不饱和羧酸和取代羧酸

1、第十六章不饱和羧酸和取代羧酸§ 1.不饱和酸酸1. a , B 不饱和羧酸的制法卤代酸去卤化氢 a -卤代酸酯在碱性试剂存在下脱去卤化氢， 生成a , B 不饱和羧酸酯。例如:CH 3ch3ch (ch ) Ccc ch quinoline160170CH 3(CH 2)9cc° 2CH3OH 3C(H 2C) 9HC 二 CCO 2CH 3Br160170 OC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，与丙二酸起回流，直接得到a , B不饱和羧酸。C6H5CHO + CH 2(CO2H)2piperidine, pyridine110&#

2、176;C,1hC6H5HXCHCO2H + CO 2 + H2OPerkin反应:OIIOIIC6H5CH=O + H3C COC CH3CH3CO2-Na +180°C,5hC6H5HC 二 CHCO2H2. a ,B -不饱和羧酸的反应1, 4-加成HXOXCH2CH2COHOH3+OitHOCH 2CH2COHO11H2C二CHCOHHCNHOONCCH 2CH2COHNH3OIIH2NCH2CH2COHOIIH2NCH2CH2COH” HN(CH 2CH2CO2H)2与共轭二烯烃反应CO 2CH3 一 CO 2CH 31.卤代酸的制法§ 2卤代酸a -卤代酸用郝尔

3、-沃耳霍德-泽林斯基反应制备，例如:B -卤代酸由a , B -不饱和羧酸与卤代氢的加成得到:ORHC 二 ChCoH + HXRCHCH 2COOHIX2.卤代酸的反应a -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Sn2反应，生成a -取代羧酸OIICICH2COR + NuONUCH2COR + CI-Nu- = HO - ,-CN , -NHR'§ 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：CH 3CH(OH)COOHC6H5CH(OH)COOHHOOCH(OH)CH2COOH扁桃酸苹果酸乳酸HOOCCH(O

4、H)CH(OH)COOHHOOCCH 2COH(COOH)CH 2COOH酒石酸柠檬酸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0- H2002Ch3chcoh-CH3CHC0HI-HQH3CHCO辛 OO 二 Cp”CHCH33,6-dimethyl-1,4-dioxa ne-2,5-dio ne如a-羟基所在的碳原子为叔碳原子，则在加热时生成a , B -不饱和羧和铜的混合物:R20R1H2CC cOH OhR2O,1

5、1RiHC二CCOH +OIIRiH2CC一 R2B -醇酸在加热时容易脱水生成不饱和羧:O11 ARHCH 2C-C-OH HOOIIRHC 二 CH COH + H 20Y -醇酸极易脱水变为环状的内酯:OIIHOCH2CH2CH2COH OIICO + H2O丫 -内酯为稳定的中性化合物，但遇热碱变为 丫 -醇酸盐:OIICO + NaOH- +HOCH2CH2CH2CO2Na(2)与醛反应:a -和B -醇酸与醛一起加热，都生成环状化合物:OIIRCHCOH + R'CHOIOHRHC- C OO OCHIR'(3) a -和B -醇酸的降解:OIIRR'CCO

6、HOHH2SO4RCR' + co + h 2o oOIIRR'CCOHOHHA。4 ,出0. rc_R + hco2Ho利用这个反应,可以从羧酸经过a -溴代酸合成高级醛:OIIRCH 2COHPCl3,Br2OI'.1RCHCOHBrOh2o2 RCHCOHIOHh2so4RCHO0HOCOCH(OH)CH 32. 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：OHOCH2CH2OH hno3,H2ohoch2CohHHO2 C（CH2 ）n COORHOCH 2（CH2）nCOOR催化剂（2）氰醇水解：C6H5CHO NaHSgNaCN c

