
Травень В.Ф. - Органическая химия. В 3 т. Т. 3
..pdf
20.9. Альдегидо- и кетокислоты. Ацетоуксусный эфир |
101 |
тонов: нуклеофильное присоединение, гидрирование и т. д. По карбоксильной группе это соединение участвует в реакциях, которые свойственны кислотам: ионизация, образование солей, сложных эфиров, амидов и др.
α-Альдегидо- и α-кетокислоты являются более сильными ОН-кислота- ми, чем уксусная и пропионовая кислоты.
Значения рКа альдегидо- и кетокислот приведены ниже.
Кислота |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
O |
|
CH3 |
|
C |
|
COOH |
CH3 |
|
C |
|
CH2 |
|
COOH |
|
C |
|
C |
CH3CH2COOH |
||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
|
OH |
|
|
|
|
O |
|
|
O |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
пировиноградная |
ацетоуксусная |
глиоксиловая |
пропионовая |
|||||||||||||||||
pKa |
2,51 |
3,58 |
|
|
|
3,33 |
4,86 |
Благодаря электроноакцепторным свойствам карбонильная группа стабилизирует образующийся анион и тем самым облегчает кислотную диссоциацию карбоксильной группы.
Внутримолекулярная конденсация Кляйзена
Кроме свойств, характерных для соответствующих функциональных групп, альдегидо- и кетокислоты обладают особыми свойствами, обусловленными взаимным расположением этих функциональных групп.
Например, эфиры 1,4- и 1,5-кетокарбоновых кислот в присутствии этилата натрия претерпевают внутримолекулярную конденсацию Кляйзена. Эта реакция аналогична конденсации Дикмана (см. стр. 81):
O
C2H5ONa
COOC2H5
этил-6-оксогептаноат
Реакция идет по следующей схеме:
O
OC2H5
COOC2H5
O
C2H5O O
C
OC2H5
–OC2H5
OO
H3O
H
2-ацетилциклопентанон
O
CO
C2H5O
O O O O
H3O

102 |
Глава 20. Карбоновые кислоты и их производные |
Синтезы на основе ацетоуксусного эфира
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Значительное применение в органическом синтезе имеют производные β-кетокарбоновых кислот. Простейшая β-кетокислота — ацетоуксусная кислота — неустойчива и легко декарбоксилируется при нагревании с образованием ацетона:
CH3 |
|
C |
|
CH2 |
|
COOH |
|
CH3 |
|
C |
|
CH3 + CO2 |
||||
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
t |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
O |
|||||||
ацетоуксусная кислота |
ацетон |
Однако эфиры ацетоуксусной кислоты представляют собой устойчивые соединения и в то же время обладают высокой реакционной способностью.
Являясь сложным эфиром, ацетоуксусный эфир подвергается гидролизу с образованием ацетоуксусной кислоты:
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
H2O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
CH3 |
|
C |
|
CH2 |
|
C |
CH3 |
|
C |
|
CH2 |
|
C |
+ C2H5OH |
|||||
|
|
|
HCl |
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
OC2H5 |
|
|
|
|
|
|
|
OH |
||||
|
|
O |
|
|
|
|
|
O |
|||||||||||
ацетоуксусный эфир |
|
ацетоуксусная кислота |
Как кетон ацетоуксусный эфир реагирует с гидроксиламином, циановодородом, фенилгидразином с образованием оксима, циангидрина и фенилгидразона соответственно:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
NH2OH |
CH3 |
|
|
C |
|
|
CH2COOC2H5 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N |
|
OH |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
оксим ацетоуксусного эфира |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
OH |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
HCN |
CH3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CH3 |
|
C |
|
CH2 |
|
C |
|
|
C |
|
|
CH2COOC2H5 |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
H O |
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
OC2H5 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
O |
|
|
|
C |
|
N |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
ацетоуксусный эфир |
|
|
|
|
циангидрин |
||||||||||||||||||
