
慢快
§ 14.1.2 化合物的结构对酮 -烯醇平衡的影响单羰基化合物在平衡状态下，烯醇式异构体的含量很少。
具有 β-二羰基结构的化合物在平衡状态下，烯醇式的含量较高。
原因一：分子内氢键；原因二,C=C键和 C=O键共轭
CH
3
C
C H
C
OO
H
O C
2
H
5
CH
3
O H
C HC C O C
2
H
5
O:
R C H
2
RC C
OO
R C H
2
O RC C
OO
R O C H
2
O RC C
OO
C
O
C
HH
C
O
R O
C
O
C
H
C
O
活泼亚甲基具有酸性 pKa = 9~14
pKa ≈9 pKa ≈11 pKa ≈14
CH 3 C H 2 O C 2 H 5C C
OO
CH 3 C H O C 2 H 5C C
OO H
( 9 2,5 % ) ( 7,5 % )
能与羟胺和苯肼生成肟和苯腙
还原得到羟基酸酯
水解得到丁酮酸
能与 Na作用放出氢气
能使 Br2/CCl4溶液退色
能使 FeCl3水溶液显紫红色
与 PCl5作用得到 3-氯 -2-丁烯酸乙酯
§ 14.1.3 烯醇化导致立体异构化
C P h
O
C
E t
H
M e
O H
H
+
o r
C P h
O
C
E t
H
M e
C P h
O
C
E t
M e
H
C P h
O
C
E t
H
M e
O H
H
+
o r
C C
E t
M e
O H
P h
+
+
+(R)-(+)-仲丁基苯基甲酮
( ) -仲丁基苯基甲酮
(R)-(+)-仲丁基苯基甲酮
( ) -仲丁基苯基甲酮
§ 14.2.1乙酰乙酸乙酯的合成
§ 14.2乙酰乙酸乙酯的合成及其应用
一．克莱森 (Claisen)酯缩合,酯中的 α-氢比较活泼，在醇钠作用下，能与另一分子酯脱去一分子醇，生成 α-酮酸酯：
CH
3
C H
2
O C
2
H
5
C C
OO
CH
3
O C
2
H
5
C
O
C
2
H
5
O N a
C
2
H
5
O H
CH
3
C H O C
2
H
5
C C
OO
.,
Na
+
HCl
2
H 2 C O C 2 H 5C
O
C 2 H 5 O N a
C 2 H 5 O HC H 2 O C 2 H 5C
OH
+:
机理
CH
3
O C
2
H
5
C
O
CH
3
C H
2
O C
2
H
5
C C
OO
O C
2
H
5
:
O C 2 H 5 离去
CH 3 C H 2 O C 2 H 5C C
OO
动画演示
二、交叉酯缩合：两种酯均有 α -H，四产物，无价值。
只有一种 酯有 α -H，两种产物，易分离。
H C O O C 2 H 5 C H
3 C O O C 2 H 5
O C 2 H 5
H C O C O C H 2 C O O C 2 H 5
C H 3 C O C H 2 C O O C 2 H 5 C
2 H 5 O H
+
+ +
三,Dieckmann缩合：分子内酯缩合 。
C H 2C H 2
C H 2 C H 2
C O O C 2 H 5
C O O C 2 H 5
N a O C 2 H 5
O
C O O C 2 H 5
C H 2 C O
C H 2 C O
+ C
2 H 5 O H
C H 2 C
O H
C H 2 C O C 2 H 5
O
C H 3 C
O
C H 2 C O C 2 H 5
O
四、二乙烯酮与乙醇加成,
乙酰乙酸乙酯无色液体，有水果香味，沸点 181oC，微溶于水，
易溶于有机溶剂，溶于 NaOH溶液，对石蕊呈中性。
§ 14.2.2乙酰乙酸乙酯的性质
一、酮式分解,稀碱作用下
C H 3 C O C H 2 C O O C 2 H 5 C H 3 C O C H 2 C O O Na
H
+
C H 3 C O C H 2 C O O H C H 3 C O C H 3
5 % N a O H
二、酸式分解,浓碱作用下
C H 2 C O O C 2 H 5C H 3 C
O
C H 3 C
O
O N a C 2 H 5 O H4 0 % N a O H +2
三、烷基取代 活泼亚甲基 中的氢原子
C H
3
C O C H C O O C
2
H
5
C H
3
C O C H C O O C
2
H
5
Na
+N a O C 2 H 5
R X
C H
3
C O C H C O O C
2
H
5
R
H
C H
3
C O C C O O C
2
H
5
R
( C H
3
)
3
O K
C H
3
C O C C O O C
2
H
5
Na
+
R
R ' X
C H
3
C O C C O O C
2
H
5
R
R '
H
一、制备 甲基酮 或 烷基取代乙酸,
§ 14.2.3乙酰乙酸乙酯在合成上的应用
C H
3
C O C H C O O C
2
H
5
N a O C
2
H
5
H
C H
3
C H
2
