第16章 不饱和羧酸和取代羧酸.doc

第十六章 不饱和羧酸和取代羧酸1. 不饱和酸酸1. ,不饱和羧酸的制法 卤代酸去卤化氢 卤代酸酯在碱性试剂存在下脱去卤化氢，生成,不饱和羧酸酯。例如： 芳香醛的缩合 Knoevenagel 反应： 芳醛在含少量的六氢吡啶的吡啶催化下，与丙二酸一起回流，直接得到,不饱和羧酸。 Perkin 反应：2. ,不饱和羧酸的反应 1，4-加成 与共轭二烯烃反应2 卤代酸1. 卤代酸的制法 -卤代酸用郝尔-沃耳霍德-泽林斯基反应制备，例如： -卤代酸由,-不饱和羧酸与卤代氢的加成得到：2. 卤代酸的反应 -卤代酸及其衍生物中路原子在羰基的影响下，活性增强，容易与各种亲核亲核试剂起反应，生成-取代羧酸。3. 醇 酸羧酸分子中饱和碳原子上有羟基的称谓醇酸。一般根据其来源命名如： 1. 醇酸的性质和反应：醇酸分子中含有两个或两个以上的能参与氢键形成的官能团。它们一般能溶于水，疏水支链或碳环的存在则使水溶性降低。醇酸兼有醇和羧酸的反应，羟基与羧基的相对位置不同，还产生一些特殊的反应：（1） 脱水如-羟基所在的碳原子为叔碳原子，则在加热时生成，-不饱和羧和铜的混合物：-醇酸在加热时容易脱水生成不饱和羧：-醇酸极易脱水变为环状的内酯：-内酯为稳定的中性化合物，但遇热碱变为-醇酸盐：（2）与醛反应：-和-醇酸与醛一起加热，都生成环状化合物：（3）-和-醇酸的降解：利用这个反应，可以从羧酸经过-溴代酸合成高级醛：2. 醇酸的制法：（1） 一般法 醇酸可由二元醇的控制氧化或二元酸的还原得到：（2） 氰醇水解: (3) 环氧酮的氧化：4 酚酸1. 水杨酸水杨酸在工业上有苯酚钠在加压下与二氧化碳反应，得到水杨酸钠，酸化后生成水杨酸：水杨酸为无色晶体，微溶于水，与铁离子显红色，其酸性较强，可能是由于它的共轭碱能生成分子内氢键，其酸性增强：加热时脱羧：溴化时，羧基被溴取代：乙酰水杨酸即阿匹斯林（止痛药）的制备：2. 对羟基苯甲酸 对羟基苯甲酸在工业上由苯酚钾在190200和加压下与二氧化碳反应得到：对羟基苯甲酸在硝化时生成2，4，6-三硝基苯酚：5.醛酸和酮酸（自学）6. -酮酸酯-酮酸酯分子中羰基和酯基之间的亚甲基，受两个吸电子基团的影响而有很高的反应活性，称为活性亚甲基。活性亚甲基上起烃化和酰化反应，从而转变为多种类型的化合物，在有机合成上有重要用途。1. -酮酸酯的合成（1）Claisen合成法：反应历程为: (2) Dieckmann缩合法: 分子内的酯缩合反应。（3）酮和酯的缩合 ：有-H的酮所产生的烯醇盐可以同没有-H的酯缩合： 如用别的没有-H的酯和酮缩合，则得到-二酮：7 乙酰乙酸乙酯和丙二酸酯在合成中的应用 一、乙酰乙酸乙酯1乙酰乙酸乙脂的互变异构现象： 实验事实： 乙酰乙酸乙酯与羰基试剂（苯胺 羟氨等 ）反应，说明含有羰基。 可与金属钠反应放出氢气，生成钠盐，说明分子中含有活性氢。 可使溴的四氯化碳溶液褪色，说明分子中含有不饱和键。 与三氯化铁呈紫色反应，说明分子中具有烯醇式结构 。 若尔（L.Knorr）把乙酰乙酸乙酯冷到-78得到一种结晶形的化合物，熔点为-39，不和溴发生加成反应，不和三氯化铁发生颜色反应，但有酮的加成反应，这个化合物是酮式。将乙酰乙酸乙酯与钠生成的化合物在-78用稍不足量的盐酸分解，将得到另一种结晶化合物，不和羰基试剂反应，使溴水褪色，这个化合物是烯醇式。Knorr证明了酮式或烯醇式在低温时互变的速度很慢。因此在低温时，纯的酮式或烯醇式可以保留一个时期。 另外，乙酰丙酮，由于氢原子的转移，也存在着酮式和烯醇式的互变。 它们之所以能形成稳定的烯醇型结构，一方面是由于两个羰基使亚甲基的氢特别活化，容易转移。另一方面是由于烯醇型可以通过分子内氢键形成较稳定的六元环，使体系能量降低。 事实上酮类也有这样的互变异构的倾向，但烯醇型不稳定，平衡强烈的偏于酮的一方。丙酮中仅含2.510-4 %的烯醇型。 2乙酰乙酸乙酯在合成上的应用： 乙酰乙酸乙酯的亚甲基很活泼，可以被其他基团取代，另一方面乙酰乙酸乙酯在不同的反应条件下可以分解成酸或酮。由于以上特点，它成为有机合成的重要试剂。 用稀碱时，OH 较少，它只与酯基作用生成羰基酸，-羰基酸和丙二酸相似，对热不稳定，要脱羧成甲基酮。用浓碱时，OH较多，他除了和酯基作用外，还和酮基作用，这样使乙酰乙酸乙酯在酮基处破裂生成两分子羧酸盐。由于酸式水解时往往伴随着一些酮式水解，因此，合成羧酸最好是丙二酸酯合成法，乙酰乙酸乙酯合成法主要用于制甲基酮。 a)亚甲基的取代 i.