ацетоуксусного эфира |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
(кето-форма) |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C6H5NHNH2 CH3 C CH2COOC2H5
N NHC6H5
фенилгидразон ацетоуксусного эфира
Как енол ацетоуксусный эфир проявляет ОН-кислотность и подобно фенолу дает красное окрашивание с хлоридом железа(III). Так же, как енол, ацетоуксусный эфир реагирует с CH3MgI с выделением метана, обесцвечи-

20.9. Альдегидо- и кетокислоты. Ацетоуксусный эфир |
103 |
вает раствор брома, растворяется на холоду в 2%-м растворе КОН, взаимодействует с ацетилхлоридом и хлоридом фосфора(V):
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
FeCl3 |
|
красное окрашивание |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CH3MgI |
CH3 |
|
C |
|
CH |
|
COOC2H5 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
–CH4 |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OMgI |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
Br2 |
|
быстрое обесцвечивание |
|||||||
CH3 |
|
C |
|
CH |
|
C |
|
–HBr |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
OC2H5 |
|
KOH |
CH3 |
|
C |
|
CH |
|
COOC2H5 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
OH |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
H2O |
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
ацетоуксусный эфир |
|
|
|
|
|
O K |
|||||||||||||
|
(енольная форма) |
|
CH3COCl |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CH3 |
|
C |
|
CH |
|
COOC2H5 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
пиридин |
|
|
|
OCOCH3 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
этил-3-ацетокси-2-бутеноат |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
PCl5 |
CH3 |
|
C |
|
CH |
|
COOC2H5 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Cl
этил-3-хлор-2-бутеноат
Большая часть специфических свойств ацетоуксусного эфира обусловлена его высокой СН-кислотностью (рКа 10,7) и способностью к таутомерным превращениям.
Ацетоуксусный эфир легко ионизируется при действии оснований:
CH3CH2ONa
–CH3CH2OH
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CH3 |
|
|
H |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
Na |
C |
C OC2H5 |
|
|||
CH3 |
|
C |
|
CH |
|
C |
|
|
|
C |
Na |
|||||||
|
|
|
|
|
–1/2 H2 |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
OC2H5 |
|
|
O |
O |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
O H |
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
ацетоуксусный эфир |
|
|
натрацетоуксусный эфир |
NaNH2
–NH3
Анион ацетоуксусного эфира является амбидентным нуклеофильным реагентом. Взаимодействие его с галогенпроизводными приводит к продук-там С- или О-замещения. Направление реакции зависит от строения галогенпроизводного и условий реакции (подробнее см. ниже в этом разделе).
Значительное синтетическое применение имеют реакции С-алкилиро- вания, которые протекают при взаимодействии натрацетоуксусного эфира с галогенпроизводными, способными вступать в реакции SN2.

104 |
Глава 20. Карбоновые кислоты и их производные |
Монозамещенные ацетоуксусные эфиры обладают меньшей СН-кислот- ностью. Их ионизируют действием трет-бутоксида калия. Калиевые соли также реагируют по механизму SN2 с образованием дизамещенных эфиров:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
CH3 |
|
C |
|
|
CH |
|
C |
|
(CH3)3CO K |
CH3 |
|
C |
|
C |
|
C |
K |
C2H5Br |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
–(CH3)3COH |
–KBr |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OC2H5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OC2H5 |
|
|
|
|
O CH3 |
|
|
O CH3 |
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
α-метилацетоуксусный эфир
C2H5 O
CH3 C C C
O CH3 OC2H5
метилэтилацетоуксусный эфир
Моно- и дизамещенные ацетоуксусные эфиры применяют для синтеза соответствующих кетонов и карбоновых кислот.