C H
2
B r
C H
3
C O C C O O C
2
H
5
C H
2
C H
2
C H
3
N a O C
2
H
5
C H
3
I
H
C H
3
C O C C O O C
2
H
5
C H
2
C H
2
C H
3
C H
3 C H
3
C
O C H
3
C H
2
C H
2
C H
3
C H
C H
3
C H
2
C H
2
C H
3
C HH O O C
①
②
①
②
①稀 O H ② H
+
③
① 4 0 % O H ② H
+
酮 式 分 解酸 式 分 解
二、制备 二元酮 或 甲基环烷基酮,
C H
3
C O C H C O O C
2
H
5
Na
+ C H
2
C l
2
C H
3
C O C H C O O C
2
H
5
C H
2
C H
3
C O C H C O O C
2
H
5
C H
2
C H
2
C H
2
C H
3
C H
3
C O
C O
C H
3
C O C H C O O C
2
H
5
Na
+ B r ( C H
2
)
4
B r
B r ( C H
2
)
4
C H
C O C H
3
C O O C
2
H
5
C
2
H
5
O N a
C O O C
2
H
5
C O C H
3
C H
3
O
酮 式 分 解
2
酮 式 分 解
三、制备 高级酮酸 或 β-二酮,
C H
3
C O C H C O O C
2
H
5
Na
+
B r ( C H
2
) n C O O C
2
H
5
C H
3
C O C H C O O C
2
H
5
( C H
2
) n C O O C
2
H
5
C H
3
C O C H
2
( C H
2
) n C O O H
C H
3
C O C H C O O C
2
H
5
H
C H
3
C O C H C O O C
2
H
5
Na
+Na H
C
6
H
5
C O C l
C H
3
C O C H C O O C
2
H
5
C O C
6
H
5
C H
3
C O C OC H
2
C
6
H
5
酮式分解
+
+ H
2
酮式分解
§ 14.3丙二酸酯的合成及其应用一、丙二酸二乙酯的合成
C H 2 C O O N a
Cl
N a C N C H
2 C O O N a
C N
C 2 H 5 O H
H 2 S O 4 C H 2 C O O C
2 H 5
C O O C 2 H 5
丙二酸二乙酯：无色液体，有水果香味，沸点 199oC，微溶于水，易溶于有机溶剂。有弱酸性,pKa=13。
二、制备取代乙酸：
C H ( C O O C
2
H
5
)
2
Na
+N a O C
2
H
5
H
C H ( C O O C
2
H
5
)
2
C H
3
C H
2
B r
C H ( C O O C
2
H
5
)
2
C H
3
C H
2
N a O C
2
H
5
C H
3
I
C ( C O O C
2
H
5
)
2
C H
3
C H
2
C H
3
N a O H
H
+
C H
3
C H
2
C H
3
C
C O O H
C O O H C H
3
C H
2
C H
3
C H C O O H
①
②
①
②
三、制备二元酸：
Na
+
C H ( C O O C
2
H
5
)
2
N a O H
H
+
C H
2
B r
C H
2
B r
C H
2
C H ( C O O C
2
H
5
)
2
C H
2
C H ( C O O C
2
H
5
)
2
C H
2
C H
2
C O O H
C H
2
C H
2
C O O H
Na
+
C H ( C O O C
2
H
5
)
2
C H
2
C O O C
2
H
5
Cl
C H ( C O O C
2
H
5
)
2
C H
2
C O O H
N a O H
H
+
C H
2
C O O H
C H
2
C O O H
①
②
+ 2
③
+
①
②
③
四、制备环烷酸：
C H
2
( C O O C
2
H
5
)
2 B r ( C H
2
)
4
B r
C
2
H
5
O N a
C H ( C O O C
2
H
5
)
2
B r ( C H
2
)
4
C
2
H
5
O N a
C ( C O O C
2
H
5
)
2
B r C H
2
C H
2
C H
2
C H
2
C O O C
2
H
5
C O O C
2
H
5
N a O H
H
+
C O O H
①
②
分子内 S
N
2
①
② ③
§ 14.4 Knoevenagel缩合醛、酮在弱碱作用下，与具有 α活泼氢原子的缩合
( C H
3
)
2
C H C H
2
C H O C H
2
( C O O C
2
H
5
)
2
( C H
3
)
2
C H C H
2
C H C ( C O O C
2
H