7、6h5CHCN HCI,H2O C6H5CHCO2H OhOhHOCH2CH2CI NaCN HOCH2CH2CN H2° . HpCH2CH2CO2H（3）环氧酮的氧化：水杨酸:OHCO2COOHHOHCOOH加热时脱羧OHA+CO2共轭碱能生成分子内氢键，其酸性增强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1.水杨酸§ 4酚酸O-Na +CH3 OCF3COOHOHv-COOHCH3 H3° +O+ H +Na°H,C 2H5°H . CH 3c

8、h（ch 2）4COHOHOHCO2Na H3O+OO溴化时，羧基被溴取代:乙酰水杨酸即阿匹斯林OHCOOH+ (CH 3CO)2OOHCOOHBr（止痛药）的制备:OCOCH3COOHC5H5N2.对羟基苯甲酸对羟基苯甲酸在工业上由苯酚钾在190200 C和加压下与二氧化碳反应得到:OK(1)CO2, 4OHOHCOOHCOOH对羟基苯甲酸在硝化时生成+CO2出0+§ 5醛酸和酮酸（自学）§ 6. B -酮酸酯B -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，

9、在有机合成上有重要用途。1. B -酮酸酯的合成（1） Claisen 合成法:2 CH3COEt (1)NaOEt,EtOCH3CCH2COEt + CH3CH2OH(2)CH3CO2H,H2OO(1)NaOEt,EtOHCH3CH2COCH2CH3- (2)CH3CO2H,H2OO OII 11CH3CH2CCCOCH 2CH3CH3OCH3COEt + CHsCH2。OIICH2COEt+ CH3CH2OHO-OH3CCCH2COCH 2CH3 X IOCH2CH3OIIOCH3CCH2COEt+ EtODieckmann缩合法：分子内的酯缩合反应。OOIIIIc-OCH2CH3CH3C

10、H2O-CZOCH 2CH3H2C CH2CO2CH2CH3H2C CHCO 2CH2CH3l_JI°C°CH2CH3CH3CH2O-CHCOOCH 2CH3OUCH3CH2O-H2C CH -COOCH 2CH3H3OCOOCH 2CH3COOCH 2CH3(3)酮和酯的缩合：有a -H的酮所产生的烯醇盐可以同没有 a -H的酯缩合:OO1)NaOHH20O11CH3CH2OCOCH2CH3 +OCOCH2CH3反应历程为:如用别的没有a -H的酯和酮缩合，则得到B -二酮:OOC-OCH2CH3+ H3CCO11C-CH2-CO§ 7 乙酰乙酸乙酯和丙二酸酯在

11、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,-,I。OH0“ CH3cCH COC2H5U93%若尔（L.Knorr）把乙酰乙酸乙酯冷到-78C得到一种结晶形的化合物，熔点 为-39C，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 r用稍不足量的盐酸分解，将得到另一种结晶化合物，

12、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。CH3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。CH3-%h-CH3764%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2.5 X0"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

13、，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。n0 A一色#CH3 + C2H5OH（呈化后失幾）ch3cqok + ch3cook + c2h5oh（酸式分解）出。:Ich3cch3-CO20ch3-C：4ch2-c-oc2h5 逾尹CH3COOK + CHsCOOK + C2H5 OH用稀碱时，OH 较少，它只与酯基作用生成 ？一羰基酸，?-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

14、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0也込qh3-c-oc2h5 Na+o0IICHgCCHCOCHg0IRCH2COH酮式分郁（浓 KOH）（稀 KOH）酸式分0IICH3CCH2R甲基酮取代乙酸CH3 CCH2-C-OC2H5第二个口氢也可以被氐代? SCH3CCHCOC2H51 Naoc CH2- R>tol II4 ch3c-chrf? RRCHCOH 浓KOH稀KOH例：O0IIIICH2C-OC池CH3°N% CH3COCHCO2C2H5Na 匹坦 ch3ohcCIVOH_NaO