КЕТОННОЕ РАСЩЕПЛЕНИЕ АЦЕТОУКСУСНЫХ ЭФИРОВ. СИНТЕЗ КЕТОНОВ
В водных растворах кислот и щелочей ацетоуксусный эфир и его алкил- и диалкилпроизводные гидролизуются до соответствующих кислот, которые при нагревании декарбоксилируются с образованием кетонов.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
H2O, H |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
||
CH3 |
|
C |
|
CH2 |
|
C |
|
CH3 |
|
C |
|
|
CH2 |
|
|
C |
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
– C2H5OH |
|
|
|
|
|
t |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
OC2H5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OH |
||||||||||
|
|
O |
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
ацетоуксусный эфир |
|
ацетоуксусная кислота |
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CH3 |
|
|
C |
|
CH3 |
+ CO2 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ацетон |
|
|
Полагают, что декарбоксилирование β-кетокислоты при нагревании первоначально ведет к образованию кетона в его енольной форме.
O |
H |
|
|
|
OH |
|
|
|
|
|
O |
|
|
||||||
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C |
C |
|
|
|
C |
|
|
|
R |
|
C |
|
CH |
|||||
|
O t, –CO2 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||
R |
CH2 |
R CH |
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
кетон |
енольная форма кетона
При планировании синтеза кетона при помощи ацетоуксусного эфира задача заключается в выборе подходящего галогеналкана. Рассмотрим некоторые примеры.
Пример 1. С помощью ацетоуксусного эфира нужно синтезировать 5-ме- тил-2-гексанон:
CH3 CH CH2 CH2 C CH3
CH3 O

20.9. Альдегидо- и кетокислоты. Ацетоуксусный эфир |
105 |
Искомый кетон можно рассматривать как ацетон, в котором один атом водорода замещен на изобутильную группу. Следовательно, для получения этого кетона из ацетоуксусного эфира необходимо получить изобутилацетоуксусный эфир, гидролизовать его и декарбоксилировать соответствующую кетокислоту:
CH3 |
|
|
CH |
|
CH2 |
|
|
COOC2H5 |
C2H5O Na |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
–C2H5OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CH3 |
|
|
CH(CH3) CH2Br |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CH3 |
|
|
C |
|
|
CH |
|
|
COOC2H5 |
|
|
Na |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
–NaBr |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
CH3 |
|
C |
|
|
|
CH |
|
|
C |
|
|
|
|
|
|
H2O, H |
CH3 |
|
|
C |
|
|
|
|
CH |
|
|
|
C |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OC2H5 |
|
–C2H5OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OH |
t, –CO2 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O CH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O CH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CH |
|
CH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CH |
|
|
CH |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CH3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CH3 |
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
изобутилацетоуксусный эфир |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CH3 |
|
C |
|
|
CH2 |
|
|
CH2 |
|
CH |
|
CH3 |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CH3 |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5-метил-2-гексанон |
|
|
|
|
Пример 2. С помощью ацетоуксусного эфира нужно синтезировать 3-ме- тил-2-пентанон:
CH3 CH2 CH C CH3 CH3 O
Искомый кетон можно рассматривать как ацетон, в котором один атом водорода замещен на метильную группу, а второй — на этильную группу. Следовательно, именно эти группы необходимо ввести в ацетоуксусный эфир перед гидролизом и декарбоксилированием соответствующей кислоты:
CH3 |
|
C |
|
|
CH2 |
|
|
|
COOC2H5 |
C2H5O Na |
|
CH3 |
|
C |
|
|
|
|
|
CH |
|
|
|
|
|
COOC2H5 Na |
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
–C H OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
O ацетоуксусный эфир |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
(CH3)3CO K |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
CH3 |
|
C |
|
CH |
|
|
C |
|
|
CH |
|
|
|
|
|
|
C |
|
|
|
C |
|
|
COOC H K |