5
)
2
C H O
C H
2
( C O O C
2
H
5
)
2
C H C ( C O O C
2
H
5
)
2
- C O
2
C H C H C O O H
+
哌啶，苯
+
哌啶
§ 14.5 Michael加成具有 活泼氢 的化合物与 α,β-不饱和 化合物进行加成
O
C H
2
( C O O C
2
H
5
)
2
C
2
H
5
O N a
O
C H ( C O O C
2
H
5
)
2
C H
3
C O C H
2
C O C H
3 CH
2
C H C N
( C
2
H
5
)
3
N
t - B u O H
C H
3
C O C H C O C H
3
C H
2
C H
2
C N
CH C C O O C
2
H
5
C H
3
C O C H
2
C O
2
C
2
H
5
C
2
H
5
O N a H C C C O O C
2
H
5
C H
3
C O C H C O
2
C
2
H
5
+
+
+
Michael加成与 Claisen缩合 或 羟醛缩合 联用，合成环状化合物。
O
O
C H
3
CH
2
C H C C H
3
O
K O H
O
C H
3
OH
O
NH
H
+
O
C H
3
O
+
①
②
苯脱水
O
N C C H
2
C O O C
2
H
5
C
2
H
5
I N C C H C O O C
2
H
5
C
2
H
5
C
2
H
5
C H
3
C C H
2
C O O C
2
H
5
C N
CH
3
C
2
H
5
C O O C
2
H
5
C N
C C H
2
C O O C
2
H
5
C N
CH
2
C H
3
C O O C
2
H
5
N a O C
2
H
5
CH
2
C
C H
3
C O O C
2
H
5
C H C O O C
2
H
5
C N
+
乙 酸 铵 - 乙酸
+
§ 14.6 其他含活泼亚甲基
R '
O
R C H
2
O
O
O
R C H
2
O
R '
O
O
O C H
2
O
RR O
O
C H
2
RN
CC CC
CC CC
β-二酮 β-酮酸酯丙二酸二酯 氰基乙酸酯
§ 14.1 酮 -烯醇互变结构
R C H 2
O
R C H
O H
R '
R '
C
C 互变异构炔烃 Kucherov反应中：
酮式 烯醇式
§ 14.1.1 酸和碱对酮 -烯醇平衡的影响酸催化：
R 'C H
2
O
R H O
H
H
R 'C H
2
O
R
H
R 'C H
O
R
H
H
O
H
H
R C H
O H
R ' H
3
O +
C
:
+
+
C
+
+ H
2
O
C
+
+,
C +
快慢碱催化：
O
H
H
R 'C H
O
R
H
R C H
O H
R '
O H
R 'C H
O
R R 'C H
O
R
R 'C H
O
R O H+
+ H
2
OC +
:
C +
C C
C
慢快
§ 14.1.2 化合物的结构对酮 -烯醇平衡的影响单羰基化合物在平衡状态下，烯醇式异构体的含量很少。
具有 β-二羰基结构的化合物在平衡状态下，烯醇式的含量较高。
原因一：分子内氢键；原因二,C=C键和 C=O键共轭
CH
3
C
C H
C
OO
H
O C
2
H
5
CH
3
O H
C HC C O C
2
H
5
O:
R C H
2
RC C
OO
R C H
2
O RC C
OO
R O C H
2
O RC C
OO
C
O
C
HH
C
O
R O
C
O
C
H
C
O
活泼亚甲基具有酸性 pKa = 9~14
pKa ≈9 pKa ≈11 pKa ≈14
CH 3 C H 2 O C 2 H 5C C
OO
CH 3 C H O C 2 H 5C C
OO H
( 9 2,5 % ) ( 7,5 % )
能与羟胺和苯肼生成肟和苯腙
还原得到羟基酸酯
水解得到丁酮酸
能与 Na作用放出氢气
能使 Br2/CCl4溶液退色
能使 FeCl3水溶液显紫红色
与 PCl5作用得到 3-氯 -2-丁烯酸乙酯
§ 14.1.3 烯醇化导致立体异构化
C P h
O
C
E t
H
M e
O H
H
+
o r
C P h
O
C
E t
H
M e
C P h
O
C
E t
M e
H
C P h
O
C
E t
H
M e
O H
H
+
o r
C C
E t
M e
O H
P h
+
+
+(R)-(+)-仲丁基苯基甲酮
( ) -仲丁基苯基甲酮
(R)-(+)-仲丁基苯基甲酮
( ) -仲丁基苯基甲酮
§ 14.2.1乙酰乙酸乙酯的合成
§ 14.2乙酰乙酸乙酯的合成及其应用
一．克莱森 (Claisen)酯缩合,酯中的 α-氢比较活泼，在醇钠作用下，能与另一分子酯脱去一分子醇，生成 α-酮酸酯：
CH
3
C H
2
O C
2
H
5
C C
OO
CH
3
O C
2
H
5
C
O
C
2
H