15、HH20H.CHj-C-C H 1- Oj Ns0 Cl-hphHCI 卜 CH3CCHiCFtph4一荼基酮具有止咳、袪痰的作用ii.与酰卤OOC亠丄2焉NaRCOXHICI-OHCijIIc-oc2h5o=CIR酮式分舉0II酸式井腥0flCH3C-CHCR专9II(IRCCHjC H13-S 酮b_酮酸与a-卤代酮0II0CHgCC H COCjHgJOCRIICICH2SCH 0 H C05也(JH2oU酮式分解0CH3cCH?CH?CR酸式分解RC一CHCHgCOH Vc(Y 一酮酸Robi nson成环反应:0tDhC02EtEtQ-uACO2Etn叭A+ 1人0（或二元酸）CtE

16、tOHa*CH5-C-C(COOEtNaRX-HaX9EtCNaCH5-C- CEOTEt '-EtOHCH-C-000C2Hs二、丙二酸二乙酯1制法：eiNa-RC-c IR o=c-_uu稀阿T浓 KOH- R-CHCOOH IR-CHCOORCICH2COOHMar¥* NCCHaCOONaNaOHEtOHH2SO4rch22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。<1>与RX反应：CHMOsEth 陀也R-CH(C02E

17、t)2些鲂 R-CH- COON,空 R-弹- 000H 二盹COOHCOONaCOOH*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）<2>与a卤代酸酯反应：CH(C02Et)2C ICHsCOOEtCHaCOOEtCHfOQzEtlach2coohch2coohCH-COOH CH2C00HCOOH<3>与a 2二卤代物反应：例1: 2mol丙二酸酯于Imola, 2二卤代物反应。P+nv CH2

18、-CHO2Et)2 2 CH2(CO2Eth 十 Br-fCHsh-Br 2CH2CO2Et 2Et01k _ /Y CE t ®OH/h2O沁仏” VZC02Et那0広CO2Et例2：等mol的丙二酸酯与a, 2二卤代物作用CH2(CX)2Et)2 + Br-(d2)3-BrgEtCH2cQ2Et-co2只用于三、四元环化合物的制备<4>Michacl 加成CHH=CH- CO2CH3 + CH2tC02Eth严5 CH5- CH-CH2 - CO2H -C°2 CH2CO2HEt°Ma » CH3 - CH-CE2-CO2CH3CH(CO

19、2Et)2(CHaCdSH-L-CHa0<5>与水杨醛反应CH2(C02Et)2 ohZh2o© H30+ -C02CHO+ CHMOteEtbOHCtfeEt0碱COgEt香豆素-3-幾酿乙酯CH3COOH香豆素由perkin synthesis制得。CHOAc2()OHNaOAc2Coumarin香豆素0c-ci _乙醛<6>丙二酸酯的镁盐与酰氯作用OfclCCteEtb *CH(CO2Et)£Et°H MgOEtor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

20、溶于这些溶剂中<7>丙二酸酯钠盐与12作用心、12CH(C02Et)2 H30+CH2CO2H2NaCH(C02Et)2 *|-HalCH(CO2Eth - CH2C02H总结:CH3H2C00H0反应，可得到相应的丙酮取代物和乙酸取代物。C-烷基化和0-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。RX发生双分子亲核职代反应张2RC=C-ORC 烷基化（0烷基化若（门和（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，

21、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。OHCOHCOEtC烷基化为主要产物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

22、降低了氧的 亲核性，从而不易发生 0-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。OHC/、非质子极性溶剂：如 DMF、 DMS0,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。¥容易和正离子溶剂化C CH*7（不能十分有效的与负离子溶剂化、C出它不稳定负离子扩CH3 CH3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

23、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 0-烷基化反应。onC4HgClDMF0II*CH5-C-CNCOOEtCH3-C=CM-C00C2KSOC4H94需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。GthCHaBrCH2O-0H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0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0-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，0-烷基化容易发生。如 禺酮酯，禺二酮、酚等。5烷基化试剂的活