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
–(CH ) COH |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 5 |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OC2H5 |
3 3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O CH3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O CH3 |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
метилацетоуксусный эфир |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C2H5 O |
|
|
|
H2O, H |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C2H5 O |
|||||||||||||||||||||
|
|
CH3 |
|
|
C |
|
|
C |
|
|
C |
|
|
|
|
|
|
|
CH3 |
|
|
|
|
C |
|
|
|
|
C |
|
|
|
|
C |
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
–C2H5OH |
|
|
|
|
|
|
t, –CO2 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O CH3 |
OC2H5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O CH3 |
OH |
|||||||||||||||||||||||||||||||
метилэтилацетоуксусный эфир |
|
метилэтилацетоуксусная кислота |
CH3I
–NaI
C2H5I
–KI
CH3 C CH CH2 CH3
O CH3
3-метил-2-пентанон

106 |
Глава 20. Карбоновые кислоты и их производные |
КИСЛОТНОЕ РАСЩЕПЛЕНИЕ АЦЕТОУКСУСНЫХ ЭФИРОВ. СИНТЕЗ КИСЛОТ
Кислотное расщепление представляет собой процесс, обратный сложноэфирной конденсации Кляйзена. Он осуществляется под действием концентрированных щелочей:
CH3 |
|
C |
|
|
CH2 |
|
C |
O |
NaOH (конц.) |
2CH3 |
|
C |
O |
HCl |
2CH3COOH |
||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
OC2H5 |
–C2H5OH |
|
|
O Na |
H2O |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
уксусная |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кислота |
ацетоуксусный эфир
Кислотное расщепление протекает как последовательность AdN- и Е-ре- акций.
Стадия 1 — нуклеофильное присоединение гидроксид-иона (реакция AdN):
|
|
O |
|
|
|
O |
|
|
|
|
O |
|
|
|
O |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
CH3 |
|
|
C |
|
CH2 |
|
C |
+ OH |
|
CH3 |
|
C |
|
CH2 |
|
C |
||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
OC2H5 |
|
|
|
|
|
|
OC2H5 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OH |
Стадия 2 — элиминирование енолят-иона из аддукта:
O
O
CH3 C CH2 C
OH OC2H5
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
O |
||||
|
|
|
|
|
CH3 |
|
|
C |
+ |
|
|
CH2 |
|
|
C |
|
|
CH2 |
|
|
C |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OH |
|
|
|
OC2H5 |
|
|
|
|
|
|
OC2H5 |
||||
Стадия 3 — кислотно-основное взаимодействие: |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
O |
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
O |
|
O |
||||||||||
CH3 |
|
C |
|
+ CH2 |
|
C |
|
|
|
|
|
|
CH3 |
|
C |
|
+ CH3 |
|
|
C |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
OH |
|
|
OC2H5 |
|
|
|
|
|
|
O |
|
OC2H5 |
Если кислотному расщеплению подвергается алкилили диалкилацетоуксусный эфир, то наряду с уксусной кислотой образуется моноили диалкилуксусная кислота:
CH3 |
|
C |
|
CH |
|
C |
O |
NaOH (конц.) |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
OC2H5 |
|
–C2H5OH |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
O R |
|
CH3COO Na + RCH2COO Na |
|
HCl |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H2O |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CH3COOH + RCH2COOH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
моноалкилуксусная кислота

20.9. Альдегидо- и кетокислоты. Ацетоуксусный эфир |
107 |
Пример 1. С помощью ацетоуксусного эфира нужно синтезировать валериановую кислоту:
СН3СН2СН2–СН2СООН
Валериановую кислоту можно рассматривать как продукт замещения в уксусной кислоте одного атома водорода на н-пропильную группу. Следовательно, для получения этого соединения перед кислотным расщеплением в ацетоуксусный эфир необходимо ввести н-пропильную группу:
CH3 |
|
|
C |
|
|
CH2 |
|
COOC2H5 |
C2H5O Na |
CH3 |
|
|
C |
|
|
|
|
CH |
|
|
COOC2H5Na |
CH3CH2CH2Br |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
–NaBr |
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
|||||||||||||
|
ацетоуксусный эфир |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
NaOH (конц.) |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CH3 |
|
|
C |
|
|
|
CH |