5
O N a
C
2
H
5
O H
CH
3
C H O C
2
H
5
C C
OO
.,
Na
+
HCl
2
H 2 C O C 2 H 5C
O
C 2 H 5 O N a
C 2 H 5 O HC H 2 O C 2 H 5C
OH
+:
机理
CH
3
O C
2
H
5
C
O
CH
3
C H
2
O C
2
H
5
C C
OO
O C
2
H
5
:
O C 2 H 5 离去
CH 3 C H 2 O C 2 H 5C C
OO
动画演示
二、交叉酯缩合：两种酯均有 α -H，四产物，无价值。
只有一种 酯有 α -H，两种产物，易分离。
H C O O C 2 H 5 C H
3 C O O C 2 H 5
O C 2 H 5
H C O C O C H 2 C O O C 2 H 5
C H 3 C O C H 2 C O O C 2 H 5 C
2 H 5 O H
+
+ +
三,Dieckmann缩合：分子内酯缩合 。
C H 2C H 2
C H 2 C H 2
C O O C 2 H 5
C O O C 2 H 5
N a O C 2 H 5
O
C O O C 2 H 5
C H 2 C O
C H 2 C O
+ C
2 H 5 O H
C H 2 C
O H
C H 2 C O C 2 H 5
O
C H 3 C
O
C H 2 C O C 2 H 5
O
四、二乙烯酮与乙醇加成,
乙酰乙酸乙酯无色液体，有水果香味，沸点 181oC，微溶于水，
易溶于有机溶剂，溶于 NaOH溶液，对石蕊呈中性。
§ 14.2.2乙酰乙酸乙酯的性质
一、酮式分解,稀碱作用下
C H 3 C O C H 2 C O O C 2 H 5 C H 3 C O C H 2 C O O Na
H
+
C H 3 C O C H 2 C O O H C H 3 C O C H 3
5 % N a O H
二、酸式分解,浓碱作用下
C H 2 C O O C 2 H 5C H 3 C
O
C H 3 C
O
O N a C 2 H 5 O H4 0 % N a O H +2
三、烷基取代 活泼亚甲基 中的氢原子
C H
3
C O C H C O O C
2
H
5
C H
3
C O C H C O O C
2
H
5
Na
+N a O C 2 H 5
R X
C H
3
C O C H C O O C
2
H
5
R
H
C H
3
C O C C O O C
2
H
5
R
( C H
3
)
3
O K
C H
3
C O C C O O C
2
H
5
Na
+
R
R ' X
C H
3
C O C C O O C
2
H
5
R
R '
H
一、制备 甲基酮 或 烷基取代乙酸,
§ 14.2.3乙酰乙酸乙酯在合成上的应用
C H
3
C O C H C O O C
2
H
5
N a O C
2
H
5
H
C H
3
C H
2
C H
2
B r
C H
3
C O C C O O C
2
H
5
C H
2
C H
2
C H
3
N a O C
2
H
5
C H
3
I
H
C H
3
C O C C O O C
2
H
5
C H
2
C H
2
C H
3
C H
3 C H
3
C
O C H
3
C H
2
C H
2
C H
3
C H
C H
3
C H
2
C H
2
C H
3
C HH O O C
①
②
①
②
①稀 O H ② H
+
③
① 4 0 % O H ② H
+
酮 式 分 解酸 式 分 解
二、制备 二元酮 或 甲基环烷基酮,
C H
3
C O C H C O O C
2
H
5
Na
+ C H
2
C l
2
C H
3
C O C H C O O C
2
H
5
C H
2
C H
3
C O C H C O O C
2
H
5
C H
2
C H
2
C H
2
C H
3
C H
3
C O
C O
C H
3
C O C H C O O C
2
H
5
Na
+ B r ( C H
2
)
4
B r
B r ( C H
2
)
4
C H
C O C H
3
C O O C
2
H
5
C
2
H
5
O N a
C O O C
2
H
5
C O C H
3
C H
3
O
酮 式 分 解
2
酮 式 分 解
三、制备 高级酮酸 或 β-二酮,
C H
3
C O C H C O O C
2
H
5
Na
+
B r ( C H
2
) n C O O C
2
H
5
C H
3
C O C H C O O C
2
H
5
( C H
2
) n C O O C
2
H
5
C H
3
C O C H
2
( C H
2
) n C O O H
C H
3
C O C H C O O C
2
H
5
H
C H
3
C O C H C O O C
2
H
5
Na
+Na H
C
6
H
5
C O C l
