β-Дикарбонильные соединения: декарбоксилирование и ретро-Кляйзен
Кетонное и кислотное расщепление
linkОпора
- Урок 291. Синтезы на основе ацетоуксусного эфира — получать метилкетоны
β-Дикарбонильные соединения из уроков 291–292 расщепляются двумя путями, и выбор определяется условиями. Разбавленная кислота гидролизует сложноэфирную группу, и β-кетокислота теряет \(\ce{CO2}\) — это кетонное расщепление. Концентрированная щёлочь разрывает связь C–C по механизму, обратному конденсации Кляйзена, и даёт две соли кислот — это кислотное расщепление.
Как предсказать расщепление
- Кетонное расщепление: разбавленная серная кислота (или разбавленная щёлочь, затем кислота) при нагревании гидролизует эфир, β-кетокислота теряет \(\ce{CO2}\), и получается кетон \(\ce{CH3COCH2R}\).
- Кислотное расщепление (ретро-Кляйзен): в концентрированной щёлочи при нагревании гидроксид-ион присоединяется к кетонной группе C=O, уходит стабилизированный енолят эфира, и после омыления получаются \(\ce{CH3COO-}\) и \(\ce{RCH2COO-}\).
- 1,3-Дикетон в концентрированной щёлочи даёт кетон и карбоксилат.
- Циклический β-кетоэфир в концентрированной щёлочи раскрывается и даёт дикарбоновую кислоту.
- β-Кетоэфир без атома водорода между группами C=O (с двумя заместителями) расщепляется уже алкоксидом: его ничто не превращает в устойчивый енолят.
Примеры
1. 1,3-Дикетон. 2,6-Диметилгептан-3,5-дион в концентрированной щёлочи при нагревании расщепляется на 3-метилбутан-2-он и 2-метилпропаноат натрия: \(\ce{(CH3)2CHCOCH2COCH(CH3)2 + NaOH ->[t] CH3COCH(CH3)2 + (CH3)2CHCOONa}\).
2. Ретро-Кляйзен под действием алкоксида. Этил-2,2-диметил-3-оксобутаноат \(\ce{CH3COC(CH3)2COOEt}\) с этилатом натрия расщепляется на этил-2-метилпропаноат и этилацетат.
errorРешает концентрация
Разбавленная кислота даёт кетон и \(\ce{CO2}\), а концентрированная щёлочь — две кислоты. Не пишите кетон, если в условиях указано «конц. NaOH, t».
edit_noteПопробуйте сами
Что даст этил-2-бензил-3-оксобутаноат при нагревании с разбавленной серной кислотой?
expand_moreПоказать решение
4-Фенилбутан-2-он, \(\ce{CO2}\) и этанол.
Крапчо и выбор условий
Иногда сложноэфирную группу нужно удалить, не затрагивая остальную молекулу, мягче, чем при гидролизе из первой части урока. Для этого служит реакция Крапчо: хлорид лития в ДМСО с небольшим количеством воды при 150–180 °C. Хлорид-ион атакует алкильную группу эфира, и карбоксилат теряет \(\ce{CO2}\).
Как удалить группу COOR без гидролиза
- Условия реакции Крапчо: хлорид лития (или натрия), ДМСО с небольшим количеством воды, 150–180 °C.
- Хлорид-ион атакует алкильную группу эфира по механизму \(S_N2\) (лучше всего — метильную), образуется карбоксилат, он теряет \(\ce{CO2}\), а енолят протонируется водой.
- Реакцию применяют к β-кетоэфирам, малонатам и цианоацетатам; другие группы и кислоточувствительные фрагменты сохраняются.
- Из малоната по Крапчо получается сложный эфир (одна группа COOR остаётся), а не кислота.
Примеры
1. Малонат. Диметил-2-аллилмалонат с хлоридом лития в ДМСО с водой при 160 °C даёт метилпент-4-еноат.
2. β-Кетоэфир. Метил-2-оксоциклогексанкарбоксилат с хлоридом натрия в ДМСО с водой при 160 °C даёт циклогексанон.
errorРеакция Крапчо даёт эфир, а не кислоту
Из малоната уходит одна группа — в виде \(\ce{CO2}\) и хлоралкана, а вторая остаётся сложноэфирной.
edit_noteПопробуйте сами
Что даст диэтил-2,2-диметилмалонат по Крапчо?
expand_moreПоказать решение
Этил-2-метилпропаноат.
push_pinГлавное
Замещённый ацетоуксусный эфир расщепляется двумя путями. Кетонное расщепление (разбавленная кислота или щёлочь, затем кислота, нагревание): гидролиз эфира и декарбоксилирование β-кетокислоты → кетон. Кислотное расщепление (концентрированная щёлочь, нагревание) — ретро-Кляйзен: \(\ce{OH-}\) присоединяется к кетонной C=O, рвётся связь между карбонилом и α-атомом → две карбоновые кислоты (в виде солей). 1,3-Дикетоны в щёлочи тоже расщепляются, циклические β-кетоэфиры раскрываются в дикислоты. По Крапчо (\(\ce{LiCl}\) или NaCl, влажный ДМСО, 150 °C) β-кетоэфиры и малонаты теряют группу COOR без гидролиза, в нейтральных условиях.
Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.