|
|
|
|
C |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
–CH3COO Na |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OC2H5 |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CH CH CH |
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
2 |
3 |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
н-пропилацетоуксусный эфир |
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
CH3CH2CH2 |
|
|
CH2COO Na |
|
|
HCl |
|
|
CH3CH2CH2 |
|
CH2COOH |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H2O |
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
валериановая кислота |
Пример 2. С помощью ацетоуксусного эфира нужно синтезировать изомасляную кислоту:
CH3 CH COOH
CH3
Очевидно, что для синтеза этого соединения в ацетоуксусный эфир необходимо ввести два метильных заместителя:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C2H5O Na |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CH3I |
|||
CH3 |
|
|
C |
|
|
|
CH2 |
|
|
|
COOC2H5 (этанол) |
CH3 |
|
|
C |
|
|
|
CH |
|
|
|
COOC2H5 Na |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
–NaI |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
O ацетоуксусный эфир |
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
CH3 |
|
|
|
C |
|
|
|
|
CH |
|
|
C |
O |
(CH3)3CO K |
CH3 |
|
|
C |
|
|
|
C |
|
COOC2H5 K |
|
CH3I |
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OC2H5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
–KI |
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O CH3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O CH3 |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
метилацетоуксусный эфир |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CH3 |
O |
|
|
NaOH (конц.) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
HCl |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
CH3 |
|
|
|
C |
|
|
|
C |
|
|
C |
|
|
|
CH3 |
|
|
|
CH |
|
COO Na |
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OC2H5 |
|
|
–CH3COO Na |
|
|
|
|
|
|
|
H2O |
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O CH3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CH3 |
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
диметилацетоуксусный эфир
CH3 CH COOH
CH3
изомасляная кислота
ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ!
Даже для введения двух одинаковых заместителей процесс алкилирования ацетоуксусного эфира необходимо проводить в два этапа.

108 |
Глава 20. Карбоновые кислоты и их производные |
Пример 3. С помощью ацетоуксусного эфира нужно синтезировать янтарную кислоту:
НООС–СН2СН2–СOOH
Для синтеза этого соединения необходимо, чтобы между двумя карбоксильными группами находились две CH2-группы. Такую задачу легко решить по следующей схеме:
CH3 C CH2 COOC2H5 C2H5ONa
(этанол)
O
ацетоуксусный эфир
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ClCH2COOC2H5 |
|
|
CH3 |
|
C CH COOC2H5Na |
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
–NaCl |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
натрацетоуксусный эфир |
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
NaOH (конц.) |
|
|
|
|
|
CH3 |
|
|
C |
|
|
|
CH |
|
C |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OC2H5 |
–CH3COO Na |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O CH COOC H |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
2 |
5 |
|
|
O |
O |
|
C CH2CH2 C |
Na O |
O Na |
HCl |
O |
O |
||||
C |
|
CH2CH2 |
|
C |
|
|
H O |
|
|
|
|||
2 |
HO янтарная кислота |
OH |
||||
|
ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ!
Алкилировать натрацетоуксусный эфир свободной хлоруксусной кислотой нельзя!
Амбидентные свойства ацетоуксусного эфира
Выше мы подробно рассмотрели применение реакций енолят-иона ацетоуксусного эфира с галогеналканами для образования новых углеродуглеродных связей. Вместе с тем следует иметь в виду, что анион ацетоуксусного эфира является амбидентным нуклеофильным реагентом. Его взаимодействие с галогенпроизводными может приводить к продуктам и С-, и О-алкилирования. Направление реакции зависит от строения галогенпроизводного и условий реакции.
