Файловый архив студентов. Файловый архив студентов.
1304 вуза, 5161 предмета.
/ Регистрация
FAQ Обратная связь Вопросы и предложения
Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Днепропетровский национальный университет им. Олеся Гончара
Предмет:
Органическая химия
Файл:

Травень В.Ф. - Органическая химия. В 3 т. Т. 3

..pdf
Скачиваний:
1806
Добавлен:
02.10.2020
Размер:
2.7 Mб
Скачать
☆

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%).

Соседние файлы в предмете Органическая химия
Помощь Обратная связь Вопросы и предложения Пользовательское соглашение Политика конфиденциальности