与卤代烷 例： ii.与酰卤 与-卤代酮 Robinson成环反应： 制甲基二酮（或二元酸） 二、 丙二酸二乙酯 1.制法： 2.丙二酸二乙酯在合成上的应用： 其与乙酰乙酸乙酯类似，亚甲基上的氢可被醇钠所取代，本身水解后生成丙二酸不稳定，易于脱羧，这两条件使丙二酸二乙酯在合成各种类型的羧酸中有广泛的应用。 与RX反应： *RX最好是伯卤代物，用仲卤代物时产量低，由于这里是负碳离子对卤代物进行亲核取代反应（SN2） 乙酰乙酸乙酯制备长链酸，一般来说酸的产率是好的，但按成本计，丙二酸酯用于合成长链酸更为合算，（科学技术百科全书第8卷P323） 与-卤代酸酯反应： 与，-二卤代物反应： 例1：2mol丙二酸酯于1mol，-二卤代物反应。 例2：等mol的丙二酸酯与，-二卤代物作用 只用于三、四元环化合物的制备。 Michacl加成 与水杨醛反应 香豆素由perkin synthesis制得。 丙二酸酯的镁盐与酰氯作用 丙二酸二乙酯的酰基化常用镁代替钾、钠，反应在非质子溶剂（苯、乙醚）中进行。这是因为乙醇镁和活泼亚甲基化合物形成的镁盐都可 溶于这些溶剂中。 丙二酸酯钠盐与I2 作用 总结： 它们和相应的亲电试剂（ ）反应，可得到相应的丙酮取代物和乙酸取代物。 三、 C-烷基化和O-烷基化 前面提到的乙酰乙酸乙酯烷基化反应主要发生在碳上。实际上，无论简单的羰基化合物还是1，3-二羰基化合物，在进行烷基化时，C-烷基化和O-烷基化都有可能。 若（i）和（ii）都是稳定的，彼此不能互变，二者的产量比例取决于二者的反应速度，动力学控制。如果二者可以互变，产物比例取决于二者的相对稳定性，稳定性高的为主要产物，热力学控制。 影响C-烷基化和O-烷基化的几个因素（动力学控制）： 1.溶剂化效应（溶剂和分子或离子通过静电力而结合的作用称为溶剂化效应） 一个负离子的亲核性在很大程度上决定与溶剂化作用程度，溶剂化程度较低的亲核体的活性比溶剂化程度较高的要强。质子溶剂： 卤代烷进行烷基化时，在质子溶剂中烷基化一般进入到碳上，C-烷基化为主要产物。如：在质子溶剂中，乙酰乙酸乙酯的烷基化，主要发生在碳上。 这是由于烯醇负离子氧的电负性大于碳，使负电荷更多的集中在两可离子的氧上，使氧更容易与质子溶剂生成氢键，从而使氧强烈的溶剂化，而降低了氧的亲核性，从而不易发生O-烷基化。要使烷基化能进行，烯醇负离子在某种程度上必须摆脱周围的溶剂化作用。而碳负离子溶剂化比较松散，容易被极化，因而，容易发生亲核取代反应，或者说容易被亲电试剂进攻。 非质子极性溶剂：如DMF、 DMSO,HMPA(六甲基磷酰胺)都是非质子极性溶剂，它们与醇不同，不易放出质子。 在DMF中，它的氧负偶极可以更有效的和正离子发生溶剂化，而氮正偶极和负离子的溶剂化很少或不能十分有效的进行。这是由于N上的甲基起了一种遮盖作用，而分子另一头氧上的电子密度很高，可以比较无阻碍的和正离子溶剂化。在这种溶剂中，乙酰乙酸乙制的钾盐中，氧负离子不被溶剂化，而带正电荷的金属离子（K+）发生强烈的溶剂化，其结果使乙酰乙酸乙酯钾盐中的带负电的氧暴露出来，成为反应的活化中心，因而，能发生O-烷基化反应。 酚的负离子也可以看作是一个烯醇负离子，与活泼的烃基化试剂反应时溶剂的效应显现的特别清楚。 这是因为强质子溶剂与酚负离子中的氧形成强的氢键，使氧溶剂化，从而降低了氧的亲核性。 2.烯醇离子的C和O端的亲核性 SN2历程的亲核性是与可极化度有关的。亲核试剂原子核外的电子云越容易极化变形，亲核能力也越强。烯醇负离子的碳原子，电负性弱，比氧原子更容易极化，因此我们可以预料，负碳离子的一段亲核性较强。 3.烯醇物中碳原子的位阻效应 烯醇物中碳原子的位阻效应较大时，不容易发生C-烷基化，容易发生O-烷基化反应，特别在非质子极性溶剂中是这样。 4.烯醇式的含量（稳定性） 烯醇型含量较高的物质，O-烷基化容易发生。如-酮酯，-二酮、酚等。 5.烷基化试剂的活性 当烯醇负离子和很活泼的烷基化试剂（容易产生碳正离子）反应时，如碘化烷、氯甲基甲醚，卤化苄等，得出产量很高的O-烷基化物，这是由于烯醇负离子的氧上的高电子密度，更容易和活泼的烷基正离子发生亲核取代，在碘化烷或卤化苄中，卤素都是很有效的离去基团。 *参考书： 美F.A凯里.R.J.森德伯格著高等有机化学A卷 结构与机理.夏炽中译P167,168. B卷.反应与合成.王积涛译P12.14. 邢其毅等基础有机化学P545-547. 8 碳酸衍生物一、碳酰氯 （光气） 光气是一种有机合成的原料。 二