При проведении реакции в спирте более электроотрицательный атом кислорода енолят-иона сильно сольватирован, вследствие чего бóльшую нуклеофильность проявляет атом углерода. Эти условия способствуют С-алкилированию. В диметилформамиде оба нуклеофильных центра не

20.9. Альдегидо- и кетокислоты. Ацетоуксусный эфир |
109 |
сольватированы, вследствие чего преимущественно наблюдается реакция О-алкилирования:
|
|
|
|
|
|
CH3I |
|
CH3 |
|
C |
|
|
CH |
|
C |
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
H |
|
|
|
|
(спирт) |
|
|
|
|
OC2H5 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O CH3 |
||||||||
CH3 C C |
C OC2H5 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
α-метилацетоуксусный эфир |
|||||||||||||
|
|
|
|
Na |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
CH3I |
|
CH3 |
|
C |
|
CH |
|
C |
O |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
(ДМФА) |
|
|
|
OC2H5 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OCH3 |
этил-3-метокси-2-бутеноат
Следует также отметить, что ацетоуксусный эфир может реагировать с алкилирующими агентами не только по метиленовой, но и по метильной группе. Эти два реакционных центра ацетоукусного эфира существенно различаются по кислотности: ионизация по метиленовой группе оценивается значением рКа 10,7, а ионизация по метильной группе — значением
рКа ~20.
Поэтому при применении 1 моль основания в качестве реакционного центра, конкурирующего с О-атомом в реакции с галогеналканом, выступает только карбанион, образовавшийся при ионизации метиленовой группы (направление а):
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CH3 C CH2COOC2H5 |
|
б |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
pKa ~ 20 pKa ~ 10,7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
O R |
|||||||||||||
|
а |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
RX |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CH3 |
|
|
C |
|
CHCOOC2H5 |
CH3 |
|
|
C |
|
|
CHCOOC2H5 |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
R |
|
O |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
б |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
RX |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
CH2 |
|
C |
|
CHCOOC2H5 |
CH2 |
|
|
C |
|
|
CHCOOC2H5 |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
RO
CH2 C CH2COOC2H5

110 |
Глава 20. Карбоновые кислоты и их производные |
При применении 2 моль сильного основания (например, литийдиизопропиламида) оба СН-кислотных центра ацетоуксусного эфира подвергаются ионизации (направление б). При этом карбанион, образующийся при ионизации метильной группы, является более сильным основанием (как сопряженное основание более слабой кислоты), а следовательно, и более сильным нуклеофилом. Именно этот реакционный центр будет реагировать при прочих равных условиях с галогеналканом.
Ацетоуксусный эфир в реакции Михаэля
Как и другие карбанионы, енолят-ион ацетоуксусного эфира может вступать в реакцию сопряженного присоединения к α,β-ненасыщенным карбонильным соединениям:
O
|
|
|
|
|
|
CH2COOC2H5 + CH2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C2H5O Na |
|
|||
CH3 |
|
C |
|
|
|
|
CH |
|
|
COOC2H5 |
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
(этанол) |
|
||||||||||||||||
ацетоуксусный эфир |
этилакрилат |
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
H3O |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CH3 |
|
|
|
C |
|
|
CH |
|
CH2CH2COOC2H5 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
COOC2H5 O
CH3 C CH CH2CH2COOH COOH
O
CH3 C CH2CH2CH2COOH + CO2
5-оксогексановая кислота
Аналогично проходит реакция и с метилвинилкетоном:
O
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
CH3O Na |
CH3 |
|
C |
|
CH2COOC2H5 |
CH2 |
|
CH |
|
COCH3 |
||||
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
(метанол) |
|||||||||
ацетоуксусный эфир |
|
метилвинилкетон |
|||||||||||
|
|
O
CH3 C CH CH2CH2COCH3
COOC2H5
этил-2-ацетил-5-оксогексаноат
Этил-2-ацетил-5-оксогексаноат. К смеси ацетоуксусного эфира (78 г; 0,6 моль) и метилата натрия [из 2,3 г (0,1 моль) натрия и 40 мл метанола] при 30–35 °С прибавляют по каплям метилвинилкетон (42 г; 0,6 моль). На следующий день реакционную массу разбавляют метиленхлоридом, нейтрализуют разбавленной уксусной кислотой. Продукт отгоняют и очищают перегонкой, т. кип. 127–129 °С (4,5 мм рт. ст.). Выход 103 г (86%).