C H
3
C O C H C O O C
2
H
5
C O C
6
H
5
C H
3
C O C OC H
2
C
6
H
5
酮式分解
+
+ H
2
酮式分解
§ 14.3丙二酸酯的合成及其应用一、丙二酸二乙酯的合成
C H 2 C O O N a
Cl
N a C N C H
2 C O O N a
C N
C 2 H 5 O H
H 2 S O 4 C H 2 C O O C
2 H 5
C O O C 2 H 5
丙二酸二乙酯：无色液体，有水果香味，沸点 199oC，微溶于水，易溶于有机溶剂。有弱酸性,pKa=13。
二、制备取代乙酸：
C H ( C O O C
2
H
5
)
2
Na
+N a O C
2
H
5
H
C H ( C O O C
2
H
5
)
2
C H
3
C H
2
B r
C H ( C O O C
2
H
5
)
2
C H
3
C H
2
N a O C
2
H
5
C H
3
I
C ( C O O C
2
H
5
)
2
C H
3
C H
2
C H
3
N a O H
H
+
C H
3
C H
2
C H
3
C
C O O H
C O O H C H
3
C H
2
C H
3
C H C O O H
①
②
①
②
三、制备二元酸：
Na
+
C H ( C O O C
2
H
5
)
2
N a O H
H
+
C H
2
B r
C H
2
B r
C H
2
C H ( C O O C
2
H
5
)
2
C H
2
C H ( C O O C
2
H
5
)
2
C H
2
C H
2
C O O H
C H
2
C H
2
C O O H
Na
+
C H ( C O O C
2
H
5
)
2
C H
2
C O O C
2
H
5
Cl
C H ( C O O C
2
H
5
)
2
C H
2
C O O H
N a O H
H
+
C H
2
C O O H
C H
2
C O O H
①
②
+ 2
③
+
①
②
③
四、制备环烷酸：
C H
2
( C O O C
2
H
5
)
2 B r ( C H
2
)
4
B r
C
2
H
5
O N a
C H ( C O O C
2
H
5
)
2
B r ( C H
2
)
4
C
2
H
5
O N a
C ( C O O C
2
H
5
)
2
B r C H
2
C H
2
C H
2
C H
2
C O O C
2
H
5
C O O C
2
H
5
N a O H
H
+
C O O H
①
②
分子内 S
N
2
①
② ③
§ 14.4 Knoevenagel缩合醛、酮在弱碱作用下，与具有 α活泼氢原子的缩合
( C H
3
)
2
C H C H
2
C H O C H
2
( C O O C
2
H
5
)
2
( C H
3
)
2
C H C H
2
C H C ( C O O C
2
H
5
)
2
C H O
C H
2
( C O O C
2
H
5
)
2
C H C ( C O O C
2
H
5
)
2
- C O
2
C H C H C O O H
+
哌啶，苯
+
哌啶
§ 14.5 Michael加成具有 活泼氢 的化合物与 α,β-不饱和 化合物进行加成
O
C H
2
( C O O C
2
H
5
)
2
C
2
H
5
O N a
O
C H ( C O O C
2
H
5
)
2
C H
3
C O C H
2
C O C H
3 CH
2
C H C N
( C
2
H
5
)
3
N
t - B u O H
C H
3
C O C H C O C H
3
C H
2
C H
2
C N
CH C C O O C
2
H
5
C H
3
C O C H
2
C O
2
C
2
H
5
C
2
H
5
O N a H C C C O O C
2
H
5
C H
3
C O C H C O
2
C
2
H
5
+
+
+
Michael加成与 Claisen缩合 或 羟醛缩合 联用，合成环状化合物。
O
O
C H
3
CH
2
C H C C H
3
O
K O H
O
C H
3
OH
O
NH
H
+
O
C H
3
O
+
①
②
苯脱水
O
N C C H
2
C O O C
2
H
5
C
2
H
5
I N C C H C O O C
2
H
5
C
2
H
5
C
2
H
5
C H
3
C C H
2
C O O C
2
H
5
C N
CH
3
C
2
H
5
C O O C
2
H
5
C N
C C H
2
C O O C
2
H
5
C N
CH
2
C H
3
C O O C
2
H
5
N a O C
2
H
5
CH
2
C
C H
3
C O O C
2
H
5
C H C O O C
2
H
5
C N
+
乙 酸 铵 - 乙酸
+
§ 14.6 其他含活泼亚甲基
